自動化鏈軌節(jié)鍛造生產(chǎn)線

文／吳岳嶺，張敏，周琦，惠燕先·山推工程機(jī)械股份有限公司

自動化鏈軌節(jié)鍛造生產(chǎn)線

文／吳岳嶺，張敏，周琦，惠燕先·山推工程機(jī)械股份有限公司

目前熱模鍛行業(yè)人力資源嚴(yán)重匱乏，人工成本逐年上漲，自動化是解決此問題的最佳途徑。自動化能夠減少對人工的依賴，避免過程中的人為因素，產(chǎn)品質(zhì)量也穩(wěn)定、可靠，生產(chǎn)效率得到提升。本文從生產(chǎn)工藝、設(shè)備組成、功能特點等方面，對一條自動化鏈軌節(jié)鍛造生產(chǎn)線進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

鏈軌節(jié)是推土機(jī)、挖掘機(jī)等工程機(jī)械履帶中的重要零部件，市場需求量很大。鏈軌節(jié)工作環(huán)境惡劣，其受力復(fù)雜，在工況中需要承受很大的隨機(jī)交變載荷，是履帶式工程機(jī)械行走系統(tǒng)最易失效的部件之一，鏈軌節(jié)的質(zhì)量直接影響了履帶總成的使用壽命。鏈軌節(jié)采用模鍛工藝生產(chǎn)，傳統(tǒng)的工藝流程為：剪切下料→中頻感應(yīng)加熱→空氣錘制坯→摩擦壓力機(jī)或電動螺旋壓力機(jī)鍛造→曲柄壓力機(jī)切邊、沖孔、校正→調(diào)質(zhì)熱處理。其存在以下缺點：⑴所需的設(shè)備及操作人員多。該工藝工序多，采用的設(shè)備多，且主要工序全部為手工操作，自動化程度低，一條鏈軌節(jié)生產(chǎn)線就需要10～15人；⑵生產(chǎn)效率相對低。手工操作及較多的工序降低了生產(chǎn)效率，在不考慮設(shè)備故障及調(diào)試模具工裝的情況下，產(chǎn)量約為300件/小時；⑶鍛件質(zhì)量不穩(wěn)定。手工操作對人員的技能要求高，鍛件一致性差。在多臺設(shè)備間的周轉(zhuǎn)容易造成鍛件表面的磕碰傷，且鍛造溫度不易控制，影響鍛件質(zhì)量；⑷加熱爐及鍛造設(shè)備的能耗高。

隨著國內(nèi)工程機(jī)械市場的發(fā)展，競爭愈加激烈，對產(chǎn)品的質(zhì)量及成本要求也越來越高。而目前熱模鍛行業(yè)人力資源嚴(yán)重匱乏，人工成本逐年上漲，為解決此問題，自動化是最佳途徑。自動化減少了對人工的依賴，避免了過程中的人為因素，產(chǎn)品質(zhì)量也穩(wěn)定、可靠，生產(chǎn)效率得到提升。在此形勢下，傳統(tǒng)的鍛造生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)工藝亟待升級，我公司的自動化鏈軌節(jié)鍛造生產(chǎn)線及相適應(yīng)的鏈軌節(jié)鍛造生產(chǎn)工藝，在國內(nèi)鍛造自動化發(fā)展方面具有一定的代表意義。

鏈軌節(jié)鍛造生產(chǎn)工藝

基于不同的鍛造生產(chǎn)線，有不同的鍛造生產(chǎn)工藝。相較于傳統(tǒng)的鍛造設(shè)備，多工位的熱模鍛壓力機(jī)更易實現(xiàn)自動化。我公司引進(jìn)的米勒萬家頓公司生產(chǎn)的曲柄鍛造壓力機(jī)，能夠安裝五個工位的成套模具，并且能夠在同一次行程中完成多個工位的成形，我們基于此設(shè)備，以某一190mm節(jié)距的鏈軌節(jié)鍛件（圖1）為例，設(shè)計了如下鍛造工藝：剪切下料→自動化上料→中頻感應(yīng)加熱→料溫自動分選→熱模鍛壓力機(jī)上壓扁、預(yù)鍛、終鍛、沖孔切邊校正復(fù)合→工件溫度自動分選→余熱淬火、回火。

圖1 190mm節(jié)距鏈軌節(jié)簡圖

自動化鏈軌節(jié)鍛造生產(chǎn)線

自動化鏈軌節(jié)鍛造生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍為4～5s/件，連續(xù)運(yùn)行時每小時產(chǎn)量可達(dá)700余件，主要生產(chǎn)190mm～203mm節(jié)距的多種鏈軌節(jié)鍛件產(chǎn)品。主機(jī)型號為PK3150熱模鍛壓力機(jī)，最大負(fù)載3150噸，其機(jī)架和驅(qū)動系統(tǒng)專為高負(fù)載和精密生產(chǎn)而設(shè)計，特別適合大批量鍛件的自動化生產(chǎn)。整條生產(chǎn)線配置了自動上料裝置、脫模劑自動噴霧系統(tǒng)、工件控溫輸送系統(tǒng)、快速換模系統(tǒng)等，能夠?qū)崿F(xiàn)工件從上料到產(chǎn)品的自動化生產(chǎn)。正常生產(chǎn)時，整條生產(chǎn)線僅需要三名操作人員，主要負(fù)責(zé)加熱爐和主機(jī)面板的控制，生產(chǎn)線異常處理和全線巡視。

自動化鏈軌節(jié)鍛造生產(chǎn)線的整體長度約為80.2m，寬度約12.5m，分別由上料裝置、中頻加熱爐、料溫分選裝置、熱模鍛壓力機(jī)、鍛件輸送鏈、余熱淬火裝置、回火爐組成，各部分之間均通過滑道或傳送鏈連接，其設(shè)備組成、功能及特點分別介紹如下。

自動上料系統(tǒng)

近年來，在鍛造生產(chǎn)中，采用感應(yīng)加熱的廠家越來越多，但感應(yīng)加熱的上下料卻大都需要人工完成，一般需要1～2名操作人員。人工上料增加了用工成本，同時人為因素不可避免的會影響生產(chǎn)效率。自動上料系統(tǒng)的采用可以消除此影響，更好的發(fā)揮感應(yīng)加熱的優(yōu)勢。

自動化鏈軌節(jié)鍛造生產(chǎn)線的上料系統(tǒng)由翻轉(zhuǎn)加料斗、振動提升上料機(jī)、水平輸送機(jī)和壓輥推料機(jī)構(gòu)組成，如圖2所示。

圖2 自動上料系統(tǒng)

生產(chǎn)開始前，操作人員將裝滿棒料的料筐放置在翻轉(zhuǎn)加料斗中，油缸推動料斗翻轉(zhuǎn)，將棒料倒入振動提升上料機(jī)的振動斗內(nèi)，振動斗每隔一段時間，通過振動將棒料送入提升上料機(jī)的提升鏈底部，通過提升鏈將棒料有序送入水平輸送機(jī)的軌道中，棒料通過傳送鏈送至壓輥推料機(jī)構(gòu)處，操作人員可在加熱系統(tǒng)控制面板上調(diào)整進(jìn)料速度，控制壓輥轉(zhuǎn)速，從而調(diào)整生產(chǎn)節(jié)拍。當(dāng)壓輥處無棒料通過時，控制系統(tǒng)會發(fā)出缺料報警信號，通知操作人員加料。正常生產(chǎn)時，一般半小時需加一料筐棒料。

棒料加熱及料溫分選

中頻加熱爐額定功率為3000kW，實際生產(chǎn)中根據(jù)產(chǎn)品型號及生產(chǎn)節(jié)拍的不同，通過調(diào)整輸出功率百分比的數(shù)值，控制棒料加熱溫度。中頻加熱爐感應(yīng)加熱線圈入口處與上料系統(tǒng)的壓輥推料機(jī)構(gòu)銜接，從而控制整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍。同時在中頻加熱爐感應(yīng)加熱線圈的中部及出口處，各有一個壓輥推料機(jī)構(gòu)，其中出口處的推料速度為最大，略高于中部壓輥的推料速度，入口處的推料速度最小，此種設(shè)計可以保證棒料輸送順暢。

中頻加熱爐感應(yīng)線圈出口處，裝有料溫自動分選裝置，由紅外測溫儀、三路棒料分選裝置和出料滑道組成，出料滑道包括正?；?、欠溫滑道和過燒滑道，如圖3所示。操作人員可在加熱系統(tǒng)控制面板上對棒料溫度的上下限進(jìn)行設(shè)定，紅外測溫儀收集溫度信息反饋至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制分選裝置，將低于下限溫度的棒料送入欠溫滑道，高于上限溫度的棒料送入過燒滑道，正常溫度的棒料通過正?；肋M(jìn)入下一工位。料溫自動分選裝置能夠嚴(yán)格控制棒料溫度，保證鍛件質(zhì)量和生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

圖3 加熱爐及料溫分選裝置

熱模鍛壓力機(jī)鍛造

熱模鍛壓力機(jī)具有生產(chǎn)效率高、打擊速度快、模具熱接觸時間短、模具使用壽命長等優(yōu)點，適用于大批量生產(chǎn)的自動化鍛造流水線。本生產(chǎn)線配置的PK3150熱模鍛壓力機(jī)（圖4）采用雙驅(qū)動機(jī)構(gòu)，能夠進(jìn)一步減少悶?zāi)r間，降低模具磨損，延長模具冷卻和零件傳送時間，從而提高生產(chǎn)率，最高行程次數(shù)可達(dá) 60次 /min。

圖4 PK3150熱模鍛壓力機(jī)

整個鍛造系統(tǒng)由換模板、脫模劑自動噴霧系統(tǒng)、步進(jìn)梁傳送系統(tǒng)及主機(jī)組成。毛坯經(jīng)由一工位壓扁、二工位預(yù)鍛、三工位終鍛、四工位沖孔切邊校正后成形。

生產(chǎn)開始時，操作人員啟動主機(jī)，控制系統(tǒng)檢測各信號正常后，壓力機(jī)開始行程，步進(jìn)梁系統(tǒng)與噴霧系統(tǒng)開始機(jī)械動作。加熱至鍛造溫度的棒料，由正常滑道劃入機(jī)械手抓取位置，接近開關(guān)檢測到信號后，機(jī)械手將棒料抓取至旋轉(zhuǎn)臺上，后由步進(jìn)梁上的夾爪順序移動至各工位。步進(jìn)梁內(nèi)裝有接近開關(guān)，會在工件抓取時向控制系統(tǒng)傳輸信號。自動噴霧系統(tǒng)跟隨此信號對相應(yīng)的工位進(jìn)行噴霧，操作人員可根據(jù)生產(chǎn)情況對噴霧量進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)棒料長度超差或工件抓取出現(xiàn)異常時，控制系統(tǒng)發(fā)出故障報警，設(shè)備暫停，由操作人員進(jìn)行處理。壓力機(jī)能準(zhǔn)確顯示各工位的鍛造負(fù)載，并具有過載保護(hù)系統(tǒng)。正常生產(chǎn)時，鍛件質(zhì)量基本不受操作人員技能水平的影響，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

生產(chǎn)線還配有快速換模系統(tǒng)，由換模小車、導(dǎo)軌、換模板架組成（圖5）。壓力機(jī)配有兩副換模板，一副在壓力機(jī)上進(jìn)行鍛造生產(chǎn)時，另一副可在模具車間完成模具裝配。當(dāng)生產(chǎn)需要時，可在20min內(nèi)完成換模板的更換。通過應(yīng)用快速換模技術(shù)，可以將大量內(nèi)部換模作業(yè)轉(zhuǎn)換為外部作業(yè)，從而縮短設(shè)備停機(jī)時間，提高生產(chǎn)效率，這對于實現(xiàn)鍛造自動化有重要意義。

圖5 快速換模系統(tǒng)

余熱淬火、回火

余熱淬火工藝已廣泛應(yīng)用于鏈軌節(jié)等履帶部件產(chǎn)品上。余熱淬火工藝能夠省去一次淬火加熱工序，經(jīng)余熱淬火處理的鍛件不僅具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，而且成本降低，生產(chǎn)效率提高。

圖6所示為余熱淬火回火線。鏈軌節(jié)鍛造完成后，通過步進(jìn)梁移動至主傳送鏈上。熱鍛件經(jīng)過主傳送鏈上的接近開關(guān)后，被分配至兩條并行的分傳送鏈上。每個分傳送鏈上均設(shè)置了兩個由接近開關(guān)控制的擋板，用來調(diào)整鍛件擺放的方向。

分傳送鏈末端裝有鍛件溫度自動分選裝置，經(jīng)紅外測溫儀測量后，溫度符合要求的鍛件進(jìn)入余熱淬火機(jī)床，其他鍛件被推入一側(cè)的料筐內(nèi)，進(jìn)入調(diào)質(zhì)工序。鍛件經(jīng)余熱淬火后，通過提升鏈進(jìn)入清洗池清洗，再由布料機(jī)送入回火爐進(jìn)行回火。

圖6 余熱淬火回火線

結(jié)束語

自動化鏈軌節(jié)鍛造生產(chǎn)線實現(xiàn)了鏈軌節(jié)鍛件從上料到熱處理的自動化生產(chǎn)，最高班產(chǎn)量可達(dá)5000余件?，F(xiàn)場操作人員數(shù)量由普通生產(chǎn)線的十余人減少到三人，其主要職責(zé)由體力勞動轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)線的控制和維護(hù)。生產(chǎn)過程的自動化消除了人為因素對生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量的影響，提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性和一致性。但同時，企業(yè)應(yīng)注重建設(shè)一支高素質(zhì)的自動化設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)團(tuán)隊，保障自動化裝備穩(wěn)定運(yùn)行，提高設(shè)備綜合利用率。