扳手紅沖自動化改造方案設(shè)計和效益評估

張揚

【摘 要】在鍛造生產(chǎn)中采用自動化進行生產(chǎn)，可以確保產(chǎn)品設(shè)計和工藝先進、穩(wěn)定、可靠，并在較長時間內(nèi)保持基本不變。在大批、大量生產(chǎn)中采用自動化生產(chǎn)線能提高勞動生產(chǎn)率，穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，大大改善工人勞動條件，縮減生產(chǎn)占地面積，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，保證生產(chǎn)均衡性，有著顯著的經(jīng)濟效益。

【關(guān)鍵詞】紅沖；鍛壓設(shè)備；專用機；控制方式

中圖分類號： TG316 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）18-0034-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.18.015

【Abstract】Automated production in forging production ensures that the product design and process are advanced， stable，and reliable，and remain basically unchanged for a long time. The use of automated production lines in large batches and mass production can improve labor productivity，stabilize and improve product quality，greatly improve workers working conditions，reduce production floor space，reduce production costs，shorten production cycle，ensure production balance，and have significant economic benefits.

【Key words】Red punch；Forging equipment；Special machine；Control method

1 項目概要

1.1 現(xiàn)狀闡述

目前客戶扳手紅沖所有工藝都采用人工操作，由于工作環(huán)境惡劣，勞動強度很高，工作中存在很多危險隱患，工作要求高，要求員工身體素質(zhì)要好、反應(yīng)要快。因此造成生產(chǎn)量低、人力成本高，工作環(huán)境差，存在很大危險性。

1.2 工藝闡述

目前扳手紅沖生產(chǎn)工藝流程如下：

人工鍛造具體工藝大概如下：

人工將切好的圓棒一根一根的放到加熱器中，加熱器為導(dǎo)向圓環(huán)狀， 圓棒在一定的頻率下間隙性往前推擠前進，總行程移動時間為加熱時間，加熱后的圓棒從加熱器中被擠出，沿著出口的溜槽滑入去氧化皮機中；

加熱后的毛坯從傾斜的去氧化皮機中滑過，落到輸送帶上，完成氧化皮去除工作，輸送帶將其提升到軋制機操作平臺上；

人工將去皮后的毛坯放入到軋制機工位， 軋制機將毛皮軋制后從軋制機后方滑落到輸送帶上，輸送帶將其移栽到鍛壓機操作工位；

人工將軋制好的毛坯以一定的姿態(tài)夾起放入到鍛壓機工位，鍛壓機下壓完成鍛壓，鍛壓機出口的工人將毛坯取出，扔到切邊機操作平臺，并給鍛床上下模上噴涂潤滑乳；

人工將鍛壓好的毛坯放入到?jīng)_床工位中，沖床下沖完成切邊工作，毛坯落入沖床下方的輸送鏈條上，輸送鏈將產(chǎn)品提送到產(chǎn)品箱中，人工將邊料扔到邊料箱中，完成了扳手鍛造的全部工藝。

1.3 設(shè)計依據(jù)

最大毛坯尺寸：直徑Φ12-Φ32mm，長度76-215mm；

毛坯材料：鐵；

毛坯溫度：1100℃；

毛坯供貨節(jié)拍：3s/個。

2 解決方案

2.1 總體設(shè)計

該鍛造自動化系統(tǒng)由中頻爐自動上料機構(gòu)、中頻感應(yīng)加熱器、紅沖去氧化皮機、輥鍛機、正位裝置、鍛壓上料機械臂、鍛壓機、切邊機、成品箱、飛邊箱、電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。

基于自動化生產(chǎn)需求，現(xiàn)有工藝中，除了鍛壓機，其他設(shè)備的位置需要調(diào)整合理放置，提高生產(chǎn)效率。本方案按照自動化線改造思路進行設(shè)計，并且進行方案優(yōu)化，布局也采用自動化線進行現(xiàn)場布局，整個生產(chǎn)線中使用自動上料機和機械臂分別替換加熱上料操作工和鍛壓上料操作工，另外加裝了軋制后毛坯正位裝置和控制臺。

具體實現(xiàn)流程如下圖所示：

中頻爐自動整列送料機將料斗中的亂料整列后以1.5～5秒/根的速率逐根慢速的送入感應(yīng)加熱器的加熱管中，節(jié)拍和速率都可以自由無極調(diào)整。

加熱后的棒料從加熱裝置中出來由去氧化皮入口出喇叭管改變方向進入去氧化皮機中，去皮后滑入軋制機入口旋轉(zhuǎn)接料器中。

輥鍛機推送物料的同時去氧化皮后的工件落入接料器中，輥鍛機推送機構(gòu)退出后，接料器旋轉(zhuǎn)將工件倒入送料槽中，接料器復(fù)位。接料、上料、推料和軋制都有輥軋機自身間隙傳動控制，穩(wěn)定可靠。工件輥鍛后落入軋制機出口處滑槽末端，由正位機構(gòu)正位。

熱鍛上料機械臂抓取軋制后并經(jīng)過正位的毛坯的一端，改變毛坯的姿態(tài)和位置，并送至鍛壓機工位正上方，升降氣缸下降，抓手松開，工件落入下模腔，機械臂復(fù)位。鍛壓機檢測到上料機械手移出后下降鍛壓成型。

鍛壓下料操作工取出毛坯，放置操作臺上。與此同時，手動為鍛壓機上下模噴涂潤滑乳，防止粘模發(fā)生。

切邊操作工將操作臺上的毛坯夾取放置到切邊機中，切邊后將毛邊取出放入到飛邊箱中。

2.2 設(shè)備概念設(shè)計

2.2.1 中頻爐自動整列送料機

方案中采用中頻爐自動整列送料機上料代替人工上料，將毛料經(jīng)過整列后逐根推送到加熱器導(dǎo)向管中，實現(xiàn)加熱器的自動上料目的。

上料機送料出料地面高度低于中頻感應(yīng)加熱器地面高度，需要將上料機放置于一墊高墩上。然后根據(jù)高度差，調(diào)整送料機底腳，使得送料機出料口對準感應(yīng)加熱器進料口，使得送料機直接將毛料送入加熱器導(dǎo)向管中。只需要一個工作人員定期將零散堆放的毛料加熱到上料機中即可，無需停機加料。根據(jù)紅沖線節(jié)奏隨時調(diào)整送料機送料節(jié)拍，無需檢測感應(yīng)裝置，送料機以固定周期出料。

自動上料機推送氣缸配置速度控制閥，可以任意無極調(diào)速，使得推送氣缸以合適速度將毛坯推入到加熱裝置中，以保證加熱質(zhì)量。

另外在控制臺上加設(shè)啟停按鈕、推料節(jié)拍以及送料速度的控制按鈕?？捎慑憠合铝喜僮鞴るS時調(diào)整。

2.2.2 加熱裝置

加熱裝置采用中頻感應(yīng)加熱器，中頻感應(yīng)加熱器重要參數(shù)如下表：

根據(jù)布局需要制作加熱器底座，方便去氧化皮機自動進料。

協(xié)同上料機的上料節(jié)拍，加熱管中的加熱時間確定，根據(jù)毛坯加熱溫度需求，可以隨時調(diào)整感應(yīng)加熱器的溫度。感應(yīng)加熱器的出料周期由自動送料機出料決定，即加熱器出料周期和自動送料機出料周期相同。

另外在控制臺上加設(shè)中頻爐溫度控制、啟停按鈕按鈕。可由鍛壓下料操作工隨時調(diào)整。

2.2.3 鍛造前去氧化皮

根據(jù)現(xiàn)場場地大小和布局，去氧化皮機和加熱器垂直分布，在入口處設(shè)置喇叭口導(dǎo)向管，可以將加熱后的毛坯導(dǎo)向進入到去氧化皮集中。出口設(shè)置導(dǎo)向槽將毛坯導(dǎo)向滑入到軋制機接料器中。

2.2.4 輥鍛機

根據(jù)自動化線布局放置輥鍛機，做到導(dǎo)料口合適，出料位置在要求的范圍內(nèi)。

2.2.5 正位裝置

為了機械臂準確抓取毛坯，以精準鍛壓上料，必須保證毛坯有一致的位置和姿態(tài)。因此在輥壓機機出口處設(shè)置正位裝置。

正位裝置由底座、到位機構(gòu)、升平機構(gòu)組成。當毛坯滑入正位裝置的導(dǎo)向槽中，由到位機構(gòu)將毛坯推送到到位，升平機構(gòu)的四根頂桿頂住毛坯的平面邊緣，提升3mm的同時，裝置旋轉(zhuǎn)90°，將毛坯的夾持端轉(zhuǎn)向機械臂，毛坯保持最佳夾取姿態(tài)，以保證機械臂精準的夾取毛坯，精確鍛壓上料。

2.2.6 熱鍛上料機械臂

根據(jù)客戶單工位兼三工位鍛壓操作，機械手要完成復(fù)雜的動作，綜合考慮采用機械臂該機械臂具有6個自由度，運動范圍大，采用加長型抓手，采用隔熱保護技術(shù)，保證機械臂有安全的工作溫度，能夠長期穩(wěn)定工作，動作上完全符合多工位工作需求。

2.2.7 鍛壓下料及切邊上下料

考慮到切邊上下料的不規(guī)則，鍛壓下料及噴涂潤滑乳、切邊機上下料采用人工操作。

2.2.8 控制臺

根據(jù)客戶需求，本線配置控制臺，置于鍛壓機下料操作工旁邊，方便鍛壓機下料操作工隨時操作控制各環(huán)節(jié)的工作狀態(tài)。

控制和驅(qū)動是控制臺的組成，該控制系統(tǒng)主要是工控機、PLC、機柜等。驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動中頻爐自動上料機、紅沖設(shè)備、上下料機械臂、正位裝置；控制系統(tǒng)接收傳感信號，控制中頻爐自動上料機、紅沖設(shè)備、上下料機械臂、正位裝置和噴油系統(tǒng)何時開始動作以及如何進行動作；同時每個機械臂都必須有零位檢測裝置。紅沖設(shè)備需進行適當改造，可使控制系統(tǒng)對紅沖設(shè)備動作進行控制。系統(tǒng)整體控制如圖所示：

2.3 節(jié)拍計算

3 經(jīng)濟效益評估

本案例設(shè)計嚴格遵守減少人工成本、低功耗、高效率、安全可靠的基本原則。采用機械手和自動上料機代替人工操作，整個系統(tǒng)采用自動化線進行控制。

（1）現(xiàn)有工藝人力成本分析：

目前在線人員包括中頻爐上料1人（可以六條線共用）、軋制上下料1人、鍛壓上料1人共3人。

現(xiàn)假設(shè)人工投入總成本（包含人工工資、福利、及人工管理成本）為7000元/月，則一條生產(chǎn)線年投入人工成本為：1人*7000 元*12月 = 84000元；

六條生產(chǎn)線每年投入人工成本為：84000元*3人=252000元；

（原來六條生產(chǎn)線每年投入人工成本為：2520000元）

（2）采用自動化改造后成本分析：

中頻爐自動上料機功率W1=90W；

正位裝置功率W3=80W；

鍛壓上料機械臂功率W4=1200w；

總功率W=1.37KW

按0.9元/千瓦時，則一天（8小時）的耗電量為0.9*8*1.37=10.05元，一年的電費為365*10.05=3650元；

一年內(nèi)免服務(wù)費，一年后按設(shè)備款2%來收取維護費；

（3）自動化改造優(yōu)勢分析：

將人工從危險環(huán)境中解放出來，保障人工生命安全；

無間斷連續(xù)工作，安全可靠，無需更換；

減少人力管理成本；

提高生產(chǎn)效率。

【參考文獻】

[1]蔣鵬，孫勇.鍛造自動化技術(shù)應(yīng)用進展及改造建議，金屬加工（熱加工）.

[2]金林奎.鍛造加工過程自動化，技術(shù)的應(yīng)用，金屬加工（熱加工）.

[3]鍛造自動化生產(chǎn)線應(yīng)用論證魏江波，金屬加工（熱加工）.