中機程控鍛錘與鍛造自動化

1、 中機程控鍛錘與鍛造自動化中機鍛壓江蘇股份有限公司張長龍曹喻鑌摘要:本文闡述我國程控鍛錘為核心的鍛造生產線情況及工藝特點,闡述國內外以程控鍛錘為核心自動化線的現(xiàn)狀及差距,簡要介紹中機公司程控鍛錘、自動化及輔助設備的最新發(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,應結合錘鍛工藝、國內自動化技術水平的實際,遵循一切為了效率的目標,分步實現(xiàn)單機自動化,有選擇實現(xiàn)全線綜合自動化的發(fā)展思路。關鍵詞:中機鍛壓程控鍛錘鍛造自動化輔助設備前言傳統(tǒng)的鍛造行業(yè),由于高溫、振動、噪音、作業(yè)環(huán)境差、勞動強度大,都迫切需要實現(xiàn)生產過程的機械化自動化,以提高了生產效率,改善工人勞動環(huán)境,降低工人勞動強度,穩(wěn)定鍛件

2、產品質量。我國鍛造自動化起源于70年代,是在60年代引進國外技術的基礎上發(fā)展起來的,目前主要在大型的壓力機鍛造線上得到一些應用;與當今發(fā)達的國家相比,我國鍛造設備呈現(xiàn)重主機輕輔機現(xiàn)象,鍛造自動化發(fā)展速度相對較慢,自動化設備柔性較差,特別是在程控鍛錘上的應用國內還鮮見報道。鍛錘作為鍛造行業(yè)金屬成型三大主力設備之一,其自動化能否實現(xiàn)直接關乎我國鍛造技術現(xiàn)代化水平。作者是中國全液壓模鍛錘技術發(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,足跡遍及國內大多數(shù)鍛造企業(yè),對我國鍛造行業(yè)具有深厚的情結,本文從國內外程控鍛錘應用實際出發(fā),提出了我國程控鍛錘自動化生產線戰(zhàn)略實現(xiàn)的發(fā)展思路

3、。 一、我國程控鍛錘為核心的鍛造生產線應用情況及工藝特點我國現(xiàn)有以程控鍛錘為核心的鍛造生產線,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),主要應用于薄筋板類零件(如手術器械、手工工具、發(fā)動機連桿、搖臂、轉向臂、渦輪葉片等大批量生產,應用于異形零件(如轉向節(jié)、傳動叉、輪轂等需要多型腔鍛造成型零件的生產,應用于多品種少批量零件的生產。 程控鍛錘近十年之所以能夠得到廣泛應用,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,實現(xiàn)了主機程控化。程控鍛錘的出現(xiàn)使鍛錘得到了復興,其廣泛的

4、應用也充分體現(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線現(xiàn)狀及最新發(fā)展 依據(jù)國外鍛錘供應商展示的程控鍛錘應用情況分析,國外程控鍛錘技術最新發(fā)展主要體現(xiàn)在遠程監(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線,主要體現(xiàn)在以機器人應用為特征包括模具快速安裝調整、模具的自動潤滑、物料的自動傳輸、周邊設備連線控制在內的綜合自動化。三、我國以程控鍛錘為核心的鍛造生產線現(xiàn)狀及差距我國近十年,伴隨著汽車產能擴張、中國入世全球鍛造產業(yè)的轉移,由于鍛錘獨特 工藝適應性,新增以程控鍛錘為核心的鍛造生產線近三百多條,產能增加了,但

5、效率沒有提高。除程控鍛錘實現(xiàn)單機自動化外,生產線配備的其他周邊設備一如既往,沒有得到協(xié)同發(fā)展,特別是自動化輔助設備,主機、輔機出現(xiàn)了不平衡發(fā)展。國內以程控鍛錘為核心的鍛造生產線與國外先進的生產線,差距甚大,其主要體現(xiàn)在:人機工程、模具自動潤滑、物流系統(tǒng)等方面明顯不足,機器人應用由于缺乏周邊自動化輔助設備的配套,實際應用也幾乎沒有。我國大多以程控鍛錘為核心的鍛造生產線是由客戶憑借經驗、習慣建立的,周邊設備大多是極為傳統(tǒng)的設備,所使用的輔助設備也大多是自我武裝的,生產線配置出現(xiàn)了重主機輕輔機現(xiàn)象,鍛造生產線整體協(xié)調性、系統(tǒng)性、先進性都很一般,程控鍛錘的先進性沒有得到充分地發(fā)揮。 四、中機程控鍛錘與

6、鍛造自動化中機鍛壓江蘇股份有限公司是我國唯一下設模鍛實驗工廠(江蘇匯洋精鍛有限公司并專注于程控鍛錘及其鍛造 自動化輔助設備研發(fā)的高技術鍛造裝備制造企業(yè)。中機鍛造技術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計及鍛造工藝,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、沖切設備選型在內的全套生產線研發(fā)設計,致力于包含工藝模具試驗、零件的改進試驗、客戶培訓及生產線安裝交付使用等一整套交鑰匙級別的全套技術 服務。專注、專一、卓越是中機公司的經營發(fā)展理念。中機公司目前主要研究成果包括:4.1 程控鍛錘技術最新發(fā)展以鍛錘為核心的生產線,其自動化首先 取決于核心設備自動化

7、,沒有核心設備自動化,就沒有鍛造自動化。中機公司程控鍛錘技術最新發(fā)展成果包括遠程監(jiān)控、自動化連線及鍛錘的優(yōu)化設計等諸多方面,其目的是使鍛錘更加智能化、精密化、高效化,從而更好適應鍛錘自動化生產。4.1.1 程控鍛錘遠程監(jiān)控技術隨著互聯(lián)網絡的發(fā)展,越來越多的用戶希望能夠通過互聯(lián)網絡對所售出的產品進行診斷和維護,這樣可以減少維護工程師到現(xiàn)場的時間和費用,不僅節(jié)約大量的人力和物力的成本,同時也能為客戶提供更為快捷的服務,減少客戶的損失,這樣,在全液壓模鍛錘中使用遠程診斷和服務是客戶迫切需要解決的問題。通過Internet對鍛錘的核心控制器進行遠程編程和監(jiān)控!可實現(xiàn)鍛錘的遠程機器參數(shù)監(jiān)控,系統(tǒng)的故障排

8、除,以及在線的數(shù)據(jù)維護!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、運行狀態(tài)和功能的設定,實現(xiàn)鍛錘的壓力,溫度,能量的精確控制。鍛錘遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以遠程在線隨時掌握鍛錘的運行情況,檢測鍛錘各種故障,因而可大大提高鍛錘發(fā)生故障時的修復速度。因此將這種新型控制系統(tǒng)應用于鍛錘控制及遠程監(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來構建一個Internet遠程的編程和監(jiān)控系統(tǒng)。工程師站和遠程的PLC站之間是通過Internet進行連接的,這樣,只要在兩端通過Internet連接到PLC CPU的MPI口,通過MPI進行遠程訪問。配置如右圖: 遠程監(jiān)控具有如下優(yōu)點

9、:(a減少現(xiàn)場的維護時間和費用,第一時間遠程在線掌握鍛錘的運行情況,節(jié)約人力和物力成本。(b遠程檢測鍛錘故障,遠程機器程序維護調整,提高鍛錘發(fā)生故障時的修復速度,提高工作效率。4.1.2 程控鍛錘單機自動化及優(yōu)化設計技術中機程控鍛錘,鑒于程控鍛錘十年發(fā)展,積累了豐富的設計、制造、使用經驗,海卓最新設計的程控鍛錘,更加側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)化設計程控鍛錘,源于程控高于程控。主要體現(xiàn)在:(a能量自動修正系統(tǒng)國內現(xiàn)有的程控鍛錘,通過程序設定來實現(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,是名不副實的。中機鍛壓與高等院校合作,致力于在線測量技術及

10、能量修正系統(tǒng)研究,其目的通過該系統(tǒng)實現(xiàn)打擊能量的自動修正,從而真正實現(xiàn)鍛錘數(shù)控化。(b單機自動化技術 根據(jù)鍛錘生產線的工藝流程,中機程控鍛錘設有自動上下料系統(tǒng)及周邊自動化輔助設備預留接口及參數(shù)設定界面,充分考慮鍛錘與輔機合理布局,便于程控鍛錘單機自動化,便于程控鍛錘與周邊輔助設備的協(xié)調流暢運行。(c鍛錘模具快速安裝與精確調整: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,其結構簡單;但模具定位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,模具位置調整更加困難;采用固定楔鐵,使用撞鐵楔緊時端部易膨脹,導致鍛錘模具安裝燕尾出現(xiàn)不均勻接觸,從而影響模

11、具定位精度與楔緊效果;采用固定楔鐵,使用撞鐵楔緊時需要較大的操作空間,存在安全隱患。中機程控鍛錘模具固定,采用自適應雙面可調節(jié)楔鐵機構,該機構楔鐵楔緊采用拉桿螺栓實現(xiàn),無需撞鐵,模具安裝、調整方便快捷;模具燕尾角度通過自適應雙面楔鐵機構,確保燕尾角度自適應調整,緊固安全可靠;采用自適應雙面可調節(jié)楔鐵機構,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 泛的適應性， 中機鍛壓與北京理工大學胡大勇 先生合作，共同研發(fā)了雙控全液壓模鍛

12、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)，二者獨立互鎖工作。系統(tǒng)設置為程 控優(yōu)先，但隨時都可切換為機械隨動控制。 雙控全液壓模鍛錘還通過傳感器和逯返系統(tǒng)， 可實現(xiàn)快速合理確定打擊步序和對應 的打擊能量，大大縮短程序調試時間，提高了工作效率。 先進的控制方式不僅擴大了設備的適用范圍也為生產組織提供了靈活性， 不僅使各 自的優(yōu)勢得到了完美結合，而且提高了設備運行的可靠性，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、熱模鍛壓力機等熱成形設備及各種

13、形式的冷成型設備上，并與其聯(lián)動，實現(xiàn)模具 自動化潤滑、冷卻、空氣清掃動作，達到降低操作工人的勞動強度、提高生產效率的目 的。 中機模具自動化潤滑裝置可與機器人、步進梁聯(lián)合動作，是自動化鍛造生產線必備 的潤滑輔助裝置。 中機恒壓乳化泵無需泄壓，無需停機，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，以實現(xiàn)連續(xù)生產，容器的水位將受到監(jiān)控。敞口容器內 的乳化液通過增壓泵，被泵送到閥控系統(tǒng)，中機恒壓乳化泵可實現(xiàn)隨動加壓、攪拌，并 通過手動閥實現(xiàn)管道、濾芯的定期清洗。 中機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， 當操作人員通過人 機界面設定好噴淋參數(shù)，按照程序，噴頭通

14、過直線導軌自動進入上下模腔之間，噴射混 合水基潤滑劑或冷卻水或清掃壓縮空氣，達到設定的時間后噴頭自動退回。該裝置可實 現(xiàn)定點、定時、定量噴涂，大大減少操作工人的勞動強度，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。 中機氣液自動噴淋閥控系統(tǒng)可實現(xiàn)多點噴涂，目前安裝方式也分為多種形式，如獨 立小車安裝方式、固定安裝方式、混合安裝方式，當然每一種方式都可以配備手動潤滑 噴槍。 4.3 人機工程 中機鍛壓人機工程研究的核心問題是研究人或機器人在生產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，研究的目的則 是用來指導上下料裝置、操作方式、

15、工作環(huán)境、鍛造工序、鍛造模具的設計和改良，根 據(jù)人和機器的條件和特點，合理分配人和機器承擔的操作職能，并使之相互適應，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。同樣也便于機器人的應 用，減少機器人不必要的動作，以提高運行效率。 4.4 自動上下料與物流系統(tǒng) 中機公司可依據(jù)生產現(xiàn)場及鍛件產品專 為客戶設計、提供輸送機及自動化上下料裝 置，組成工件自動上下料及物流系統(tǒng)。合理 的自動上下料及物流系統(tǒng)，可以減少操作者 的勞動強度，便于操作者夾取工件，以提高 工作效率。 中機標準設計有各種規(guī)格的輸送機、用 于余熱正火的控溫風冷輸送機。 4.5 氧化皮清除 鍛造加熱產生的氧化皮，不及時

16、清除會嚴重影響鍛件的精度及表面質量，中機公司 主要通過 （a） 采用惰性氣體保護加熱，在加熱爐 進出口通過惰性氣體，避免鍛件在空氣中加 熱。氣體保護加熱從根本上避免氧化皮的產 生。 （b） 非保護加熱出料時鍛件毛坯通過海 卓特制的剝皮機，壓縮高速滾動工件強力去 皮。 （c） 錘上預鍛時及時通過海卓模具潤滑閥控系統(tǒng)的壓縮空氣及時清掃。 以上多種措施的聯(lián)合實施，可以減少熱鍛過程中操作者去皮輔助工作時間，降低勞 動強度，改善勞動環(huán)境，以提高產品質量，提高工作效率。 4.6 鍛造機器人 鍛造機器人的應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，對機器人的應用提出了更為嚴格的要求，

17、研究適應鍛錘的工作環(huán)境的柔性手指是 機器人能否成功應用的關鍵。中機公司借鑒國外鍛錘機器人成功的經驗，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，以實現(xiàn)鍛錘機器人的 操作。 4.7 總線控制技術與自動化輔助設備的系統(tǒng)集成 總線控制采用兩層結構，上層采用工業(yè)以太網，下層采用現(xiàn)場總線。將鍛造生產線 的加熱爐、輥鍛機、程控鍛錘、切邊機、精 整機、物流系統(tǒng)、模具潤滑裝置等連接起來， 進行控制和管理。系統(tǒng)設置有全自動、半自 動、手動功能，適應和滿足各種工作狀態(tài)。 并符合國際通行安全標準?？偩€控制技術可 以是生產線諸多設備的生產節(jié)拍得到最合理 的配備，以達到效率最大化。 五、我國

18、程控鍛錘自動化生產線的戰(zhàn)略實現(xiàn) 鍛造自動化是一個復雜的系統(tǒng)工程，機器人應用是鍛造綜合自動化的最重要特征， 除此以外還應包含鍛造設備、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、物料傳送等在內的主機與自動化 輔助設備連線控制與協(xié)同運行，全線綜合自動化一般適應于單一零件大批量生產。 快速、靈活是鍛錘最顯著的工藝特征，除了適應薄筋板類零件的大批量生產，還特 別適應異形件的多型腔鍛造，適應多品種小批量零件的生產。為了減少自動化線調整時 間，提高運行效率，非大批量生產鍛造生產線往往更需要單機自動化，達到減少輔助工 作時間、提高工作效率、降低勞動強度的目的。 長期以來，我國鍛造裝備處于重主機輕輔機不平衡狀態(tài)，主機發(fā)展往往