全自動(dòng)熱模鍛壓力機(jī)生產(chǎn)線應(yīng)用情況分析

文／張新東，張開舉·山推工程機(jī)械股份有限公司履帶底盤事業(yè)部

全自動(dòng)熱模鍛壓力機(jī)生產(chǎn)線應(yīng)用情況分析

文／張新東，張開舉·山推工程機(jī)械股份有限公司履帶底盤事業(yè)部

鍛造企業(yè)實(shí)施自動(dòng)化生產(chǎn)的必要性

⑴鍛造是一個(gè)勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作環(huán)境惡劣的行業(yè)，傳統(tǒng)的鍛造行業(yè)在工作環(huán)境方面存在著溫度高、噪聲和粉塵污染嚴(yán)重、勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)，這些都嚴(yán)重影響著勞動(dòng)者的身心健康和鍛造行業(yè)的發(fā)展。與其他工種相比，工人大多不愿從事此項(xiàng)工種。實(shí)施自動(dòng)化生產(chǎn)可以極大地降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境，從而可以吸引更多的工人從事此項(xiàng)工種。

⑵在大批量生產(chǎn)條件下，自動(dòng)化生產(chǎn)可提高生產(chǎn)效率，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，達(dá)到人工無(wú)法完成的生產(chǎn)節(jié)拍，減少人為因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

⑶鍛造是高耗能的行業(yè)，對(duì)電能的需求非常大，白天、晚上的峰谷電價(jià)相差4～5倍，為節(jié)約生產(chǎn)成本，很多企業(yè)選擇在晚上進(jìn)行生產(chǎn)，而新進(jìn)廠的90后年輕工人大都拒絕晚上工作，實(shí)施自動(dòng)化生產(chǎn)可以很好地解決這一問(wèn)題。

⑷實(shí)施自動(dòng)化生產(chǎn)有利于改善工廠的車間環(huán)境，提升企業(yè)的現(xiàn)代化生產(chǎn)水平和競(jìng)爭(zhēng)層次。

山推工程機(jī)械股份有限公司履帶底盤事業(yè)部是生產(chǎn)各類工程機(jī)械履帶底盤產(chǎn)品的專業(yè)化企業(yè)，目前產(chǎn)銷量在國(guó)內(nèi)同行業(yè)中居于首位。鏈軌節(jié)是履帶產(chǎn)品主要的關(guān)鍵零件，其毛坯采用熱鍛成形，屬于大批量生產(chǎn)，適合采用自動(dòng)化熱模鍛壓力機(jī)生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)。如圖1所示是我公司生產(chǎn)批量最大的一種鏈軌節(jié)鍛件，重量4.5kg，廣泛應(yīng)用于20t級(jí)挖掘機(jī)履帶上。

圖1 鏈軌節(jié)鍛件

為進(jìn)一步提高鏈軌節(jié)鍛件的產(chǎn)能和質(zhì)量，提升履帶底盤產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，我公司于2009年從德國(guó)米勒萬(wàn)家頓公司購(gòu)買引進(jìn)了PK3150全自動(dòng)熱模鍛壓力機(jī)生產(chǎn)線(圖2），并經(jīng)安裝調(diào)試后于2009年11月順利投產(chǎn)使用。目前，該生產(chǎn)線已成為我公司鍛件產(chǎn)量最大的一條鍛造生產(chǎn)線。下面就介紹一下這條生產(chǎn)線的總體情況、鍛造工藝特點(diǎn)和先進(jìn)性。

生產(chǎn)線的總體情況

⑴功能方面。該生產(chǎn)線主要用于鍛造節(jié)距為203mm以下的鏈軌節(jié)鍛件。

圖2 PK3150全自動(dòng)熱模鍛壓力機(jī)生產(chǎn)線

⑵組成方面。該生產(chǎn)線主要由自動(dòng)上料裝置、中頻感應(yīng)加熱爐、PK3150熱模鍛壓力機(jī)主機(jī)、余熱淬火機(jī)床、清洗機(jī)、網(wǎng)帶式回火爐等組成。其中，PK3150熱模鍛壓力機(jī)主機(jī)含有自動(dòng)線所需的步進(jìn)梁自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)構(gòu)、自動(dòng)噴霧裝置、上下自動(dòng)頂料機(jī)構(gòu)、模座液壓夾緊機(jī)構(gòu)、快速換模小車等。

⑶自動(dòng)化方面。從棒料自動(dòng)上料、加熱、鍛造到熱處理全部連線，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化操作，整條生產(chǎn)線僅需2名操作人員。棒料由上料機(jī)自動(dòng)上料，工件在各工位模具間采用步進(jìn)梁和機(jī)械手傳送，模具潤(rùn)滑冷卻由自動(dòng)噴霧裝置完成，合格的鍛件經(jīng)溫度自動(dòng)檢測(cè)裝置檢測(cè)后由傳輸鏈傳入熱處理設(shè)備。

⑷生產(chǎn)效率方面。生產(chǎn)節(jié)拍可人為設(shè)定，最快節(jié)拍為3s/件(滑塊2個(gè)行程），理論上最高班產(chǎn)量可達(dá)到9600件，大大提高了鍛造產(chǎn)能。

⑸鍛件質(zhì)量保證方面。生產(chǎn)線自動(dòng)化程度高，各種檢測(cè)手段齊備，避免了人為因素的影響，鍛件的尺寸和熱處理質(zhì)量更加穩(wěn)定可靠，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。

⑹環(huán)保及安全方面。模具噴霧潤(rùn)滑采用無(wú)色環(huán)保脫模劑，減少了對(duì)操作人員的身體危害；壓力機(jī)采用彈性減振技術(shù)，減輕了對(duì)周圍設(shè)備的振動(dòng)危害；鍛后鍛件直接進(jìn)入余熱淬火機(jī)床(圖3）利用鍛后余熱進(jìn)行淬火，大大節(jié)約了能源消耗。

生產(chǎn)線的鍛造工藝特點(diǎn)

圖3 余熱淬火機(jī)床

鍛造工藝方案要根據(jù)鍛件的具體工藝特點(diǎn)考慮，這樣才能發(fā)揮出設(shè)備的潛能，所以制定合理、先進(jìn)的鍛造工藝方案是工藝設(shè)計(jì)技術(shù)人員永遠(yuǎn)的追求。鏈軌節(jié)鍛件在鍛造成形后需切飛邊和沖連皮孔，同時(shí)該鍛件對(duì)鍛造變形和彎曲度要求較高，需要進(jìn)行熱整形。傳統(tǒng)的鏈軌節(jié)鍛件鍛造工藝方案為：壓扁→預(yù)鍛→終鍛→沖孔→切邊→翻轉(zhuǎn)飛邊→校正，共需要在壓力機(jī)上布置7個(gè)工位的模具，因模具工位較多，步進(jìn)梁機(jī)械手的工位也相應(yīng)較多，步進(jìn)梁總長(zhǎng)度較長(zhǎng)，自動(dòng)化生產(chǎn)時(shí)發(fā)生故障的總次數(shù)較多。

在考慮鏈軌節(jié)鍛件使用PK3150全自動(dòng)熱模鍛壓力機(jī)生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)的鍛造工藝方案時(shí)，我公司技術(shù)人員進(jìn)行了大膽的工藝創(chuàng)新和探索，并經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)完善，形成了如下的鏈軌節(jié)鍛件鍛造工藝方案：壓扁→預(yù)鍛→終鍛→沖孔切邊(使用沖孔切邊復(fù)合模）→校正，在壓力機(jī)上只需布置5個(gè)工位的模具即可完成鏈軌節(jié)鍛件的鍛造過(guò)程，鍛造工藝大大簡(jiǎn)化，步進(jìn)梁和模具的工位也相應(yīng)減少，工作可靠性大大提高。沖孔切邊復(fù)合模上設(shè)計(jì)有如圖4所示的切飛邊機(jī)構(gòu)，這樣在完成沖孔、切邊的同時(shí)還可將飛邊切斷為4段，鍛件被機(jī)械手搬運(yùn)到下一工位，而切斷的飛邊落到傳輸鏈上自動(dòng)排出。為保證模具工作的穩(wěn)定性，切刀的制作和裝配質(zhì)量非常重要，刃口使用耐熱合金材料，尺寸和裝配精度需要進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

圖4 沖孔切邊復(fù)合模的切飛邊機(jī)構(gòu)

生產(chǎn)線的先進(jìn)性

“工欲善其事，必先利其器”，先進(jìn)的鍛造設(shè)備是鍛件質(zhì)量的重要保證。PK3150全自動(dòng)熱模鍛壓力機(jī)生產(chǎn)線具備以下適應(yīng)自動(dòng)化鍛造的先進(jìn)性：

⑴壓力機(jī)床身設(shè)計(jì)充分考慮了設(shè)備在水平及垂直方向的剛性，以保證達(dá)到生產(chǎn)高精度鍛件的要求。

⑵用于安裝模具的壓力機(jī)工作臺(tái)，其裝模區(qū)域空間大，有利于實(shí)現(xiàn)鍛造過(guò)程的自動(dòng)化和快速換模。

⑶滑塊導(dǎo)軌以“×”形布置，可以補(bǔ)償所有的熱膨脹；導(dǎo)軌的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)得足夠長(zhǎng)，保證了滑塊的高剛性和精密導(dǎo)向。

⑷主傳動(dòng)系統(tǒng)采用組合式液壓離合器—制動(dòng)器，傳動(dòng)扭矩大、噪聲低、磨損小。組合式液壓離合器—制動(dòng)器至偏心軸之間采用行星齒輪傳動(dòng)，形成一個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定的傳動(dòng)系統(tǒng)。

圖5 伺服電機(jī)式自動(dòng)傳輸裝置

圖6 換模小車進(jìn)行自動(dòng)換模

⑸偏心軸由經(jīng)熱處理過(guò)的鍛鋼生產(chǎn)，為雙點(diǎn)結(jié)構(gòu)，剛性好，接觸應(yīng)力低，能將滑塊的成形力最優(yōu)地傳遞給床身。滑塊通過(guò)雙連桿驅(qū)動(dòng)，雙連桿的設(shè)計(jì)具有足夠的強(qiáng)度和截面尺寸，大規(guī)格尺寸的滑動(dòng)軸承可有效可靠地將壓力從曲軸傳遞給滑塊。

⑹壓力機(jī)的主傳動(dòng)系統(tǒng)和連桿處的小端軸承采用集中稀油循環(huán)潤(rùn)滑，并帶有配油器和電子監(jiān)控裝置。

⑺機(jī)械式工作臺(tái)頂料裝置和滑塊打料裝置由壓力機(jī)曲軸驅(qū)動(dòng)的機(jī)械凸輪直接驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，因此和壓力機(jī)絕對(duì)同步動(dòng)作。在壓力機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，頂出裝置可以用液壓驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。

⑻偏心軸和連桿支撐軸承帶有溫度監(jiān)控裝置，任何一個(gè)軸承溫度超過(guò)設(shè)定值，壓力機(jī)都會(huì)停止運(yùn)行，且控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)顯示故障位置并報(bào)警。

⑼具有鍛造壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，一旦鍛造壓力超過(guò)設(shè)定值，設(shè)備報(bào)警并停止壓力機(jī)工作。

⑽具有伺服電機(jī)式自動(dòng)傳輸裝置(圖5），其打開、夾緊和抬起高度任意可調(diào)，以保證用于生產(chǎn)不同形狀、不同尺寸的鍛件。

⑾具有與滑塊行程相關(guān)聯(lián)的模具自動(dòng)噴霧潤(rùn)滑系統(tǒng)，保證了噴霧潤(rùn)滑工作的有序、可靠。

⑿具有快速換模系統(tǒng)(圖6），30min以內(nèi)即可完成換模工作，并具有模具自動(dòng)液壓夾緊裝置。

結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)化生產(chǎn)可顯著提高鍛件的產(chǎn)量和質(zhì)量，正日益成為鍛造行業(yè)追求的目標(biāo)，同時(shí)也是鍛造行業(yè)長(zhǎng)久發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)一條全自動(dòng)鍛造生產(chǎn)線從生產(chǎn)線的總體情況、鍛造工藝特點(diǎn)、先進(jìn)性等方面進(jìn)行了分析闡述，以期與行業(yè)人士交流共享。