文/張龍，魯帥，王喜珠，孫慶祥·一汽鍛造(吉林)有限公司

鍛造企業(yè)是機械制造行業(yè)中工作環(huán)境差，勞動強度大，人員密集型的毛坯類加工企業(yè)，近年來，隨著我國制造業(yè)技術(shù)能力及制造水平的提高，自動化鍛造在我國的鍛造行業(yè)也進行了嘗試與應(yīng)用，如我公司正使用的12500t前梁自動化生產(chǎn)線和6300t小曲軸自動化生產(chǎn)線、4000t鏈板節(jié)自動化生產(chǎn)線、4000t連桿自動化生產(chǎn)線等。

生產(chǎn)工藝

不同品種的小曲軸需要不同的生產(chǎn)工藝，出于產(chǎn)品通用性的考慮，我公司引進了可以實現(xiàn)多工位鍛打的韓國鍛壓機，用機器人和步進梁進行鍛件的傳遞，實現(xiàn)了不同品種生產(chǎn)的全線自動化。具體工藝流程如下：上料→中頻感應(yīng)加熱→熱坯料自動分選→鍛造→熱校正→卸料→余溫?zé)崽幚怼鎯Α謇怼鷻z查→清洗/防銹/烘干→裝箱。

設(shè)備概述

6300 t自動化生產(chǎn)線設(shè)計生產(chǎn)L形、V形曲軸，L形曲軸設(shè)計節(jié)拍8s，每小時可生產(chǎn)450件，主要生產(chǎn)04E105123G、04E105123AE、06K105123C、06K105123E曲軸，還可生產(chǎn)06K105123J曲軸。V形曲軸設(shè)計節(jié)拍9s，每小時可生產(chǎn)400件，可生產(chǎn)31401445、1005021-391型曲軸。

整條生產(chǎn)線為全自動化生產(chǎn)，實現(xiàn)了鍛件從上料到包裝的全流程自動化，主要配備了上料系統(tǒng)（用叉車將托盤放置于傳送帶上，機械手將坯料逐個送入加熱爐）、中頻感應(yīng)加熱爐、熱坯料自動三分選系統(tǒng)、上載機、熱模鍛壓力機、卸載機、扭校一體機、鍛件溫控分選、控溫冷卻輸送帶、立體倉庫、拋丸機、探傷機、清洗/防銹/烘干機構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)料箱等生產(chǎn)流程設(shè)備，各部位之間依靠機器人進行棒料（鍛件）的傳遞。生產(chǎn)線同時配備了模具翻轉(zhuǎn)機、模具快換機構(gòu)、模具清洗室、石墨自動配比機構(gòu)等生產(chǎn)輔助設(shè)備。依靠生產(chǎn)流程設(shè)備以及生產(chǎn)輔助設(shè)備實現(xiàn)了生產(chǎn)的全自動化以及生產(chǎn)的快速切換。

上料系統(tǒng)

傳統(tǒng)的上料系統(tǒng)如圖1所示，由翻料機、搓料機、輸送帶組成，但是面對多品種混線生產(chǎn)狀況，搓板空搓料、棒料站立、搓料振動掉落等問題不斷發(fā)生，致使此處常需要人員進行看護，浪費了大量的人力和物力資源，料架系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)料盤與機器人、輸送鏈、機械手組成，很好的解決了上述問題。

棒料在標(biāo)準(zhǔn)托盤上通過叉車放置在料架區(qū)域，托盤在此區(qū)域傳送，機器人從托盤上抓起棒料后放置在輸送鏈上，輸送鏈將棒料傳遞至機械手下側(cè)，機械手橫向移動卡爪將棒料夾起，放置在電加熱前端輸送鏈上，輸送鏈將鍛件傳遞至電加熱前側(cè)夾送輥處，由夾送輥送入電加熱。

圖1 上料系統(tǒng)

加熱及分選系統(tǒng)

中頻電加熱采用知名電加熱廠家ABP產(chǎn)品，采用一用一備式結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的快速切換，同時根據(jù)不同產(chǎn)品配備不同配方，電加熱根據(jù)配方自動進行溫度調(diào)節(jié)，最大限度降低能耗。

在入爐口配備專用的一鍵式清空裝置，可以實現(xiàn)在連續(xù)鍛打的過程中進行棒料清空，清空后清空桿自動回到始位，節(jié)省了大量人力及物力。在出爐口處配備有熱坯料的欠溫、合格、超溫的三分選裝置，通過測溫探頭監(jiān)控棒料表面溫度，實現(xiàn)棒料的溫度篩選，合格棒料通過滑道傳遞到接料器處如圖2所示。

熱模鍛壓力機

熱模鍛壓力機如圖3所示，是我公司從韓國J & H PRESS 進口的專門為鍛造曲軸設(shè)計的6300t鍛壓機。具有生產(chǎn)效率高、鍛打速度快、加載力均勻、換模速度快、封閉高度調(diào)整速度快等優(yōu)點，非常適合批量生產(chǎn)的流水線作業(yè)。

機器人接收接料器信號后夾取棒料放置在上載機處，上載機將棒料送至鍛壓機內(nèi)部，步進梁將棒料夾起，同時傳遞信號給噴淋系統(tǒng)，通過步進梁內(nèi)部信號的反饋，噴淋系統(tǒng)進行各工位潤滑以及棒料異常夾取停機處理，鍛打后鍛件經(jīng)過卸載機傳遞到下一工序機器人處。

圖2 加熱及分選系統(tǒng)

圖3 熱模鍛壓力機

鍛壓機配備了模具翻轉(zhuǎn)裝置、模具清洗裝置以及模具快換裝置，在模具異常時，液壓系統(tǒng)松開模具，換模車將模具拉出，翻轉(zhuǎn)機將模具翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)后的模具放置在模具清洗小車上，推入清洗房，利用高壓水槍進行模具的徹底清理。同時另外一臺換模車可以快速將備用模具推入設(shè)備，液壓系統(tǒng)鎖緊模具，換模工作可在15分鐘內(nèi)完成，實現(xiàn)了快速換模。

扭校一體機

扭校一體機如圖4所示，是專門為大眾V形和L形曲軸設(shè)計的整體式機器，具有扭擰和校正功能，整臺機器采用液壓驅(qū)動，存在運行穩(wěn)定加壓恒定，可以保證扭擰精度在±0.5°范圍內(nèi)。

圖4 扭校一體機

機器人將鍛件放在上載機處，上載機將鍛件送入扭校一體機，經(jīng)過步進梁與噴淋系統(tǒng)的配合，實現(xiàn)鍛件的扭校，扭校后的鍛件經(jīng)過卸載機送達(dá)溫度分選處，測溫探頭進行溫度判定，機器人將溫度不足鍛件分選出，將合格鍛件放在控溫冷卻帶處。

控溫冷卻輸送帶

控溫冷卻系統(tǒng)設(shè)計為用于非調(diào)質(zhì)鋼乘用車曲軸類鍛件的鍛后控制冷卻，通過控制冷卻處理使鍛件滿足產(chǎn)品金相組織、晶粒度、硬度及性能要求。

經(jīng)扭校工序后的鍛件，由機器人轉(zhuǎn)運到控溫冷卻帶的專用托盤上，托盤避免了曲軸傳送過程中相接觸產(chǎn)生硬度變化和磕碰傷，經(jīng)硬度抽檢輸送帶、風(fēng)冷處理輸送帶、水霧冷卻輸送帶進入立體庫區(qū)如圖5所示。

圖5 控溫冷卻輸送帶

控溫冷卻輸送系統(tǒng)包含小批量硬度抽檢輸送部分、風(fēng)冷處理輸送部分、水霧冷卻輸送部分，鍛件進入控制冷卻系統(tǒng)的溫度大約在1050～1150℃范圍，鍛件進入風(fēng)冷處理輸送部分和水霧冷卻輸送部分前，分別設(shè)置兩處紅外溫度檢測點，控制溫度分別為600℃和300℃，當(dāng)鍛件表面溫度超出控制溫度，測溫裝置能夠進行聲光報警，輸送系統(tǒng)實現(xiàn)自動停機，控溫冷卻系統(tǒng)能夠保證鍛件出控溫系統(tǒng)的溫度低于200℃。

立體倉庫

立體倉庫如圖6所示，用于曲軸的中間存儲，存儲曲軸的數(shù)量為2160件。為提升出入庫效率，立體倉庫被設(shè)計為能夠在生產(chǎn)過程中同時進行出件和入件。而且，立體倉庫系統(tǒng)設(shè)置了拋丸工序出口和備用出口，當(dāng)生產(chǎn)鍛件為不需拋丸處理的調(diào)質(zhì)鋼曲軸或立體倉庫因故障不能使用時，鍛件可以經(jīng)備用出口，進行裝箱轉(zhuǎn)運。

圖6 立體倉庫

當(dāng)鍛件進入立體倉庫區(qū)域，通過對立體倉庫的程序設(shè)置，鍛件可不入庫直接入拋丸機處理，也可以通過程序控制直接儲存在料架上，這樣利于對產(chǎn)品按模具號、爐批號、生產(chǎn)日期等進行管理。

拋丸機

拋丸機為韓國KYUNDONG公司生產(chǎn)的多工位轉(zhuǎn)臺式強力拋丸機，用于對曲軸類鍛件表面進行清理，拋丸機系統(tǒng)如圖7所示，由拋丸機和除塵器兩個部分組成。

圖7 拋丸機系統(tǒng)

相比傳統(tǒng)的人工掛件上料方式，拋丸機系統(tǒng)實現(xiàn)了裝件、卸件均使用機器人完成，減輕了工人的勞動負(fù)擔(dān)，提高了生產(chǎn)效率。鍛件被機器人準(zhǔn)確放置在托輥上后，將隨轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)6個工位，同時可在托輥上自轉(zhuǎn)。每個鍛件經(jīng)2組強力拋丸器和1組普通拋丸器處理，這種形式的拋丸處理能夠保證鍛件獲得更好的表面質(zhì)量，完成拋丸的鍛件由機器人取出，送入鍛后處理系統(tǒng)。

探傷/檢測/清洗/烘干/防銹/包裝系統(tǒng)

鍛后處理系統(tǒng)用于拋丸后曲軸自動傳輸、磁化、熒光檢查、退磁、直線度/變形檢測、打磨、清洗、防銹、烘干、包裝等。

鍛件由機器人傳送至探傷機輸送帶，經(jīng)磁化電流磁化后，由傳送機將曲軸自動送到暗房內(nèi)，在暗房內(nèi)操作者進行人工熒光檢查，根據(jù)檢查結(jié)果控制鍛件走向，合格件輸送到退磁機構(gòu)；裂紋件輸送到打磨工位；明顯廢品送到廢料箱。在打磨/檢測工位，對探傷后有裂紋、表面缺陷的曲軸進行打磨，打磨折紋件需返回探傷區(qū)域重新磁化檢驗。而探傷合格件直接進入清洗輸送帶，烘干后進行浸防銹劑防銹，防銹后進行鍛件吹干，處理后的鍛件由機器人碼放進入包裝箱，完成曲軸的發(fā)交準(zhǔn)備。

鍛后處理系統(tǒng)由韓國AGANG公司設(shè)計、制造，由探傷機、輸送帶、防銹烘干機、機器人等幾部分組成，如圖8所示。鍛件經(jīng)輸送帶傳送至探傷機上，探傷機噴淋探傷液，人工在暗室內(nèi)檢查鍛件質(zhì)量，不合格件分離出，合格件流入下一工序，由人工檢查鍛件表面質(zhì)量；合格件由機械手夾取、涂防銹油、烘干，烘干后鍛件由機器人擺放至鍛件箱，用叉車轉(zhuǎn)運至?xí)捍鎱^(qū)，準(zhǔn)備發(fā)送給客戶。

至此，鋼材完成了由圓棒料到曲軸的蛻變。

圖8 鍛后處理系統(tǒng)

結(jié)束語

本文以小曲軸為例，闡述了我公司全自動化生產(chǎn)線上完成的棒料到曲軸的全部過程，也向讀者展示了國內(nèi)先進的全自動化生產(chǎn)線的工藝流程，僅希望借此文拋磚引玉，為行業(yè)提供一些可參考的設(shè)備自動化知識。