文/魏偉·齊齊哈爾軌道交通裝備有限公司
500kJ對(duì)擊錘鍛造生產(chǎn)線工藝平面設(shè)計(jì)
文/魏偉·齊齊哈爾軌道交通裝備有限公司
本文通過(guò)對(duì)500kJ對(duì)擊錘生產(chǎn)線的工藝平面設(shè)計(jì)工作的整理、歸納,總結(jié)出了鍛造生產(chǎn)線工藝平面設(shè)計(jì)的一般的工作步驟、工序間的相關(guān)性考慮的具體內(nèi)容等等。
模鍛設(shè)備主機(jī)的噸位的確定根據(jù)把將要和打算在該條生產(chǎn)線上生產(chǎn)的各種模鍛件產(chǎn)品特點(diǎn)進(jìn)行了歸納梳理,總結(jié)為:⑴模鍛件產(chǎn)品批量中等,其總量大約為每年幾萬(wàn)至十幾萬(wàn)件;⑵模鍛件產(chǎn)品精度要求一般;⑶多品種的適應(yīng)性要強(qiáng);⑷設(shè)備造價(jià)要經(jīng)濟(jì)適用;⑸設(shè)備的耐用性要求非常好;經(jīng)過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算和模鍛件模擬軟件的模擬分析(計(jì)算和分析過(guò)程略)確定模鍛設(shè)備的噸位為16000t~20000t。
模鍛設(shè)備主機(jī)的選型
通過(guò)大量的調(diào)研考察、查閱資料,納入我們視線的大致有如下幾種類(lèi)型設(shè)備:熱模鍛壓力機(jī)(曲柄連桿結(jié)構(gòu))、模鍛錘(電液驅(qū)動(dòng))、離合器式螺旋壓機(jī)、電動(dòng)螺旋壓機(jī)、對(duì)擊式模鍛錘等,經(jīng)過(guò)綜合的分析論證,模鍛錘(電液驅(qū)動(dòng))和對(duì)擊式模鍛錘被確定為我們選擇的目標(biāo),而模鍛錘(電液驅(qū)動(dòng))的強(qiáng)烈振動(dòng)對(duì)周邊環(huán)境的影響無(wú)法滿足當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門(mén)的技術(shù)指標(biāo)要求,對(duì)擊式模鍛錘被確定為選擇目標(biāo),經(jīng)過(guò)招標(biāo),最終選擇了德國(guó)Schuler公司的氣動(dòng)500kJ對(duì)擊錘,該規(guī)格型號(hào)對(duì)擊錘為國(guó)內(nèi)首臺(tái)。
配套設(shè)備的選擇
根據(jù)產(chǎn)品工藝要求,配套了國(guó)產(chǎn)的中頻感應(yīng)加熱爐(加熱三種規(guī)格原料)、天然氣室式加熱爐、液壓結(jié)構(gòu)2000t切邊壓力機(jī)、軌道式裝取料操作機(jī)(工序間傳輸)、400t液壓彎曲機(jī)、液壓結(jié)構(gòu)彎曲整形機(jī)(專(zhuān)用產(chǎn)品)等,考慮到將來(lái)的模鍛件產(chǎn)品發(fā)展,在工藝平面中,預(yù)留了一臺(tái)制坯用壓機(jī)的平面位置(目前沒(méi)有該類(lèi)需求的產(chǎn)品,因此暫時(shí)不上)。
⑴中頻感應(yīng)加熱爐的選擇。
經(jīng)過(guò)中頻感應(yīng)加熱爐加熱的原料共有三種規(guī)格,其中兩種圓形截面不同規(guī)格尺寸的原料需要通過(guò)同一套上料機(jī)構(gòu),給同一臺(tái)輥鍛機(jī)上料,因此它們的感應(yīng)器需要平行,靠近擺放;另外一種用于矩形截面原料的感應(yīng)器單獨(dú)擺放。其中,1號(hào)中頻感應(yīng)加熱爐是為加熱較大規(guī)格原料(圓截面)配備的,其功率最大;2號(hào)中頻感應(yīng)加熱爐是為加熱較小規(guī)格原料(圓截面)配備的,其功率較??;3號(hào)中頻感應(yīng)加熱爐是為加熱矩形截面原料配備的,其功率較小,三種中頻感應(yīng)加熱爐不同時(shí)工作。1號(hào)中頻感應(yīng)加熱爐和2號(hào)中頻感應(yīng)加熱爐的出料端要求能夠在一個(gè)位置,共用一套上料機(jī)構(gòu)為輥鍛機(jī)上料,為了節(jié)約資源,將2號(hào)中頻感應(yīng)加熱爐與3號(hào)中頻感應(yīng)加熱爐設(shè)計(jì)為共用一套中頻電源。
⑵輥鍛機(jī)的選擇。
根據(jù)最大規(guī)格產(chǎn)品原料φ180mm,確定輥鍛機(jī)規(guī)格為1250型,該規(guī)格輥鍛機(jī)為國(guó)內(nèi)首臺(tái)。
⑶切邊機(jī)的選擇。
根據(jù)對(duì)擊錘的噸位,確定液壓切邊機(jī)的噸位為2000t,其工作臺(tái)面的長(zhǎng)寬尺寸與對(duì)擊錘的臺(tái)面相配套;考慮工件較長(zhǎng),易于彎曲變形的原因,我們將切邊工藝確定為“抱切”方式。
⑷軌道式裝取料操作機(jī)的選擇。
根據(jù)工件最大重量,確定操作機(jī)最大夾持重量為300kg,夾頭中心最大回轉(zhuǎn)半徑5500mm;夾頭中心最小回轉(zhuǎn)半徑2000mm。
工序間傳送物料的方式確定為國(guó)產(chǎn)裝取料操作機(jī)(軌道式),該操作機(jī)操作靈活、迅速,完全滿足工藝需求;根據(jù)各個(gè)工序間的工作負(fù)荷同時(shí)考慮工件在各個(gè)工序間的幾何形狀的變化不同,設(shè)計(jì)用三臺(tái)同一型號(hào)的裝取料操作機(jī),三臺(tái)裝取料操作機(jī)配備不同的操作卡爪;其中,第一臺(tái)用做從加熱爐(三臺(tái)中頻感應(yīng)加熱爐和一臺(tái)燃?xì)饧訜釥t)取料,(當(dāng)用燃?xì)鉅t加熱時(shí)它同時(shí)兼做向爐內(nèi)送料)將料送到500kJ對(duì)擊錘上模鍛工位;第二臺(tái)用做從500kJ對(duì)擊錘上模鍛工位取出模鍛件,送到2000t液壓切邊壓機(jī)的切邊工位上,并將完成切邊的模鍛件從切邊工位上取出,送到彎曲工序;第三臺(tái)用做將完成彎曲(或整形)的模鍛件取走擺放到成品存放區(qū)。其中,第二臺(tái)裝取料操作機(jī)的動(dòng)作最多,但其行程較短,而第一臺(tái)裝取料操作機(jī)動(dòng)作雖然少,但其行程較長(zhǎng),比較第一臺(tái)和第二臺(tái)裝取料操作機(jī)的工作時(shí)間節(jié)拍,大體相當(dāng),第三臺(tái)裝取料操作機(jī)的工作負(fù)荷顯然比前兩臺(tái)都小,但考慮該階段的模鍛件形狀的特殊性(相應(yīng)裝備不同的卡爪)也只能這樣分配其各自的工作負(fù)荷。
工藝流程
根據(jù)不同產(chǎn)品的工藝特點(diǎn)總結(jié)了如下幾種不同的工藝流程:
Ⅰ、1號(hào)中頻感應(yīng)爐加熱→輥鍛機(jī)制坯→對(duì)擊錘模鍛→切邊機(jī)……;
Ⅱ、2號(hào)中頻感應(yīng)爐加熱→輥鍛機(jī)制坯→對(duì)擊錘模鍛→切邊機(jī)……;
Ⅲ、1號(hào)中頻感應(yīng)爐加熱→對(duì)擊錘模鍛→切邊機(jī)……;
Ⅳ、1號(hào)中頻感應(yīng)爐加熱→壓機(jī)制坯→對(duì)擊錘模鍛→切邊機(jī)……;
Ⅴ、3號(hào)中頻感應(yīng)爐加熱→對(duì)擊錘模鍛→切邊機(jī)……;
Ⅵ、燃?xì)鉅t加熱→對(duì)擊錘模鍛→切邊機(jī)……;
Ⅶ、燃?xì)鉅t加熱→壓機(jī)制坯→對(duì)擊錘模鍛→切邊機(jī)……;
就是說(shuō),上述的幾種工藝流程在設(shè)計(jì)的工藝平面中都要求能夠順暢合理地實(shí)現(xiàn)。
工藝平面設(shè)計(jì)
工藝流程Ⅰ是為生產(chǎn)較大規(guī)格圓截面原料,需要軸向做材料分配的模鍛件而設(shè)計(jì)的;工藝流程Ⅱ是為生產(chǎn)較小規(guī)格圓截面原料,需要軸向做材料分配的模鍛件而設(shè)計(jì)的;工藝流程Ⅲ是為生產(chǎn)較大規(guī)格圓截面原料,不需要軸向做材料分配的模鍛件而設(shè)計(jì)的;根據(jù)流程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ做出如圖1所示的局部工藝平面設(shè)計(jì)。
圖1 根據(jù)流程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ規(guī)劃的工藝平面
工藝流程Ⅳ是為生產(chǎn)較大規(guī)格圓截面原料,需要徑向做材料分配的模鍛件而設(shè)計(jì)的;根據(jù)流程Ⅳ做出如圖2所示的局部工藝平面設(shè)計(jì)。
圖2 根據(jù)流程Ⅳ規(guī)劃的工藝平面
工藝流程Ⅴ是為生產(chǎn)矩形截面原料的模鍛件而設(shè)計(jì)的;工藝流程Ⅵ是為生產(chǎn)小批量(試制類(lèi))不需要做材料分配的模鍛件而設(shè)計(jì)的;工藝流程Ⅶ是為生產(chǎn)小批量(試制類(lèi)),需要徑向做材料分配的模鍛件而設(shè)計(jì)的;根據(jù)流程Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ做出如圖3所示的局部工藝平面設(shè)計(jì)。
由于目前暫時(shí)沒(méi)有需要徑向做材料分配的模鍛件,因而,做徑向做材料分配的壓機(jī)先不上,但在工藝平面設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留好其平面位置以備將來(lái)的工藝平面的長(zhǎng)遠(yuǎn)合理性。
在工藝平面具體位置設(shè)計(jì)時(shí),由于各臺(tái)設(shè)備的上下料都是有裝取料操作機(jī)夾持運(yùn)送完成的,因此各臺(tái)設(shè)備的位置尺寸都必須滿足在操作機(jī)夾頭中心最大回轉(zhuǎn)半徑5500mm、夾頭中心最小回轉(zhuǎn)半徑2000mm的范圍內(nèi)。當(dāng)然,相鄰設(shè)備基礎(chǔ)間的相關(guān)性更應(yīng)充分考慮。
圖3 根據(jù)流程Ⅴ規(guī)劃的工藝平面
圖4 總工藝平面布局
匯總以上各個(gè)局部工藝平面設(shè)計(jì),形成如圖4所示的總工藝平面的布局設(shè)計(jì)。目前該項(xiàng)技術(shù)改造工作已經(jīng)全面完成,交付批量生產(chǎn)使用,效果良好。