程控鍛錘與鍛造自動化

文／張長龍·中機鍛壓江蘇股份有限公司

程控鍛錘與鍛造自動化

文／張長龍·中機鍛壓江蘇股份有限公司

張長龍，中機鍛壓江蘇股份有限公司總經理，江蘇匯洋精鍛有限公司董事長。2010年任中國鍛壓機械標準化委員會委員，2011年被中國鍛壓協會特聘為中國機械中等專業學校教授，擁有近十項鍛錘相關技術發明專利。

傳統的鍛造行業具有高溫、振動、噪聲大、作業環境差、勞動強度大等特點，迫切需要實現生產過程的機械化、自動化，以提高生產效率、改善工人勞動環境、降低工人勞動強度、穩定鍛件產品質量。目前，我國鍛造自動化主要在大型的壓力機鍛造線上得到一些應用，與當今發達國家相比，我國鍛造設備呈現重主機、輕輔機現象，鍛造自動化發展速度相對較慢，自動化設備柔性較差，特別是在程控鍛錘上的應用國內還鮮見報道。鍛錘作為鍛造行業三大主力設備之一，其能否實現自動化直接關乎我國鍛造技術的現代化水平。

圖1 程控鍛錘生產線

我國程控鍛錘為核心的鍛造生產線應用情況及工藝特點

我國現有以程控鍛錘為核心的鍛造生產線（圖1）300余條，由于其快速、靈活的工藝特性，目前主要集中在汽車零部件、五金工具等行業，主要應用于：⑴薄筋板類零件（如手術器械、手工工具、發動機連桿、搖臂、轉向臂、渦輪葉片等）大批量生產；⑵異形零件（如轉向節、傳動叉、輪轂等）需要多型腔鍛造成形零件的生產；⑶多品種、小批量零件的生產。

程控鍛錘近十年之所以能夠得到廣泛應用，除了其快速、靈活的工藝特性及高效、節能、環保、高可靠的產品特性外，還在于其徹底擺脫了傳統鍛錘對操作者技能的依賴，實現了主機程控化。程控鍛錘的出現使鍛錘得到了復興，其廣泛的應用也充分體現了市場對自動化的迫切需求。

我國以程控鍛錘為核心的鍛造生產線現狀及與國外的差距

依據國外鍛錘供應商展示的程控鍛錘應用情況分析，國外程控鍛錘技術最新發展主要體現在遠程監控、在線測量、閉環控制、模具快速安裝等方面，其目的是使鍛錘更加智能化、精密化、高效化。以程控鍛錘為核心的鍛造生產線，主要體現在以機器人應用為特征（包括模具快速安裝調整、模具的自動潤滑、物料的自動傳輸、周邊設備連線控制）的綜合自動化。

我國大多以程控鍛錘為核心的鍛造生產線是由客戶憑借經驗、習慣建立的，周邊設備大多是極為傳統的設備，所使用的輔助設備也大多是自我組裝的，生產線配置出現了重主機、輕輔機現象，鍛造生產線整體協調性、系統性、先進性都很一般，程控鍛錘的先進性沒有充分發揮出來。

程控鍛錘與鍛造自動化

以程控鍛錘為核心的生產線，其自動化首先取決于核心設備自動化，沒有核心設備自動化，就沒有鍛造自動化。中機鍛壓江蘇股份有限公司程控鍛錘技術最新發展成果包括程控鍛錘遠程監控、自動化連線及鍛錘的優化設計等諸多方面，其目的是使鍛錘更加智能化、精密化、高效化，從而更好適應鍛錘自動化生產。

程控鍛錘遠程監控技術

程控鍛錘遠程監控系統可以遠程在線隨時掌握鍛錘的運行情況，檢測鍛錘各種故障，因而可大大提高鍛錘發生故障時的修復速度。遠程監控具有如下優點：①減少現場的維護時間和費用，第一時間遠程在線掌握鍛錘的運行情況，節約人力和物力成本；②遠程檢測鍛錘故障，遠程機器程序維護調整，提高鍛錘發生故障時的修復速度，提高工作效率。

程控鍛錘單機自動化及優化設計技術

最新設計的程控鍛錘更加側重于提高鍛錘的智能化、精密化，更多的從自動化連線角度，去優化設計。主要體現在：①通過在線測量技術及能量修正系統實現打擊能量的自動修正，從而真正實現鍛錘數控化；②根據鍛錘生產線的工藝流程，鍛錘設有自動上下料系統、周邊自動化輔助設備預留接口和參數設定界面，充分考慮鍛錘與輔機合理布局，便于鍛錘與周邊輔助設備協調運行，實現鍛錘單機自動化；③鍛錘模具固定，采用自適應雙面可調節楔鐵機構，該機構楔鐵楔緊采用拉桿螺栓實現，無需撞鐵，模具安裝、調整方便快捷；模具燕尾角度通過自適應雙面楔鐵機構，確保燕尾角度自適應調整，緊固安全可靠；采用自適應雙面可調節楔鐵機構，模座、錘頭燕尾兩端口，不承受模具緊固張緊力，燕尾精度保持性大大提高。

雙控全液壓模鍛錘

在教學活動中突出學生自主學習能力培養，通過教師的主導來發揮學生的主體作用。開學初，學生領完教材，就開始引導同學們將教材內容粗略的進行瀏覽，使他們對教材內容有了初步的了解，同時也引導他們與自己的知識結構進行比較，對學習這門課有一個明確的目標，做好學習的計劃，提前發現自己學習這門課可能遇到的問題，為學好本這門課提前做好心理準備。

雙控全液壓模鍛錘的控制原理是將程控錘的液壓控制系統和隨動控制錘的液壓控制系統并聯，二者獨立互鎖工作。系統設置為程控優先，但隨時都可切換為機械隨動控制。先進的控制方式不僅擴大了設備的適用范圍，也為生產組織提供了靈活性；不僅使各自的優勢得到了完美結合，而且提高了設備運行的可靠性，使全液壓模鍛錘的性能得到更好的發揮。圖2為CT88K系列程控全液壓模鍛錘。

圖2 CT88K系列程控全液壓模鍛錘

模具的自動冷卻與潤滑

模具自動化潤滑裝置包括恒壓乳化泵、氣液自動噴淋閥控系統，可安裝在程控鍛錘、熱模鍛壓力機等熱成形設備及各種形式的冷成形設備上，并與其聯動，實現模具自動化潤滑、冷卻、空氣清掃動作，達到降低操作工人勞動強度、提高生產效率的目的。

恒壓乳化泵無需泄壓，無需停機，通常由操作人員在常壓下按照比例通過敞口的乳化泵容器添加潤滑劑、水，以實現連續生產，容器的水位將受到監控。敞口容器內的乳化液通過增壓泵被送到閥控系統。恒壓乳化泵可實現隨動加壓、攪拌，并通過手動閥實現管道、濾芯的定期清洗。

氣液自動噴淋閥控系統輸入端通過管路連接到恒壓乳化泵，當操作人員通過人機界面設定好噴淋參數，按照程序，噴頭通過直線導軌自動進入上下模腔之間，噴射混合水基潤滑劑或冷卻水或清掃壓縮空氣，達到設定的時間后噴頭自動退回。該裝置可實現定點、定時、定量噴淋，大大減少了操作工人的勞動強度，有利于潤滑劑噴淋一致性、均勻性，大大改善勞動環境，提高工作效率。

人機工程

人機工程的核心是研究人或機器人在生產或操作過程中勞動和用力的規律，研究操作者、鍛錘及環境三者間的協調。研究的目的則是用來指導上下料裝置、操作方式、工作環境、鍛造工序、鍛造模具的設計和改良，根據人和機器的條件和特點，合理分配人和機器承擔的操作職能，并使之相互適應，使得操作者在效率、安全、健康、舒適等幾個方面的特性得以提高。同樣也便于機器人的應用，減少機器人不必要的動作，以提高運行效率。

自動上下料與物流系統

依據生產現場及鍛件產品專為客戶設計、提供的輸送機及自動化上下料裝置，組成工件自動上下料及物流系統（圖3）。合理的自動上下料及物流系統，可以減少操作者的勞動強度，便于操作者夾取工件，以提高工作效率。

氧化皮清除

鍛造加熱產生的氧化皮，不及時清除會嚴重影響鍛件的精度及表面質量。氧化皮清除措施：①采用惰性氣體保護加熱，避免鍛件在空氣中加熱，氣體保護加熱從根本上避免了氧化皮的產生；②非保護加熱出料時鍛件毛坯通過特制的剝皮機（圖4），壓縮高速滾動工件強力去皮；③錘上預鍛時通過模具潤滑閥控系統的壓縮空氣及時清掃。以上多種措施的聯合實施，可以減少熱鍛過程中操作者去皮輔助工作時間，降低勞動強度，改善勞動環境，以提高產品質量和工作效率。

圖3 自動上下料系統

圖4 自動剝皮機

鍛造機器人

鍛造機器人的應用是鍛造自動化最顯著的特征，由于鍛錘具有高速、高溫、振動、高污染的特點，對機器人的應用提出了更為嚴格的要求，研究適應鍛錘工作環境的柔性手指是機器人能否成功應用的關鍵。針對工件現狀、成形工藝，確定鍛錘機器人柔性手指的夾持方案，以實現鍛錘機器人的操作。

總線控制技術與自動化輔助設備的系統集成

總線控制采用兩層結構，上層采用工業以太網，下層采用現場總線。將鍛造生產線的加熱爐、輥鍛機、程控鍛錘、切邊機、精整機、物流系統、模具潤滑裝置等連接起來，進行控制和管理。系統設置有全自動、半自動、手動功能，適應各種工作狀態，總線控制技術可以使生產線諸多設備的生產節拍得到最合理的配備，以達到效率最大化。

我國程控鍛錘自動化生產線的戰略實現

鍛造自動化是一個復雜的系統工程，機器人應用是鍛造綜合自動化的最重要特征，除此以外還包含鍛造設備、鍛造工藝、金屬材料與處理的合理配置，包含模具快速安裝調整、模具的自動潤滑、氧化皮清除、自動上下料、物料傳送等在內的主機與自動化輔助設備連線控制與協同運行，全線綜合自動化一般適應于單一零件大批量生產。

快速、靈活是鍛錘最顯著的工藝特征，除了適應薄筋板類零件的大批量生產，還特別適應異形件的多型腔鍛造，適應多品種小批量零件的生產。為了減少自動化線的調整時間，提高運行效率，非大批量生產鍛造生產線往往更需要單機自動化，達到減少輔助工作時間、提高工作效率、降低勞動強度的目的。

長期以來，我國鍛造裝備處于重主機、輕輔機不平衡狀態，主機發展往往也只是重視單機效率、生產能力，很少能立足自動化生產線綜合考慮，即使是單機自動化，也很難實現。

自動化輔助設備的研發，特別是針對既有鍛造線，往往需要量體裁衣，依據主體設備、鍛造工藝進行定制，難以實現量產。加之我國的設備研發工程技術人員往往缺乏對鍛造工藝的了解，因此不能不說自動化輔助設備的研發是我國設備研發的短板。我們應以全線綜合自動化為目標，強化自動化輔助設備的研發，強化人機工程、鍛造工藝研究，立足實現單機自動化，逐步實現全線綜合自動化。

結束語

我國以程控鍛錘為核心的鍛造自動化線的發展，應結合錘鍛工藝、國內自動化技術水平的實際，遵循一切為了效率的目標，分步實現單機自動化，有選擇實現全線綜合自動化的發展思路。