智能化葉片制坯生產線

文/喻興娟·中國聯合工程公司高文強，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線

文/喻興娟·中國聯合工程公司高文強，劉承昆·青島海德馬克智能裝備有限公司

智能化生產線是將數控技術、自動化技術、信息技術以及現代管理技術有效集成，實現對生產線的運動控制、邏輯控制和基于生產線各成套設備的工藝管理和設備監控。本文通過對葉片制坯生產線的介紹，將生產管理平臺與生產線現場控制設備相連，實現數據的無縫連接與信息共享，前后貫通整條產線，實現生產線全生產過程的計劃、調度和實時處理、設備狀態的安全監視和維護等，從而實現整個企業信息的綜合集成。

中國正處于經濟調整和產業升級的重要階段，制造業正面臨原材料價格上漲、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。企業如何獲取更大的生存空間，正考驗著在激烈的市場經濟競爭中求生存、求效益的每個企業。作為基礎裝備制造的鍛壓行業，高效、低耗一直是行業技術升級和轉型的重要策略之一。提升裝備智能化，采用智能化生產線，有效提高產品質量和生產效率，提高企業核心競爭力，是當下行業發展的必由之路。

葉片是航空發動機、汽輪機、燃氣輪機和壓縮機的關鍵核心部件，起著能量轉換的關鍵作用，是汽輪機、航空發動機的心臟。葉片的質量，直接關系到發動機、汽輪機等的工作效率。使用環境、性能要求、需求量、生產成本等因素，決定了只有采用精鍛工藝、智能化的鍛造生產線，才是葉片鍛造生產的最佳選擇。

制坯設備選型

葉片鍛造的首道工序——制坯，制坯質量對后續精鍛有著重要影響，整個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，同時擁有高精度的葉身拔長和葉根鐓粗設備，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。

設備介紹

國內某專業葉片生產廠為滿足葉片生產需要，在幾年前就對葉片的制坯工藝進行了改進提高，針對葉片的特點，新增了一條6.3MN快鍛壓機生產線，專門用于葉片的制坯。但由于葉片數量大，要求高，原有的一條生產線產能有限，無法滿足要求。為適應鍛造車間裝備現代化、智能化、低成本運行要求，滿足大批量大中型葉片、軸類結構件的制坯生產，設備制造廠與葉片專業廠共同協作，開發研制了一套新型機構和液壓傳動系統的節約型數控快鍛機—10MN雙錘頭液壓徑向數控快鍛機成套設備（圖1），以提高生產效率、提高產能、提高材料利用率。雙錘頭液壓徑向數控快鍛機成套設備組成明細，各參數詳見表1，2，3。

表1 雙錘頭徑向鍛造機成套設備組成

表2 主機——10MN雙錘頭液壓徑向數控快鍛機

圖1 10MN雙錘頭液壓徑向數控快鍛機成套設備

表3 鍛造操作機

智能控制

設備采用全液壓驅動，配置當今世界最先進的電液控制元器件和控制系統，采用PLC、工控機和PROFINET現場總線三級控制，使數控快鍛機、鍛造操作機、上下料機械手的速度、位置和壓力得到精確控制，實現數控快鍛機、鍛造操作機、上下料機械手的機械結構、傳動方式、控制技術和整機性能的創新，從根本上改善葉片制坯車間的勞動環境和條件，實現鍛造作業的智能化、自動化操作和生產。

根據雙錘頭液壓徑向數控快鍛機成套設備動作復雜、結構龐大、控制對象和檢測點較多、分布范圍廣且較為分散的特點，采用以網絡技術為基礎的通用工業現場控制總線（PROFINET）系統結構，由帶有網絡控制功能的德國SIEMENS可編程控制器（S7-1500）、工業現場總線控制單元、工業控制計算機（IPC）、數據采集系統和數據監控系統聯網組成成套設備實時控制網絡系統，如圖2所示。

坯料的尺寸、最終尺寸和每一個道次的參數在道次計劃表中定義。鍛壓位置、給料速度、旋轉角度和其他參數在數控快鍛機、鍛造操作機、自動換砧的功能中詳細定義。

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

⑴取料機械手從加熱爐內取料喂給上料臺。

⑵上料臺的定位裝置對工件進行定位。

⑶上料機械手從上料臺上取料并送給操作機。

⑷操作機按程序所給位置夾持工件，上料機械手復位。

⑸操作機及徑鍛機按程序給定進行鍛造過程。

⑹鍛造完成（鍛造程序運行完成）后由下料側操作機夾持工件運行到設定位置（此時，上料側進行上料步驟：序號1、2）。

⑺下料機械手夾持工件，操作機松開工件并后退至設定位置。

⑻下料機械手將工件運送至下料臺，工件的鍛造過程結束。

結束語

先進葉片鍛造技術不僅節省金屬材料，減少機加工工時，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。

采用計算機控制配套機械手，實現機械手與徑向數控快鍛機的聯動，減少了人為控制因素，提高了制坯質量。每步壓下量、進給量、轉動角度等各項參數均可通過電子計算機集中控制，生產全過程僅1人操作，操作中有數據顯示和打印記錄。根據需要可采取手動、半自動、自動、機組聯動操作。

數控快鍛機的每分鐘錘擊次數比普通快鍛液壓機高一倍，高頻鍛打產生的形變熱量可以補償坯料散失的熱量，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，提高了生產效率和成材率。此外，通過對雙錘頭徑鍛機鍛造工藝的研究可知，雙錘頭鍛造結構，在實際生產中能夠達到四錘頭的工作狀態，保證質量的同時，可降低制造成本。