Робототехнические комплексы литейного производства

В мировой и отечественной практике автоматизация литейных производств с применением робототехники, кроме процессов литья под давлением, находится в начальной стадии развития.

Основное направление в области робототехники для литейного производства — это создание ПР модульной конструкции, имеющих достаточное число степеней подвижности, невысокую стоимость, надежных при эксплуатации, снабженных развитой контрольно-измерительной системой, устройствами восприятия и переработки информации на базе микропроцессоров и ЭВМ, а также создание гибких предметно-специализированных робототехнических литейных комплексов из оборудования с ЧПУ и промышленных роботов.

В настоящее время целесообразно роботизировать в литейном производстве различных отраслей промышленности следующие производственные операции:

- плавку (разделка и загрузка шихты; футеровка печей и ковшей);

- заливку форм (установка грузов и съем их с форм, заливка форм с различным расположением литниковых чаш, передача залитых форм на охлаждающий конвейер);

- приготовление формовочных и стержневых смесей; изготовление форм (установка стержней в формы, опрыскивание подмодельных плит и обдувка форм, окрашивание форм);

- изготовление стержней (установка каркасов в ящики, обдувка стержней и стержневых ящиков, окрашивание стержней, подача стержней из машины на транспортные устройства, обслуживание машин для изготовления стержней методом холодного отверждения);

- выбивку форм (съем отливок с решетки и навешивание на транспортное устройство);

- очистку отливок;

- обрубку и зачистку отливок;

- термообработку, контроль и последующую обработку отливок;

- погрузочно-разгрузочные операции, грунтовку и окрашивание отливок.

Особое место по интенсивности использования робототехники занимает процесс литья под давлением.

Литье по выплавляемым моделям, базирующееся на старинном процессе растапливания воска, открыло интересную область применения для промышленных роботов.

Вкратце этот процесс можно описать следующим образом. Сначала изготовляется твердая восковая модель, затем эта модель покрывается термостойким керамическим материалом, после этого воск выплавляется, оставляя полую форму, которая затем используется для изготовления деталей газовых турбин или реактивных двигателей из весьма дорогих (трудно обрабатываемых) сверхпрочных сплавов. Использование воска для изготовления модели позволяет повторить форму изделия.

Интересно, что этот метод литья был известен еще в Древнем Египте. На практике исходные восковые формы изготовляются по мастер-формам и затем соединяются вместе, такую сборку называют "деревом". Раньше человек-оператор собирал это дерево из форм и после погружения его в раствор — суспензию из глинистых частиц — начинал вращать. При многократном окунаний в раствор формируется оболочка формы с достаточно толстыми стенками, которая подвергается затем обжигу при температуре свыше 1000°С для создания огнеупорного слоя, а масса формовочного дерева все время увеличивается. В связи с этим количество литейных форм, помещаемых на одном таком дереве, ограничивается. Полученные формы часто различаются по толщине стенок как на разных формовочных деревьях, так и в пределах одного дерева, так как человек-оператор не может точно повторить свои действия при выполнении нанесения покрытия. После выплавления воска и заливки металла окончательные размеры детали получаются отличными друг от друга, что зависит от усадки в форме. Эти недостатки устраняются (как и при сварочных операциях) при применении роботов с большой грузоподъемностью и хорошей повторяемостью, не оснащенных сенсорными системами.

В настоящее время на многих зарубежных фирмах и отечественных предприятиях создан и эксплуатируется ряд различных робототехнических литейных комплексов.

На операции очистка отливок применяется РТК с системой плазменной дуговой резки, с промышленным роботом с сенсорной информационной системой. Серийный датчик близости с использованием оптических волокон установлен рядом с плазменной дуговой горелкой. В процессе работы манипулятор перемещает горелку и сенсорное устройство по программной траектории вдоль очищаемой поверхности детали. При обнаружении заусенцев в контроллер робота поступает от сенсорного устройства сигнал, позволяющий вывести плазменную дуговую горелку к основанию заусенца для его удаления.

Для обдирочных работ применяются промышленные роботы, где рабочим инструментом являются сменные шлифовальные головки, вставляемые в кисть робота.

Используют РТК и для рентгеновского контроля ответственных отливок автомобилей. Отливки (поворотные цапфы, рычаги) подлежат 100%-ному рентгеновскому контролю. Робот, размещенный в камере, облицованной свинцом, имеет шесть степеней подвижности и выполняет поворот, контроль и маркирование отливок. Время просвечивания в одном положении — 4 с; точность установки отливки при контроле — 0,5 мм; время, затрачиваемое на рентгеновский контроль одной отливки, составляет 80 с.

При литье в кокиль промышленные роботы применяют на операциях съема и переноса отливок, простановки стержней, заливки металла, обрубки литников.