CN113894254A - 一种组芯工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铸造技术领域，公开了一种组芯工艺，包括如下步骤：通过取芯机器人将待把紧的初始砂芯从上料位转运至组芯胎具的组芯托盘上；通过穿梭机构将所述初始砂芯移动至人工操作位；在人工操作位对所述初始砂芯进行螺栓把紧，得到把紧砂芯；转运机器人将所述把紧砂芯转运至下料位。该组芯工艺，能够解决中重型发动机联体缸盖组芯效率低、劳动强度大、砂芯配合精度差等问题。

Description

一种组芯工艺

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，特别涉及一种组芯工艺。

背景技术

联体缸盖组芯工艺是影响产品最终尺寸精度、生产成本的关键技术；为 了提升产品精度，通常采用包芯工艺，即可采用一箱一件，也可一箱多件， 这需要结合生产条件与产品结构综合评定。

联体缸盖组芯工艺中，上盖芯和底盘芯组组合后，通过螺栓把紧的方式 构成单芯组整体芯或双芯组整体芯，上盖芯与底盘芯组之间的配合精度要求 高，配合处必须保证严密、可靠。

现有技术中，上盖芯和底盘芯组的组合过程为：先通过人工将砂芯(即 上盖芯和底盘芯组)转运至组芯胎具的组芯托盘上，人工串螺栓、把紧后， 再经人工将组合后的整体砂芯转运至输送托盘，完成整个组芯过程。

上述组芯过程中，所生产的砂芯从100Kg至180Kg不等，在对上盖芯和 底盘芯组进行组装、转运时，需要至少4人协同操作，劳动强度大，所涉及 工序单个节拍长，生产效率低。

而且，在将砂芯转运至组芯托盘时，需要将原本平放的砂芯旋转90°后 用于螺栓把紧，此过程，由于人工操作稳定性差，容易引起砂芯脱落或开裂 等质量问题，组芯稳定性低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种组芯工艺，能够解决中重型发动 机联体缸盖组芯效率低、劳动强度大、砂芯配合精度差等问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种组芯工艺，包括如下步骤：

步骤S1：通过取芯机器人将待把紧的初始砂芯从上料位转运至组芯胎具 的组芯托盘上；

步骤S2：通过穿梭机构将所述初始砂芯移动至人工操作位；

步骤S3：在人工操作位对所述初始砂芯进行螺栓把紧，得到把紧砂芯；

步骤S4：转运机器人将所述把紧砂芯转运至下料位。

可选地，在上述组芯工艺中，所述初始砂芯为单芯组结构，包括冷胶粘 接的上盖芯和底盘芯组。

可选地，在上述组芯工艺中，所述初始砂芯为双芯组结构，包括第一砂 芯单元和第二砂芯单元，所述步骤S1包括：

步骤S101：所述取芯机器人将所述第一砂芯单元从所述上料位取走，并 将所述第一砂芯单元转运至所述组芯托盘上；

步骤S102：所述取芯机器人将所述第二砂芯单元从所述上料位取走，并 将所述第二砂芯单元上下翻转180°后叠放到所述第一砂芯单元上，构成所述 初始砂芯。

可选地，在上述组芯工艺的步骤S102中，所述第二砂芯单元和所述第一 砂芯单元组合时：通过定位芯对所述第二砂芯单元和所述第一砂芯单元进行 定位；和/或，所述第二砂芯单元和所述第一砂芯单元的接缝处设置有粘接用 的冷胶。

可选地，在上述组芯工艺中，所述组芯胎具包括所述组芯托盘，以及用 于控制所述组芯托盘水平转动的旋转变位机，所述组芯托盘包括并排布置、 交替使用的第一组芯托盘和第二组芯托盘，所述步骤S1和所述步骤S2之间 还包括：

步骤S103：所述旋转变位机控制所述初始砂芯水平旋转180°后，所述 第二组芯托盘与所述第二组芯托盘位置交换，所述第一组芯托盘与所述穿梭 机构对接。

可选地，在上述组芯工艺中，所述穿梭机构设置有用于对所述组芯托盘 进行定位的转动截止定位机构。

可选地，在上述组芯工艺中，所述上料位为设置在输送线上的上料输送 托盘，所述上料输送托盘可在所述输送线上沿预设轨迹移动，且可通过上料 定位机构定位在所述输送线上形成所述上料位；

所述下料位为设置在输送线上的下料输送托盘，所述下料输送托盘可在 所述输送线上沿预设轨迹移动，且可通过下料定位机构定位在所述输送线上 形成所述下料位。

可选地，在上述组芯工艺中，所述人工操作位或所述组芯托盘设置有用 于将所述组芯托盘定位在所述人工操作位的机械定位机构，且设置有用于解 除定位关系的解除机构。

可选地，在上述组芯工艺中，所述取芯机器人设置有用于夹具所述初始 砂芯的第一夹具，所述第一夹具设置有第一单行程调节机构。

可选地，在上述组芯工艺中，所述转运机器人设置有用于夹具所述把紧 砂芯的第二夹具，所述第二夹具设置有第二单行程调节机构。

从上述技术方案可以看出，本发明提供的组芯工艺中，由机器人转运砂 芯，不仅能够减少人员投入，减轻人工劳动强度、提高工作效率，而且，能 够减少人工搬运失误造成废芯的问题，保证产品质量稳定。此外，该组芯工 艺中的把紧螺栓可回收后重复使用，有利于降低物料成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的组芯工艺所采用的系统结构俯视图；

图2为本发明实施例提供的组芯工艺所采用的双工位旋转穿梭机构的俯 视图；

图3为本发明实施例提供的组芯工艺所采用的双工位旋转穿梭机构的侧 视图；

图4和图5分别为本发明实施例提供的单芯组的轴测图和侧视图；

图6为本发明实施例提供的双芯组的轴测图；

图7为本发明实施例提供的组芯工艺流程图。

具体实施方式

本发明公开了一种组芯工艺，能够解决中重型发动机联体缸盖组芯效率 低、劳动强度大、砂芯配合精度差等问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图7，本发明实施例提供的组芯工艺，用于对组合后的组芯 单元(即第一组芯单元和第二组芯单元)进行螺栓把紧，该组芯工艺包括如 下步骤：

步骤S1：通过取芯机器人2将待把紧的初始砂芯从上料位转运至组芯胎 具3的组芯托盘上；

步骤S2：通过穿梭机构5将初始砂芯移动至人工操作位；

步骤S3：在人工操作位对初始砂芯进行螺栓把紧，得到把紧砂芯；

步骤S4：转运机器人7将把紧砂芯转运至下料位。

可见，该组芯工艺中，由机器人转运砂芯，不仅能够减少人员投入，减 轻人工劳动强度、提高工作效率，而且，能够减少人工搬运失误造成废芯的 问题，保证产品质量稳定。此外，该组芯工艺中的把紧螺栓可回收后重复使 用，有利于降低物料成本。

具体地，上述步骤S3中，可以通过人工方式对初始砂芯进行螺栓把紧。

具体实施时，若带把紧螺栓的初始砂芯为双芯组结构，即初始砂芯包括 上下叠加组合的第一砂芯单元和第二砂芯单元，则上述组芯工艺中的步骤S1 具体包括：

步骤S101：取芯机器人2将第一砂芯单元从上料位取走，并将第一砂芯 单元转运至组芯托盘上；

步骤S102：取芯机器人2将第二砂芯单元从上料位取走，并将第二砂芯 单元上下翻转180°后叠放到第一砂芯单元上，构成双芯组结构的初始砂芯。

优选地，步骤S102中，在将第二砂芯单元和第一砂芯单元组合在一起时， 通过定位芯对第二砂芯单元和第一砂芯单元进行定位(例如，视需要每隔一 个芯组放置两颗定位芯，再组合成一个整体芯组)。而且，第二砂芯单元和 第一砂芯单元之间的接缝处也可通过打冷胶的方式粘接，以保证两颗砂芯相 对位置准确、固定，避免无法串螺栓或整体芯组尺寸不符引起的造型不良等 问题。

进一步地，上述组芯胎具3为双工位可旋转的组芯胎具，具体包括组芯 托盘和用于控制组芯托盘水平转动的旋转变位机4。该组芯托盘包括并排布 置、交替使用的第一组芯托盘和第二组芯托盘。从而，上述步骤S1和步骤S2 之间还包括步骤S103：旋转变位机4控制第一组芯托盘带着初始砂芯水平旋 转180°后，第二组芯托盘与第二组芯托盘位置交换，并且，第一组芯托盘与 穿梭机构5对接。此时，第二组芯托盘转动至取芯机器人侧承接初始砂芯， 第一组芯托盘可带着砂芯通过穿梭机构5移动至人工操作位6后进行人工操 作，从而取放初始砂芯的工序和把紧螺栓的工序同时进行，减少等待时间。 同理地，当旋转变位机4控制第二组芯托盘带着初始砂芯水平旋转180°后， 第二组芯托盘与穿梭机构5对接。此时，第一组芯托盘转动至取芯机器人侧 承接初始砂芯，第二组芯托盘可带着砂芯通过穿梭机构5移动至人工操作位6 后进行人工操作，从而取放初始砂芯的工序和把紧螺栓的工序同时进行，减 少等待时间。

具体地，穿梭机构5上还设置有用于对组芯托盘进行定位的转动截止定 位机构，一般为机械定位机构，用于保证组芯托盘旋转后与穿梭机构连接的 准确性，避免因旋转引起的超差。当第一组芯托盘带着初始砂芯转动180°到 达与穿梭机构5对接的位置时，通过该转动截止定位机构保证第一组芯托盘 与穿梭机构5的精准对接；同理，当第二组芯托盘带着初始砂芯转动180°到 达与穿梭机构5对接的位置时，通过该转动截止定位机构保证第二组芯托盘 与穿梭机构5的精准对接。

具体请参见图1至图3，组芯胎具3、旋转变位机4、穿梭机构5和人工 操作位6配合形成了“双工位旋转穿梭机构”，能够满足人机协调交互，又 保证整体节拍均衡，利于组织生产，提升效率。而且，该“双工位旋转穿梭 机构”即节省空间，又便于人工单工位操作，实现人机和谐交互。该组芯工 艺流程请参见图7。

可见，该组芯工艺中，双机器人和双工位可旋转的组芯胎具配合使用， 通过双机器人可充分保证砂芯夹取、放置、转运等动作节拍要求，通过双工 位可旋转的组芯胎具可充分缓冲人工工序等待时间，有利于提高生产效率。

具体实施时，上述初始砂芯也可以是单芯组结构，该单芯组结构包括上 盖芯和底盘芯组，上盖芯和底盘芯组之间通过定位芯定位，且打冷胶粘接。

在此需要说明的是，该组芯工艺中，采用冷胶粘结，既可以增强二者砂 芯粘结，又可以填充砂芯局部变形引起的缝隙，防止跑铁问题；采用螺栓把 紧方式，既能够有效提升生产效率，满足工艺对造型效率要求，又能够提升 产品尺寸精度，避免因砂芯退让而引起的尺寸超差问题。该打冷胶的方式即 可应用在单芯组结构的初始砂芯的螺栓把紧工序前，也可应用在双芯组结构 的初始砂芯的的螺栓把紧工序前，可很好保证产品质量要求。该打冷胶后螺 栓把紧的组芯工艺，可随组随浇注，生产效率高，而且又可以避免因砂芯退 让而引起的尺寸超差、或砂芯变形引起的跑铁等问题。

具体实施时，本文中所说的上料位具体为设置在输送线上的上料输送托 盘1，上料输送托盘1可在输送线上沿预设轨迹移动，且可通过上料定位机构 定位在输送线上。优选地，该上料定位机构设置在输送线上，能够在取芯机 器人2抓取砂芯时，令上料输送托盘1正好被定位在输送线上，形成上料位， 此时砂芯正好处于取芯机器人2的抓取位置。可见，通过上料定位机构能够 保证取芯机器人2和初始砂芯之间的位置精度。因此，在上述步骤S1中：当 取芯机器人2准备取砂芯时，初始砂芯(或用于构成初始砂芯的第一砂芯单元 和第二砂芯单元)放置在上料输送托盘1上，此时上料输送托盘1通过上料定 位机构被定位在输送线上。

同理地，本文中所说的下料位具体为设置在输送线上的下料输送托盘8， 下料输送托盘8可在输送线上沿预设轨迹移动，且可通过下料定位机构定位 在输送线上。优选地，该下料定位机构设置在输送线上，能够在转运机器人7 抓取把紧砂芯时，令下料输送托盘8正好被定位在输送线上，形成下料位， 以精准承接转运机器人7转运过来的把紧砂芯。因此，在上述步骤S4中：当 转运机器人7将把紧螺栓后的把紧砂芯放置在下料位时，把紧砂芯被放置在 下料输送托盘8上，此时下料输送托盘8通过下料定位机构被定位在输送线 上。

具体地，在上料输送托盘1运行到取芯机器人2的取芯位置时，在长度 方向上通过第一挡块使上料输送托盘1停在上料指定位置，在宽度方向通过 侧向气缸与定位块配合定位，从而形成上料位，实现上料位的定位精度要求； 在下料输送托盘8运行到转运机器人7的放芯位置时，在长度方向上通过第 二挡块使下料输送托盘8停在下料指定位置，在宽度方向通过侧向气缸与定 位块配合定位，从而形成下料位，实现下料位的定位精度要求。

具体地，组芯胎具3的底部还设置有矩形管和导轨。矩形管根据砂芯配 焊于定位块；导轨用于引导组芯托盘移动到穿梭机构5上，继而移动到人工 操作位6。

具体地，在上述组芯工艺中，人工操作位6或组芯托盘设置有用于将组 芯托盘定位在人工操作位6的机械定位机构，且设置有用于解除定位关系的 解除机构(例如解除定位用的按钮)。

具体地，如图2和图3中所示，人工操作位6附近设置有用于存放螺栓 的备料区9。

具体地，在上述组芯工艺中，取芯机器人2设置有用于夹具组芯单元的 第一夹具，第一夹具设置有第一单行程调节机构；和/或，转运机器人7设置 有用于夹具组芯单元的第二夹具，第二夹具设置有第二单行程调节机构。该 行程调节机构是指：夹具两侧均有夹头，为了保证夹取点准确，将夹具设置 为一侧固定，另一侧移动，这样可保证夹取后砂芯与夹具相对位置固定，即 为单行程调节。

可见，取芯机器人2和转运机器人7均为单行程可调的机器人夹具，能 够保证机器人抓取精度。

本发明实施例提供的组芯工艺中，通过上料定位机构、下料定位机构、 芯组间增加的定位芯、取芯/转运夹具的单行程调节、组芯胎具定位块等手段， 能够保证整个过程砂芯配合、转运精确，组芯精度高。而且，把紧螺栓结构 设计合理，可回收重复使用，有效降低生产成本。

该组芯工艺中：通过冷胶粘结与螺栓把紧实现单芯组或双芯组整体组芯； 在螺栓把紧前，通过取芯机器人2取芯、翻转、视需要叠放砂芯，经过双工 位一体机构中的组芯胎具3组成整体芯组后，通过变位机4旋转变位，然后 再将整体芯组移动至人工操作位6，进行人工把紧螺栓，最后经转运机器人7 抓取放回下料位的下料输送托盘8；上述螺栓可回收、重复利用；上述机器人 转运过程精度高、效率快。

本发明具备组芯质量稳定、精度高，生产效率高、物料成本低、劳动强 度小等特点，具有良好的推广应用价值。

组芯：是指将单颗、多种砂芯通过一定方式组合在一起的工艺。

芯组：是指对多种砂芯经一定方式组合后形成的独立整体。

联体缸盖：相对单体缸盖而言，多缸发动机所设计气缸盖为一体式结构， 即为联体缸盖。

输送托盘：用于转运砂芯的工装。

把紧螺栓：是指用于把紧连接单芯组或多芯组的螺栓。

组芯胎具：用于组芯的工装。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语 仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求 或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术 语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而 使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且 还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或 者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……” 限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存 在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都 是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用 本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易 见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种组芯工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：通过取芯机器人(2)将待把紧的初始砂芯从上料位转运至组芯胎具(3)的组芯托盘上；

步骤S2：通过穿梭机构(5)将所述初始砂芯移动至人工操作位；

步骤S3：在人工操作位对所述初始砂芯进行螺栓把紧，得到把紧砂芯；

步骤S4：转运机器人(7)将所述把紧砂芯转运至下料位。

2.根据权利要求1所述的组芯工艺，其特征在于，所述初始砂芯为单芯组结构，包括冷胶粘接的上盖芯和底盘芯组。

3.根据权利要求1所述的组芯工艺，其特征在于，所述初始砂芯为双芯组结构，包括第一砂芯单元和第二砂芯单元，所述步骤S1包括：

步骤S101：所述取芯机器人(2)将所述第一砂芯单元从所述上料位取走，并将所述第一砂芯单元转运至所述组芯托盘上；

步骤S102：所述取芯机器人(2)将所述第二砂芯单元从所述上料位取走，并将所述第二砂芯单元上下翻转180°后叠放到所述第一砂芯单元上，构成所述初始砂芯。

4.根据权利要求3所述的组芯工艺，其特征在于，步骤S102中，所述第二砂芯单元和所述第一砂芯单元组合时：通过定位芯对所述第二砂芯单元和所述第一砂芯单元进行定位；和/或，所述第二砂芯单元和所述第一砂芯单元的接缝处设置有粘接用的冷胶。

5.根据权利要求1所述的组芯工艺，其特征在于，所述组芯胎具(3)包括所述组芯托盘，以及用于控制所述组芯托盘水平转动的旋转变位机(4)，所述组芯托盘包括并排布置、交替使用的第一组芯托盘和第二组芯托盘，所述步骤S1和所述步骤S2之间还包括：

步骤S103：所述旋转变位机(4)控制所述初始砂芯水平旋转180°后，所述第二组芯托盘与所述第二组芯托盘位置交换，所述第一组芯托盘与所述穿梭机构(5)对接。

6.根据权利要求5所述的组芯工艺，其特征在于，所述穿梭机构(5)设置有用于对所述组芯托盘进行定位的转动截止定位机构。

7.根据权利要求1所述的组芯工艺，其特征在于，所述上料位为设置在输送线上的上料输送托盘(1)，所述上料输送托盘(1)可在所述输送线上沿预设轨迹移动，且可通过上料定位机构定位在所述输送线上形成所述上料位；

所述下料位为设置在输送线上的下料输送托盘(8)，所述下料输送托盘(8)可在所述输送线上沿预设轨迹移动，且可通过下料定位机构定位在所述输送线上形成所述下料位。

8.根据权利要求7所述的组芯工艺，其特征在于，所述人工操作位(6)或所述组芯托盘设置有用于将所述组芯托盘定位在所述人工操作位(6)的机械定位机构，且设置有用于解除定位关系的解除机构。

9.根据权利要求1所述的组芯工艺，其特征在于，所述取芯机器人(2)设置有用于夹具所述初始砂芯的第一夹具，所述第一夹具设置有第一单行程调节机构。

10.根据权利要求1所述的组芯工艺，其特征在于，所述转运机器人(7)设置有用于夹具所述把紧砂芯的第二夹具，所述第二夹具设置有第二单行程调节机构。

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