铸件全自动内腔喷丸设备的研制及应用

王 志，齐亚平，鲍玉娟，顾思惠，丁超豪，刘庆义

（1.潍柴动力股份有限公司，山东潍坊 261001；2.潍柴（安丘）材料成型有限公司，山东潍坊 262100）

0 前言

喷丸是指采用压缩空气将丸料加速，通过丸料高速撞击工件表面来清理涂料残留、氧化皮、杂质等的一种方法[1]，针对内腔清理，一般采用手持设备为主。采用手持式喷丸方式进行内腔处理，铸件内腔质量有所改善[2]，但喷丸位置与时间难以精确控制，内腔质量一致性差，存在未清理干净及喷丸过度导致损伤的情况。此外，操作者必须身穿防护服，行动不灵活，工作效率低，劳动强度大，尤其是清理中小型铸件，清理过程需要对工件多次翻转，容易对人身造成伤害，无法形成批量生产模式，不适合自动化流水线生产。

我公司研发设计的自动喷丸系统是根据铸件各个孔及内部型腔的清理要求及特点而专门设计的机器人连续加压式喷丸系统，其自动化程度高，柔性强，工件适应范围广，效率高，质量稳定性好。

1 工作原理及流程

该自动喷丸系统采用底部螺旋输送砂料进入提升机，经提升机输送到振动筛，过滤掉大块杂物和掺杂在砂料里的细微粉尘，较大块杂物及细微粉尘由振动筛第一层及第二层筛分后落入积灰斗内存储。可用的砂料流入料仓，再由料仓流入喷丸发生系统。经喷丸发生系统的砂管喷枪喷出，以此循环。

该自动喷丸系统主要由喷丸室、机器人、进出料输送线、回砂系统、喷丸发生系统、电控系统和除尘系统等几个部分组成，如图1 所示。

图1 自动喷丸设备结构图

1.1 喷丸室

主要由室体、两种规格的喷枪、装夹定位装置、照明等组成。根据工件表面孔的大小和形状，选择不同规格的喷枪进行喷丸，喷丸流量可以根据工件喷丸情况进行自动反馈调节。喷丸室体采用优质冷轧钢板和结构型钢焊接而成，为双层结构，外层4mm 钢板、内层2mm 钢板。室体所有拐角处均圆弧过渡，有足够的强度，整体美观。喷丸室体内壁固定有10mm 厚耐磨保护层，用于保护室体不被高速飞溅的丸料损坏，并能有效降低噪音。喷丸室有检修门和观察门，方便在喷丸过程中观察机器人动作和喷丸过程及设备检修，顶部设照明装置。

1.2 机器人

机器人主要负责对工件的6 个面进行喷丸作业，机器人的定位精度0.10mm，具有断气、断电、防碰撞等安全防护功能。机器人整个手臂设有防护衣服，此套防护衣服保证机器人在喷丸过程中不被丸料溅射到，延长机器人使用寿命。本系统采用机器人抓取铸件的方式，喷枪固定不动，通过机器人抓取铸件移动至喷枪位置进行喷丸，与机器人抓取喷枪相比，可以实现铸件的倒丸功能，有效降低铸件内腔中丸料的残留。

1.3 进出料输送线

进出料输送线机构为伺服电机模组驱动，模组上安装固定板以安放工件。设有光感检测，识别工件放置的位置及状态是否正确。最初设计进出料输送线为一条，如图2a 所示，待喷丸完成铸件下线后，再进行第二件铸件的上料。该方案相对更节省空间，但上下料需要占用一定的节拍，影响设备的工作效率。后经改进后，将进出料输送机构分开，如图2b 所示，喷丸过程中即可进行下一个工件的上料，上下料不占用喷丸设备工作节拍，提高了效率。

图2 进出料输送机构

1.4 回砂系统

回砂系统由提升机、推料螺旋、振动筛构成。提升机上部分和下部分分别安装有皮带轮毂，提升机皮带连接在上、下轮毂之间，布有一定数量的挖丸斗，用于将由推料螺旋推来的丸料提升到振动筛筛分。提升机下部分轮毂配有旋转检测装置，检测到提升机下轮毂不旋转时，停机报警，防止减速机因钢丸堵塞造成提升机减速机过载。推料螺旋位于喷丸室底部。推料螺旋上方铺设冲孔板，方便丸料流入到螺旋中。推料螺旋配置旋转检测装置，检测到螺旋不旋转时，停机报警，防止减速机因钢丸堵塞造成减速机过载。振动筛筛分速度为30kg/min，筛分效率为99%，上层筛网筛分0.6mm以上的大颗粒，下层筛网筛分0.3mm 以下的小颗粒。

1.5 喷丸发生系统

由两个压力罐组成，采用先进的桃型设计，增加丸料的流动性。自动换压，可实现连续不间断喷丸的功能。带有喷枪流量自动报警系统，当喷丸过程中无丸料喷射时，系统自动报警，并停机，提醒工作人员检查故障。

1.6 除尘系统

除尘系统采用滤筒式，配置12 只唐纳森滤芯，可提供252m2过滤面积。除尘器对0.1～0.5μm尺寸的粉尘微粒有99.9%以上的收集效率。除尘器具有空气清洁系统，回收的粉尘经过除尘器清洁系统过滤后，经过除尘器收集的空气通过排风口排放，排放空气粉尘浓度≤5mg/m3。

1.7 电控系统

电控系统主要由电源部分、控制部分组成，电源部分包含：主开关、保护开关、接触器等；控制部分包含：动力启动单元、安全控制回路、操作面板控制部分、通信网络和PLC 等。操作者通过操作面板控制部分进行设备的操作。

操作面板控制部分包括操作面板及人机界面，操作面板主要由旋钮、按钮和指示灯组成，可通过手动/自动模式来操作设备各部分动作。通过人机界面，操作者可以方便的设置设备的生产参数，如喷丸压力、机械手参数并了解存储设备运行的各类信息。

2 小结

本公司研发的铸件全自动内腔喷丸系统具有高度的柔性，可根据铸件的特点编程实现内腔的全自动喷丸，该系统采用机器人抓取铸件、喷枪固定式，可以实现倒丸功能，降低内腔钢丸的残留。同时改进了进出料输送机构，进料与出料完全分开，节省了上下料时间，提升了设备工作效率。