鍛造自動潤滑裝置的應用

文／高紅林·陜西法士特汽車傳動集團有限責任公司

鍛造自動潤滑裝置的應用

文／高紅林·陜西法士特汽車傳動集團有限責任公司

高紅林，熱加工工藝室主任，工程師，長期從事鍛/鑄件新產品工藝開發和改進工作，在熱模鍛加工工藝、有色合金鑄造工藝等專業領域有豐富的從業經驗，帶領技術團隊多次獲得公司科技創新獎、先進班組、全省勞動競賽優秀班組、陜西省工人先鋒號等榮譽。

在整個鍛造生產的成本中，模具費用是鍛件成本的主要組成部分，一般占生產成本10%～25%，因此提高模具壽命可減少鍛件生產成本中的模具成本。在生產制造過程中，噴淋潤滑環節是延長鍛造模具壽命的重要組成部分。在鍛造生產中，鍛造潤滑劑成本僅占2%左右，但是對鍛造模具壽命起著決定性作用。近年來，隨著鍛造行業裝備及技術發展，以及生產制造過程人力成本的上升，原來手工的潤滑冷卻方式已經越來越不被大家所接受，從質量穩定及成本角度考慮，實現自動化鍛造無疑是今后大家選擇的方向，鍛造自動潤滑裝置的應用是其中必不可少的因素。

自動潤滑裝置方式

鍛造生產線目前采用的自動潤滑裝置主要有以下幾種：一類是安裝在機床外部，利用滑塊抬起的空間深入模具型腔對模具進行潤滑的自動潤滑結構；另一種是安裝在熱模鍛壓力機的步進梁上的自動潤滑裝置。

⑴采用步進梁自動化鍛造生產的熱模鍛生產線，該噴淋系統將噴淋頭、噴淋液管、氣管軟管都安裝在步進梁上方，整線集成由PLC連線控制，步進梁傳輸過程中對鍛造完畢的上下鍛造模具進行噴淋潤滑。這種結構優點可以對模具進行充分潤滑，即使滿工位生產也可以避免潤滑過程中潤滑液噴在鍛件上面，但由于受往復運動和高溫烘烤，易出現管線故障。這種噴淋潤滑方式僅限于采用步進梁自動化的簡單中小型鍛件自動化鍛造模具的噴淋潤滑（圖1）。

圖1 安裝在機床外部的自動潤滑裝置

⑵熱模鍛自動生產線另一種噴淋潤滑方式是安裝在設備上，采用擺臂式自動噴淋潤滑系統。擺動潤滑裝置由一個潤滑噴灑單元和配液單元組成，使用高壓軟管和鋼管將該單元和送料單元以及一個或者多個噴嘴裝置相連接。在壓力機的主控臺處對其進行調整，由SPS控制的閥系統可以實現非常精確的冷卻水量和潤滑材料混合物劑量的分配。通過擺動潤滑裝置將空氣、水和脫模劑送入到模腔內。該脫模劑自動噴涂機是齒輪鍛造業內能夠良好配合鍛壓機實現全自動代替人工操作的設備。該設備主要由機座、儲液箱、攪拌系統、氣動系統、噴液系統及電氣控制系統等構成，采用日本三菱PLC控制，且配備觸摸屏，實現人機對話。通過合適的氣液配比，將水基脫模劑均勻地噴涂在鍛壓機上下模具表面，并立即吹干，使模具表面形成耐高溫、耐氧化薄膜。同時，給模具降溫，使之鍛打時不粘模，鍛件規整，延長模具使用壽命。

圖2 安裝在設備上的自動潤滑裝置

這種潤滑裝置噴水用于冷卻模具溫度，確保模具處在一個合適的溫度，空氣用于吹干模具上殘余的水和氧化皮，潤滑材料用于對模具進行潤滑。整個潤滑裝置通過機器凸輪角度進行控制，通過主機屏幕界面對各個工位模具潤滑用參數進行輸入。圖3為主機屏幕參數輸入界面。

在機器凸輪窗口內和編程時間內對所有閥進行控制，每工位的潤滑閥在凸輪轉到一定角度開始工作，到一定角度停止工作，確保潤滑的精準性和節能。圖4所示為潤滑閥控制界面。

圖3 主機屏幕控制界面

圖4 潤滑閥控制界面

在主機操控界面可以對冷卻水，脫模劑和壓縮空氣的噴灑時間長短進行控制，確保精確冷卻潤滑，節省能源。圖5所示為主機操控界面。

圖5 主機操控界面

在生產過程中，步進梁上卡爪后面的卡爪座內安裝有感應開關，用來檢測每個工位是否有工件，并根據PLC程序設置水、脫模劑、壓縮空氣在工件來、走、或者來和走都噴灑。

⑶對封閉空間足夠大的壓機鍛模潤滑，鍛造自動化生產線的噴淋潤滑方式可以采用鍛造毛坯轉運夾具與噴淋頭安裝在同一機械手（或機器人）自動化設備上的方式，鍛造毛坯工序間自動化夾持轉運操作時，順帶完成模具的噴淋潤滑。鍛件在轉運過程中，由于機械手需要繼續完成噴淋任務，上模噴淋液濺落到鍛件上容易造成鍛件上表面較大溫降，在終鍛前易造成鍛件芯表溫差大，氧化皮厚，易形成鍛造缺陷。同時鍛件在機器人夾持過程中等待完成氧化皮吹掃、噴淋潤滑冷卻，機器人夾具受熱時間較長，連續生產時因受熱時間過長其強度快速下降，影響后續精確定位操作（圖6）。

圖6 噴淋頭與轉運夾具安裝在同一機械手上

鍛造自動線噴淋潤滑裝置發展方向

一套自動化噴淋潤滑系統一般由潤滑劑原液供給系統、潤滑劑攪拌供給系統、冷卻水系統、電氣控制系統和噴淋頭及管路組成。先進的噴淋潤滑系統均設有攪拌混液供給系統對潤滑劑按要求進行稀釋，稀釋后潤滑液經過濾器過濾后進行噴淋。冷卻水經過濾器過濾，利用高壓空氣壓入噴淋系統的管路中噴出用于模具冷卻。為保證潤滑劑和冷卻水質量，儲液箱、管路等潤滑系統零件均使用不銹鋼或耐腐蝕材料。模具潤滑液噴淋、冷卻水噴淋、氧化皮吹掃各動作次序、時間長短都可通過程序定義改變。同時隨著節能降耗和環保要求，回收再利用系統也是必不可少的。

熱模鍛自動化生產線模具潤滑劑

石墨乳在鍛造自動生產線作為潤滑劑廣泛使用，但其也存在著各種缺陷：⑴殘渣順著頂料桿間隙下漏至模具和墊板之間，使下頂料孔堵塞，造成頂料桿無法落回或頂出距離發生變化，影響卡爪對工件定位抓取；⑵模具模腔表面石墨乳殘渣硬化粘附在模具型腔難以清理，降低了潤滑效果，影響鍛件的金屬流動成形和模具壽命；⑶干燥后石墨粉四處漂浮擴散，容易致電器元件電路短路；⑷加劇相對運動機械部件間磨損。故目前安全環保的綠色鍛造潤滑劑逐漸替代石墨乳，使用環保安全的新材料水基無毒高溫脫模潤滑劑和噴淋工藝是未來鍛造工藝發展的趨勢。有機水基潤滑劑必定會提高鍛造自動生產線效率，改善鍛造生產環境，增加鍛造模具壽命，使鍛造企業獲得產品成本差別化競爭優勢。

圖7 噴淋板噴眼設計

熱模鍛自動鍛造線自動潤滑裝置柔性化生產問題

熱模鍛自動鍛造線如何適應不同鍛造產品柔性化生產問題是其發展的方向，不同產品的鍛造工藝復雜程度差別決定了其噴淋潤滑工藝的不同。根據鍛造工藝的不同，調配增減噴淋潤滑濃度劑量，調整噴淋冷卻水量，配置匹配的噴淋頭部件精細化噴淋潤滑工藝參數；吹掃氧化皮、噴淋冷卻水冷卻、吹掃殘存冷卻水、噴潤滑液四者次序時間長短設定，應對不同的鍛件模腔探索采用差異化模具潤滑工藝。圖7所示為根據鍛件規格設計噴淋板噴眼角度示意圖。

為了更好實現脫模和提高模具壽命，脫模劑和潤滑裝置的應用在生產中起到舉足輕重的作用。目前法士特公司主要采用的是白色水溶性脫模劑和水基石墨潤滑劑，針對精密齒形鍛造使用水基石墨潤滑劑，針對其他模鍛件使用白色水基潤滑劑。

結束語

在自動潤滑裝置的應用上，法士特公司目前吸取日本、韓國、德國等國家的先進經驗，針對不同產品，使用不同的噴灑方式，實現脫模劑的高效、節能利用。目前主要采用噴板式、噴嘴式潤滑，生產過程中，為了實現自動潤滑裝置的高效性，法士特公司逐步實現潤滑劑的自動配比，在機床操控面板上實現脫模劑的數字化配比，確保根據產品實現脫模劑使用的可控性。

通過各種自動潤滑裝置的使用，潤滑噴涂的均勻性和有效性得到保證，產品質量的穩定性得到提高，脫模劑的使用量也得到有效地控制，模具成本逐步降低，使法士特產品在市場的競爭力得到有效地保證。