本发明属于铝合金铸造技术领域，具体地说，涉及一种协作机器人手臂铝合金金属型低压铸造工艺方法。
背景技术：
近两年，协作机器人发展迅速，因协作机器人的应用可降低生产成本、提高劳动效率和生产系统整体柔性，已逐步应用于汽车、3c、it电子行业等诸多精密行业领域，尤其是小型零部件的装配应用。
协作机器人手臂在高速动作过程中不能产生晃动，是实现了高速而且平滑的动作性能关键，同时协作机器人手臂很苗条但是承载载荷很大，所以即使被安装在狭小的空间进行使用，同时可以让机器人手臂与周围设备发生碰撞的可能性控制在最低限度。随着智能化和人机协同工作，传感器电缆、附加轴电缆、电磁阀、空气导管和用来控制工具的i/o电缆都内置于狭小的手臂中。所以轻量化、高刚性、内腔高精度、外表面美观精致的手臂是协作机器人未来核心竞争的关键。
传统工业机器人手臂一般采用砂型或者重力铸造方式来生产，但是砂型铸造工艺和重力铸造工艺本身的缺点一直制约着这种先进高精度协作机器人手臂大批量制造。为了制造出性能更好的协作机器人手臂研究一种新的铝合金铸造工艺方法尤为重要。
有鉴于此特提出本发明。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种协作机器人手臂铝合金金属型低压铸造工艺方法，制造出来的协作机器人手臂，具有轻量化、高刚性、内腔精度高、外表面美观精致的优点。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种协作机器人手臂铝合金金属型低压铸造工艺方法，包括以下步骤：
s01，手臂三维建模，用三维软件对需要铸造的协作机器人手臂按图纸技术要求进行三维造型；
s02，铸造工艺方案设计，根据产品结构结合金属型低压铸造工艺方法确定合金材料化学成分、浇注系统、加工余量、分型面；
s03，模流分析，按照铸造工艺方案绘制铸造毛坯三维，然后结合铸造工艺参数运用模流软件做模流分析，确定最终的铸造工艺方案；
s04，金属型低压铸造模具设计、手臂内腔热芯盒模具设计，按照最终铸造工艺方案结合金属型低压铸造模具特点、设备参数，设计模具；
s05，金属型低压铸造模具制造、手臂内腔热芯盒模具制造，按照设计好的模具图纸，制造金属型低压模具和内腔覆膜砂热芯盒模具；
s06，手臂内腔覆膜砂芯制造、表面喷涂，用制造好的内腔覆膜砂热芯盒模具压制覆膜砂协作机器人手臂内腔砂芯，然后在砂芯表面刷上特殊的水基石墨砂芯涂料，烘烤备用；
s07，金属型低压铸造模具喷砂、喷涂料，把制作完成的金属型低压铸造模具喷砂，安装到低压铸造机台上，然后对整个模具预热及成型部位喷涂料；
s08，金属型低压铸造合金熔炼、加料，按照铸造工艺要求把熔炼合格的铝汤加入低压铸造机保温炉；
s09，金属型低压铸造安装砂芯，安装内腔砂芯；
s10，金属型低压铸造铸件浇注，按照低压铸造设计好的工艺参数，浇注产品；
s11，金属型低压铸造铸件热处理，按照铸造合金材料的特性进行热处理。
进一步地，在进行所述步骤s09时，在下浇口安装过滤网。
进一步地，还包括步骤s12，金属型低压铸造铸件检验，在进行完热处理后，对浇注出来的金属型低压铸造铸件按照铸件技术要求对铸件尺寸、表面荧光探伤、重要部位x射线探伤。
进一步地，还包括步骤s13，金属型低压铸造铸件表面处理，在进行完铸件检验后，清理铸件毛刺，对铸件表面进行抛丸。
进一步地，在进行所述步骤s06时，砂芯必须经红外线烘烤炉120度烘烤3个小时并在浇注前出炉使用。
进一步地，在进行所述步骤s07时，模具预热和喷涂料时，应该根据铸造工艺分区域对金属型低压模具加热，进料口温度400℃-420℃，然后从下到上逐渐下降，保证顶部在350℃-380℃，营造顺序凝固的温度场，涂料要喷布均匀不能脱落，厚度控制在0.3-0.2mm,且喷涂料厚度和保温性按照从下到上顺序从厚到薄、从强到弱。
进一步地，在进行所述步骤s08时，所述铝汤的绝对密度达到2.62克每立方厘米时加料。
进一步地，在进行所述步骤s10时，所述铝汤浇注温度控制在740℃-760℃,充型压力0.035mp，充型时间15-20s,保压压力0.05mp，保压时间5-6min。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
与国内外工业机器人手臂采用砂型或重力铸造工艺方法相比，采用金属型低压铸造，充分利用低压铸造时液体在压力作用自下而上地持续补缩,铸件在整个铸造过程中是从上到下都是在压力下结晶，特别是铸造模具是金属型铸件，在凝固过程中是有阻收缩，所以金属型低压铸造出来的铸件组织致密、轮廓清晰、内外表面光洁、机械性能稳定，手臂内腔成形更加清晰，尺寸稳定一致性好，毛坯重量轻加工余量少，铸造出品率高，劳动强度低，劳动条件好，减少了砂型的用量节约能源减少了环境污染，特别是x射线探伤、荧光探伤、气密性以及加工表面针孔度等级比砂芯铸造高。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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附图。在附图中：
图1为本发明工艺流程示意图；
图2为本发明一种优选实施方式示意图；
图3为本发明另外一种优选实施方式示意图；
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本实施例所述的一种协作机器人手臂铝合金金属型低压铸造工艺方法，包括以下步骤：
s01，手臂三维建模，用三维软件对需要铸造的协作机器人手臂按图纸技术要求进行三维造型；
s02，铸造工艺方案设计，根据产品结构结合金属型低压铸造工艺方法确定合金材料化学成分、浇注系统、加工余量、分型面；
s03，模流分析，按照铸造工艺方案绘制铸造毛坯三维，然后结合铸造工艺参数运用模流软件做模流分析，不断优化确定最终的铸造工艺方案以及最终铸件毛坯三维；
s04，金属型低压铸造模具设计、手臂内腔热芯盒模具设计，按照最终铸造工艺方案结合金属型低压铸造模具特点、设备参数，设计模具；
s05，金属型低压铸造模具制造、手臂内腔热芯盒模具制造，按照设计好的模具图纸，制造金属型低压模具和内腔覆膜砂热芯盒模具；
s06，手臂内腔覆膜砂芯制造、表面喷涂，用制造好的内腔覆膜砂热芯盒模具压制覆膜砂协作机器人手臂内腔砂芯，然后在砂芯表面刷上特殊的水基石墨砂芯涂料，烘烤备用；
s07，金属型低压铸造模具喷砂、喷涂料，把制作完成的金属型低压铸造模具喷砂，安装到低压铸造机台上，然后对整个模具预热及成型部位喷涂料；
s08，金属型低压铸造合金熔炼、加料，按照铸造工艺要求把熔炼合格的铝汤加入低压铸造机保温炉；
s09，金属型低压铸造安装砂芯，安装内腔砂芯；
s10，金属型低压铸造铸件浇注，按照低压铸造设计好的工艺参数，浇注产品；
s11，金属型低压铸造铸件热处理，按照铸造合金材料的特性进行热处理。
首先用三维软件对需要铸造的协作机器人手臂按图纸技术要求进行三维造型。三维造型确认无误后根据协作机器人手臂产品要求结合金属型低压铸造工艺方法确定合金材料化学成分、浇注系统、加工余量、分型面完成铸件毛坯三维。然后按照铸件毛坯三维，结合铸造工艺参数运用模流软件做模流分析，不断优化确定最终的铸造工艺方案以及最终铸件毛坯三维。根据最终铸件毛坯三维结合金属型低压铸造模具特点和设备参数设计完成模具三维图以及模具加工二维图。按照设计好的模具三维图和二维图，制造金属型低压模具和覆膜砂热芯盒模具。金属型低压模具模块必须结合铸造工艺特点，根据成型部位的形状做出适合逐渐变化的温度场壁厚。用制造好的热芯盒模具压制覆膜砂手臂内腔砂芯，然后在砂芯表面刷上特殊的水基石墨砂芯涂料。把制作完成的金属型低压模具喷砂，安装到低压铸造机台上，然后对整个模具预热对成型部位喷涂料。按照铸造工艺设计好的合金材料把熔炼好合格的铝汤加入低压铸造机保温炉。合金熔炼时，合金熔炼必须根据所用合金材料熔炼工艺进行熔炼，熔炼完成后光谱分析符合gbt1173-2013标准规定zl101a化学成分，同时必须检验浇注样块断口以及测量材料铝水试样的绝对密度。安装好特殊过滤网和内腔砂芯，按照设计好的低压铸造工艺参数，进行低压浇注。实际生产过程中，升液压力、充型压力、保压压力、增压压力、冷却时间的参数需根据协作机器人手臂铸件结构产品重量进行设计和调整。铸件去除浇口后根据协作机器人手臂技术要求选用材料gbt1173-2013的zl101a-t6，铸件热处理按照gb/t25745-2010标准进行t6热处理。将热处理合格的协作机器人手臂进行各表面做100％荧光检测，协作机器人手臂的重要部位按astme94-2004进行x射线探伤，铸件检验合格后清理毛刺，抛丸后即可得到合格的协作机器人手臂铸件。
下面对其原理进行具体说明。
采用金属型低压铸造，充分利用低压铸造时液体在压力作用自下而上地持续补缩,铸件在整个铸造过程中是从上到下都是在压力下结晶，特别是铸造模具是金属型铸件，在凝固过程中是有阻收缩，所以金属型低压铸造出来的铸件组织致密、轮廓清晰、内外表面光洁、机械性能稳定，手臂内腔成形更加清晰，尺寸稳定一致性好，毛坯重量轻加工余量少，铸造出品率高。
进一步地，如图2所示，在进行所述步骤s09时，在下浇口安装过滤网，这样可以过滤掉铝汤里的杂质，避免浇注出来的产品形成气泡等缺陷。
如图3所示，进一步地，还包括步骤s12，金属型低压铸造铸件检验，在进行完热处理后，对浇注出来的金属型低压铸造铸件按照铸件技术要求对铸件尺寸、表面荧光探伤、重要部位x射线探伤。更进一步地，还包括步骤s13，金属型低压铸造铸件表面处理，在进行完铸件检验后，清理铸件毛刺，对铸件表面进行抛丸。
进一步地，在进行所述步骤s06时，砂芯必须经红外线烘烤炉120度烘烤3个小时并在浇注前出炉使用。
进一步地，在进行所述步骤s07时，模具预热和喷涂料时，应该根据铸造工艺分区域对金属型低压模具加热，进料口温度400℃-420℃，然后从下到上逐渐下降，保证顶部在350℃-380℃，营造顺序凝固的温度场，涂料要喷布均匀不能脱落，厚度控制在0.3-0.2mm,且喷涂料厚度和保温性按照从下到上顺序从厚到薄、从强到弱。
进一步地，在进行所述步骤s08时，所述铝汤的绝对密度达到2.62克每立方厘米时加料。
进一步地，在进行所述步骤s10时，所述铝汤浇注温度控制在740℃-760℃,充型压力0.035mp，充型时间15-20s,保压压力0.05mp，保压时间5-6min。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
与国内外工业机器人手臂采用砂型或重力铸造工艺方法相比，采用金属型低压铸造，充分利用低压铸造时液体在压力作用自下而上地持续补缩,铸件在整个铸造过程中是从上到下都是在压力下结晶，特别是铸造模具是金属型铸件，在凝固过程中是有阻收缩，所以金属型低压铸造出来的铸件组织致密、轮廓清晰、内外表面光洁、机械性能稳定，手臂内腔成形更加清晰，尺寸稳定一致性好，毛坯重量轻加工余量少，铸造出品率高，劳动强度低，劳动条件好，减少了砂型的用量节约能源减少了环境污染，特别是x射线探伤、荧光探伤、气密性以及加工表面针孔度等级比砂芯铸造高。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。