2018-06-14 622 0
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)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)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、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：
4.1 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)場的時間和費(fèi)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(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Internet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)時間和費(fèi)用，第一時間遠(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)定的時間后噴頭自動退回。該裝置可實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)、定時、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。
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(shí)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(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)。總線控制技術(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)整時間，提高運(yùn)行效率，非大批量生產(chǎn)鍛造生產(chǎn)線往往更需要單機(jī)自動化，達(dá)到減少輔助工作時間、提高工作效率、降低勞動強(qiáng)度的目的。
長期以來，我國鍛造裝備處于重主機(jī)輕輔機(jī)不平衡狀態(tài)，主機(jī)發(fā)展往往也只是重視單機(jī)效率，生產(chǎn)能力，很少能立足自動化生產(chǎn)線綜合考慮，即使是單機(jī)自動化，也很難實(shí)現(xiàn)。
自動化輔助設(shè)備的研發(fā)，特別是針對既有鍛造線，往往需要量體裁衣，依據(jù)主體設(shè)備、鍛造工藝進(jìn)行定制，難以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。加之我國的設(shè)備研發(fā)工程技術(shù)人員往往缺乏對鍛造工藝的了解，因此不能不說自動化輔助設(shè)備的研發(fā)是我國設(shè)備研發(fā)的短板。
中機(jī)鍛壓是我國唯一下設(shè)模鍛實(shí)驗(yàn)工廠并致力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)將聯(lián)合國內(nèi)鍛壓、自動化研究院所，共同專注于程控鍛錘、成型工藝、人機(jī)工程的研究，專注于包含自動潤滑、自動剝皮及物流系統(tǒng)在內(nèi)的自動化輔助設(shè)備研究，專注于包含電加熱爐、制坯、沖切設(shè)備選型在內(nèi)的連線技術(shù)研究。
中機(jī)鍛壓將以全線綜合自動化為目標(biāo)，強(qiáng)化自動化輔助設(shè)備的研發(fā)，強(qiáng)化人機(jī)工程、鍛造工藝研究，立足實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動化，逐步實(shí)現(xiàn)全線綜合自動化。
六、結(jié)束語
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。
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