[中機(jī)鍛壓]中機(jī)程控鍛錘與鍛造自動化_圖文

1、中機(jī)程控鍛錘與鍛造自動化中機(jī)鍛壓江蘇股份有限公司 張長龍摘要 :本文闡述我國程控鍛錘為核心的鍛造生產(chǎn)線情況及工藝特點(diǎn),闡述國內(nèi)外以 程控鍛錘為核心自動化線的現(xiàn)狀及差距,簡要介紹中機(jī)公司程控鍛錘、自動化及輔助設(shè) 備的最新發(fā)展,闡明我國以程控鍛錘為核心的鍛造自動化線的發(fā)展,應(yīng)結(jié)合錘鍛工藝、 國內(nèi)自動化技術(shù)水平的實(shí)際,遵循一切為了效率的目標(biāo),分步實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動化,有選擇 實(shí)現(xiàn)全線綜合自動化的發(fā)展思路。關(guān)鍵詞 :中機(jī)鍛壓 程控鍛錘 鍛造自動化 輔助設(shè)備前言傳統(tǒng)的鍛造行業(yè),由于高溫、振動、噪音、作業(yè)環(huán)境差、勞動強(qiáng)度大,都迫切需要 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的機(jī)械化自動化,以提高了生產(chǎn)效率,改善工人勞動環(huán)境,降低工人勞動

2、 強(qiáng)度,穩(wěn)定鍛件產(chǎn)品質(zhì)量。我國鍛造自動化起源于 70年代,是在 60年代引進(jìn)國外技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的, 目前主要在大型的壓力機(jī)鍛造線上得到一些應(yīng)用;與當(dāng)今發(fā)達(dá)的國家相比,我國鍛造設(shè) 備呈現(xiàn)重主機(jī)輕輔機(jī)現(xiàn)象,鍛造自動化發(fā)展速度相對較慢,自動化設(shè)備柔性較差,特別 是在程控鍛錘上的應(yīng)用國內(nèi)還鮮見報(bào)道。鍛錘作為鍛造行業(yè)金屬成型三大主力設(shè)備之一, 其自動化能否實(shí)現(xiàn)直接關(guān)乎我國鍛 造技術(shù)現(xiàn)代化水平。作者是中國全液壓模鍛錘技術(shù)發(fā)明人,中國程控鍛錘的先行者、開 拓者,專業(yè)從事程控鍛錘研發(fā)、推廣十多年,足跡遍及國內(nèi)大多數(shù)鍛造企業(yè),對我國鍛 造行業(yè)具有深厚的情結(jié),本文從國內(nèi)外程控鍛錘應(yīng)用實(shí)際出發(fā),提出了我國程控

3、鍛錘自 動化生產(chǎn)線戰(zhàn)略實(shí)現(xiàn)的發(fā)展思路。一、我國程控鍛錘為核心的鍛造生產(chǎn)線應(yīng)用情況及工藝特點(diǎn)我國現(xiàn)有以程控鍛錘為核心的鍛造生產(chǎn)線,大概有三百多條,由于其快速、靈活的 工藝特性, 目前主要集中在汽車零部件、 五金工具等行業(yè), 主要應(yīng)用于薄筋板類零件 (如 手術(shù)器械、手工工具、發(fā)動機(jī)連桿、搖臂、轉(zhuǎn)向臂、渦輪葉片等大批量生產(chǎn),應(yīng)用于 異形零件(如轉(zhuǎn)向節(jié)、傳動叉、輪轂等需要多型腔鍛造成型零件的生產(chǎn),應(yīng)用于多品 種少批量零件的生產(chǎn)。 程控鍛錘近十年之所以能夠得到廣泛應(yīng)用,除了其快速、靈活的工藝特性及高效、 節(jié)能、環(huán)保、高可靠的產(chǎn)品特性外,還在于其相對于傳統(tǒng)鍛錘,徹底擺脫了傳統(tǒng)鍛錘對 操作者技藝的依賴,實(shí)現(xiàn)

4、了主機(jī)程控化。程控鍛錘的出現(xiàn)使鍛錘得到了復(fù)興,其廣泛的 應(yīng)用也充分體現(xiàn)了市場對自動化的迫切需求。二、國外以程控鍛錘為核心的鍛造生產(chǎn)線現(xiàn)狀及最新發(fā)展依據(jù)國外鍛錘供應(yīng)商展示的程控鍛錘應(yīng)用情況分析, 國外程控鍛錘技術(shù)最新發(fā)展主要體現(xiàn)在遠(yuǎn)程監(jiān)控、在線測量、閉環(huán)控制、模具快速安裝等方面, 其目的是使鍛錘更加智能化、 精密化、高效化。以程控鍛錘為核心的鍛造生產(chǎn)線, 主要體現(xiàn)在以機(jī)器人應(yīng)用為特征包括模具快速安裝調(diào)整、模具的自動潤滑、物料的自動傳輸、周邊設(shè)備連線控制在內(nèi)的綜合自動化。三、我國以程控鍛錘為核心的鍛造生產(chǎn)線現(xiàn)狀及差距 我國近十年,伴隨著汽車產(chǎn)能擴(kuò)張、中國入世全球鍛造產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)移,由于鍛錘獨(dú)特工藝適應(yīng)

5、性,新增以程控鍛錘為核心的鍛造生產(chǎn)線近三百多條,產(chǎn)能增加了,但效率沒 有提高。除程控鍛錘實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動化外,生產(chǎn)線配備的其他周邊設(shè)備一如既往,沒有得 到協(xié)同發(fā)展,特別是自動化輔助設(shè)備,主機(jī)、輔機(jī)出現(xiàn)了不平衡發(fā)展。國內(nèi)以程控鍛錘 為核心的鍛造生產(chǎn)線與國外先進(jìn)的生產(chǎn)線,差距甚大,其主要體現(xiàn)在:人機(jī)工程、模具 自動潤滑、 物流系統(tǒng)等方面明顯不足, 機(jī)器人應(yīng)用由于缺乏周邊自動化輔助設(shè)備的配套, 實(shí)際應(yīng)用也幾乎沒有。我國大多以程控鍛錘為核心的鍛造生產(chǎn)線是由客戶憑借經(jīng)驗(yàn)、習(xí)慣建立的,周邊設(shè) 備大多是極為傳統(tǒng)的設(shè)備,所使用的輔助設(shè)備也大多是自我武裝的,生產(chǎn)線配置出現(xiàn)了 重主機(jī)輕輔機(jī)現(xiàn)象,鍛造生產(chǎn)線整體協(xié)調(diào)性、

6、系統(tǒng)性、先進(jìn)性都很一般,程控鍛錘的先 進(jìn)性沒有得到充分地發(fā)揮。 四、中機(jī)程控鍛錘與鍛造自動化中機(jī)鍛壓江蘇股份有限公司是我國唯一下設(shè)模鍛實(shí)驗(yàn)工廠(江蘇匯洋精鍛有限公 司并專注于程控鍛錘及其鍛造自動化輔助設(shè)備研發(fā)的高技術(shù)鍛造裝備制造企業(yè)。中機(jī)鍛造技術(shù)專家專注于程控鍛錘及成型工藝研究,專注于以程控鍛錘為核心包含模具設(shè)計(jì)及鍛造工藝,包含模具自動潤滑、自動剝皮及物流系統(tǒng),包含電加熱爐、制坯、沖切設(shè)備選型在內(nèi)的全套生產(chǎn)線研發(fā)設(shè)計(jì),致力于包含工藝模具試 驗(yàn)、零件的改進(jìn)試驗(yàn)、客戶培訓(xùn)及生產(chǎn)線安裝交付使用等一整套交鑰匙級別的全套技術(shù)服務(wù)。專注、專一、卓越是中機(jī)公司的經(jīng)營發(fā)展理念。中機(jī)公司目前主要研究成果包括:4

7、.1 程控鍛錘技術(shù)最新發(fā)展以鍛錘為核心的生產(chǎn)線,其自動化首先取決于核心設(shè)備自動化, 沒有核心設(shè)備自動化,就沒有鍛造自動化。中機(jī)公司程控鍛錘技術(shù)最新發(fā)展成果包括遠(yuǎn)程監(jiān)控、 自動化連線及鍛錘的優(yōu)化設(shè)計(jì)等諸多方面,其目的是使鍛錘更加智能化、精密化、高效化,從而更好適應(yīng)鍛錘自動化生產(chǎn)。4.1.1 程控鍛錘遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)隨著互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展, 越來越多的用戶希望能夠通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)對所售出的產(chǎn)品進(jìn)行 診斷和維護(hù),這樣可以減少維護(hù)工程師到現(xiàn)場的時(shí)間和費(fèi)用,不僅節(jié)約大量的人力和物 力的成本,同時(shí)也能為客戶提供更為快捷的服務(wù),減少客戶的損失,這樣,在全液壓模 鍛錘中使用遠(yuǎn)程診斷和服務(wù)是客戶迫切需要解決的問題。通過 I

8、nternet 對鍛錘的核心控 制器進(jìn)行遠(yuǎn)程編程和監(jiān)控!可實(shí)現(xiàn)鍛錘的遠(yuǎn)程機(jī)器參數(shù)監(jiān)控,系統(tǒng)的故障排除,以及在 線的數(shù)據(jù)維護(hù)!選擇采用西門子 PLC 作為信號控制單元,完成程控鍛錘的數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行狀態(tài)和 功能的設(shè)定,實(shí)現(xiàn)鍛錘的壓力,溫度,能量的精確控制。鍛錘遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程在 線隨時(shí)掌握鍛錘的運(yùn)行情況,檢測鍛錘各種故障,因而可大大提高鍛錘發(fā)生故障時(shí)的修 復(fù)速度。因此將這種新型控制系統(tǒng)應(yīng)用于鍛錘控制及遠(yuǎn)程監(jiān)控,是現(xiàn)代鍛錘智能化發(fā)展的必然要求。該方案使用 ETH-MPI 來構(gòu)建 一個 Internet 遠(yuǎn)程的編程和監(jiān)控系 統(tǒng)。 工程師站和遠(yuǎn)程的 PLC 站之間 是通過 Internet 進(jìn)行連接

9、的, 這樣, 只要在兩端通過 Internet 連接到 PLC CPU的 MPI 口,通過 MPI 進(jìn) 行遠(yuǎn)程訪問。配置如右圖: 遠(yuǎn)程監(jiān)控具有如下優(yōu)點(diǎn):(a 減少現(xiàn)場的維護(hù)時(shí)間和費(fèi)用,第一時(shí)間遠(yuǎn)程在線掌 握鍛錘的運(yùn)行情況,節(jié)約人力和物力成本。 (b 遠(yuǎn)程檢測鍛錘故障,遠(yuǎn)程機(jī)器程序維 護(hù)調(diào)整,提高鍛錘發(fā)生故障時(shí)的修復(fù)速度,提高工作效率。4.1.2 程控鍛錘單機(jī)自動化及優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)中機(jī)程控鍛錘,鑒于程控鍛錘十年發(fā)展,積累了豐富的設(shè)計(jì)、制造、使用經(jīng)驗(yàn),海 卓最新設(shè)計(jì)的程控鍛錘,更加側(cè)重于提高鍛錘的智能化、精密化,更多的從自動化連線 角度,去優(yōu)化設(shè)計(jì)程控鍛錘,源于程控高于程控。主要體現(xiàn)在:(a 能量自

10、動修正系統(tǒng)國內(nèi)現(xiàn)有的程控鍛錘,通過程序設(shè)定來實(shí)現(xiàn)鍛錘的控制,均為開環(huán)控制,我們的同 行為了宣傳,號稱數(shù)控鍛錘,是名不副實(shí)的。中機(jī)鍛壓與高等院校合作,致力于在線測量技術(shù)及能量修正系統(tǒng)研究,其目的通過 該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)打擊能量的自動修正,從而真正實(shí)現(xiàn)鍛錘數(shù)控化。(b 單機(jī)自動化技術(shù)根據(jù)鍛錘生產(chǎn)線的工藝流程, 中機(jī)程控鍛錘設(shè)有自動上下料系統(tǒng)及周邊自動化輔助設(shè)備預(yù)留接口及參數(shù)設(shè)定界面, 充分考慮鍛錘與輔機(jī)合理布局, 便于程控鍛錘單機(jī)自動化, 便于程控鍛錘與周邊輔助設(shè)備的協(xié)調(diào)流暢運(yùn)行。(c 鍛錘模具快速安裝與精確調(diào)整:傳統(tǒng)的鍛錘模具安裝,一般采用固定楔鐵楔緊,采用燕尾、隼或定位銷定位,其結(jié) 構(gòu)簡單;但模具定位

11、受鍛錘幾何精度影響較大,定位累積誤差較大,模具燕尾一旦存在 角度、 位置偏差, 模具位置調(diào)整更加困難; 采用固定楔鐵, 使用撞鐵楔緊時(shí)端部易膨脹, 導(dǎo)致鍛錘模具安裝燕尾出現(xiàn)不均勻接觸,從而影響模具定位精度與楔緊效果;采用固定 楔鐵,使用撞鐵楔緊時(shí)需要較大的操作空間,存在安全隱患。中機(jī)程控鍛錘模具固定,采用自適應(yīng)雙面可調(diào)節(jié)楔鐵機(jī)構(gòu),該機(jī)構(gòu)楔鐵楔緊采用拉 桿螺栓實(shí)現(xiàn),無需撞鐵,模具安裝、調(diào)整方便快捷;模具燕尾角度通過自適應(yīng)雙面楔鐵 機(jī)構(gòu),確保燕尾角度自適應(yīng)調(diào)整,緊固安全可靠;采用自適應(yīng)雙面可調(diào)節(jié)楔鐵機(jī)構(gòu),模 座、錘頭燕尾兩端口,不承受模具緊固張緊力,燕尾精度保持性大大提高。4.1.3 雙控全液壓模

12、鍛錘 目前就全液壓模鍛錘的控制原理而言主 要有兩種方式，一是程序控制，再就是隨動控 制。兩種控制方式各有優(yōu)缺。為了提高鍛錘廣 泛的適應(yīng)性， 中機(jī)鍛壓與北京理工大學(xué)胡大勇 先生合作，共同研發(fā)了雙控全液壓模鍛錘。 雙控全液壓模鍛錘的控制原理是將程控 錘的液壓控制系統(tǒng)和隨動控制錘的液壓控制 系統(tǒng)并聯(lián)，二者獨(dú)立互鎖工作。系統(tǒng)設(shè)置為程 控優(yōu)先，但隨時(shí)都可切換為機(jī)械隨動控制。 雙控全液壓模鍛錘還通過傳感器和逯返系統(tǒng)， 可實(shí)現(xiàn)快速合理確定打擊步序和對應(yīng) 的打擊能量，大大縮短程序調(diào)試時(shí)間，提高了工作效率。 先進(jìn)的控制方式不僅擴(kuò)大了設(shè)備的適用范圍也為生產(chǎn)組織提供了靈活性， 不僅使各 自的優(yōu)勢得到了完美結(jié)合，而且

13、提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，使全液壓模鍛錘的性能得到 更好的發(fā)揮。 4.2 模具的自動冷卻與潤滑 中機(jī)模具自動化潤滑裝置包括恒壓乳化泵、氣液自動噴淋閥控系統(tǒng)，可安裝在程控 鍛錘、熱模鍛壓力機(jī)等熱成形設(shè)備及各種形式的冷成型設(shè)備上，并與其聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)模具 自動化潤滑、冷卻、空氣清掃動作，達(dá)到降低操作工人的勞動強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率的目 的。 中機(jī)模具自動化潤滑裝置可與機(jī)器人、步進(jìn)梁聯(lián)合動作，是自動化鍛造生產(chǎn)線必備 的潤滑輔助裝置。 中機(jī)恒壓乳化泵無需泄壓，無需停機(jī)，通常由操作人員在常壓下按照比列通過敞口 的乳化泵容器添加潤滑劑、水，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，容器的水位將受到監(jiān)控。敞口容器內(nèi) 的乳化液通過增壓泵，被泵送

14、到閥控系統(tǒng)，中機(jī)恒壓乳化泵可實(shí)現(xiàn)隨動加壓、攪拌，并 通過手動閥實(shí)現(xiàn)管道、濾芯的定期清洗。 中機(jī)氣液自動噴淋閥控系統(tǒng)輸入端通過管路連接到恒壓乳化泵， 當(dāng)操作人員通過人 機(jī)界面設(shè)定好噴淋參數(shù)，按照程序，噴頭通過直線導(dǎo)軌自動進(jìn)入上下模腔之間，噴射混 合水基潤滑劑或冷卻水或清掃壓縮空氣，達(dá)到設(shè)定的時(shí)間后噴頭自動退回。該裝置可實(shí) 現(xiàn)定點(diǎn)、定時(shí)、定量噴涂，大大減少操作工人的勞動強(qiáng)度，有利于潤滑劑噴淋一致性、 均勻性，大大改善勞動環(huán)境，提高工作效率。 中機(jī)氣液自動噴淋閥控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)噴涂，目前安裝方式也分為多種形式，如獨(dú) 立小車安裝方式、固定安裝方式、混合安裝方式，當(dāng)然每一種方式都可以配備手動潤滑 噴槍。

15、 4.3 人機(jī)工程 中機(jī)鍛壓人機(jī)工程研究的核心問題是研究人或機(jī)器人在生產(chǎn)或操作過程中合理地、 適度地勞動和用力的規(guī)律問題，研究操作者、鍛錘及環(huán)境三者間的協(xié)調(diào)，研究的目的則 是用來指導(dǎo)上下料裝置、操作方式、工作環(huán)境、鍛造工序、鍛造模具的設(shè)計(jì)和改良，根 據(jù)人和機(jī)器的條件和特點(diǎn)，合理分配人和機(jī)器承擔(dān)的操作職能，并使之相互適應(yīng)，使得 操作者在效率、安全、健康、舒適等幾個方面的特性得以提高。同樣也便于機(jī)器人的應(yīng) 用，減少機(jī)器人不必要的動作，以提高運(yùn)行效率。 4.4 自動上下料與物流系統(tǒng) 中機(jī)公司可依據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場及鍛件產(chǎn)品專 為客戶設(shè)計(jì)、提供輸送機(jī)及自動化上下料裝 置，組成工件自動上下料及物流系統(tǒng)。合理 的

16、自動上下料及物流系統(tǒng)，可以減少操作者 的勞動強(qiáng)度，便于操作者夾取工件，以提高 工作效率。 中機(jī)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)有各種規(guī)格的輸送機(jī)、用 于余熱正火的控溫風(fēng)冷輸送機(jī)。 4.5 氧化皮清除 鍛造加熱產(chǎn)生的氧化皮，不及時(shí)清除會嚴(yán)重影響鍛件的精度及表面質(zhì)量，中機(jī)公司 主要通過 （a） 采用惰性氣體保護(hù)加熱，在加熱爐 進(jìn)出口通過惰性氣體，避免鍛件在空氣中加 熱。氣體保護(hù)加熱從根本上避免氧化皮的產(chǎn) 生。 （b） 非保護(hù)加熱出料時(shí)鍛件毛坯通過海 卓特制的剝皮機(jī)，壓縮高速滾動工件強(qiáng)力去 皮。 （c） 錘上預(yù)鍛時(shí)及時(shí)通過海卓模具潤滑閥控系統(tǒng)的壓縮空氣及時(shí)清掃。 以上多種措施的聯(lián)合實(shí)施，可以減少熱鍛過程中操作者去皮輔助工作

17、時(shí)間，降低勞 動強(qiáng)度，改善勞動環(huán)境，以提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高工作效率。 4.6 鍛造機(jī)器人 鍛造機(jī)器人的應(yīng)用是鍛造自動化最顯著的特征，由于鍛錘的高速、高溫、震動、高 污染，對機(jī)器人的應(yīng)用提出了更為嚴(yán)格的要求，研究適應(yīng)鍛錘的工作環(huán)境的柔性手指是 機(jī)器人能否成功應(yīng)用的關(guān)鍵。中機(jī)公司借鑒國外鍛錘機(jī)器人成功的經(jīng)驗(yàn)，致力于柔性手 指的研究，針對工件現(xiàn)狀、成型工藝，確定柔性手指的夾持方案，以實(shí)現(xiàn)鍛錘機(jī)器人的 操作。 4.7 總線控制技術(shù)與自動化輔助設(shè)備的系統(tǒng)集成 總線控制采用兩層結(jié)構(gòu)，上層采用工業(yè)以太網(wǎng)，下層采用現(xiàn)場總線。將鍛造生產(chǎn)線 的加熱爐、輥鍛機(jī)、程控鍛錘、切邊機(jī)、精 整機(jī)、物流系統(tǒng)、模具潤滑裝置等連接

18、起來， 進(jìn)行控制和管理。系統(tǒng)設(shè)置有全自動、半自 動、手動功能，適應(yīng)和滿足各種工作狀態(tài)。 并符合國際通行安全標(biāo)準(zhǔn)?？偩€控制技術(shù)可 以是生產(chǎn)線諸多設(shè)備的生產(chǎn)節(jié)拍得到最合理 的配備，以達(dá)到效率最大化。 五、我國程控鍛錘自動化生產(chǎn)線的戰(zhàn)略實(shí)現(xiàn) 鍛造自動化是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，機(jī)器人應(yīng)用是鍛造綜合自動化的最重要特征， 除此以外還應(yīng)包含鍛造設(shè)備、鍛造工藝、金屬材料與處理的合理配置，包含模具快速安 裝調(diào)整、模具的自動潤滑、氧化皮清除、自動上下料、物料傳送等在內(nèi)的主機(jī)與自動化 輔助設(shè)備連線控制與協(xié)同運(yùn)行，全線綜合自動化一般適應(yīng)于單一零件大批量生產(chǎn)。 快速、靈活是鍛錘最顯著的工藝特征，除了適應(yīng)薄筋板類零件的大批量生產(chǎn)，還特 別適應(yīng)異形件的多型腔鍛造，適應(yīng)多品種小批量零件的生產(chǎn)。為了減少自動化線調(diào)整時(shí) 間，提高運(yùn)行效率，非大