全自動熱模鍛壓力機生產線應用情況分析

文／張新東，張開舉·山推工程機械股份有限公司履帶底盤事業部

全自動熱模鍛壓力機生產線應用情況分析

文／張新東，張開舉·山推工程機械股份有限公司履帶底盤事業部

鍛造企業實施自動化生產的必要性

⑴鍛造是一個勞動強度大、工作環境惡劣的行業，傳統的鍛造行業在工作環境方面存在著溫度高、噪聲和粉塵污染嚴重、勞動強度大等缺點，這些都嚴重影響著勞動者的身心健康和鍛造行業的發展。與其他工種相比，工人大多不愿從事此項工種。實施自動化生產可以極大地降低工人的勞動強度，改善工作環境，從而可以吸引更多的工人從事此項工種。

⑵在大批量生產條件下，自動化生產可提高生產效率，穩定產品質量，達到人工無法完成的生產節拍，減少人為因素對產品質量的影響。

⑶鍛造是高耗能的行業，對電能的需求非常大，白天、晚上的峰谷電價相差4～5倍，為節約生產成本，很多企業選擇在晚上進行生產，而新進廠的90后年輕工人大都拒絕晚上工作，實施自動化生產可以很好地解決這一問題。

⑷實施自動化生產有利于改善工廠的車間環境，提升企業的現代化生產水平和競爭層次。

山推工程機械股份有限公司履帶底盤事業部是生產各類工程機械履帶底盤產品的專業化企業，目前產銷量在國內同行業中居于首位。鏈軌節是履帶產品主要的關鍵零件，其毛坯采用熱鍛成形，屬于大批量生產，適合采用自動化熱模鍛壓力機生產線進行生產。如圖1所示是我公司生產批量最大的一種鏈軌節鍛件，重量4.5kg，廣泛應用于20t級挖掘機履帶上。

圖1 鏈軌節鍛件

為進一步提高鏈軌節鍛件的產能和質量，提升履帶底盤產品的市場競爭力，我公司于2009年從德國米勒萬家頓公司購買引進了PK3150全自動熱模鍛壓力機生產線(圖2），并經安裝調試后于2009年11月順利投產使用。目前，該生產線已成為我公司鍛件產量最大的一條鍛造生產線。下面就介紹一下這條生產線的總體情況、鍛造工藝特點和先進性。

生產線的總體情況

⑴功能方面。該生產線主要用于鍛造節距為203mm以下的鏈軌節鍛件。

圖2 PK3150全自動熱模鍛壓力機生產線

⑵組成方面。該生產線主要由自動上料裝置、中頻感應加熱爐、PK3150熱模鍛壓力機主機、余熱淬火機床、清洗機、網帶式回火爐等組成。其中，PK3150熱模鍛壓力機主機含有自動線所需的步進梁自動搬運機構、自動噴霧裝置、上下自動頂料機構、模座液壓夾緊機構、快速換模小車等。

⑶自動化方面。從棒料自動上料、加熱、鍛造到熱處理全部連線，實現了全自動化操作，整條生產線僅需2名操作人員。棒料由上料機自動上料，工件在各工位模具間采用步進梁和機械手傳送，模具潤滑冷卻由自動噴霧裝置完成，合格的鍛件經溫度自動檢測裝置檢測后由傳輸鏈傳入熱處理設備。

⑷生產效率方面。生產節拍可人為設定，最快節拍為3s/件(滑塊2個行程），理論上最高班產量可達到9600件，大大提高了鍛造產能。

⑸鍛件質量保證方面。生產線自動化程度高，各種檢測手段齊備，避免了人為因素的影響，鍛件的尺寸和熱處理質量更加穩定可靠，提高了產品的質量穩定性。

⑹環保及安全方面。模具噴霧潤滑采用無色環保脫模劑，減少了對操作人員的身體危害；壓力機采用彈性減振技術，減輕了對周圍設備的振動危害；鍛后鍛件直接進入余熱淬火機床(圖3）利用鍛后余熱進行淬火，大大節約了能源消耗。

生產線的鍛造工藝特點

圖3 余熱淬火機床

鍛造工藝方案要根據鍛件的具體工藝特點考慮，這樣才能發揮出設備的潛能，所以制定合理、先進的鍛造工藝方案是工藝設計技術人員永遠的追求。鏈軌節鍛件在鍛造成形后需切飛邊和沖連皮孔，同時該鍛件對鍛造變形和彎曲度要求較高，需要進行熱整形。傳統的鏈軌節鍛件鍛造工藝方案為：壓扁→預鍛→終鍛→沖孔→切邊→翻轉飛邊→校正，共需要在壓力機上布置7個工位的模具，因模具工位較多，步進梁機械手的工位也相應較多，步進梁總長度較長，自動化生產時發生故障的總次數較多。

在考慮鏈軌節鍛件使用PK3150全自動熱模鍛壓力機生產線進行生產的鍛造工藝方案時，我公司技術人員進行了大膽的工藝創新和探索，并經過多次改進完善，形成了如下的鏈軌節鍛件鍛造工藝方案：壓扁→預鍛→終鍛→沖孔切邊(使用沖孔切邊復合模）→校正，在壓力機上只需布置5個工位的模具即可完成鏈軌節鍛件的鍛造過程，鍛造工藝大大簡化，步進梁和模具的工位也相應減少，工作可靠性大大提高。沖孔切邊復合模上設計有如圖4所示的切飛邊機構，這樣在完成沖孔、切邊的同時還可將飛邊切斷為4段，鍛件被機械手搬運到下一工位，而切斷的飛邊落到傳輸鏈上自動排出。為保證模具工作的穩定性，切刀的制作和裝配質量非常重要，刃口使用耐熱合金材料，尺寸和裝配精度需要進行嚴格的控制。

圖4 沖孔切邊復合模的切飛邊機構

生產線的先進性

“工欲善其事，必先利其器”，先進的鍛造設備是鍛件質量的重要保證。PK3150全自動熱模鍛壓力機生產線具備以下適應自動化鍛造的先進性：

⑴壓力機床身設計充分考慮了設備在水平及垂直方向的剛性，以保證達到生產高精度鍛件的要求。

⑵用于安裝模具的壓力機工作臺，其裝模區域空間大，有利于實現鍛造過程的自動化和快速換模。

⑶滑塊導軌以“×”形布置，可以補償所有的熱膨脹；導軌的長度設計得足夠長，保證了滑塊的高剛性和精密導向。

⑷主傳動系統采用組合式液壓離合器—制動器，傳動扭矩大、噪聲低、磨損小。組合式液壓離合器—制動器至偏心軸之間采用行星齒輪傳動，形成一個結構緊湊、穩定的傳動系統。

圖5 伺服電機式自動傳輸裝置

圖6 換模小車進行自動換模

⑸偏心軸由經熱處理過的鍛鋼生產，為雙點結構，剛性好，接觸應力低，能將滑塊的成形力最優地傳遞給床身。滑塊通過雙連桿驅動，雙連桿的設計具有足夠的強度和截面尺寸，大規格尺寸的滑動軸承可有效可靠地將壓力從曲軸傳遞給滑塊。

⑹壓力機的主傳動系統和連桿處的小端軸承采用集中稀油循環潤滑，并帶有配油器和電子監控裝置。

⑺機械式工作臺頂料裝置和滑塊打料裝置由壓力機曲軸驅動的機械凸輪直接驅動運行，因此和壓力機絕對同步動作。在壓力機停止運行時，頂出裝置可以用液壓驅動運行。

⑻偏心軸和連桿支撐軸承帶有溫度監控裝置，任何一個軸承溫度超過設定值，壓力機都會停止運行，且控制系統會自動顯示故障位置并報警。

⑼具有鍛造壓力實時監測裝置，一旦鍛造壓力超過設定值，設備報警并停止壓力機工作。

⑽具有伺服電機式自動傳輸裝置(圖5），其打開、夾緊和抬起高度任意可調，以保證用于生產不同形狀、不同尺寸的鍛件。

⑾具有與滑塊行程相關聯的模具自動噴霧潤滑系統，保證了噴霧潤滑工作的有序、可靠。

⑿具有快速換模系統(圖6），30min以內即可完成換模工作，并具有模具自動液壓夾緊裝置。

結束語

自動化生產可顯著提高鍛件的產量和質量，正日益成為鍛造行業追求的目標，同時也是鍛造行業長久發展的必然趨勢。本文結合企業的生產實踐經驗，對一條全自動鍛造生產線從生產線的總體情況、鍛造工藝特點、先進性等方面進行了分析闡述，以期與行業人士交流共享。