林国新

（广东中金岭南设备科技有限公司，广东 韶关 512023）

韶关冶炼厂是国内重要的铅锌生产基地，它的主要产品有锌锭、铅锭、合金产品、金锭、银锭等。压铸合金是合金产品的重要组成部分，压铸合金的生产是基于锌与一定量的铝、铅或锑等金属在液态或固态都能完全互溶，根据用户要求，在纯锌中配入铝、铅或锑等合金元素，控制在一定的温度下搅拌均匀，按要求铸锭成型制得。现在，通过对韶关冶炼厂压铸合金铸锭生产线的改造，使设备运行安全、稳定、可靠，减少生产员工人数，降低员工的劳动强度，提高了经济效益。

1 铸锭机的改进

1.1 锭模的改进

（1）材料的改进。原来锭模的材料是耐热铸铁，在使用过程中，锭模的内腔易被氧化，商标在使用时间不长的情况下被腐蚀易模糊不清，铸出来的合金锭商标不清晰、表面有麻花状的现象，容易产生质量问题，从而使得锭模的使用周期不长，需要经常更换，增加了生产成本。现在采用的材料是RTCr-1．5，即在耐热铸铁中加入适量的铬（约1．5%～1．8%），使铸件表面形成一层致密的CrO3氧化膜，使铸件的耐热性能、高温下的抗氧化能力明显提高，锭模的使用时间较过去提升了1/3以上，大大降低了生产成本。

（2）商标位置的变更。锭模的商标原来位于锭模的中间位置，该位置恰好位于锭模的浇铸位置。由于长期的合金液直接冲刷，商标容易被腐蚀，导致锌锭的商标模糊，产品的外观质量受到影响。现将商标的位置由中间位置调整到两边位置，避免了这种情况的发生（见图1）。

（3）锭模支撑边增加厚度，提高抗击打的能力。锭模是通过两边的支撑边安装在链板上的，由于有时候合金锭无法自然脱落，需要敲击支撑边使合金锭脱离锭模。由于长期的敲击，敲击的部位易产生裂纹而导致断裂。现在增加支撑边的厚度，由原来的15mm增加到20mm，提高了锭模的抗敲打能力，延长了锭模的使用寿命。

1.2 冷却方式的改进

原来的冷却方式是在铸锭机的锭模表面上放置喷淋点，用循环水在合金锭表面喷淋直接降温。这种冷却方式能将合金锭迅速降温，但是，由于这种方式会导致大量的冷却水进入锭模，经过一定时间的使用后，锭模内腔容易产生锈迹，影响了合金锭的产品质量。经过改进，现在在上下两层锭模之间安装冷却喷淋管和接水盘，冷却水直接喷淋在锭模底部进行降温，而合金锭表面采用雾化喷嘴进行冷却，同时，为了避免合金锭表面产生积水，在雾化喷嘴的旁边增加一个压缩空气喷嘴，及时将积水吹走，减少对锭模的影响。

1.3 浇铸滚筒的改进

原来浇铸滚筒的材质是304不锈钢，合金液体浇铸的温度是480～550℃，304不锈钢的理论使用温度是-190～860℃，而304不锈钢在450℃时有个临界点，情况如下：304不锈钢在450℃以上的时候，会稀释碳周边的铬，从而形成碳化铬，造成贫铬区，性能和结构都发生了变化，降低了304不锈钢的耐腐蚀性，从而证明304不锈钢不适合长期在450℃以上的温度下使用，否则容易被腐蚀。经过多种材料的使用和实验，我们发现310S不锈钢能比较好的适应此种工况。310S不锈钢的最高工作温度为1200℃，连续使用温度在1150℃左右。310S不锈钢具有较好的抗氧化性、耐腐蚀性，因为有较高百分比的铬和镍，在高温的工况下能连续使用。

2 工业机器人的应用

压铸合金铸锭生产线的主要劳动力配置在刮渣和码垛岗位上，这两个岗位劳动强度大，安全系数低。结合现场的实际情况，我公司与泉州市微柏工业机器人研究院有限公司联合定制开发了刮渣机器人及码垛机器人，部分岗位有效的替代人工，降低了员工劳动强度，提高生产安全系数，提升产品质量。

2.1 刮渣机器人

（1）工作流程。合金液体经由浇铸滚筒浇铸至铸锭线上，待流经刮渣机器人所在的区域时，由刮渣机器人执行刮渣的操作；刮渣机器人的末端刮板在切入锌液之后，在刮渣的过程中，刮板与合金液的夹角逐渐变小，另一个方向则由刮渣机器人依靠寻迹跟进的方式提供一个跟铸锭线一致的速度，确保刮渣的过程中平稳进行；待刮渣机器人将锌渣推送至模具后端时，此时，执行上提操作，将刮板中的锌渣捞起，以待后期的转运甩渣的动作。

（2）机器人技术参数（如表1）。

表1

（3）刮渣装置介绍。刮渣装置主要由手柄、铲柄两部分构成。两种铲板的末端宽度依产品锭块的实际宽度确认，手柄的长度在锌合金刮渣机器人的有效行程内根据情况进行调整，铲柄类型根据产品种类分为实心状或网格状。刮渣效果明显，互换性高，与机器人兼容性高。

（4）刮渣工艺描述。刮渣工艺包含跟踪工艺、脱模检测、起始偏移、锭模纠偏工艺。①跟踪工艺。机器人刮渣首先要解决机器人动态跟随铸锭机运行，保证铸锭机在运动的状态下实现刮渣动作。可采用模拟量跟踪方式，该方式通过采集铸锭机组变频器的模拟量反馈给机器人系统，可实时测定铸锭线生产速度。②脱模检测。在铸锭机生产过程中，难免出现锭模内的锭未正常脱落，导致前道工序再执行，往往造成刮渣机器人下刮后刮板卡住变形，无法正常生产。通过检测未铸锭锭模状态，可实现规避未脱落的锭模，从而保护刮板。③起始偏移。铸锭机组锭模间距偏差或刮渣效果不佳情况下，对刮渣位置点进行简易的数字更改，实现整体偏移。④锭模纠偏工艺。在采集模拟量信号进行跟踪时，如果锭模歪斜，会导致机器人在执行刮渣动作时刮板与锭模出现刮碰，从而触发力矩保护机制。开启模具纠偏工艺后，EtherCAT总线通讯协议，采集读取机器人各关节的力矩数据，设定正常刮渣时关键轴的力矩范围。在正常刮渣动作力矩内，按照采集信号进行跟踪，当出现力矩超过设定范围，机器人实时对跟踪速度进行增量变化，以纠偏歪斜的锭模。

2.2 码垛机器人

（1）工作流程。当合金锭经铸锭线输送至末端时，待平稳落料至接锭线上时，便开始通过链条进行运输；经接锭线传输，合金锭流经整平装置所在区域时，下方的阻挡气缸阻挡合金锭向前输送，随即两侧的整平气缸将向内运动，将合金锭夹紧整平，整平完成后阻挡气缸下降，合金锭继续输送；经过整平工序后，合金锭流经翻锭装置所在区域，根据码垛工艺进行翻锭操作，如不需翻面，将直接放行通过。如需要翻锭，则两侧的阻挡气缸将进行工作，阻挡合金锭前行，同时，翻锭装置将合金锭进行翻转；完成前两道工序的合金锭最后流转至接锭线末端区域，在顶升前，两侧的整平气缸会再次将合金锭整平，确保码垛机器人码垛作业，随后，顶升气缸将相应数量的合金锭顶起，以便等候码垛机器人的夹取作业；合金锭运送至接锭线末端的码垛区域时，顶升装置将相应数量的合金锭顶起，等待码垛机器人夹取，随后放置码垛在相应的区域内。

（2）机器人技术参数（如表2）。

表2

（3）翻转装置介绍：①支架部分采用6．3#槽钢拼焊而成，确保整体刚性需求；②翻转方式由步进电机配合NMRV减速机完成同步翻转的要求；③阻挡方式采用气缸推出用于阻断或者放行合金锭；④在特定位置加装有位置传感器，用于判别当前合金锭的正反面，并依码垛工艺要求，与翻转装置进行数据对接，从而完成合金锭的翻转任务。

（4）合金锭夹爪介绍：①采用钢板拼锁的方式，便于安装及维护。对钢板的特定位置镂空处理，在不影响整体刚性的同时还可以减轻夹爪重量；②采用气缸带动机械连杆，让最终夹取的区域的运动方式为平动，可以适用于合金锭码垛的不同工艺堆叠任务；③夹爪的夹持位置采用锯齿状，可以有效夹持合金锭，确保其不容易掉锭。

3 结语

本文通过对原有铸锭生产线的不足进行了分析，并且进行了全方面的改造，同时，应用了比较先进的工业机器人，使生产线的运行安全性和使用寿命都得到了提升，减少了岗位工人的数量，提升了经济效益，大大提升了工厂的自动化水平。