汽车轮毂模具高压水循环自动清理系统装置及应用研究

李凯 王震 马泽云 杨金岭

摘要：汽车轮毂模具清理是模具生产使用过程的必要环节，通过对不同模具清理方法优缺点进行的分析比较，介绍了一种借助机器人、一些辅助机械和循环管路机构，通过汽车轮毂模具高压水循环自动清理系统装置及应用方法研究，并说明了其优越性。

关键词：汽车轮毂模具；清理装置；应用研究；方法

模具是产品成形的关键工具，有“制造之母”之称。模具在使用后需要对表面渣子废物、润滑剂及油脂进行清理，以便下次生产并利于产品成形。汽车轮毂模具清理，工人劳动强度大、效率低，是汽车轮毂生产中提高效率的瓶颈，也是影响生产效率的因素。为解决该问题，适应高效生产，提高劳动生产率，特研究了一种汽车轮毂模具高压水循环自动清理装置系统及应用方法。

汽车轮毂模具清理方法分类

（1）人工清理法  劳动强度大，费时费力。从环保和人性化角度分析，由于粉尘和噪声的原因对工人呼吸系统和听力有伤害。

（2）机械式清理法  机械、液、电气传动头部借助于机械磨头和机械刷对模具表面进行清理，灵活性较差。

（3）喷砂、喷丸法  用喷砂、喷丸设备，由于介质是固体会产生尘埃难分离，一般作为一种辅助方法。

（4）超声波法  利用水溶液进行清洗，一般只能作为一种辅助方法。

（5）激光清理法  激光使用功率大，容易伤模具金属表面，功率小无法清理模具金属表面。

（6）化学清洗清理法  对模具腐蚀是难题，后续清洗液难处理而且污染环境。

（7）高压水、高压蒸汽法  借助机器人或固定喷嘴喷头清理模具表面，介质灵活可循环使用。

（8）干冰清理法  借助喷枪喷嘴、喷头清理模具表面，介质灵活不可循环使用。

高压水循环自动清理系统装置

1.装置功能

汽车轮毂模具高压水循环自动清理系统装置能够解决如下问题：

1）准确干净清理模具表面石墨和油腻。

2）热风对模具表面进行吹干，防止模具腐蚀。

3）石墨和油泥与清洗液有效分离，清洗液再利用。

4）合理配比清洗液降低成本和防止腐蚀模具。

2.装置结构组成

高压水循环自动清理系统装置结构如图1所示，按功能主要分为6大机构。

1）翻转夹緊机构，包括减速机、联轴器、左旋转轴、右旋转轴、右活动架、伺服电动缸、主机架、导轨及减速电动机。

2）喷洗机构，包括六轴机器人、高压清洗剂V形喷嘴。

3）清洗液分离机构，包括分离器、分离减速电动机、清洗剂收集箱及过滤网。

4）清洗液循环机构，包括清洗剂加热装置、高压水泵、高压清洗剂胶管及管支架。

5）吹干机构，包括热风机单元和立柱。

6）石墨分离机构，包括分离器、提升机和收集器。

3.装置结构及零部件关系

减速电动机置于电动机固定支架上并与减速机连接，减速机与联轴器连接，联轴器与左旋转轴连接。汽车轮毂模具左孔插入左旋转轴中，汽车轮毂模具右孔插入右旋转轴中。左旋转轴和右旋转轴置于轴承中旋转，右旋转轴置于轴承中，它们都置于右活动架中。伺服电动缸左端与主基础机架左端固定支架连接，伺服电动缸右端与右活动架连接，右活动架置于导轨上滑动，导轨固定置于主基础机架上。六轴机器人置于地上的底座上。清洗剂加热装置置于地上。高压水泵置于地上的底座上，高压清洗剂管置于管支架上传输热高压清洗剂，高压清洗剂V形喷嘴为喷置于机器人手臂头部夹爪上。通过高压清洗剂胶管将清洗剂加热装置和高压水泵连接。利用六轴机器人手臂头部行走轨迹可编程特点，六轴机器人手臂头部V形喷嘴喷嘴在模具表面行走路线如图2所示。一种从中心向边沿沿着汽车轮毂轮辐筋的行走的轨迹，利用喷嘴中喷出的高压清洗剂清理模具表面，另一种是沿中心多圈行走几圈的轨迹。利用喷嘴中喷出的高压热清洗剂清理模具表面，达到干净清理模具表面目的。

分离器主轴和从动轴带动钢丝筛网顺时针O形循环转动，分离器置于提升机左侧上、主机架的溜槽正下方，分离减速电动机连接分离器主轴借助从动轴带动钢丝筛网顺时针循环，经过钢丝筛网过滤后清洗剂从分离器分离直接落入收集箱地沟中。同时模具清理下来的脏物沿着分离机钢丝筛网被刮落入下端提升机中，通过提升机将大块或小块脏物收集到收集器中。分离下来的清洗剂通过过滤网过滤后通过管道和加压泵重新回到清洗剂加热装置中再利用。清洗液补给管路为清洗剂加热装置中补充使用中丢失的清洗液。分离器、提升机、收集器都置于地沟中夹箍置于机器人手臂上夹紧其上输送管和夹箍置于喷嘴固定座上夹紧其上输送胶管和高压清洗剂V形喷嘴，喷嘴固定座通过螺栓连接于机器人前臂端部。卡头夹与输送胶管头端、V形喷嘴通过螺纹拧于卡头端。收集器置于提升机右侧下收集脏物。分离器置于收集箱上，提升机、收集器都置于地沟中。清洗剂收集箱置于地沟中，过滤网置于收集箱中间用于过滤再利用清洗液。热风机单元置于立柱上对清理后模具表面进行热风吹干，防止清洗液腐蚀模具。

装置结构创新点

1）随着人工成本的提高，机器人的普及其成本的降低，某些环境恶劣的工作岗位机器人代替人是必然趋势。

2）热风机单元吹干模具表面防止清洗液腐蚀模具。分离器能有效分离清洗液和模具清理下来的脏物，清洗液介质灵活可循环使用。分离器作为一个组件可设计为本装置结构的O形循环转动分离器，也可根据生产使用需要设计为离心分离式分离器。

3）利用六轴机器人手臂头部行走轨迹可利用robot studio软件编程的特点，实现对模具表面任意位置进行高压清洗剂喷射，以及对模具表面任意位置清理。根据模具模芯凸凹表面成形结构借助于robot studio软件对机器人喷嘴运动轨迹进行编程，实现对成形模具凸凹不平处进行重点重复高压清洗清理，设计更加灵活。对容易清理模具位置表面一次（遍）清理完成，对于难清理锻造模具位置表面可通过多次（遍）清理来完成，上述工作形成经验数据存入专家数据库通过一次编程即可完成。

具体实施过程及应用方法研究

汽车轮毂模具左孔插入左旋转轴中，汽车轮毂模具右孔对准右旋转轴。伺服电动缸右端带动右活动架在导轨上向左滑动，模具右孔插入右旋转轴中并在伺服电动缸右端夹紧力作用下，左旋转轴和右旋转轴在轴向上夹住模具。电动机主轴旋转通过减速机即可实现左旋转轴旋转带动夹住汽车轮毂模具旋转。通过汽车轮毂模具正面和背面旋转或360°旋转，实现对汽车轮毂模具正面和背面的或其他位置的高压喷射清洗清理表面杂物工作。

根据模具模芯凸凹表面成形结构借助于robot studio软件对机器人喷嘴运动轨迹进行编程，实现对成形模具凸凹不平处进行重点重复高压清洗清理，对容易清理模具位置表面一遍完成，对难清理模具位置表面的通过多次清理来完成。利用六轴机器人手臂头部行走轨迹可编程特点，编写好六轴机器人手臂头部夹爪夹住的V形喷嘴在模具表面行走路线图。利用喷嘴中喷出的高压热清洗剂清理模具表面，达到干净的清理模具表面目的。

分离减速电动机连接分离器主轴，分离器置于提升机左侧上、主机架的溜槽正下方，分离减速电动机连接分离器主轴借助从动轴带动钢丝筛网顺时针循环，经过钢丝筛网过滤后，清洗剂从分离器分离直接落入收集箱地沟中。同时模具清理下来的脏物，沿着分离机钢丝筛网被刮落入下端提升机中。分离下来的清洗剂通过过滤网过滤后通过管道和加压泵重新回到清洗剂加热装置中再利用。清洗液补给管路为清洗剂加热装置中补充使用中丢失的清洗液。置于立柱上的热风机单元对清理后模具表面进行热风吹干防止清洗液腐蚀模具。锻造模具表面涂防护机油后即可入库待用。

结语

以上介绍的是一种借助机器人和一些辅助机械及循环管路机构通过高压水循环自动清理系统装置及使用方法。该装置解决了工人清理锻造模具效率低、劳动强度大问题，提高了生产效率，具有缩短锻造模具清理时间、提高清理效率及装置安全可靠等优点。