文／朱舸，趙春霞，卓偉·中國(guó)重汽集團(tuán)公司濟(jì)南鑄鍛中心

曲軸自動(dòng)生產(chǎn)線的調(diào)試與完善

文／朱舸，趙春霞，卓偉·中國(guó)重汽集團(tuán)公司濟(jì)南鑄鍛中心

曲軸自動(dòng)化鍛造生產(chǎn)線與傳統(tǒng)的生產(chǎn)線相比，具有生產(chǎn)效率高、節(jié)拍穩(wěn)定、工藝穩(wěn)定的明顯優(yōu)勢(shì)，同時(shí)對(duì)設(shè)備系統(tǒng)和工藝有著更高的要求，曲軸自動(dòng)生產(chǎn)線的調(diào)試過程，實(shí)際上就是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)諸多因素的完善過程。

曲軸自動(dòng)生產(chǎn)線的構(gòu)成及工序過程

該生產(chǎn)線主要由中頻感應(yīng)爐、φ1000mm輥鍛機(jī)、KP12500楔式熱模鍛壓力機(jī)、16MN切邊機(jī)、2MN扭擰機(jī)、20MN校正機(jī)、機(jī)器人、總線系統(tǒng)等設(shè)備構(gòu)成。

曲軸生產(chǎn)工序如下：電爐上料→電爐加熱→電爐出料→輥鍛機(jī)→1#機(jī)器人→1#周轉(zhuǎn)臺(tái)→2#機(jī)器人→KP12500熱模鍛壓力機(jī)→噴淋機(jī)器人→4#機(jī)器人→2#周轉(zhuǎn)臺(tái)→5#機(jī)器人→3#周轉(zhuǎn)臺(tái)→6#機(jī)器人→切邊機(jī)→4#周轉(zhuǎn)臺(tái)→7#機(jī)器人→扭擰機(jī)→5#周轉(zhuǎn)臺(tái)→8#機(jī)器人→曲軸控冷線→曲軸鍛件。

曲軸生產(chǎn)線調(diào)試、試生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題

由于曲軸自動(dòng)生產(chǎn)線工序環(huán)節(jié)眾多，每個(gè)環(huán)節(jié)的問題均有可能造成生產(chǎn)線的故障停機(jī)，圖1所示為曲軸生產(chǎn)線調(diào)試生產(chǎn)一個(gè)月內(nèi)的問題匯總。

圖1 曲軸生產(chǎn)線問題匯總

由圖1可見，造成生產(chǎn)線停線的故障種類、次數(shù)繁多。進(jìn)行歸類整理發(fā)現(xiàn)，造成生產(chǎn)線停線的故障多屬于設(shè)備系統(tǒng)故障和工藝方面的問題。

設(shè)備系統(tǒng)方面的常見問題及解決

主要問題是機(jī)器人本身報(bào)錯(cuò)的故障、設(shè)備單機(jī)本身故障及總線系統(tǒng)的通訊類故障。

⑴機(jī)器人報(bào)錯(cuò)的故障。

機(jī)器人程序不完善、參數(shù)設(shè)置不當(dāng)造成機(jī)器人的過載報(bào)錯(cuò)；機(jī)器人夾鉗在生產(chǎn)過程中由于高溫、受力產(chǎn)生變形，抓取、擺放工件位置偏移造成的過載報(bào)錯(cuò)。

解決辦法包括：①在做好機(jī)器人負(fù)載測(cè)試工作的前提下，完善程序、調(diào)整參數(shù)；②對(duì)夾鉗進(jìn)行熱防護(hù)、空冷或水冷降溫，改進(jìn)夾鉗結(jié)構(gòu)；③定期檢查機(jī)器人夾鉗情況，及時(shí)維護(hù)、更換。

⑵設(shè)備及通訊故障。

設(shè)備及通訊故障主要集中在設(shè)備通訊、液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面。通過提高電子元件的穩(wěn)定性以適應(yīng)曲軸生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)的高溫、振動(dòng)、粉塵、水等惡劣環(huán)境。尤其是通訊線纜的接插端，要保證清潔、密閉、牢固。

工藝方面的常見問題及解決

在調(diào)試階段主要出現(xiàn)了頂料桿不回位、鍛件粘模、鍛件局部不滿模等問題。

⑴頂料桿不回位的故障。

產(chǎn)生頂料桿不回位問題的原因包括：①頂料桿變形，無法順利回位；②頂料回位彈簧疲勞，力量不足以將頂料桿壓回；③孔與桿的間隙超差，在鍛造過程中，有金屬流入頂料孔與頂料桿間隙中，將頂料桿卡死（圖2）。由于頂料液壓系統(tǒng)力量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于頂料桿復(fù)位的彈簧力量，所以以上情況會(huì)造成頂料桿不回位（圖3）。

由于曲軸自動(dòng)生產(chǎn)線在鍛造過程中出現(xiàn)模具頂料桿不能回位的情況，只能進(jìn)行局部冷卻、拋光等臨時(shí)手段，而效果往往不好，最終只能停線，拖出模箱、拆卸模具，至少會(huì)造成停線8小時(shí)，因此，對(duì)于該問題必須進(jìn)行徹底的解決。

解決鍛模頂料不回位的辦法包括：

①模具安裝階段。每次安裝鍛模時(shí)要更換檢測(cè)過的符合工藝參數(shù)要求的彈簧、頂料桿。安裝過程中，要對(duì)頂料桿與模具頂料孔的間隙進(jìn)行測(cè)量，嚴(yán)格控制間隙。既保證頂料桿上下順暢，又確保鍛打過程中金屬不能流入間隙內(nèi)。

圖2 金屬流入頂料孔與頂料桿間隙中

圖3 預(yù)鍛下模頂料桿不回位

②模具拆卸階段。模具拆卸后要對(duì)頂料桿、彈簧進(jìn)行尺寸和參數(shù)測(cè)量評(píng)定，并對(duì)使用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，制定出合理的定期淘汰制度，杜絕超期服役。

③鍛造生產(chǎn)階段。要求生產(chǎn)線監(jiān)控巡檢人員密切關(guān)注鍛模頂料的回位情況，尤其是新模具上場(chǎng)初期，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，主動(dòng)停線，避免機(jī)器人放件時(shí)與下頂料桿出現(xiàn)干涉，造成生產(chǎn)線急停的被動(dòng)局面。

⑵粘模故障分析與解決。

粘模多因模具老化、磨損、鍛模潤(rùn)滑不足等原因引起，可通過定期保養(yǎng)模具、監(jiān)控模具實(shí)時(shí)溫度及鍛模的石墨潤(rùn)滑劑的附著情況來盡量減少粘?，F(xiàn)象。鍛造過程中無論是在鍛打、切邊、扭擰、校正工序均有可能出現(xiàn)粘模情況，而對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線而言，由于目前沒有監(jiān)控粘模的手段，一旦出現(xiàn)會(huì)造成機(jī)器人與鍛件撞擊、鍛件落下砸壞夾鉗等嚴(yán)重后果，會(huì)直接造成生產(chǎn)線的故障停線。所以在調(diào)試過程中要重點(diǎn)監(jiān)控、盡量避免。

因此要做好以下工作：①檢查各設(shè)備頂料系統(tǒng)，確認(rèn)完好后方可進(jìn)行鍛造生產(chǎn)；②定期維護(hù)保養(yǎng)模具，及時(shí)修磨拋光，減少粘模的出現(xiàn)；③在抽檢區(qū)域?qū)ηS的厚度、毛邊的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)調(diào)整鍛打參數(shù)；④在調(diào)試階段工藝穩(wěn)定之前，要對(duì)各工序進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)粘模情況，進(jìn)行控制切斷操作，避免設(shè)備、工裝受損。

⑶模具的冷卻、潤(rùn)滑過量造成的缺陷。

在傳統(tǒng)的曲軸鍛造中，曲軸的法蘭端（大頭）很容易鍛打成形，極少出現(xiàn)不滿模的缺陷（圖4），而在自動(dòng)生產(chǎn)線試生產(chǎn)過程中，卻發(fā)生了小批量充不滿的情況。按照坯料是否足夠、金屬流動(dòng)是否順利、模具溫度是否過低等原因進(jìn)行分類識(shí)別。

圖4 曲軸法蘭端（大頭）出現(xiàn)的不滿模

首先通過對(duì)下線的毛邊進(jìn)行觀察，若毛邊厚度、寬度均符合要求，說明坯料足夠。同時(shí)由于該曲軸工藝在熱模鍛壓力機(jī)上經(jīng)過了驗(yàn)證，所以應(yīng)該考慮是自動(dòng)化線上特有的因素造成的產(chǎn)品缺陷。

鍛打區(qū)域在完成模具的冷卻、潤(rùn)滑之后，進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)下模有明顯的積水（圖5），這是造成曲軸法蘭端不滿模的直接原因。形成積水的原因一般為：①冷卻、潤(rùn)滑噴淋量過大，下模大量殘液，造成鍛打時(shí)不滿模；②模具端部溫度過低，無法將水分蒸發(fā)，積累了殘液。

圖5 曲軸預(yù)鍛模下模型腔內(nèi)的殘液

進(jìn)一步分析，模具冷卻、潤(rùn)滑配方未發(fā)生更改，噴淋時(shí)間和噴淋量理論上沒有增加，那么產(chǎn)生積液的原因只能是曲軸法蘭端的模具端部預(yù)熱溫度過低，或者冷卻水、石墨電磁閥關(guān)閉不嚴(yán)，導(dǎo)致實(shí)際噴淋量超出需要值，造成下模出現(xiàn)大量殘液。

解決的辦法包括：①監(jiān)控模具預(yù)熱溫度，達(dá)到工藝要求溫度時(shí)再開線生產(chǎn)；②監(jiān)控鍛打過程中模具的溫度變化情況，適度微調(diào)冷卻配方，控制模具溫度；③對(duì)噴淋系統(tǒng)電磁閥定期檢查，及時(shí)排除泄漏現(xiàn)象。

結(jié)束語

對(duì)于自動(dòng)化曲軸鍛造生產(chǎn)線而言，由于工序環(huán)節(jié)繁多，而任何一個(gè)環(huán)節(jié)的差錯(cuò)往往都會(huì)造成整條生產(chǎn)線的故障停產(chǎn)或者產(chǎn)生批量的廢品、不良品，所以在試生產(chǎn)時(shí)要重視細(xì)節(jié)，消除每一個(gè)看似細(xì)微的不足，持續(xù)完善，才能確保自動(dòng)化曲軸鍛造生產(chǎn)線的正常運(yùn)行。