? ????

? ? ? 摘要：主要論述了一體化后車身鋁壓鑄生產(chǎn)車間的規(guī)劃實(shí)踐，從項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)、工藝布局、設(shè)備選擇、智能化壓鑄系統(tǒng)等全面總結(jié)。規(guī)劃充分考慮了集成化、自動(dòng)化、智能化、綠色環(huán)保，以打造一個(gè)高效率、高質(zhì)量、低運(yùn)營成本的一體化標(biāo)桿鋁壓鑄車間為目標(biāo)，成為行業(yè)典范。

1、項(xiàng)目概況

? ? ? 極氪工廠杭州灣基地新建一座生產(chǎn)一體化后車身鋁壓鑄件車間，采用整體規(guī)劃，分期投入原則。整車間按照3個(gè)壓鑄島和3條機(jī)加裝配線進(jìn)行整體規(guī)劃，一期購置2個(gè)壓鑄島和2條機(jī)加裝配線體，二期預(yù)留1個(gè)壓鑄島和1條機(jī)加裝配線體。一期于2023年7月已進(jìn)入批量生產(chǎn)階段，滿足極氪001和009等同平臺(tái)后車身供件需求。

2、生產(chǎn)綱領(lǐng)

? ? ? 項(xiàng)目主要生產(chǎn)極氪車型一體式后車身零件，采用自主研發(fā)的高性能免熱處理鋁合金HA1-H材料，平均單件澆注達(dá)90kg。本項(xiàng)目整體規(guī)劃年產(chǎn)能不低于36萬件，一期已建成2個(gè)壓鑄島和2條機(jī)加裝配線體，年產(chǎn)能不低于24萬件。

3、工藝布局

3.1 設(shè)計(jì)理念

? ? ? 規(guī)劃建成一座高效率、高質(zhì)量、低運(yùn)營成本的智慧壓鑄車間，設(shè)計(jì)理念具體體現(xiàn)如下：

（1）車間生產(chǎn)以產(chǎn)品不落地，生產(chǎn)工藝流程全自動(dòng)化為主旨。

（2）工藝布局以合理緊湊，物流采用一個(gè)“流”，路徑最短為原則。

（3）工藝設(shè)備以高度集成化，高度自動(dòng)化，少人化為原則。

（4）智能化實(shí)現(xiàn)透明、敏捷、智能的L4級(jí)壓鑄系統(tǒng)在項(xiàng)目上充分應(yīng)用。

（5）工廠以綠色、節(jié)能、環(huán)保、安全為設(shè)計(jì)宗旨。

? ? ? 通過以上設(shè)計(jì)理念，打造行業(yè)典范壓鑄車間。

3.2 生產(chǎn)工藝流程

? ? ? 從原材料接收，到熔煉壓鑄成型、半成品入庫，再到機(jī)加裝配、成品入庫，包括中間各種檢驗(yàn)、料餅及工藝渣包處理、除塵裝備設(shè)計(jì)、物流輸送等進(jìn)行梳理，整體生產(chǎn)工藝流程圖如圖1所示。

3.3 布局特點(diǎn)

? ? ? 工藝布局以產(chǎn)品各工序加工內(nèi)容為基礎(chǔ)，充分考慮生產(chǎn)工藝流程的順暢性，工藝設(shè)備的自動(dòng)化程度，以及成品件到焊裝車間物流最短；從熔煉到成品上焊裝線，完全遵循“一個(gè)流設(shè)計(jì)”原則，完成產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)。各生產(chǎn)因素遵循精益生產(chǎn)模式，設(shè)計(jì)整體產(chǎn)線，布局設(shè)計(jì)有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：

（1）各工序間物料自動(dòng)化傳輸且物流路徑最短，輸送更高效，生產(chǎn)節(jié)拍更快。

（2）各功能區(qū)域布置合理，功能集中，每個(gè)區(qū)域間物料流最短。

（3）生產(chǎn)過程可及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，避免進(jìn)入下一工序。

（4）降低在制品庫存，減少車間占地和降低庫存浪費(fèi)。

（5）壓鑄車間和機(jī)加裝配車間區(qū)分，廠房形成高低跨，節(jié)約投資。

（6）使用行車工序集中一跨，減少行車投入，減少行車作業(yè)交叉，安全性高。

? ? ? 工藝布局示意圖如圖2所示。

4、工藝設(shè)備

? ? ? 本文將工藝設(shè)備劃分為四大部分，分別為壓鑄島設(shè)備、機(jī)加裝配線設(shè)備、環(huán)保設(shè)備、輔助設(shè)備，具體介紹如下。

4.1 壓鑄島設(shè)備

? ? ? 整體壓鑄島設(shè)計(jì)思路為：從原材料進(jìn)入到半成品件下線入庫，包含熔煉、壓鑄成型、切除料餅及渣包、360°去毛刺飛邊及殘留、激光打碼和X光抽檢、自動(dòng)裝箱、AGV物流輸送等全工藝流的集成。最大特色為高集成度、高自動(dòng)化、高效率。見圖3。

4.1.1 熔煉單元

? ? ? 本工廠熔煉單元選擇了1套4.0t/h鋁合金塔式熔化爐和1套10t循環(huán)除氣保溫爐，包含自動(dòng)提升投料機(jī)構(gòu)、熔化爐、保持室、泵出鋁、爐平臺(tái)等裝置。其工藝流程為鋁錠→投料裝置→料塔→熔化室熔化→流入保持室→保持室造渣扒渣精煉→過濾板→出湯室（帶電加熱器）透氣磚除渣、除氣→出液泵出鋁→導(dǎo)流槽→鋁液進(jìn)入循環(huán)除氣保溫爐。

? ? ? 本單元主要特點(diǎn)為：爐平臺(tái)集成度高；進(jìn)口燒嘴設(shè)計(jì)，最大限度節(jié)約能源；系統(tǒng)和AGV互通，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料。

4.1.2 壓鑄單元

? ? ? 壓鑄單元為產(chǎn)品零件成型設(shè)備，熔煉及周邊集成單元等均圍繞、匹配其進(jìn)行配置，匹配其功能和節(jié)拍實(shí)現(xiàn)。包含給湯機(jī)構(gòu)、7200t壓鑄機(jī)、模溫系統(tǒng)、機(jī)邊冷卻系統(tǒng)、高真空系統(tǒng)、6個(gè)視角紅外攝像系統(tǒng)、機(jī)器人仿型噴涂、防塵罩和煙霧過濾系統(tǒng)等。

? ? ? 本單元主要特點(diǎn)為：

（1）壓鑄機(jī)工藝參數(shù)范圍廣。模板尺寸：3700mm×3700mm；容模量：1600～2400mm；最大射料量（鋁）：149kg；空壓射速度（高速）：≥10m/s;壓射力（增壓）：2920kN；最大鑄造面積（40MPa）：17500cm2。

（2）采用湯勺給湯，給湯精度高，誤差數(shù)值±1%以內(nèi)。

（3）節(jié)拍快，通過全工序仿真模擬優(yōu)化,加強(qiáng)模具冷卻等措施,可實(shí)現(xiàn)90s/件。

（4）高真空度，用9個(gè)抽真空通道，三段式真空工藝及裝備創(chuàng)新，靜態(tài)真空度≤5mbar。

（5）強(qiáng)大的溫控系統(tǒng)，16臺(tái)水溫機(jī)16臺(tái)油溫機(jī)分區(qū)獨(dú)立控制，模具溫度平衡在150～200℃范圍，提升力學(xué)性能。

（6）仿型噴涂節(jié)拍快至約15s/模次。

（7）整個(gè)單元外觀全封閉，整潔美觀。

4.1.3 周邊集成單元

? ? ? 周邊集成單元主要對(duì)剛成型取出的零件進(jìn)行冷卻、修剪、打磨、檢測和自動(dòng)裝箱等工序。按照工藝流程主要配置有：完整性檢測，水箱冷卻，折邊機(jī)去除渣包，等離子切割料餅，機(jī)器人去除飛邊、毛刺、渣包殘留，激光打碼，X光探傷檢測（依據(jù)節(jié)拍抽檢），人工檢查（外觀和尺寸），機(jī)器人視覺識(shí)別自動(dòng)裝箱，AGV搬運(yùn)，等離子切割除塵，去毛刺除塵。

? ? ? 本單元主要特點(diǎn)為：

（1）高度集成化，零件所需各工位全部集成線體內(nèi)，包括X光探傷抽檢，AGV信號(hào)對(duì)接輸送等。

（2）高自動(dòng)化率，全部機(jī)器人傳輸，全部AGV輸送物流，視覺拍照自動(dòng)裝箱。

（3）高柔性化，線體中設(shè)置臨時(shí)下線工位，有故障能及時(shí)處理，不影響整線停線。

（4）少人化，除零件下線外觀檢測需要人工外，其余均為自動(dòng)化傳輸。

（5）智能化，生產(chǎn)數(shù)據(jù)全部集成MES系統(tǒng)，工藝參數(shù)集成L4級(jí)智能壓鑄系統(tǒng)內(nèi)，實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化計(jì)算并推優(yōu)參數(shù)。

4.2 機(jī)加裝配線

? ? ? 機(jī)加裝配線體設(shè)計(jì)思路為：從半成品自動(dòng)上料，機(jī)器人傳輸各工位，到最終成品視覺質(zhì)檢自動(dòng)裝箱入庫，整體流水線式生產(chǎn)。包括半成品AGV自動(dòng)輸送，機(jī)器人視覺抓取上料，自主研發(fā)的雙主軸CNC進(jìn)行切削加工，各裝配工位（拉壓鉚+鋼絲螺紋套+去尾柄等），視覺質(zhì)檢，自動(dòng)裝框，CNC油霧除塵等全套集成。見圖4。

? ? ? 本線體CNC采用聯(lián)合開發(fā)，屬于中國首臺(tái)套單系統(tǒng)雙通道數(shù)控加工中心，采用口字型結(jié)構(gòu)床身、偏置式雙擺頭、封閉式除塵系統(tǒng)、微量潤滑、A軸翻轉(zhuǎn)工作臺(tái)、風(fēng)扇刀清理、零點(diǎn)定位系統(tǒng)、刮板式排屑器、鼓形直排刀庫等技術(shù)，有效提升加工效率10%-15%以上，提升高速切削穩(wěn)定性20%以上，減少廢屑?xì)埩?0%以上。

4.3 環(huán)保設(shè)備

? ? ? 本車間主要環(huán)保設(shè)備有：壓鑄機(jī)油霧凈化過濾系統(tǒng)、熔爐除塵、等離子切割除塵、去毛刺站打磨區(qū)域濕式除塵、CNC機(jī)床油霧除塵。

（1）壓鑄機(jī)油霧凈化過濾系統(tǒng)：用于脫模劑和沖頭油產(chǎn)生的煙霧凈化過濾，采用靜電吸附式凈化過濾器+活性炭吸附組合方式，通過煙囪實(shí)現(xiàn)有組織高空排放。

（2）熔爐除塵：用于熔爐產(chǎn)生的煙氣和粉塵處理，采用布袋除塵，防爆設(shè)計(jì)，排放顆粒物濃度≤10mg/m3。

（3）等離子切割除塵：用于等離子切割產(chǎn)生的煙氣和粉塵處理，采用濾筒除塵，防爆設(shè)計(jì)，排放濃度限值≤10mg/m3。

（4）去毛刺除塵：用于去毛刺站切割打磨產(chǎn)生的粉塵，采用文丘里濕法除塵，防爆設(shè)計(jì)，高效過濾，實(shí)際排放濃度0.03mg/m3，是職業(yè)衛(wèi)生排放要求的百分之一。

（5）CNC機(jī)床油霧除塵，用于CNC加工切削液產(chǎn)生油霧過濾，采用油霧過濾器，兩級(jí)過濾+高效過濾，排放≤4mg/m3。

4.4 輔助設(shè)備

? ? ? 除上面主要設(shè)備外，車間輔助設(shè)備也較多，每一項(xiàng)都影響車間功能運(yùn)轉(zhuǎn)。本項(xiàng)目輔助設(shè)備分為輔助工藝設(shè)備、質(zhì)量及實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、公用動(dòng)力設(shè)備。

4.4.1 輔助工藝設(shè)備

（1）橋式起重機(jī)：規(guī)劃2臺(tái)120/60t雙鉤橋式起重機(jī)，用于壓鑄模具上下壓鑄機(jī)和模具維修吊裝使用。

（2）破碎機(jī)：熱模件需進(jìn)行破碎，成為回爐料，建設(shè)1套破碎機(jī)系統(tǒng)，包括上料機(jī)構(gòu)、破碎機(jī)、隔音房、懸臂吊等內(nèi)容。上料機(jī)構(gòu)采用板鏈垂直升降運(yùn)輸，極大減少場地占用。整個(gè)破碎機(jī)在隔音房內(nèi)，破碎噪聲有效控制在85dB范圍內(nèi)。

（3）AGV：整個(gè)車間一期規(guī)劃了29臺(tái)2t承載AGV，12臺(tái)1t承載AGV，全流程使用，真正實(shí)現(xiàn)智能化物料運(yùn)輸。2t承載AGV用于熔煉上料、料餅和渣包運(yùn)輸、零件出入庫、機(jī)加上料、裝配線成品入庫。1t承載AGV用于產(chǎn)品從壓鑄島下線到半成品裝框之間的輸送。

（4）返修間：在生產(chǎn)過程中，存在部分零件需要翻庫檢查返修等，本車間返修間建設(shè)了吊裝系統(tǒng)、180°翻轉(zhuǎn)返修臺(tái)，高負(fù)壓濕式除塵器等設(shè)施。

（5）洗模間：模具下線維護(hù)保養(yǎng)時(shí)，模具表面需要清洗、管路需要清洗、管路需要測漏測壓、滑塊需要?jiǎng)幼鳒y試等一系列維護(hù)保養(yǎng)活動(dòng)，建設(shè)洗模間更便于上述保養(yǎng)活動(dòng)。配套的主要設(shè)備有：清洗間房體、模具表面清洗機(jī)、管路清洗機(jī)、模溫機(jī)、高壓液壓泵站等裝置。

4.4.2 質(zhì)量檢測及實(shí)驗(yàn)室設(shè)備

? ? ? 制造出一個(gè)質(zhì)量合格的零件，不僅需要成熟的制造工藝和設(shè)備，也需要通過質(zhì)量檢測進(jìn)行最后的監(jiān)控把關(guān)。壓鑄車間的質(zhì)量檢測內(nèi)容有：鋁液的含氫含渣量測量，鋁液的成分測量，半成品件的尺寸測量，機(jī)械性能和力學(xué)性能測量，裝配拉脫力測試，刀具尺寸檢測等內(nèi)容。主要設(shè)備有：測氫儀、手持式熱電偶、直讀光譜儀、金相鑲嵌機(jī)、脫模劑濃度檢測儀、熱成像儀、全自動(dòng)金相預(yù)磨機(jī)、電解拋光機(jī)、金相顯微鏡、萬能拉伸機(jī)（帶引伸計(jì)）、硬度計(jì)（CCD）、線切割、光學(xué)測量等。

4.4.3 公用動(dòng)力設(shè)備

? ? ? 本車間建設(shè)在整車工廠內(nèi)，高壓電開閉所、綜合站房、污水處理站房、固廢站等共用廠區(qū)設(shè)施，現(xiàn)有能力不足需補(bǔ)齊部分及新增內(nèi)容主要有：循環(huán)水泵房（貼車間建設(shè)，投資和使用成本更低）、配電間、備用發(fā)電機(jī)房（預(yù)防停電，保溫爐雙電源規(guī)劃）、氬氣站（鋁液采用氬氣除氣，用量較大，建設(shè)液氬站，降低成本）、天然氣管道等。

上下滑動(dòng)閱讀完整內(nèi)容

5、智能壓鑄系統(tǒng)應(yīng)用

? ? ? 一體化大型壓鑄件制造技術(shù)難度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的壓鑄件，需要調(diào)整優(yōu)化的工藝參數(shù)較多，怎么快速生成最優(yōu)的工藝參數(shù)，調(diào)試出質(zhì)量合格的一體化壓鑄件產(chǎn)品是需要解決的一個(gè)課題。現(xiàn)行業(yè)內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量的調(diào)試和優(yōu)化，完全基于工藝人員的經(jīng)驗(yàn)，依據(jù)產(chǎn)品X光透視檢測、實(shí)驗(yàn)室性能檢測數(shù)據(jù)等，進(jìn)行判斷調(diào)整各項(xiàng)工藝參數(shù)。由于工藝人員的經(jīng)驗(yàn)水平不同，經(jīng)過幾輪工藝參數(shù)調(diào)整和產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)，最終達(dá)到滿足質(zhì)量要求的工藝參數(shù)，過程需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和資源，而且不能保證此工藝參數(shù)為最優(yōu)。鑒于現(xiàn)狀，結(jié)合模型算法及大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，通過采集相關(guān)工藝和質(zhì)量數(shù)據(jù)，由AI算法去尋找最優(yōu)工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)問題參數(shù)自識(shí)別，工藝參數(shù)自優(yōu)化。目前已聯(lián)合開發(fā)L4級(jí)智能壓鑄系統(tǒng)，包含以上功能，已應(yīng)用于現(xiàn)場。

5.1 應(yīng)用技術(shù)

? ? ? 智能壓鑄系統(tǒng)開發(fā)，采用線邊工控機(jī)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的核心工藝參數(shù)和質(zhì)量檢測設(shè)備反饋的相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量缺陷數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，基于仿真數(shù)據(jù)構(gòu)建代理模型驅(qū)動(dòng)優(yōu)化計(jì)算（由CAE仿真求解器生成仿真結(jié)果，通過機(jī)器深度學(xué)習(xí)生成代理模型，代理模型強(qiáng)化學(xué)習(xí)，進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化計(jì)算）。系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸示意圖如圖5所示。

5.2 三大系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

? ? ? 智能壓鑄系統(tǒng)包含3個(gè)智能系統(tǒng)，分別為壓鑄工藝系統(tǒng)、模溫工藝系統(tǒng)、質(zhì)量檢測系統(tǒng)。

5.2.1 智能壓鑄工藝系統(tǒng)

? ? ? 智能壓鑄工藝系統(tǒng)，專門服務(wù)壓鑄機(jī)這塊工藝參數(shù)的采集、整理、監(jiān)控、推優(yōu)。根據(jù)產(chǎn)品模具設(shè)計(jì)信息、壓鑄機(jī)設(shè)備信息、產(chǎn)品質(zhì)量信息，調(diào)用基于機(jī)器學(xué)習(xí)回歸分析模型優(yōu)化調(diào)整工藝窗口，自動(dòng)生成較優(yōu)生產(chǎn)工藝窗口，以及建議調(diào)整的優(yōu)化工藝參數(shù)。同時(shí)借用快速模流分析工具，對(duì)建議調(diào)整的優(yōu)化工藝參數(shù)進(jìn)行仿真模流分析并查看結(jié)果。并對(duì)后續(xù)生產(chǎn)中的工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)超出或接近邊緣的情況進(jìn)行報(bào)警及調(diào)節(jié)提示，保證穩(wěn)定生產(chǎn)。

5.2.2 智能模溫工藝系統(tǒng)

? ? ? 智能模溫工藝系統(tǒng)，用于模具溫度場的工藝調(diào)整，溫度場的變化直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，如何得到最優(yōu)產(chǎn)品質(zhì)量所需的溫度場正是該系統(tǒng)解決的問題。一體化大型壓鑄模具溫度場受上百條模溫管道溫控調(diào)節(jié)、生產(chǎn)過程鋁液傳熱、噴涂降溫、開合模時(shí)間長短等較多影響因素，極其復(fù)雜。該系統(tǒng)依據(jù)產(chǎn)品模具設(shè)計(jì)信息、紅外拍攝信息、影響因數(shù)系數(shù)，計(jì)算訓(xùn)練雙向秒級(jí)預(yù)測模型，形成模溫模板，實(shí)現(xiàn)后續(xù)模溫-工藝參數(shù)管路預(yù)測計(jì)算。在此基礎(chǔ)上，基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的模溫-水量調(diào)節(jié)反算模型，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)模溫工藝參數(shù)推出。在自動(dòng)模式下，推優(yōu)參數(shù)直接推送至模溫機(jī)，并控制模溫機(jī)進(jìn)行參數(shù)自動(dòng)調(diào)整。同樣該系統(tǒng)還擁有熱節(jié)查找及報(bào)警，模溫監(jiān)控及異常報(bào)警，將紅外圖像配準(zhǔn)并映射到三維模具模型表面，直觀顯示模具溫度場等功能。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試驗(yàn)證，模溫系統(tǒng)代理模型準(zhǔn)確預(yù)測到了模具溫度變化趨勢，穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下溫度值預(yù)測誤差小于1%。

5.2.3 智能質(zhì)量檢測系統(tǒng)

? ? ? 智能質(zhì)量檢測系統(tǒng)，集成了自動(dòng)缺陷檢測軟件，對(duì)X光射線拍攝的產(chǎn)品照片實(shí)時(shí)檢測（缺陷查找-缺陷評(píng)級(jí)-產(chǎn)品判廢）及分揀，收集并分析產(chǎn)品缺陷及質(zhì)量變化情況，為產(chǎn)品工藝優(yōu)化計(jì)算提供相關(guān)質(zhì)量信息。該系統(tǒng)還使用深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)X光圖像中的缺陷分割，通過二維到三維映射方法將缺陷還原到三維數(shù)模內(nèi)部，形成缺陷三維云圖，更直觀顯示缺陷部位。同時(shí)實(shí)現(xiàn)分區(qū)與批量統(tǒng)計(jì)，定期批量分析產(chǎn)品的檢測結(jié)果數(shù)據(jù)，形成缺陷分布云圖（顯示產(chǎn)品中各個(gè)位置出現(xiàn)缺陷的概率分布）。

6、未來技術(shù)應(yīng)用展望

? ? ? 隨著新技術(shù)的逐步應(yīng)用，結(jié)合鋁壓鑄車間實(shí)際生產(chǎn)工況，未來有以下技術(shù)可逐步應(yīng)用。如：半成品下線外觀檢測采用AI+視覺檢測方式：熔煉扒渣采用機(jī)器人；人形機(jī)器人在人工工位訓(xùn)練及應(yīng)用；AI+智能化生產(chǎn)大模型的應(yīng)用。

7、結(jié) 論

? ? ? 本項(xiàng)目根據(jù)規(guī)劃目標(biāo)和設(shè)計(jì)理念，已建成投產(chǎn)并達(dá)各項(xiàng)目標(biāo)，現(xiàn)整個(gè)車間各項(xiàng)運(yùn)行良好。其工藝布局和產(chǎn)線設(shè)計(jì)理念，集成化程度、自動(dòng)化程度、智能化程度、綠色環(huán)保等均可作為一體化鋁壓鑄生產(chǎn)企業(yè)借鑒案例。

分享我們：
點(diǎn)擊右上角“…”按鈕：分享到朋友圈，
或者：發(fā)送給朋友。讓您的朋友也一起分享。

關(guān)注我們：

1.點(diǎn)擊右上角“…”按鈕，選擇查看官方賬號(hào)，點(diǎn)擊關(guān)注。

2.在添加朋友圈中搜索微信公眾號(hào)：壓鑄實(shí)踐

3.掃一掃下面二維碼，點(diǎn)擊關(guān)注。

4.長按二維碼識(shí)別，更多精彩內(nèi)容，關(guān)注《中國壓鑄》雜志微信公眾平臺(tái)。

5.《中國壓鑄》雜志網(wǎng)-www.dcm888.com?

6.聯(lián)系我們：0755-28528113? ? ??