溫鍛與冷鍛之基本 （連載九）

文/張清林·江蘇中興西田數(shù)控科技有限公司

小松勇·日本小松技術(shù)士事務(wù)所，江蘇中興西田數(shù)控科技有限公司

溫鍛與冷鍛之基本 （連載九）

文/張清林·江蘇中興西田數(shù)控科技有限公司

小松勇·日本小松技術(shù)士事務(wù)所，江蘇中興西田數(shù)控科技有限公司

加熱材料的搬運(yùn)裝置

定向送料裝置

將材料送入鍛造設(shè)備的投放裝置，一般使用定向式的送料裝置，首先使用叉車(chē)或吊車(chē)將切好的材料送到送料裝置的料斗里，料斗的容量由材料的質(zhì)量或體積確定。在定向送料裝置里切好的材料，按照其形狀被整齊地排列起來(lái)，再一個(gè)一個(gè)地投入到加熱裝置的入口。

定向送料時(shí)，通過(guò)設(shè)置在輸送帶上傾斜的提升擋板把材料排列整齊，再送到離地面1500～2000mm的高處，被推到最高處的材料通過(guò)滑道到達(dá)加熱爐推料桿的位置，設(shè)置在這里的感知器檢測(cè)出材料存在時(shí)，推料桿就開(kāi)始動(dòng)作把材料推入加熱爐中。如果感知器沒(méi)有檢測(cè)出材料的存在，推料桿就不會(huì)動(dòng)作。在滑道的中間還設(shè)有自動(dòng)控制的擋板，目的是減輕推料桿的負(fù)擔(dān)并避免一次有兩個(gè)以上的材料被送到加熱爐，確保材料能夠一次一個(gè)地被送到加熱爐中。

當(dāng)送料裝置的料斗中，材料減少到一定的量（質(zhì)量或堆積的高度）時(shí)，需要加入材料的報(bào)警燈就會(huì)點(diǎn)亮或發(fā)出警報(bào)聲音。如果送料途中，定向送料裝置發(fā)生了異?；虺鰡?wèn)題時(shí)，送料裝置可以緊急停止。如果后面的加熱裝置或鍛造生產(chǎn)線(xiàn)發(fā)生非正常停止時(shí)，定向送料裝置不是立即停止，而是根據(jù)滑道內(nèi)材料的有無(wú)信號(hào)，控制送料裝置的停止。當(dāng)定向送料裝置發(fā)生緊急停止?fàn)顩r時(shí)，加熱爐以后生產(chǎn)線(xiàn)上的設(shè)備都不是立即停止，而是在供給材料完全用完前保持連續(xù)運(yùn)行。

向加熱爐中送入、送出材料

鍛造設(shè)備經(jīng)常有停下來(lái)的時(shí)候，如模具的清掃、點(diǎn)檢、給模具涂抹潤(rùn)滑劑或因多工位搬運(yùn)裝置、機(jī)械手等自動(dòng)化裝置的搬運(yùn)錯(cuò)誤而停止，還有因檢查加工產(chǎn)品的尺寸和精度而暫時(shí)停止等情況，生產(chǎn)線(xiàn)都可能發(fā)生停止。

生產(chǎn)線(xiàn)的停止是在瞬間發(fā)生的，如果能瞬間恢復(fù)是最好的，但是瞬間恢復(fù)幾乎是不可能的，一般都需要幾分鐘甚至幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間。在成形加工停止的時(shí)間里，加熱爐里的材料就會(huì)一直處在被加熱的狀態(tài)，材料過(guò)熱會(huì)出現(xiàn)脫碳現(xiàn)象（材料表面的碳元素被氧化和剝離），材料表面含碳量降低的現(xiàn)象也會(huì)發(fā)生，鍛造出來(lái)的產(chǎn)品就是不合格品。

對(duì)于電熱爐或煤氣爐來(lái)說(shuō)即使把爐子緊急停止下來(lái)，溫度也不能馬上降下來(lái)，但是高頻或低頻加熱爐可以緊急停止加熱，這對(duì)溫鍛來(lái)說(shuō)比較好。

用電熱爐和煤氣爐加熱時(shí)，以恒定速度運(yùn)轉(zhuǎn)的輸送帶把材料移送到爐子里，當(dāng)材料被加熱到設(shè)定溫度時(shí)，再把材料一個(gè)一個(gè)地從加熱爐中送出來(lái)。當(dāng)鍛壓設(shè)備發(fā)生緊急停止時(shí)，爐子里面的輸送帶可以把爐子里正在加熱的材料快速送出來(lái)，觀察被迅速送出來(lái)的材料，如果沒(méi)有脫碳等影響鍛壓加工的問(wèn)題時(shí)，就可以將材料返回到送料裝置的料斗中。

高頻和低頻加熱爐是用推料桿的方式將材料送到爐子里的，當(dāng)一個(gè)加熱的材料被取出后另一個(gè)才能送進(jìn)去加熱，即每次只能加熱一個(gè)。當(dāng)鍛壓設(shè)備非正常停止時(shí)，高頻電爐的電源被切斷的同時(shí)，低頻電爐的電源也會(huì)被切斷。電源瞬間被切斷，需要經(jīng)過(guò)數(shù)十秒到數(shù)分鐘的時(shí)間才能再次啟動(dòng)，可以根據(jù)情況不同有很多種不同的運(yùn)轉(zhuǎn)方式。

無(wú)論是電熱爐、煤氣爐還是高頻爐，只要材料是以放倒形式從爐內(nèi)送出來(lái)，在材料進(jìn)入爐子出口處設(shè)置的定位掃描裝置時(shí)，檢測(cè)裝置都會(huì)發(fā)出“指定位置已有材料”的信息。如果材料需要垂直方向插入模具，就還要在定位裝置處加上一個(gè)使材料垂直直立的裝置。但如果使用多關(guān)節(jié)搬運(yùn)機(jī)器人，機(jī)器人本身可以完成將材料起立的動(dòng)作，就可以省去這個(gè)“垂直直立”裝置。

將材料送入模具

當(dāng)材料到達(dá)了鍛造設(shè)備預(yù)定的位置，鍛造設(shè)備也具備了運(yùn)轉(zhuǎn)條件時(shí)，就會(huì)向搬運(yùn)機(jī)械手發(fā)出信號(hào)，機(jī)械手開(kāi)始動(dòng)作，抓住材料并將其送入模具中。為了盡量縮短被加熱的材料從進(jìn)入定位裝置到被送入模具的時(shí)間，從裝置的機(jī)械部分和電路控制部分都需要下功夫研究和不斷改善。與熱鍛相比溫鍛的加熱溫度較低，盡量減少溫度下降顯得格外重要，如機(jī)械手的夾爪或多工位搬運(yùn)桿的夾鉗，在運(yùn)送材料時(shí)，要盡量使用吸熱少、能夠隔斷熱傳導(dǎo)的材料。在溫度變化盡可能少的情況下，送材料入模具，一般會(huì)把加熱爐出口與鍛造設(shè)備盡可能接近。

搬運(yùn)材料一般需要使用以下兩種搬運(yùn)方式。

⑴多關(guān)節(jié)機(jī)械手。

對(duì)于大型鍛造設(shè)備通常使用為自己專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的操縱機(jī)械手，但對(duì)于生產(chǎn)小型產(chǎn)品的溫鍛設(shè)備來(lái)說(shuō)，使用多關(guān)節(jié)的搬運(yùn)機(jī)械手。多關(guān)節(jié)機(jī)械手主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

①機(jī)械手能夠設(shè)置在離鍛造設(shè)備最近處，力求最短的搬運(yùn)距離。

②能夠?qū)崿F(xiàn)最短的搬運(yùn)路線(xiàn)。

③將材料插入模具的精度良好。

④材料的狀態(tài)可以自由設(shè)定。

多關(guān)節(jié)機(jī)械手還可以分為垂直型和平行型，在安裝空間小、搬運(yùn)時(shí)間短的情況下，一般采用垂直型。另外，這種類(lèi)型機(jī)械手的制造廠(chǎng)家很多，用戶(hù)可根據(jù)自己的需求進(jìn)行衡量、比對(duì)，選擇規(guī)格和價(jià)格最適合自己的機(jī)械手。

機(jī)械手的夾爪和被加熱材料的接觸面積也必須盡可能的小，接觸面積大的時(shí)候，材料熱量就會(huì)被夾爪大量吸收。圖1是減少接觸面積的夾爪示意圖。如果夾爪夾住材料的時(shí)間是1～2s、材料的溫度在1000℃左右，為防止高溫傳導(dǎo)到機(jī)械手本體就必須使用隔熱較好的材料。在400℃以下時(shí)，使用樹(shù)脂類(lèi)隔熱材料，而1000℃左右時(shí)使用石棉制隔熱材料比較合適，厚度有5mm就可以了。在機(jī)械手本體和夾爪之間，加入隔熱材料還可以有效地防止熱對(duì)機(jī)械手本體造成的不良影響。

圖1 減少接觸面積的夾爪示意圖

⑵多工位搬運(yùn)裝置。

在溫鍛加工過(guò)程中，有只需要一個(gè)工位完成的產(chǎn)品，也有在一臺(tái)鍛造設(shè)備上使用2～3個(gè)工位模具進(jìn)行加工的產(chǎn)品，進(jìn)行多工位加工的情況，即被加熱的材料用滑道或輸送帶的方式送到溫鍛鍛造設(shè)備附近，再使用多工位搬運(yùn)裝置將材料從一個(gè)工位搬運(yùn)到另一個(gè)工位。

多工位搬運(yùn)的方法應(yīng)將空留工位減少到最小，在無(wú)論如何也不能避開(kāi)空留工位的情況下，就要在加工的中途設(shè)置加溫裝置或保溫裝置，目的是把加工過(guò)程中的熱量損失減少到最小。多工位的搬運(yùn)裝置可以分為二維和三維兩種。

1）二維多工位搬運(yùn)裝置。

二維的搬運(yùn)方法是多工位搬運(yùn)裝置的夾鉗夾住被加工的部件，送到下一個(gè)工位，放開(kāi)工件水平退回。為了順利地把材料送入模具和把加工后的成形件從模具中取出，需要在鍛造設(shè)備的下部安裝頂料裝置，這樣，這種頂料裝置與滑塊的運(yùn)轉(zhuǎn)和與多工位搬運(yùn)裝置的運(yùn)動(dòng)都要遵循正確的聯(lián)動(dòng)軌跡才行。一般有下面的3種聯(lián)動(dòng)形式：

①使鍛造設(shè)備下部的頂料裝置內(nèi)頂銷(xiāo)處于上限位置，等待材料。這需要鍛造設(shè)備的行程（曲軸回轉(zhuǎn)）和頂料裝置有很好的時(shí)間同步配合，即頂料裝置的動(dòng)作時(shí)間可以任意設(shè)定。

②搬運(yùn)裝置將材料送到模具的指定位置停機(jī)等待。這時(shí)搬運(yùn)裝置雖然停止了，鍛造設(shè)備的曲軸還是在回轉(zhuǎn)，滑塊處于繼續(xù)下降的狀態(tài)。

③當(dāng)上模的沖頭接觸到材料時(shí)，鍛造設(shè)備、下面的頂料裝置、多工位搬運(yùn)裝置就開(kāi)始進(jìn)入同步協(xié)調(diào)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)了。

多工位搬運(yùn)裝置的夾爪在上模沖頭馬上就要接觸到材料前的一瞬間（沖頭和夾爪不能接觸）松開(kāi)。下面的頂料銷(xiāo)與沖頭將材料夾住開(kāi)始下降。此時(shí)，因?yàn)椴荒芙o下面的頂料裝置和頂料銷(xiāo)造成負(fù)荷要設(shè)定好相互運(yùn)行的時(shí)間。如果下面的頂料裝置下降得慢了，滑塊下降容易造成下面頂料裝置和頂料銷(xiāo)的損壞，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的同步設(shè)定是至關(guān)重要的。當(dāng)多工位搬運(yùn)裝置完成了放開(kāi)程序，就要進(jìn)入返回的行程，準(zhǔn)備下一次的送料。

雖然與三維搬運(yùn)裝置相比二維搬運(yùn)裝置價(jià)格較低，但是有時(shí)不能完全滿(mǎn)足生產(chǎn)上的需要，而且像上面這樣復(fù)雜的搬運(yùn)操作程序一般多使用三維的搬運(yùn)裝置。

2）三維多工位搬運(yùn)裝置。

三維多工位搬運(yùn)裝置是將材料夾住后提升、送料、下降、放開(kāi)后抬高再返回的立體式搬運(yùn)方式，為了將材料送入模具的內(nèi)腔和把成形后的成品取出來(lái)，鍛造設(shè)備下面的頂料裝置與滑塊和多工位搬運(yùn)裝置的正確聯(lián)動(dòng)。其實(shí)三維多工位操作比二維多工位操作容易得多。

①下部頂料裝置在下模的頂料銷(xiāo)處在下限的狀態(tài)下待機(jī)，此時(shí)需要鍛造設(shè)備的行程（曲軸回轉(zhuǎn)）和頂料裝置有同步配合的時(shí)間，即頂料裝置的動(dòng)作時(shí)間可以任意設(shè)定。

②搬運(yùn)裝置經(jīng)材料夾住、提升送到模具的指定位置，搬運(yùn)桿下降把材料插入到模具腔內(nèi)后，放開(kāi)材料，然后進(jìn)入返回行程。在搬運(yùn)裝置返回的過(guò)程中，鍛造設(shè)備的曲軸回轉(zhuǎn)、滑塊下降。

③上模與材料接觸、鍛壓開(kāi)始。

當(dāng)然，鍛造設(shè)備、下部頂料裝置及多工位搬運(yùn)裝置都必須按照正確的時(shí)間曲線(xiàn)圖運(yùn)轉(zhuǎn)，與二維搬運(yùn)的多工位搬運(yùn)裝置相比，三維多工位操作上還是比較容易的。省去了二維多工位搬運(yùn)裝置的夾爪在上模沖頭馬上就要接觸到材料前的一瞬間（沖頭和夾爪不能接觸），才能放開(kāi)材料這樣高精確度的動(dòng)作，沒(méi)有了下面的頂料銷(xiāo)與沖頭將材料夾住后一起下降的必要，也就消除了因下面的頂料裝置下降遲緩被下降滑塊損壞的危險(xiǎn)。

模具和頂模裝置

鍛造設(shè)備下面的頂料裝置，因成形件的不同有時(shí)上模內(nèi)也需要安裝頂料裝置。上模的頂料裝置也需要與搬運(yùn)裝置聯(lián)動(dòng)，若忽視了送料裝置的軌跡，將上模內(nèi)腔內(nèi)的成形件頂出時(shí)，多工位裝置和機(jī)械手就有可能夾不穩(wěn)，造成二次重打的重大事故。因此，上部頂料裝置和下部頂料裝置同樣也需要可以任意設(shè)定其動(dòng)作的同步性。下部、上部都有一種利用作為任意頂料驅(qū)動(dòng)形式的油壓氣缸，最近也有用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的油壓氣缸。從頂料負(fù)荷和體積的角度來(lái)看，油壓形式確實(shí)要優(yōu)越許多。

圖2 傘齒輪成形用模具圖（閉塞鍛造）

圖2是閉塞鍛壓模具，上下都有油壓式頂料裝置。使用油壓式頂料裝置的原因是周?chē)懈邷匮b置，并且材料漏油的問(wèn)題絕對(duì)不允許發(fā)生。對(duì)油管也要做好高溫防護(hù)措施，無(wú)論如何都不能讓油飛濺到配管上。另外，要特別注意圖2這樣的模具，如果使用油壓式氣缸的話(huà)，因高溫的影響油封等密封元件類(lèi)會(huì)很快老化，一定要使用可以耐高溫的優(yōu)質(zhì)硅化橡膠類(lèi)的密封元件。