自动化锻造生产线过程特性浅析
|
文/赵春霞，李帅，张振水·中国重型汽车集团有限公司济南成型厂 随着自动化装备在锻造行业中的不断普及和应用，通过检验的事后解决问题型生产方式因高损失成本已远不能适应自动化生产的现状，如何有效提高自动化生产线产品质量是当前锻造企业生存与发展面临的新挑战。锻造过程特性往往决定了最终的产品质量，通过对已知的过程特性进行控制才能防患于未然。下面，结合本单位转向节自动化锻造生产线对锻造过程特性进行梳理分析。 锻造生产线基础——工序过程特性 本单位转向节锻打工艺流程为：料段加热→镦粗/拍扁制坯→热模锻→切边→冷却。下面按工序对过程特性进行简要分析。 加热工序 (1)料段温度的控制。 锻前加热的目的是正确的利用金属加热过程中的微观演变规律，提高金属的塑性，降低变形抗力，使毛坯容易变形流动，能够顺利实现成形，同时获得良好的锻后组织和性能。针对料段出炉温度这一特性，现场设备增设自动分选装置，符合工艺要求料段方可下转，高温和低温料段分别甩入指定区域。 (2)料段端面涂刷隔离介质。 考虑到环保、能耗等因素，普遍采用感应加热炉，集肤效应易导致相邻料段黏连，与半自动(或人工)线不同，自动化生产线对生产线整线节拍、稳定性要求较高，若料段粘连，可能造成节拍紊乱，严重的还将造成整线停线。 (3)对关键部位的点检。 一是定期对电炉托架、导轨和压辊部位进行检查(图1)，避免以上部位因粘料或变形导致的料段表面缺陷，提高锻件表面质量；二是定期对电炉出料机构进行检查，避免料段在出料机构处卡顿造成的节拍波动和料段磕碰。
图1 定期检查 镦粗/拍扁工序 (1)镦粗/拍扁封闭高度参数的确认。 更换工装后对封闭高度参数进行确认，避免因材料分布不均造成缺陷。 (2)模具吹扫装置的点检。 在镦粗/拍扁工序中，料段会有大量氧化皮脱落，若氧化皮吹扫装置出现异常，可能导致氧化皮压入锻件表面，导致锻件出现氧化皮硌伤(图2)。
图2 氧化皮硌伤 热模锻工序 (1)锻模桥部间隙确认。 锻模桥部间隙是保证锻件厚度、预终锻存料体积比的基础，其直接关系到锻件满模及设备打击力等参数，因此应定期对锻模桥部间隙进行确认。 (2)锻模喷淋润滑参数的设定。 锻模喷淋润滑效果不良直接导致的产品失效模式有锻件不满模(过量时，局部型腔积存脱模剂产生气阻；量小时，润滑不良流动阻力增大)、氧化皮硌伤(氧化皮吹扫不彻底)和锻件表面缺陷(如锻件局部折叠)，生产现场依据锻模材质、脱模剂型号等实际情况，确认适合自身模具的脱模剂与水配比及喷淋润滑时间等细节。 (3)锻模预热温度。 根据模具材质，制订适宜的模具预热要求。模具预热温度过高或过低，将直接影响模具使用寿命和脱模剂的附着效果，因此，制订适宜的模具预热温度标准和检测要求至关重要。 (4)顶料装置检查。 模架内设有顶料装置，用以传递锻压机顶杆的顶料力，顶料装置的可靠与否直接影响模锻的效果。因此，顶料装置在模架设计中极具重要性。生产线从两方面管控：一是定期检查顶料装置是否正常顶出及回位，避免因顶料杆不能正常工作导致的锻件缺陷及生产中断；二是检查顶料杆与孔配合间隙，避免因间隙过大导致的锻件缺陷(顶料杆位置毛刺，压入锻件本体产生缺陷)。 切边工序 (1)切边封闭高度。 适宜的封闭高度能使锻件毛边正常分离。 (2)切边模具吹扫、冷却装置的点检。 吹扫的目的是确保凸模型腔内无积存氧化皮等异物；冷却的目的是保证模具温度在一定范围内，避免温度过高导致模具粘料造成锻件硌伤。 (3)顶料装置检查。 定期检查顶料装置是否正常顶出及回位，避免因顶料杆不能正常工作导致锻件缺陷或锻件点位变化。 冷却工序 锻件的冷却是保证锻件质量的重要环节。其冷却方法主要有三种： (1)空冷。在无风的空气中，放在干燥地面上冷却。 (2)坑冷。在充填有石棉灰、砂子或炉灰等绝热材料的坑中冷却。 (3)炉冷。在500 ～800℃的加热炉中，随炉缓慢冷却。根据现场实际，生产线选用空冷的方式对锻件进行冷却。 自动化生产线焦点——工件周转 本单位自动化生产线采用机器人进行工件周转，相比人工周转该方式有效降低工人劳动强度，且动作一致性和过程重复性高。现用的机器人抓放件普遍采用空间坐标系进行定位，机器人抓放件时不能随着锻件位置的变动自动修正，抓取位置不当极易造成锻件变形、关键部位夹取缺陷，因此对锻件位置一致性、机器人抓取精度要求较高。目前本单位主要从设备管理和防错两方面进行特性管理。设备管理方面：根据机器人夹臂夹指使用情况制定适宜的维保计划；对锻件周转平台定期紧固。防错方面：制作应用转向节定点样件，工装更换后使用样件对抓放件点位进行校准，从而避免因抓放件点位不当造成的锻件夹伤及锻件变形。 自动化生产线核心——模具设计和使用 模具作为锻打产品的基础，是保证产品质量的基础，因此好的模具设计和维护保养能更好地保证产品质量和自动化生产线正常运转。 (1)模具设计要充分考虑自动化生产线要求。 一是在模具设计时考虑工件放置稳定性，在锻模设计时应考虑镦粗/拍扁件放料位置，必要时设计工艺放料台，以提高放件稳定性；二是模具设计过程借鉴常见产品缺陷，从模具设计上避免常见缺陷的产生。如切边模具设计时，增加锻件与凸模接触面积减少切边变形。 (2)模具一致性检测。 对返修模具进行三维扫描，检测模具返修的符合性和一致性，减小模具变差。 (3)模具维护保养标准化。 若模具维护保养不到位，轻则导致锻件出现折叠、不满等表面缺陷，重则导致锻件粘模、变形，造成生产线中断。现场根据各类型产品模具的实际寿命及使用情况制定相应的模具维护保养基准，确保模具维护保养的及时、有效。 结论 (1)针对自动化生产线对设备工艺参数、模具使用要求较高的特殊性，需要完善对设备与模具的点检、维护与保养机制。设备和工装的点检、维护与保养既要有专业保全人员的支持，也要有一线人员的参与，通过专业保全与自主保全的相互配合、相互补充，确保各项设备参数和工装使用条件符合过程特性要求。 (2)针对自动化生产线生产节拍快的特点，现场工作人员更应注重预防性参数确认、维护和点检，减少事后检验，从而避免较高的成本损失。 |
