鍛造自動(dòng)潤滑裝置的應(yīng)用

文／高紅林·陜西法士特汽車傳動(dòng)集團(tuán)有限責(zé)任公司

鍛造自動(dòng)潤滑裝置的應(yīng)用

文／高紅林·陜西法士特汽車傳動(dòng)集團(tuán)有限責(zé)任公司

高紅林，熱加工工藝室主任，工程師，長期從事鍛/鑄件新產(chǎn)品工藝開發(fā)和改進(jìn)工作，在熱模鍛加工工藝、有色合金鑄造工藝等專業(yè)領(lǐng)域有豐富的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，帶領(lǐng)技術(shù)團(tuán)隊(duì)多次獲得公司科技創(chuàng)新獎(jiǎng)、先進(jìn)班組、全省勞動(dòng)競賽優(yōu)秀班組、陜西省工人先鋒號等榮譽(yù)。

在整個(gè)鍛造生產(chǎn)的成本中，模具費(fèi)用是鍛件成本的主要組成部分，一般占生產(chǎn)成本10%～25%，因此提高模具壽命可減少鍛件生產(chǎn)成本中的模具成本。在生產(chǎn)制造過程中，噴淋潤滑環(huán)節(jié)是延長鍛造模具壽命的重要組成部分。在鍛造生產(chǎn)中，鍛造潤滑劑成本僅占2%左右，但是對鍛造模具壽命起著決定性作用。近年來，隨著鍛造行業(yè)裝備及技術(shù)發(fā)展，以及生產(chǎn)制造過程人力成本的上升，原來手工的潤滑冷卻方式已經(jīng)越來越不被大家所接受，從質(zhì)量穩(wěn)定及成本角度考慮，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化鍛造無疑是今后大家選擇的方向，鍛造自動(dòng)潤滑裝置的應(yīng)用是其中必不可少的因素。

自動(dòng)潤滑裝置方式

鍛造生產(chǎn)線目前采用的自動(dòng)潤滑裝置主要有以下幾種：一類是安裝在機(jī)床外部，利用滑塊抬起的空間深入模具型腔對模具進(jìn)行潤滑的自動(dòng)潤滑結(jié)構(gòu)；另一種是安裝在熱模鍛壓力機(jī)的步進(jìn)梁上的自動(dòng)潤滑裝置。

⑴采用步進(jìn)梁自動(dòng)化鍛造生產(chǎn)的熱模鍛生產(chǎn)線，該噴淋系統(tǒng)將噴淋頭、噴淋液管、氣管軟管都安裝在步進(jìn)梁上方，整線集成由PLC連線控制，步進(jìn)梁傳輸過程中對鍛造完畢的上下鍛造模具進(jìn)行噴淋潤滑。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)可以對模具進(jìn)行充分潤滑，即使?jié)M工位生產(chǎn)也可以避免潤滑過程中潤滑液噴在鍛件上面，但由于受往復(fù)運(yùn)動(dòng)和高溫烘烤，易出現(xiàn)管線故障。這種噴淋潤滑方式僅限于采用步進(jìn)梁自動(dòng)化的簡單中小型鍛件自動(dòng)化鍛造模具的噴淋潤滑（圖1）。

圖1 安裝在機(jī)床外部的自動(dòng)潤滑裝置

⑵熱模鍛自動(dòng)生產(chǎn)線另一種噴淋潤滑方式是安裝在設(shè)備上，采用擺臂式自動(dòng)噴淋潤滑系統(tǒng)。擺動(dòng)潤滑裝置由一個(gè)潤滑噴灑單元和配液單元組成，使用高壓軟管和鋼管將該單元和送料單元以及一個(gè)或者多個(gè)噴嘴裝置相連接。在壓力機(jī)的主控臺處對其進(jìn)行調(diào)整，由SPS控制的閥系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)非常精確的冷卻水量和潤滑材料混合物劑量的分配。通過擺動(dòng)潤滑裝置將空氣、水和脫模劑送入到模腔內(nèi)。該脫模劑自動(dòng)噴涂機(jī)是齒輪鍛造業(yè)內(nèi)能夠良好配合鍛壓機(jī)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)代替人工操作的設(shè)備。該設(shè)備主要由機(jī)座、儲液箱、攪拌系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、噴液系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)等構(gòu)成，采用日本三菱PLC控制，且配備觸摸屏，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話。通過合適的氣液配比，將水基脫模劑均勻地噴涂在鍛壓機(jī)上下模具表面，并立即吹干，使模具表面形成耐高溫、耐氧化薄膜。同時(shí)，給模具降溫，使之鍛打時(shí)不粘模，鍛件規(guī)整，延長模具使用壽命。

圖2 安裝在設(shè)備上的自動(dòng)潤滑裝置

這種潤滑裝置噴水用于冷卻模具溫度，確保模具處在一個(gè)合適的溫度，空氣用于吹干模具上殘余的水和氧化皮，潤滑材料用于對模具進(jìn)行潤滑。整個(gè)潤滑裝置通過機(jī)器凸輪角度進(jìn)行控制，通過主機(jī)屏幕界面對各個(gè)工位模具潤滑用參數(shù)進(jìn)行輸入。圖3為主機(jī)屏幕參數(shù)輸入界面。

在機(jī)器凸輪窗口內(nèi)和編程時(shí)間內(nèi)對所有閥進(jìn)行控制，每工位的潤滑閥在凸輪轉(zhuǎn)到一定角度開始工作，到一定角度停止工作，確保潤滑的精準(zhǔn)性和節(jié)能。圖4所示為潤滑閥控制界面。

圖3 主機(jī)屏幕控制界面

圖4 潤滑閥控制界面

在主機(jī)操控界面可以對冷卻水，脫模劑和壓縮空氣的噴灑時(shí)間長短進(jìn)行控制，確保精確冷卻潤滑，節(jié)省能源。圖5所示為主機(jī)操控界面。

圖5 主機(jī)操控界面

在生產(chǎn)過程中，步進(jìn)梁上卡爪后面的卡爪座內(nèi)安裝有感應(yīng)開關(guān)，用來檢測每個(gè)工位是否有工件，并根據(jù)PLC程序設(shè)置水、脫模劑、壓縮空氣在工件來、走、或者來和走都噴灑。

⑶對封閉空間足夠大的壓機(jī)鍛模潤滑，鍛造自動(dòng)化生產(chǎn)線的噴淋潤滑方式可以采用鍛造毛坯轉(zhuǎn)運(yùn)夾具與噴淋頭安裝在同一機(jī)械手（或機(jī)器人）自動(dòng)化設(shè)備上的方式，鍛造毛坯工序間自動(dòng)化夾持轉(zhuǎn)運(yùn)操作時(shí)，順帶完成模具的噴淋潤滑。鍛件在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，由于機(jī)械手需要繼續(xù)完成噴淋任務(wù)，上模噴淋液濺落到鍛件上容易造成鍛件上表面較大溫降，在終鍛前易造成鍛件芯表溫差大，氧化皮厚，易形成鍛造缺陷。同時(shí)鍛件在機(jī)器人夾持過程中等待完成氧化皮吹掃、噴淋潤滑冷卻，機(jī)器人夾具受熱時(shí)間較長，連續(xù)生產(chǎn)時(shí)因受熱時(shí)間過長其強(qiáng)度快速下降，影響后續(xù)精確定位操作（圖6）。

圖6 噴淋頭與轉(zhuǎn)運(yùn)夾具安裝在同一機(jī)械手上

鍛造自動(dòng)線噴淋潤滑裝置發(fā)展方向

一套自動(dòng)化噴淋潤滑系統(tǒng)一般由潤滑劑原液供給系統(tǒng)、潤滑劑攪拌供給系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和噴淋頭及管路組成。先進(jìn)的噴淋潤滑系統(tǒng)均設(shè)有攪拌混液供給系統(tǒng)對潤滑劑按要求進(jìn)行稀釋，稀釋后潤滑液經(jīng)過濾器過濾后進(jìn)行噴淋。冷卻水經(jīng)過濾器過濾，利用高壓空氣壓入噴淋系統(tǒng)的管路中噴出用于模具冷卻。為保證潤滑劑和冷卻水質(zhì)量，儲液箱、管路等潤滑系統(tǒng)零件均使用不銹鋼或耐腐蝕材料。模具潤滑液噴淋、冷卻水噴淋、氧化皮吹掃各動(dòng)作次序、時(shí)間長短都可通過程序定義改變。同時(shí)隨著節(jié)能降耗和環(huán)保要求，回收再利用系統(tǒng)也是必不可少的。

熱模鍛自動(dòng)化生產(chǎn)線模具潤滑劑

石墨乳在鍛造自動(dòng)生產(chǎn)線作為潤滑劑廣泛使用，但其也存在著各種缺陷：⑴殘?jiān)樦斄蠗U間隙下漏至模具和墊板之間，使下頂料孔堵塞，造成頂料桿無法落回或頂出距離發(fā)生變化，影響卡爪對工件定位抓??；⑵模具模腔表面石墨乳殘?jiān)不掣皆谀＞咝颓浑y以清理，降低了潤滑效果，影響鍛件的金屬流動(dòng)成形和模具壽命；⑶干燥后石墨粉四處漂浮擴(kuò)散，容易致電器元件電路短路；⑷加劇相對運(yùn)動(dòng)機(jī)械部件間磨損。故目前安全環(huán)保的綠色鍛造潤滑劑逐漸替代石墨乳，使用環(huán)保安全的新材料水基無毒高溫脫模潤滑劑和噴淋工藝是未來鍛造工藝發(fā)展的趨勢。有機(jī)水基潤滑劑必定會提高鍛造自動(dòng)生產(chǎn)線效率，改善鍛造生產(chǎn)環(huán)境，增加鍛造模具壽命，使鍛造企業(yè)獲得產(chǎn)品成本差別化競爭優(yōu)勢。

圖7 噴淋板噴眼設(shè)計(jì)

熱模鍛自動(dòng)鍛造線自動(dòng)潤滑裝置柔性化生產(chǎn)問題

熱模鍛自動(dòng)鍛造線如何適應(yīng)不同鍛造產(chǎn)品柔性化生產(chǎn)問題是其發(fā)展的方向，不同產(chǎn)品的鍛造工藝復(fù)雜程度差別決定了其噴淋潤滑工藝的不同。根據(jù)鍛造工藝的不同，調(diào)配增減噴淋潤滑濃度劑量，調(diào)整噴淋冷卻水量，配置匹配的噴淋頭部件精細(xì)化噴淋潤滑工藝參數(shù)；吹掃氧化皮、噴淋冷卻水冷卻、吹掃殘存冷卻水、噴潤滑液四者次序時(shí)間長短設(shè)定，應(yīng)對不同的鍛件模腔探索采用差異化模具潤滑工藝。圖7所示為根據(jù)鍛件規(guī)格設(shè)計(jì)噴淋板噴眼角度示意圖。

為了更好實(shí)現(xiàn)脫模和提高模具壽命，脫模劑和潤滑裝置的應(yīng)用在生產(chǎn)中起到舉足輕重的作用。目前法士特公司主要采用的是白色水溶性脫模劑和水基石墨潤滑劑，針對精密齒形鍛造使用水基石墨潤滑劑，針對其他模鍛件使用白色水基潤滑劑。

結(jié)束語

在自動(dòng)潤滑裝置的應(yīng)用上，法士特公司目前吸取日本、韓國、德國等國家的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，針對不同產(chǎn)品，使用不同的噴灑方式，實(shí)現(xiàn)脫模劑的高效、節(jié)能利用。目前主要采用噴板式、噴嘴式潤滑，生產(chǎn)過程中，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)潤滑裝置的高效性，法士特公司逐步實(shí)現(xiàn)潤滑劑的自動(dòng)配比，在機(jī)床操控面板上實(shí)現(xiàn)脫模劑的數(shù)字化配比，確保根據(jù)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)脫模劑使用的可控性。

通過各種自動(dòng)潤滑裝置的使用，潤滑噴涂的均勻性和有效性得到保證，產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性得到提高，脫模劑的使用量也得到有效地控制，模具成本逐步降低，使法士特產(chǎn)品在市場的競爭力得到有效地保證。