一种金属铸造设备
阅读：345发布：2020-05-15
专利汇可以提供一种金属铸造设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种金属 铸造 设备，包括重 力 铸造机、砂芯托架、保温炉、铸件托盘、夹具更换架和1台 机器人 ，机器人配置有机器人侧夹具快换装置，下芯取件夹具和浇铸 机械臂 的上端分别配置有与机器人侧夹具快换装置配合的夹具侧夹具快换装置。本发明由一个机器人通过更换下芯取件夹具和浇铸机械臂实现下芯、浇铸和取件，因而劳动强度小，成本低，且在更换产品时，不需要人为干预，可以实现快速简单的产品更换过程。，下面是一种金属铸造设备专利的具体信息内容。
1.一种金属铸造设备，包括重力铸造机[1]、砂芯托架[2]、保温炉[5]和铸件托盘[6]，其特征在于：还包括有夹具更换架[3]和1台机器人[4]，所述夹具更换架[3]至少包括下芯取件夹具和浇铸机械臂两个工位，所述机器人配置有机器人侧夹具快换装置[7]，还包括有下芯取件夹具和浇铸机械臂[9]，所述下芯取件夹具和浇铸机械臂[9]的上端分别配置有与机器人侧夹具快换装置[7]配合的夹具侧夹具快换装置[8]。
2.根据权利要求1所述的金属铸造设备，其特征在于：所述重力铸造机[1]、砂芯托架[2]、保温炉[5]、铸件托盘[6]和夹具更换架[3]的位置围绕布置于机器人[4]的各工位外侧。
3.根据权利要求1所述的金属铸造设备，其特征在于：所述浇铸机械臂[9]上带有电机[11]及减速机构[12]。
一种金属铸造设备
技术领域
背景技术
金属的重力铸造是指将熔化的铝合金溶液或其他金属溶液导入专门模具中，靠重力作用使溶液充满模具型腔的一种铸造工艺方法。其特点是工装数量少，模具制造周期短，开发成本低，并且，其模具能够适应产品开发阶段不断的调整需要。
在现代汽车工业中，由于考虑到能源紧缺等问题，汽车的设计必须尽量减轻汽车本身的重量，所以在现代汽车中大量使用铝合金的零件代替铁和钢的零件。传统的汽车发动机采用铸铁的汽缸体、缸盖和进排气道等零件，在现在比较先进的汽车发动机设计中这些件都已被设计成采用铝合金铸件。
近年来我国汽车工业经历了一个持续快速跳跃式发展的阶段，同样对这些汽车铝合金铸件的需求也呈快速发展趋势。
现有的重力铸造，通常是采用重力铸造机配合金属模和砂芯实现的，其中的砂芯使用专用芯砂制作而成，在铸造零件时使零件形成各种空腔和孔洞形状。铸造过程包括，下芯——合模——浇铸——冷却——取铸件，形成一个生产循环。以往传统的汽车零件重力铸造工艺中采用人工下芯，人工浇铸，人工取铸件的方法，工作强度大，生产效率低，已经越来越不能满足汽车工业快速发展的需要。
针对于此，人们将机器人应用到重力铸造过程中来，以提高生产效率。目前，配置机器人的重力铸造设备通常包括：重力铸造机、砂芯托架、保温炉、铸件托盘和2台机器人，其中，保温炉采用电、燃气或燃油等加热方式，使金属溶液保持一定的温度；2台机器人分别为配置下芯取件夹具的第一机器人和配置浇铸装置的第二机器人，自动浇铸装置由机器人生产商提供的外轴来控制。由此，应用该设备的金属铸造方法为，第一机器人自砂芯托架取砂芯——下芯——重力铸造机开始合模，第一机器人退至等待位置，第二机器人运动至保温炉并控制浇铸装置中的浇包舀取金属液体——合模完成，第二机器人进入浇铸位置并浇铸——浇铸完成，第二机器人退至等待位置——冷却铸件——第一机器人将夹具反转至取件位置，运动至模具上方，取件——第一机器人运动到铸件托盘位置，将铸件放入托盘，形成一个生产循环。
上述铸造方法和设备相对于采用手工生产方式能够提高工作效率，减轻工人的劳动强度。但是，由于需要采用2台机器人分别完成取件(下芯)和浇铸作业，投入设备成本大，并且重力铸过程中冷却时间较长，2台机器人并不同时作业，对提高生产效率并无意义；同时，第二机器人的自动浇铸装置是由机器人生产商提供的外轴来实现的，一方面不易更换，同时，外轴的价格要占整个机器人价格的五分之一，造成了成本的增加。
在现代汽车工业中，由于考虑到能源紧缺等问题，汽车的设计必须尽量减轻汽车本身的重量，所以在现代汽车中大量使用铝合金的零件代替铁和钢的零件。传统的汽车发动机采用铸铁的汽缸体、缸盖和进排气道等零件，在现在比较先进的汽车发动机设计中这些件都已被设计成采用铝合金铸件。
近年来我国汽车工业经历了一个持续快速跳跃式发展的阶段，同样对这些汽车铝合金铸件的需求也呈快速发展趋势。
现有的重力铸造，通常是采用重力铸造机配合金属模和砂芯实现的，其中的砂芯使用专用芯砂制作而成，在铸造零件时使零件形成各种空腔和孔洞形状。铸造过程包括，下芯——合模——浇铸——冷却——取铸件，形成一个生产循环。以往传统的汽车零件重力铸造工艺中采用人工下芯，人工浇铸，人工取铸件的方法，工作强度大，生产效率低，已经越来越不能满足汽车工业快速发展的需要。
针对于此，人们将机器人应用到重力铸造过程中来，以提高生产效率。目前，配置机器人的重力铸造设备通常包括：重力铸造机、砂芯托架、保温炉、铸件托盘和2台机器人，其中，保温炉采用电、燃气或燃油等加热方式，使金属溶液保持一定的温度；2台机器人分别为配置下芯取件夹具的第一机器人和配置浇铸装置的第二机器人，自动浇铸装置由机器人生产商提供的外轴来控制。由此，应用该设备的金属铸造方法为，第一机器人自砂芯托架取砂芯——下芯——重力铸造机开始合模，第一机器人退至等待位置，第二机器人运动至保温炉并控制浇铸装置中的浇包舀取金属液体——合模完成，第二机器人进入浇铸位置并浇铸——浇铸完成，第二机器人退至等待位置——冷却铸件——第一机器人将夹具反转至取件位置，运动至模具上方，取件——第一机器人运动到铸件托盘位置，将铸件放入托盘，形成一个生产循环。
上述铸造方法和设备相对于采用手工生产方式能够提高工作效率，减轻工人的劳动强度。但是，由于需要采用2台机器人分别完成取件(下芯)和浇铸作业，投入设备成本大，并且重力铸过程中冷却时间较长，2台机器人并不同时作业，对提高生产效率并无意义；同时，第二机器人的自动浇铸装置是由机器人生产商提供的外轴来实现的，一方面不易更换，同时，外轴的价格要占整个机器人价格的五分之一，造成了成本的增加。
发明内容
本发明目的是提供一种金属铸造方法，通过方法的改进达到降低成产设备成本、便于自动控制的目的；本发明的另一个目的是提供一种采用本发明金属铸造方法的设备，以较低成本实现金属铸造的自动化。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种金属铸造方法，包括下列步骤：(1)机器人配置下芯取件夹具，运动至砂芯托架工位取砂芯；(2)运动至重力铸造机工位，将砂芯放入模具中，完成下芯；(3)重力铸造机合模，同时机器人移动至夹具更换架处，将下芯取件夹具换成浇铸机械臂，运动至保温炉并控制浇铸机械臂，用浇包舀取金属液体；(4)合模完成，机器人进入浇铸位置并浇铸；(5)浇铸完成，开始冷却铸件，同时机器人运动至夹具更换架处，将浇铸机械臂更换成下芯取件夹具；(6)冷却完成，重力铸造机顶起铸件，机器人将夹具反转至取件位置，运动至模具上方，取件，运动到铸件托盘位置，将铸件放入托盘。
上述技术方案中，在所述第(2)步进行前，机器人从重力铸造机接收允许下芯信号，完成下芯后，机器人向重力铸造机发出下芯完成信号。
上述技术方案中，在所述第(4)步浇铸前，机器人从重力铸造机接收合模完成信号，浇铸完成后，机器人向重力浇铸机发出浇铸完成信号。
为实现本发明的另一个发明目的，本发明公开了一种金属铸造设备，包括重力铸造机、砂芯托架、保温炉、铸件托盘、夹具更换架和1台机器人，所述夹具更换架至少包括下芯取件夹具和浇铸机械臂两个工位，所述机器人配置有机器人侧夹具快换装置，还包括有下芯取件夹具和浇铸机械臂，所述下芯取件夹具和浇铸机械臂的上端分别配置有与机器人侧夹具快换装置配合的夹具侧夹具快换装置。
上述技术方案中，所述“重力铸造机”是现有技术，可以采用现有的倾转式重力铸造机或者非倾转式重力铸造机，用于实现金属重力铸造；所述“保温炉”采用电、燃气或燃油等加热方式，使金属溶液保持一定的温度；所述“下芯取件夹具和浇铸机械臂”用于和机器人配合，其中的下芯取件夹具一侧可以抓取砂芯，另一侧可以取铸件，可以采用现有技术中专用机器人的下芯取件夹具部分，在上端加设夹具侧夹具快换装置构成，浇铸机械臂下端配置有浇包及液面探测传感器，上端设有夹具侧夹具快换装置，可以采用现有的专用机器人中的浇铸装置，但是其控制信号线及传动机构会导致夹具快换装置过分复杂，因而较好的方式是采用本申请人在另一项申请中提出的浇铸机械臂，在浇铸机械臂上带有电机和变速装置，使夹具连接处的结构简化。
进一步的技术方案，所述重力铸造机、砂芯托架、保温炉、铸件托盘和夹具更换架的位置围绕布置于机器人的各工位外侧。
上述技术方案中，所述浇铸机械臂上带有电机及减速机构。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：1.由于本发明的工艺方法中采用一个机器人完成下芯、浇铸和取件作业，大大降低了劳动强度，与原有人工操作相比，所需人员从6-7人减至1-2人，完成一个铸件从30多分钟降至10多分种；2.采用本发明的方法，只需使用1个机器人，与现有技术中采用两个机器人作业的方式比较，可以节省硬件投入成本；3.本发明的设备中，机器人配置了夹具快换装置，同时设置了夹具更换架，一方面，可以实现上述工艺方法，另一方面，在更换产品时，不需要人为干预，可以实现快速简单的产品更换过程。
附图说明
附图1为本发明实施例一的方法流程示意图；附图2为本发明实施例二的设备布置示意图；附图3为实施例二中机器人配置浇铸机械臂时的结构示意图。
其中：[1]、重力铸造机；[2]、砂芯托架；[3]、夹具更换架；[4]、机器人；[5]、保温炉；[6]、铸件托盘；[7]、机器人侧夹具快换装置；[8]、夹具侧夹具快换装置；[9]、浇铸机械臂；[10]、浇包；[11]、电机；[12]、减速机构。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种金属铸造方法，包括下列步骤：(1)机器人配置下芯取件夹具，运动至砂芯托架工位取砂芯；(2)运动至重力铸造机工位，将砂芯放入模具中，完成下芯；(3)重力铸造机合模，同时机器人移动至夹具更换架处，将下芯取件夹具换成浇铸机械臂，运动至保温炉并控制浇铸机械臂，用浇包舀取金属液体；(4)合模完成，机器人进入浇铸位置并浇铸；(5)浇铸完成，开始冷却铸件，同时机器人运动至夹具更换架处，将浇铸机械臂更换成下芯取件夹具；(6)冷却完成，重力铸造机顶起铸件，机器人将夹具反转至取件位置，运动至模具上方，取件，运动到铸件托盘位置，将铸件放入托盘。
上述技术方案中，在所述第(2)步进行前，机器人从重力铸造机接收允许下芯信号，完成下芯后，机器人向重力铸造机发出下芯完成信号。
上述技术方案中，在所述第(4)步浇铸前，机器人从重力铸造机接收合模完成信号，浇铸完成后，机器人向重力浇铸机发出浇铸完成信号。
为实现本发明的另一个发明目的，本发明公开了一种金属铸造设备，包括重力铸造机、砂芯托架、保温炉、铸件托盘、夹具更换架和1台机器人，所述夹具更换架至少包括下芯取件夹具和浇铸机械臂两个工位，所述机器人配置有机器人侧夹具快换装置，还包括有下芯取件夹具和浇铸机械臂，所述下芯取件夹具和浇铸机械臂的上端分别配置有与机器人侧夹具快换装置配合的夹具侧夹具快换装置。
上述技术方案中，所述“重力铸造机”是现有技术，可以采用现有的倾转式重力铸造机或者非倾转式重力铸造机，用于实现金属重力铸造；所述“保温炉”采用电、燃气或燃油等加热方式，使金属溶液保持一定的温度；所述“下芯取件夹具和浇铸机械臂”用于和机器人配合，其中的下芯取件夹具一侧可以抓取砂芯，另一侧可以取铸件，可以采用现有技术中专用机器人的下芯取件夹具部分，在上端加设夹具侧夹具快换装置构成，浇铸机械臂下端配置有浇包及液面探测传感器，上端设有夹具侧夹具快换装置，可以采用现有的专用机器人中的浇铸装置，但是其控制信号线及传动机构会导致夹具快换装置过分复杂，因而较好的方式是采用本申请人在另一项申请中提出的浇铸机械臂，在浇铸机械臂上带有电机和变速装置，使夹具连接处的结构简化。
进一步的技术方案，所述重力铸造机、砂芯托架、保温炉、铸件托盘和夹具更换架的位置围绕布置于机器人的各工位外侧。
上述技术方案中，所述浇铸机械臂上带有电机及减速机构。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：1.由于本发明的工艺方法中采用一个机器人完成下芯、浇铸和取件作业，大大降低了劳动强度，与原有人工操作相比，所需人员从6-7人减至1-2人，完成一个铸件从30多分钟降至10多分种；2.采用本发明的方法，只需使用1个机器人，与现有技术中采用两个机器人作业的方式比较，可以节省硬件投入成本；3.本发明的设备中，机器人配置了夹具快换装置，同时设置了夹具更换架，一方面，可以实现上述工艺方法，另一方面，在更换产品时，不需要人为干预，可以实现快速简单的产品更换过程。
附图说明
附图1为本发明实施例一的方法流程示意图；附图2为本发明实施例二的设备布置示意图；附图3为实施例二中机器人配置浇铸机械臂时的结构示意图。
其中：[1]、重力铸造机；[2]、砂芯托架；[3]、夹具更换架；[4]、机器人；[5]、保温炉；[6]、铸件托盘；[7]、机器人侧夹具快换装置；[8]、夹具侧夹具快换装置；[9]、浇铸机械臂；[10]、浇包；[11]、电机；[12]、减速机构。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：实施例一：参见附图1所示，一种金属铸造方法，包括下列步骤：(1)取砂芯包括，机器人首先自动打开下芯夹具，运动到砂芯托架工位，关闭夹具抓取砂芯，并等待重力铸造机发出允许下芯信号；(2)下芯机器人运动至重力铸造机工位，自模具上方将砂芯放入模具中，并向重力铸造机发出下芯完成信号；(3)合模重力铸造机合模，同时机器人快速移动至夹具更换架处，通过夹具快换装置，将下芯取件夹具换成浇铸机械臂；(4)浇铸机器人运动至保温炉处，并控制浇铸机械臂的浇包转动到-90度，浇铸臂向下运动使浇包进入保温炉内，当浇铸臂上的液面探针探测到液面后，机器人停止向下运动，浇包转动到0度，舀取金属液体；机器人在接收到重力铸造机的合模完成信号后，运动到浇铸位置，浇包转动到90度位置，将金属液体浇入模具，并发出浇铸完毕信号；(5)冷却浇铸完成，开始冷却铸件，同时机器人运动至夹具更换架处，将浇铸机械臂更换成下芯取件夹具；(6)取件冷却完成后，重力铸造机顶起铸件并发出允许取件的信号，机器人将夹具反转至取件位置，运动至模具上方，打开夹具，下降至取件位置，关闭夹具取铸件，取出铸件后，机器人运动到铸件托盘位置，将铸件放入托盘。
附图1给出了上述方法的具体流程示意图。
实施例二：参见附图2和附图3所示，一种金属铸造设备，包括重力铸造机1、砂芯托架2、保温炉5、铸件托盘6、夹具更换架3和1台机器人4，所述重力铸造机1采用申请人制造的MJA10重力铸造机，所述机器人4为ABB公司的IRB6600型铸造型工业机器人，所述保温炉5为铝合金保温炉，所述重力铸造机1、砂芯托架2、保温炉5、铸件托盘6和夹具更换架3的位置围绕布置于机器人4的各工位外侧，夹具更换架3包括下芯取件夹具和浇铸机械臂两个工位，所述机器人4配置有机器人侧夹具快换装置7，还包括有下芯取件夹具和浇铸机械臂9，所述下芯取件夹具和浇铸机械臂9的上端分别配置有与机器人侧夹具快换装置7配合的夹具侧夹具快换装置8，所述浇铸机械臂9上带有电机11及减速机构12。
本实施例适用于铝合金浇铸，特别适合用重力浇铸法制造汽车发动体的汽缸体、缸盖和进排气道等零件。
其中的浇铸机械臂9下端设有浇包10，电机11经减速机构12输出后通过链传动装置与浇包10连接，可以控制浇包10的角度，机械臂下方还设有探测铝合金液面的探针。
附图1给出了上述方法的具体流程示意图。
实施例二：参见附图2和附图3所示，一种金属铸造设备，包括重力铸造机1、砂芯托架2、保温炉5、铸件托盘6、夹具更换架3和1台机器人4，所述重力铸造机1采用申请人制造的MJA10重力铸造机，所述机器人4为ABB公司的IRB6600型铸造型工业机器人，所述保温炉5为铝合金保温炉，所述重力铸造机1、砂芯托架2、保温炉5、铸件托盘6和夹具更换架3的位置围绕布置于机器人4的各工位外侧，夹具更换架3包括下芯取件夹具和浇铸机械臂两个工位，所述机器人4配置有机器人侧夹具快换装置7，还包括有下芯取件夹具和浇铸机械臂9，所述下芯取件夹具和浇铸机械臂9的上端分别配置有与机器人侧夹具快换装置7配合的夹具侧夹具快换装置8，所述浇铸机械臂9上带有电机11及减速机构12。
本实施例适用于铝合金浇铸，特别适合用重力浇铸法制造汽车发动体的汽缸体、缸盖和进排气道等零件。
其中的浇铸机械臂9下端设有浇包10，电机11经减速机构12输出后通过链传动装置与浇包10连接，可以控制浇包10的角度，机械臂下方还设有探测铝合金液面的探针。
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