智能化葉片制坯生產(chǎn)線

文/喻興娟·中國聯(lián)合工程公司高文強(qiáng)，劉承昆·青島海德馬克智能裝備有限公司

智能化葉片制坯生產(chǎn)線

文/喻興娟·中國聯(lián)合工程公司高文強(qiáng)，劉承昆·青島海德馬克智能裝備有限公司

智能化生產(chǎn)線是將數(shù)控技術(shù)、自動化技術(shù)、信息技術(shù)以及現(xiàn)代管理技術(shù)有效集成，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)線的運(yùn)動控制、邏輯控制和基于生產(chǎn)線各成套設(shè)備的工藝管理和設(shè)備監(jiān)控。本文通過對葉片制坯生產(chǎn)線的介紹，將生產(chǎn)管理平臺與生產(chǎn)線現(xiàn)場控制設(shè)備相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫連接與信息共享，前后貫通整條產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線全生產(chǎn)過程的計(jì)劃、調(diào)度和實(shí)時(shí)處理、設(shè)備狀態(tài)的安全監(jiān)視和維護(hù)等，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)信息的綜合集成。

中國正處于經(jīng)濟(jì)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級的重要階段，制造業(yè)正面臨原材料價(jià)格上漲、勞動力成本上漲、人口紅利散失、利潤空間壓縮、舉步維艱的處境。企業(yè)如何獲取更大的生存空間，正考驗(yàn)著在激烈的市場經(jīng)濟(jì)競爭中求生存、求效益的每個(gè)企業(yè)。作為基礎(chǔ)裝備制造的鍛壓行業(yè)，高效、低耗一直是行業(yè)技術(shù)升級和轉(zhuǎn)型的重要策略之一。提升裝備智能化，采用智能化生產(chǎn)線，有效提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，提高企業(yè)核心競爭力，是當(dāng)下行業(yè)發(fā)展的必由之路。

葉片是航空發(fā)動機(jī)、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和壓縮機(jī)的關(guān)鍵核心部件，起著能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵作用，是汽輪機(jī)、航空發(fā)動機(jī)的心臟。葉片的質(zhì)量，直接關(guān)系到發(fā)動機(jī)、汽輪機(jī)等的工作效率。使用環(huán)境、性能要求、需求量、生產(chǎn)成本等因素，決定了只有采用精鍛工藝、智能化的鍛造生產(chǎn)線，才是葉片鍛造生產(chǎn)的最佳選擇。

制坯設(shè)備選型

葉片鍛造的首道工序——制坯，制坯質(zhì)量對后續(xù)精鍛有著重要影響，整個(gè)鍛坯的軸向變形基本上都在制坯工序完成。若以葉根截面選取棒料直徑，制坯變形量約占葉片全部變形量的60%。目前世界上主要的大葉片制造公司一般采用葉身拔長、葉根鐓粗的制坯工藝，同時(shí)擁有高精度的葉身拔長和葉根鐓粗設(shè)備，而葉身拔長則大多采用奧地利G.F.M公司的程序控制四錘頭徑向鍛造機(jī)。

設(shè)備介紹

國內(nèi)某專業(yè)葉片生產(chǎn)廠為滿足葉片生產(chǎn)需要，在幾年前就對葉片的制坯工藝進(jìn)行了改進(jìn)提高，針對葉片的特點(diǎn)，新增了一條6.3MN快鍛壓機(jī)生產(chǎn)線，專門用于葉片的制坯。但由于葉片數(shù)量大，要求高，原有的一條生產(chǎn)線產(chǎn)能有限，無法滿足要求。為適應(yīng)鍛造車間裝備現(xiàn)代化、智能化、低成本運(yùn)行要求，滿足大批量大中型葉片、軸類結(jié)構(gòu)件的制坯生產(chǎn)，設(shè)備制造廠與葉片專業(yè)廠共同協(xié)作，開發(fā)研制了一套新型機(jī)構(gòu)和液壓傳動系統(tǒng)的節(jié)約型數(shù)控快鍛機(jī)—10MN雙錘頭液壓徑向數(shù)控快鍛機(jī)成套設(shè)備（圖1），以提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)能、提高材料利用率。雙錘頭液壓徑向數(shù)控快鍛機(jī)成套設(shè)備組成明細(xì)，各參數(shù)詳見表1，2，3。

表1 雙錘頭徑向鍛造機(jī)成套設(shè)備組成

表2 主機(jī)——10MN雙錘頭液壓徑向數(shù)控快鍛機(jī)

圖1 10MN雙錘頭液壓徑向數(shù)控快鍛機(jī)成套設(shè)備

表3 鍛造操作機(jī)

智能控制

設(shè)備采用全液壓驅(qū)動，配置當(dāng)今世界最先進(jìn)的電液控制元器件和控制系統(tǒng)，采用PLC、工控機(jī)和PROFINET現(xiàn)場總線三級控制，使數(shù)控快鍛機(jī)、鍛造操作機(jī)、上下料機(jī)械手的速度、位置和壓力得到精確控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)控快鍛機(jī)、鍛造操作機(jī)、上下料機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳動方式、控制技術(shù)和整機(jī)性能的創(chuàng)新，從根本上改善葉片制坯車間的勞動環(huán)境和條件，實(shí)現(xiàn)鍛造作業(yè)的智能化、自動化操作和生產(chǎn)。

根據(jù)雙錘頭液壓徑向數(shù)控快鍛機(jī)成套設(shè)備動作復(fù)雜、結(jié)構(gòu)龐大、控制對象和檢測點(diǎn)較多、分布范圍廣且較為分散的特點(diǎn)，采用以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的通用工業(yè)現(xiàn)場控制總線（PROFINET）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由帶有網(wǎng)絡(luò)控制功能的德國SIEMENS可編程控制器（S7-1500）、工業(yè)現(xiàn)場總線控制單元、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)組成成套設(shè)備實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如圖2所示。

坯料的尺寸、最終尺寸和每一個(gè)道次的參數(shù)在道次計(jì)劃表中定義。鍛壓位置、給料速度、旋轉(zhuǎn)角度和其他參數(shù)在數(shù)控快鍛機(jī)、鍛造操作機(jī)、自動換砧的功能中詳細(xì)定義。

在自動操作模式時(shí)，生產(chǎn)線中的每個(gè)操作動作（含自動換砧）都通過控制軟件自動驅(qū)動，從上料、鍛壓、自動換砧、卸料都不需要操作人員。生產(chǎn)線整個(gè)動作循環(huán)流程如下：

⑴取料機(jī)械手從加熱爐內(nèi)取料喂給上料臺。

⑵上料臺的定位裝置對工件進(jìn)行定位。

⑶上料機(jī)械手從上料臺上取料并送給操作機(jī)。

⑷操作機(jī)按程序所給位置夾持工件，上料機(jī)械手復(fù)位。

⑸操作機(jī)及徑鍛機(jī)按程序給定進(jìn)行鍛造過程。

⑹鍛造完成（鍛造程序運(yùn)行完成）后由下料側(cè)操作機(jī)夾持工件運(yùn)行到設(shè)定位置（此時(shí)，上料側(cè)進(jìn)行上料步驟：序號1、2）。

⑺下料機(jī)械手夾持工件，操作機(jī)松開工件并后退至設(shè)定位置。

⑻下料機(jī)械手將工件運(yùn)送至下料臺，工件的鍛造過程結(jié)束。

結(jié)束語

先進(jìn)葉片鍛造技術(shù)不僅節(jié)省金屬材料，減少機(jī)加工工時(shí)，也大大降低了葉片制造成本，而且在很大程度上提高了葉片的使用性能和壽命。

采用計(jì)算機(jī)控制配套機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手與徑向數(shù)控快鍛機(jī)的聯(lián)動，減少了人為控制因素，提高了制坯質(zhì)量。每步壓下量、進(jìn)給量、轉(zhuǎn)動角度等各項(xiàng)參數(shù)均可通過電子計(jì)算機(jī)集中控制，生產(chǎn)全過程僅1人操作，操作中有數(shù)據(jù)顯示和打印記錄。根據(jù)需要可采取手動、半自動、自動、機(jī)組聯(lián)動操作。

數(shù)控快鍛機(jī)的每分鐘錘擊次數(shù)比普通快鍛液壓機(jī)高一倍，高頻鍛打產(chǎn)生的形變熱量可以補(bǔ)償坯料散失的熱量，特別是針對高合金鋼、鈦合金以及難加工的合金這一類加工溫度范圍窄的鍛件，增加了一次加熱中坯料的總變形量，提高了生產(chǎn)效率和成材率。此外，通過對雙錘頭徑鍛機(jī)鍛造工藝的研究可知，雙錘頭鍛造結(jié)構(gòu)，在實(shí)際生產(chǎn)中能夠達(dá)到四錘頭的工作狀態(tài)，保證質(zhì)量的同時(shí)，可降低制造成本。