文／張鐵鎖，劉科，張向卓·陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司

由于鍛造行業(yè)存在高溫、噪聲污染、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題，工作環(huán)境惡劣，近幾年，鍛造企業(yè)用工難的問(wèn)題越來(lái)越突出，即使招來(lái)了工人，人員流動(dòng)也非常頻繁，給企業(yè)運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了一系列的問(wèn)題。自動(dòng)鍛造生產(chǎn)線因其效率高、用人少、節(jié)拍及質(zhì)量穩(wěn)定的特點(diǎn)，被越來(lái)越多的鍛造企業(yè)所采用。本文以步進(jìn)梁生產(chǎn)線為例，從工藝角度闡述了自動(dòng)生產(chǎn)線應(yīng)具備的條件。

自動(dòng)生產(chǎn)線的組成

步進(jìn)梁自動(dòng)生產(chǎn)線主要由上料機(jī)構(gòu)、在線稱重裝置、中頻感應(yīng)加熱爐、自動(dòng)壓力機(jī)及余熱熱處理爐組成(圖1)。毛坯通過(guò)上料機(jī)構(gòu)進(jìn)入中頻感應(yīng)加熱爐，加熱后進(jìn)行溫度檢測(cè)分選，合格的毛坯通過(guò)送料機(jī)械手送入壓力機(jī)進(jìn)行鍛打，坯料在壓力機(jī)各工位之間通過(guò)步進(jìn)梁進(jìn)行搬運(yùn)，鍛打完成后通過(guò)傳送鏈進(jìn)入余熱熱處理爐進(jìn)行熱處理，之后自動(dòng)排出。每次鍛打由程序自動(dòng)控制，且在每次鍛打間隙，噴淋機(jī)械手自動(dòng)對(duì)模具進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻。

自動(dòng)生產(chǎn)線對(duì)設(shè)備的要求

控制部分

圖1 自動(dòng)生產(chǎn)線布局圖

自動(dòng)生產(chǎn)線的控制分為兩部分，一部分控制壓力機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡和各部分的時(shí)序邏輯，另一部分是保證設(shè)備的安全運(yùn)行和各部分的安全防護(hù)，還可對(duì)壓力機(jī)潤(rùn)滑情況和各摩擦副溫度進(jìn)行監(jiān)控。各部分設(shè)備通過(guò)同步Profibus總線采用分布式布置連接到控制模塊上，控制模塊通過(guò)同步Profibus 總線與控制器進(jìn)行連接，可實(shí)現(xiàn)整條生產(chǎn)線任何部位故障停機(jī)時(shí)，其余部分同時(shí)停止工作，并可顯示停機(jī)原因及故障位置，便于快速維修。

上料部分

上料部分的料倉(cāng)應(yīng)能儲(chǔ)存不小于1 小時(shí)使用的材料，以減少操作人員頻繁的添加材料。最好采用間歇式給料器(圖2)，所有材料存儲(chǔ)于間歇式給料器中，由給料器根據(jù)一定周期往階梯式上料器中添加材料，避免大量材料壓在階梯式上料器上，使上料器負(fù)荷加大，頻繁超載。對(duì)采用閉式工藝生產(chǎn)的，上料部分還應(yīng)加裝重量在線檢測(cè)裝置(圖3)，保證材料的重量在合格范圍內(nèi)，避免悶車。

中頻加熱爐部分

中頻加熱爐出爐口須有溫度分選裝置，保證進(jìn)入壓力機(jī)的溫度符合要求。加熱爐的控制采用閉環(huán)控制，可根據(jù)出爐口溫度對(duì)功率進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整修正。加熱爐進(jìn)料口應(yīng)留有足夠的材料儲(chǔ)備區(qū)(圖4)，儲(chǔ)備區(qū)設(shè)置感應(yīng)裝置，在材料低于下限值時(shí)，通知上料機(jī)構(gòu)開(kāi)始工作，在材料高于上限值時(shí)，通知上料機(jī)構(gòu)停止工作。材料儲(chǔ)備區(qū)作為自動(dòng)生產(chǎn)線的緩沖區(qū)域，保證上料機(jī)構(gòu)與加熱爐的匹配。同時(shí)在出料口測(cè)溫后應(yīng)增加緩沖用儲(chǔ)料區(qū)，以保證壓力機(jī)與加熱爐的匹配。

鍛壓機(jī)部分

鍛壓機(jī)最重要的是潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)，因?yàn)樽詣?dòng)鍛壓機(jī)一般頻率較快，鍛打間隔較短，模具升溫較快，如果不能得到充分的冷卻潤(rùn)滑，模具壽命將急劇下降，所以潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)至關(guān)重要。不僅要保證良好的冷卻潤(rùn)滑，還不能有過(guò)多的冷卻水在模具型腔殘留。對(duì)采用隔工位鍛打的自動(dòng)生產(chǎn)線，在鍛件離開(kāi)模具型腔時(shí)，僅噴水進(jìn)行冷卻，在鍛件進(jìn)入模具型腔前，先噴氣吹出多余水分，后噴脫模劑進(jìn)行潤(rùn)滑。

鍛壓機(jī)的步進(jìn)梁一般采用10 個(gè)伺服電機(jī)控制步進(jìn)梁的打開(kāi)、夾緊、提升、下降、前進(jìn)及退回動(dòng)作，也有采用12 個(gè)伺服電機(jī)控制的，其增加了步進(jìn)梁前進(jìn)及后退方向調(diào)整的自由度，工藝調(diào)整自由度增大，相應(yīng)的調(diào)整難度也跟著增加。

圖2 間歇式給料器

圖3 在線稱重及分選

圖4 進(jìn)爐口材料儲(chǔ)備區(qū)

鍛壓機(jī)的模具卡緊應(yīng)采用液壓裝置，并配有換模小車(圖5)，鍛壓機(jī)工作臺(tái)邊應(yīng)配備兩套模座，在鍛壓機(jī)預(yù)熱模具及自動(dòng)工作期間，完成另一套模具的更換，在設(shè)備上的模具需要更換時(shí)，可用換模小車直接將整套模具推入，實(shí)現(xiàn)快速換模，充分發(fā)揮鍛壓機(jī)的高效性。

圖5 換模小車

余熱熱處理爐部分

自動(dòng)鍛造生產(chǎn)線應(yīng)配備余熱熱處理爐，因鍛壓機(jī)生產(chǎn)節(jié)拍恒定，終鍛溫度相對(duì)穩(wěn)定，可較為容易的實(shí)現(xiàn)鍛后溫度控制，準(zhǔn)確控制入爐溫度，利用余熱實(shí)現(xiàn)熱處理，節(jié)約能源。

自動(dòng)生產(chǎn)線對(duì)工藝的要求

自動(dòng)生產(chǎn)線對(duì)工藝最大的要求就是卡爪可以穩(wěn)定夾緊、移動(dòng)坯料，鍛坯在模具工位準(zhǔn)確定位，同時(shí)要考慮大的冷卻水在模具及鍛件上殘留，鍛打過(guò)程中形成高溫高壓水汽對(duì)模具壽命及鍛件充型的影響。其余要求，與手動(dòng)單機(jī)無(wú)太大區(qū)別。

因卡爪的夾緊時(shí)間比較短暫，任何的跳模及粘模都可能造成鍛件位置變化，從而錯(cuò)過(guò)卡爪的抓緊時(shí)機(jī)。為保證卡爪可以穩(wěn)定夾緊、移動(dòng)坯料，鍛件上模頂桿端面應(yīng)做成平面，不能有任何型腔，否則在頂桿退回時(shí)容易帶動(dòng)鍛件。下模頂出模具也應(yīng)盡可能是平面或加大出模角，使卡爪輕松取走鍛件。下模設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)留有排水的溝槽，以方便冷卻水排走，減小跳模。

為保證鍛坯在模具工位中準(zhǔn)確定位，對(duì)齒輪類鍛件，各工步間最好采用外圓定位，每工步外圓可比前一工步單邊多留出1mm 左右的間隙，保證各工步之間定位準(zhǔn)確。模具上可設(shè)計(jì)導(dǎo)向段，以方便鍛件準(zhǔn)確放入。

為減小高壓水汽對(duì)充型的影響，在上下模上需設(shè)計(jì)排氣孔，方便水汽的排出。同時(shí)在模具設(shè)計(jì)中，對(duì)預(yù)鍛時(shí)容易積水的位置，在終鍛成形時(shí)應(yīng)避免形成封閉型腔(圖6)，封閉型腔不僅不利于充滿，在高溫水汽排出時(shí)，也容易在模具上形成“豁口”(圖7)，降低模具壽命。

圖6 鍛造過(guò)程中出現(xiàn)封閉型腔

圖7 模具氣蝕形成的豁口

結(jié)論

⑴自動(dòng)生產(chǎn)線上料機(jī)構(gòu)、在線稱重裝置、中頻感應(yīng)加熱爐、自動(dòng)壓力機(jī)及余熱熱處理爐各組成部分應(yīng)以能保證自動(dòng)生產(chǎn)線高速、穩(wěn)定生產(chǎn)為原則去設(shè)計(jì)，在加熱爐前、后配緩沖區(qū)域，保證整條生產(chǎn)線節(jié)拍匹配。

⑵工藝及模具設(shè)計(jì)應(yīng)能保證卡爪可以穩(wěn)定夾緊、移動(dòng)坯料、各工位間準(zhǔn)確定位，同時(shí)兼顧高溫高壓水汽對(duì)模具壽命及鍛件充滿的影響。