CN114769576A - 一种大规模铝合金喷射成形柔性、并行生产方式及其熔体转运方法 - Google Patents

一种大规模铝合金喷射成形柔性、并行生产方式及其熔体转运方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及喷射成形技术领域，尤其为一种大规模铝合金喷射成形柔性、并行生产方式，包括合金熔炼区、喷射成形区、熔体处理区、熔体转运通道、中间包预热区；其中，合金熔炼区用于合金的集中熔炼，按照需要达到的产能配置多台熔炼炉，熔炼炉的容量可以相同，也可以不同，多台熔炼炉根据厂房空间大小布置在熔体转运通道的一侧或两侧。本发明可以提高喷射成形生产效率和产能，减少人员配备，降低能耗，从而减少喷射成形锭坯的直接成本，该生产方式既可实现同一牌号材料多台喷射成形设备的并行生产，也可以进行不同牌号材料的并行生产；既可以多台并行生产，也可单台设备生产；在锭坯规格上，亦可以定制生产，该方式具有较高的柔性生产能力。

Description

一种大规模铝合金喷射成形柔性、并行生产方式及其熔体转 运方法
技术领域
本发明涉及喷射成形技术领域，具体为一种大规模铝合金喷射成形柔性、并行生产方式及其熔体转运方法。
背景技术
喷射成形工艺由于其快速凝固特征在高合金含量的金属材料制备上具有优势，在特钢、铜合金、高性能铝合金、铝硅合金等合金材料的制备中得到了越来越广泛应用。
目前的喷射成形生产方式均为一台喷射成形设备配套一台熔炼炉。以铝合金为例，熔炼炉一般采用中频感应炉，熔炼炉容量和喷射成形设备所能生产的锭坯规格相匹配。在熔炼炉中对合金进行熔化和精炼后转移至漏包(或通过中间包转移至漏包)进行喷射，一炉只能生产一个锭坯，下一个锭坯的生产需要重新熔炼。这种喷射成形生产方式效率低、产能小、人员配备多、能耗高，并导致了喷射成形锭坯的直接成本较高。
基于此，本发明公开一种面向大规模铝合金喷射成形生产方式，合金集中熔炼，多台喷射成形设备并行生产，通过熔体转运向各喷射成形设备提供熔体。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大规模铝合金喷射成形柔性、并行生产方式及其熔体转运方法，可以提高喷射成形生产效率和产能，减少人员配备，降低能耗，从而减少喷射成形锭坯的直接成本，解决了上述背景技术提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大规模铝合金喷射成形柔性、并行生产方式，其特征在于，包括合金熔炼区、喷射成形区、熔体处理区、熔体转运通道、中间包预热区；其中，
合金熔炼区用于合金的集中熔炼，按照需要达到的产能配置多台熔炼炉，多台熔炼炉根据厂房空间大小布置在熔体转运通道的一侧或两侧；
熔体处理区用于布置多个工位对中间包内的熔体进行进一步纯净化处理，包括除气和精炼，并可根据中间包内熔体温度进行快速加热；熔体处理工位沿着转运通道的一侧或两侧布置；
中间包预热区用于布置多套烤包设备对中间包进行预热，烤包器沿着转运通道的一侧或两侧布置；
喷射成形区用于安装多套喷射成形设备进行锭坯的生产；喷射成形设备数量根据设计产能及可喷射的锭坯规格确定，喷射成形设备上安装有主控PLC，喷射成形设备沿着转运通道的一侧或两侧布置。
优选的，该生产方式包括以下步骤：
步骤一、合金在合金熔炼区集中通过熔炼炉熔炼后倾倒至中间包；
步骤二、由熔体转运通道将中间包的熔体送至熔体处理区进行纯净化处理和加热；
步骤三、由熔体转运通道将处理后的合金送至喷射成形区，并按喷射成形生产节拍运送至相应的喷射成形设备。
优选的，所述熔体转运系统包括中间包和转运小车，将熔炼区集中熔炼的熔体向所工作的喷射成形设备转运的载体，中间包装载在转运小车上从熔炼区运送至喷射区，中间包通过翻转机实现翻转方式对熔体倾倒，在一次生产过程中，中间包与转运小车构成一个整体，可完成多次熔体转运；
所述熔体转运系统还包括AGV(自动导引小车)转运、RGV(轨道导引小车)转运和RGV摆渡+RVG转运和中继PLC；
PLC系统，安装于转运小车上，可对中间包熔体的相关数据进行实时采集和监控，所述PLC系统和中继PLC采用无线通信，中继PLC和主控PLC采用有线通信，通信方式为工业以太网，由此构成了整个生产线的PLC控制网络；
称重仪，安装于转运小车平台上，用于对中间包重量进行采集，从而获得熔体重量；
热电偶，安装于转运小车平台侧壁，用于对熔体温度进行采集；
所述称重仪和热电偶均与PLC系统通信，从而将采集的数据传递至PLC系统；
熔体转运系统包括以下步骤：
步骤S1、根据中间包熔体处理、转运工艺及控制要求，摆渡RGV、转运小车(转运AGV或转运RGV)需要在中间包预热工位、熔体处理工位、缓冲区等位置停顿或并按照标识(AGV)或轨道(RGV)进入相应工位；在每个工位处设置RFID标签作为工位位置识别标志，在摆渡RGV、转运小车上设置RFID读卡器，工位RFID信息采集至PLC系统，这样便实现对工位识别和转运小车的定位；
步骤S2、设置左、右两套翻转机构，中间包与翻转机构对接后随着翻转机构运动倾倒熔体，当中间包熔体倾倒完毕后(一般倾倒90°)回位，另一翻转机构启动，带动对接其上的中间包接续倾倒，回位后的中间包由转运小车装载退回至集中熔炼区，盛装熔体并进行处理后转运至缓冲区，当空中间包退出通道后，其他准备好的中间包由转运小车送至翻转机构处，为下一包熔体倾倒做准备，如此反复，可实现多包交替倾倒，满足大规格锭坯喷射成形熔体供应需求；
步骤S3、中间包与翻转机构采用榫卯结构对接，在转运小车移动过程中，其上装载的中间包与翻转机构自动对接，对接到位后转运小车停止在轨道上，而中间包随翻转机构倾倒，倾倒完毕翻转机构回位后，中间继续装载在转运小车上，转运小车回退移动过程中，中间包与翻转机构的榫卯脱开；
步骤S4、通过漏包液位控制系统对中间包熔体倾倒速度(即翻转机构转速)在线调节，以保证漏包液位稳定。
优选的，所述AGV(自动导引小车)转运：在熔体转运通道上布设磁条(或磁钉)或导引带，AGV装载着中间包采用磁导引或视觉导引方式沿着熔体转运通道移动，根据控制指令将中间包熔体送至中间包预热工位、熔体处理工位、缓冲区、喷射成形设备漏包处；多台喷射成形设备并行生产时，将会有多台转运AGV工作，为了防止多台转运AGV在转运中路径发生干涉，设置多个缓冲区，操作工位也可以当作缓冲区使用。
优选的，所述RGV(轨道导引小车)转运：在熔体转运通道和各操作工位上布设轨道，转运RGV装载着中间包沿着轨道移动，根据控制指令将中间包熔体送至中间包预热工位、熔体处理工位、缓冲区、喷射成形设备漏包处，由于熔体转运通道的轨道和进入中间包预热工位、熔体处理工位、缓冲区的轨道相互交叉垂直，因此，在交叉处设置转载工位，转载工位上布设相互垂直的轨道，转运RGV停在转载工位上时，转载工位通过转载机构进行90°转向与相应轨道对接，从而实现转运RGV在熔体转运通道和操作工位之间的转移。
优选的，所述RGV摆渡+RVG转运：在熔体转运通道和各操作工位上布设轨道，摆渡RGV仅仅沿着熔体转运通道上的轨道移动，转运RGV装载在摆渡RGV上，一台摆渡RGV装载一台或多台转运RGV，根据装载的转运RGV台数在摆渡RGV上布设相应数目的轨道，轨道方向与熔体转运通道轨道方向垂直，当摆渡RGV到达中间包预热工位、熔体处理工位、缓冲区工位时停止，摆渡RGV上轨道与相应工位轨道对接，转运RGV移动至相应工位；
所述多台喷射成形设备并行生产时，将会有多台摆渡RGV和转运RGV工作，为了防止多台摆渡RGV和转运RGV在转运中路径发生干涉，设置一个摆渡RGV缓冲区和多个转运RGV缓冲区，操作工位也可以当作转运RGV缓冲区使用，摆渡RGV缓冲区和熔体转运通道轨道之间设置转载工位，摆渡RGV停在转载工位上时，转载工位通过转载机构进行90°转向与缓冲区轨道对接，摆渡RGV移动至缓冲区中。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明可以提高喷射成形生产效率和产能，减少人员配备，降低能耗，从而减少喷射成形锭坯的直接成本。该生产方式既可实现同一牌号材料多台喷射成形设备的并行生产，也可以进行不同牌号材料的并行生产；既可以多台并行生产，也可单台设备生产；在锭坯规格上，亦可以定制生产。该方式具有较高的柔性生产能力。
附图说明
图1为本发明采用RGV摆渡+RVG转运流程图；
图2为本发明喷射成型设备主控PLC控制图；
图3为本发明喷射成型设备主控PLC通信图；
图4为本发明采用转运AGV流程图；
图5为本发明采用转运RGV流程图。
具体实施方式
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。
实施例一
本实施例采用RGV摆渡+RVG转运方式，具体如下：
1.1、参见附图1，合金熔炼区配置2台熔炼炉，熔炼炉为中频感应炉，两台熔炼炉的容量均为4吨，并布置在熔体转运通道的一侧。熔炼炉为翻转方式向中间包倾倒熔体。
1.2、参见附图1，熔体处理区布置3个熔体处理工位对中间包内的熔体进行进一步纯净化处理，包括除气和精炼，并可根据中间包内熔体温度进行快速加热。熔体处理工位沿着转运通道的一侧布置。
1.3、参见附图1，中间包预热区布置4套烤包设备，在生产之前对中间包进行预热，预热工位沿着转运通道的一侧布置。
1.4、参见附图1，喷射成形区安装2套铝合金喷射成形设备。每套喷射成形设备最大生产的锭坯规格为2.5吨，按照喷射成形收得率80％计算，需要的铝合金熔体重量约为3.2吨。喷射成形设备沿着转运通道的一侧布置。
1.5、参见附图1，中间包熔体转运采用RGV摆渡+RVG转运方式。共设置两台摆渡RGV、4台转运RGV、4只中间包，每只中间包满载容量为1吨。一台转运RGV和一只中间包构成一个转运单元，一台摆渡RGV上放置两台转运RGV沿着熔体转运通道移动。附图1所示状态中，一台摆渡RGV-1装载着两台转运RGV(RGV-1、RGV-2)位于合金熔炼区，一台摆渡RGV-2位于转运RGV缓冲区处，一台转运RGV-3位于摆渡RGV-2上，一台转运RGV-4位于喷射成形设备1的右侧翻转机构处。
1.6、某一摆渡RGV上的某一转运RGV进入某一工位的运动方式为：根据控制指令摆渡RGV运动至某一工位处，并根据该工位的RFID信号定位，使某一转运RGV的轨道与该工位的轨道对接，然后该转运RGV移动至工位中。
1.7、参见附图1，在熔体转运通道和各操作工位上布设轨道，分别设置了一个摆渡RGV缓冲区和2个转运RGV缓冲区，中间包预热工位、熔体处理工位也可作为缓冲区使用。摆渡RGV缓冲区由转载工位上的转载机构使摆渡RGV进入缓冲区中，转运RGV缓冲区是为了转运RGV的缓冲。
1.8、参见附图1，每套喷射成形设备设置左、右两套翻转机构，中间包与翻转机构采用榫卯结构对接，中间包与翻转机构对接后随着翻转机构运动倾倒熔体，当中间包熔体倾倒完毕后回位，另一翻转机构启动，带动对接其上的中间包接续倾倒。根据单件锭坯重量以及中间包容量，喷射成形生产2.5吨锭坯需要4包交替倾倒。
1.9、参见附图2，为了对中间包熔体的相关数据进行实时采集和监控，在每台转运AGV上配置PLC系统、称重仪、热电偶或温度变送器，所采集熔体重量和熔体温度送至PLC系统。
1.10、参见附图2，在摆渡RGV、转运RGV上安装RFID读卡器，在中间包预热工位、熔体处理工位、缓冲区等位置安装RFID标签，工位RFID信息采集至PLC系统。
1.11、参见附图3，在熔体转运区域配置一套中继PLC作为2台摆渡RGV、4台转运RGV的PLC系统与喷射成形设备的主控PLC的通信桥梁。中继PLC和各摆渡RGV、转运RGV的PLC之间采用无线AP/Client进行无线通信，中继PLC与喷射成形设备的主控PLC之间为有线通信，通信方式为Profinet工业以太网，一同构成了整个生产线的PLC控制网络。
1.12、本实施例中，两套喷射成形设备可并行生产同一牌号铝合金，可并行生产两种牌号铝合金，也可仅一套喷射成形设备生产小规格锭坯，形成单班次2-8吨铝合金的柔性生产能力。
实施例二
本实施例采用AGV转运方式，具体如下：
2.1、参见附图1、附图4，合金熔炼区、中间包预热区、熔体处理区、喷射成形区的工位及设备配置方案与实施例1均相同。
2.2、参见附图2、附图3、附图4，中间包数量、转运AGV数量、转运AGV上的PLC系统及数据采集、PLC控制网络与实施例1均相同。
2.3、参见附图4，在熔体转运通道、各工位通道上布设磁条(或磁钉，用于磁导引方式)或导引带(用于视觉导引方式)。一台转运AGV和一只中间包构成一个转运单元，转运AGV装载着中间包采用磁导引或视觉导引方式沿着熔体转运通道、工位通道移动，根据控制指令将中间包熔体送至中间包预热工位、熔体处理工位、缓冲区、喷射成形设备漏包处。
2.4、参见附图4，设置了2个转运AGV缓冲区，中间包预热工位、熔体处理工位也可作为缓冲区使用。
实施例三
本实施例采用RGV转运方式，具体如下：
3.1、参见附图1、附图5，合金熔炼区、中间包预热区、熔体处理区、喷射成形区的工位及设备配置方案与实施例1均相同。
3.2、参见附图2、附图3、附图5，中间包数量、转运RGV数量、转运RGV上的PLC系统及数据采集、PLC控制网络与实施例1的技术方案相同。
3.3、参见附图5，在熔体转运通道、各工位通道上布设轨道。一台转运RGV和一只中间包构成一个转运单元，转运RGV装载着中间包沿着熔体转运通道移动，将中间包熔体送至中间包预热工位、熔体处理工位、缓冲区、喷射成形设备漏包处。
3.4、参见附图5，设置了2个转运RGV缓冲区，中间包预热工位、熔体处理工位也可作为缓冲区使用。
3.5、在每个工位前设置对应的转载工位，转载工位由转载机构进行90°转向。某一转运RGV进入某一工位的运动方式为：根据控制指令，某一转运RGV运动至某一工位处，并根据该工位的RFID信号定位在相应的转载工位上，转载工位进行90°转向使该转运RGV的轨道与该工位的轨道对接，然后该转运RGV移动至工位中。
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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种大规模铝合金喷射成形柔性、并行生产方式，其特征在于，包括合金熔炼区、喷射成形区、熔体处理区、熔体转运通道、中间包预热区；其中，
合金熔炼区用于合金的集中熔炼，按照需要达到的产能配置多台熔炼炉，多台熔炼炉根据厂房空间大小布置在熔体转运通道的一侧或两侧；
熔体处理区用于布置多个工位对中间包内的熔体进行进一步纯净化处理，包括除气和精炼，并可根据中间包内熔体温度进行快速加热；熔体处理工位沿着转运通道的一侧或两侧布置；
中间包预热区用于布置多套烤包设备对中间包进行预热，烤包器沿着转运通道的一侧或两侧布置；
喷射成形区用于安装多套喷射成形设备进行锭坯的生产；喷射成形设备数量根据设计产能及可喷射的锭坯规格确定，喷射成形设备上安装有主控PLC，喷射成形设备沿着转运通道的一侧或两侧布置。
2.根据权利要求1所述的一种大规模铝合金喷射成形柔性、并行生产方式，其特征在于：该生产方式包括以下步骤：
步骤一、合金在合金熔炼区集中通过熔炼炉熔炼后倾倒至中间包；
步骤二、由熔体转运通道将中间包的熔体送至熔体处理区进行纯净化处理和加热；
步骤三、由熔体转运通道将处理后的合金送至喷射成形区，并按喷射成形生产节拍运送至相应的喷射成形设备。
3.根据权利要求1-3所述的一种熔体转运方法，其特征在于，所述熔体转运系统包括中间包和转运小车，将熔炼区集中熔炼的熔体向所工作的喷射成形设备转运的载体，中间包装载在转运小车上从熔炼区运送至喷射区，中间包通过翻转机实现翻转方式对熔体倾倒，在一次生产过程中，中间包与转运小车构成一个整体，可完成多次熔体转运；
所述熔体转运系统还包括AGV(自动导引小车)转运、RGV(轨道导引小车)转运和RGV摆渡+RVG转运和中继PLC；
PLC系统，安装于转运小车上，可对中间包熔体的相关数据进行实时采集和监控，所述PLC系统和中继PLC采用无线通信，中继PLC和主控PLC采用有线通信，通信方式为工业以太网，由此构成了整个生产线的PLC控制网络；
称重仪，安装于转运小车平台上，用于对中间包重量进行采集，从而获得熔体重量；
热电偶，安装于转运小车平台侧壁，用于对熔体温度进行采集；
所述称重仪和热电偶均与PLC系统通信，从而将采集的数据传递至PLC系统；
熔体转运系统包括以下步骤：
步骤S1、根据中间包熔体处理、转运工艺及控制要求，摆渡RGV、转运小车(转运AGV或转运RGV)需要在中间包预热工位、熔体处理工位、缓冲区等位置停顿或并按照标识(AGV)或轨道(RGV)进入相应工位；在每个工位处设置RFID标签作为工位位置识别标志，在摆渡RGV、转运小车上设置RFID读卡器，工位RFID信息采集至PLC系统，这样便实现对工位识别和转运小车的定位；
步骤S2、设置左、右两套翻转机构，中间包与翻转机构对接后随着翻转机构运动倾倒熔体，当中间包熔体倾倒完毕后(一般倾倒90°)回位，另一翻转机构启动，带动对接其上的中间包接续倾倒，回位后的中间包由转运小车装载退回至集中熔炼区，盛装熔体并进行处理后转运至缓冲区，当空中间包退出通道后，其他准备好的中间包由转运小车送至翻转机构处，为下一包熔体倾倒做准备，如此反复，可实现多包交替倾倒，满足大规格锭坯喷射成形熔体供应需求；
步骤S3、中间包与翻转机构采用榫卯结构对接，在转运小车移动过程中，其上装载的中间包与翻转机构自动对接，对接到位后转运小车停止在轨道上，而中间包随翻转机构倾倒，倾倒完毕翻转机构回位后，中间继续装载在转运小车上，转运小车回退移动过程中，中间包与翻转机构的榫卯脱开；
步骤S4、通过漏包液位控制系统对中间包熔体倾倒速度(即翻转机构转速)在线调节，以保证漏包液位稳定。
4.根据权利要求4所述的一种熔体转运方法，其特征在于：所述AGV(自动导引小车)转运：在熔体转运通道上布设磁条(或磁钉)或导引带，AGV装载着中间包采用磁导引或视觉导引方式沿着熔体转运通道移动，根据控制指令将中间包熔体送至中间包预热工位、熔体处理工位、缓冲区、喷射成形设备漏包处；多台喷射成形设备并行生产时，将会有多台转运AGV工作，为了防止多台转运AGV在转运中路径发生干涉，设置多个缓冲区，操作工位也可以当作缓冲区使用。
5.根据权利要求4所述的一种熔体转运方法，其特征在于：所述RGV(轨道导引小车)转运：在熔体转运通道和各操作工位上布设轨道，转运RGV装载着中间包沿着轨道移动，根据控制指令将中间包熔体送至中间包预热工位、熔体处理工位、缓冲区、喷射成形设备漏包处，由于熔体转运通道的轨道和进入中间包预热工位、熔体处理工位、缓冲区的轨道相互交叉垂直，因此，在交叉处设置转载工位，转载工位上布设相互垂直的轨道，转运RGV停在转载工位上时，转载工位通过转载机构进行90°转向与相应轨道对接，从而实现转运RGV在熔体转运通道和操作工位之间的转移。
6.根据权利要求4所述的一种熔体转运方法，其特征在于：所述RGV摆渡+RVG转运：在熔体转运通道和各操作工位上布设轨道，摆渡RGV仅仅沿着熔体转运通道上的轨道移动，转运RGV装载在摆渡RGV上，一台摆渡RGV装载一台或多台转运RGV，根据装载的转运RGV台数在摆渡RGV上布设相应数目的轨道，轨道方向与熔体转运通道轨道方向垂直，当摆渡RGV到达中间包预热工位、熔体处理工位、缓冲区工位时停止，摆渡RGV上轨道与相应工位轨道对接，转运RGV移动至相应工位；
所述多台喷射成形设备并行生产时，将会有多台摆渡RGV和转运RGV工作，为了防止多台摆渡RGV和转运RGV在转运中路径发生干涉，设置一个摆渡RGV缓冲区和多个转运RGV缓冲区，操作工位也可以当作转运RGV缓冲区使用，摆渡RGV缓冲区和熔体转运通道轨道之间设置转载工位，摆渡RGV停在转载工位上时，转载工位通过转载机构进行90°转向与缓冲区轨道对接，摆渡RGV移动至缓冲区中。
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