压力铸造是一种高效优质的零件成形方法,其应用范围正日益扩大到汽车、 通讯、 电脑等零部件的大批量生产[ 1, 2]。如何进一步提升压铸件质量, 降低压铸生产过程中的能源消耗, 提高压铸生产自动化程度, 是压铸工作者永恒的课题[ 3]。压铸机周边的辅助机械自动化程度是衡量压铸自动化程度的标志之一,实现压铸模具脱模剂自动喷涂,控制喷涂工艺,对于稳定铸件质量,提高模具使用寿命等具有重要的意义[ 4 , 5]。对于压铸模具的自动喷涂, 采用的机械手主要有3 种方式, 即连杆型、 直立型和多轴型,其中,连杆型喷涂机械手由于其应用方便和性能可靠等优点而应用最为广泛和普遍。
1 连杆型喷涂机械手的设计
在压力铸造过程中, 脱模剂的喷涂工艺为喷压缩空气- 喷压铸涂料- 喷压缩空气[ 6],涂料和压缩空气通过各自的回路由喷管喷出。喷涂机械手的安放位置根据压铸车间实际布局及操作特点而有所不同, 图1 为喷涂机械手和压铸模具在压铸机上的典型安装位置。喷涂机械手通过螺纹连接安装在压铸机静模安装板上方。
设计的连杆型喷涂机械手( 见图 2) , 主要由纵向进给机构、 缓冲器、 喷管组、 雾化器、 连杆机构、 驱动油缸、机座等几部分组成。其工作过程如下: 当压铸机开模动作结束以后,向机械手发出动作信号, 喷涂机械手开始动作;在喷涂机械手按照设定的程序动作完毕后, 向压铸机控制系统发出信号, 使压铸机按照压铸程序继续进行压铸循环。机械手在接到动作指令后,驱动油缸活塞前进,推动连杆机构运动。连杆机构带动喷雾器和喷管组运动到达设定的位置后,控制压缩空气和脱模剂通道通断的电磁阀按照需要接通它们的通道,实现对压铸模具的压缩空气和脱模剂喷涂。按照设定的程序喷涂完毕后,驱动油缸带动连杆机构复位,等待进行下一个喷涂循环。由于模具厚度各异, 因此这里设置了一套螺杆传动机构进行纵向方向喷涂机械手的进给。喷管出口段可以根据模具型腔面的大小以及动静模的厚度在压铸生产调试现场弯曲成不同的形状和角度。驱动油缸设置有防落功能装置以防止气压源停止时喷头下滑。
喷涂机械的喷涂程序一般是在喷管到位后喷压缩空气1~ 2 s 以吹落铸件取出后残留在模具表面上的金属碎屑和异物, 然后接通脱模剂管道,开启雾化器,使脱模剂以雾状从喷管中喷出。脱模剂喷涂时间根据模具型腔复杂程度和铸件大小一般可以设定动模侧 4~ 15s,静模侧2~ 10 s。脱模剂喷涂完毕后仍然需要继续喷压缩空气2~ 5 s 以吹匀脱模剂, 吹落异物和水珠。在喷管上升时,同样的目的, 仍需接通压缩空气约0 1 s,即完成上升吹气功能。
从上面的分析可见, 喷涂机械手既可以单独动作,又可以实现与压铸机的联动, 与压铸机组成一个统一的压铸循环;同时实现对不同模具型面形状和模具厚度、不同铸件大小和厚度的模具进行脱模剂喷涂。其喷涂工艺参数通过控制装置可以很方便的确定。
2 连杆型喷涂机械手优化设计
对该喷涂机械手进行机构分析,可以采用图3 机构原理。对于连杆型喷涂机械手进行优化设计,其步骤由以下3 部分组成,即分析并确定变量, 建立目标函数, 在满足约束条件下进行优化求解[ 7]。而在实际工程中, 常常将部分结构参数进行圆整,因此为最后确定这些工艺参数,先在优化结果的基础上先初步选定一组参数, 然后根据约束条件。利用自行编制的程序来判断并最后确定它是否合乎要求。
2. 1 设计变量
该喷涂机械手为平行四边形连杆机构, 自由度为1, A B 为主动件,由液压油缸提供动力, BC、 CD、 A D( 机架) 为其余三杆。M 点为油缸转动中心, EM 为初始状态位置, EM 为某时刻位置。
2. 2 约束条件
根据具体情况, 对每个设计变量有不同的设计要求。以6 500~ 8 000 kN 压铸机为例, 首先设定 x 1 大于100 cm,这是由于压铸机静模安装板至喷雾头中心间距必须考虑喷管的弯曲以及静模厚度和喷涂距离, 从结构尺寸上考虑, 要求 14x 3x 113;选用液压缸的工作行程为25 cm( 标准系列) ,即x 6- x 5 = 25 ;根据机械手的结构要求,油缸的转动中心M 应该在图3 中的YAD区域内, 即, 55 , cos=x23 + x25 - x242x 3x5, x26 - x24 =4x 3x5 sin( + 2) sin(2) ;为了提高机构的稳定性以及减少机构的运动幅度,从能量消耗方面考虑,油缸的转动角度不能太大,以小于10 为宜。
3 结语
设计了与自动化生产相适应的连杆型压铸脱模剂喷涂机械手,并对应用于一种压铸机上机械手的相关结构参数进行了优化处理和选择。在此基础上,经过自编程序验证,确定了应用于6 500~ 8 000 kN 压铸机的机械手机构参数。连杆型喷涂机械手既可以单独动作,又可以实现与压铸机的联动,与压铸机组成一个统一的压铸循环; 同时实现对不同模具型面形状和模具厚度、 不同铸件大小和厚度的模具进行脱模剂喷涂,可以为我国压铸辅助机械的设计和制造提供较好的借鉴。
参考文献略
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