曲軸自動生產線的調試與完善

文／朱舸，趙春霞，卓偉·中國重汽集團公司濟南鑄鍛中心

曲軸自動生產線的調試與完善

文／朱舸，趙春霞，卓偉·中國重汽集團公司濟南鑄鍛中心

曲軸自動化鍛造生產線與傳統(tǒng)的生產線相比，具有生產效率高、節(jié)拍穩(wěn)定、工藝穩(wěn)定的明顯優(yōu)勢，同時對設備系統(tǒng)和工藝有著更高的要求，曲軸自動生產線的調試過程，實際上就是進行現(xiàn)場諸多因素的完善過程。

曲軸自動生產線的構成及工序過程

該生產線主要由中頻感應爐、φ1000mm輥鍛機、KP12500楔式熱模鍛壓力機、16MN切邊機、2MN扭擰機、20MN校正機、機器人、總線系統(tǒng)等設備構成。

曲軸生產工序如下：電爐上料→電爐加熱→電爐出料→輥鍛機→1#機器人→1#周轉臺→2#機器人→KP12500熱模鍛壓力機→噴淋機器人→4#機器人→2#周轉臺→5#機器人→3#周轉臺→6#機器人→切邊機→4#周轉臺→7#機器人→扭擰機→5#周轉臺→8#機器人→曲軸控冷線→曲軸鍛件。

曲軸生產線調試、試生產過程中出現(xiàn)的問題

由于曲軸自動生產線工序環(huán)節(jié)眾多，每個環(huán)節(jié)的問題均有可能造成生產線的故障停機，圖1所示為曲軸生產線調試生產一個月內的問題匯總。

圖1 曲軸生產線問題匯總

由圖1可見，造成生產線停線的故障種類、次數(shù)繁多。進行歸類整理發(fā)現(xiàn)，造成生產線停線的故障多屬于設備系統(tǒng)故障和工藝方面的問題。

設備系統(tǒng)方面的常見問題及解決

主要問題是機器人本身報錯的故障、設備單機本身故障及總線系統(tǒng)的通訊類故障。

⑴機器人報錯的故障。

機器人程序不完善、參數(shù)設置不當造成機器人的過載報錯；機器人夾鉗在生產過程中由于高溫、受力產生變形，抓取、擺放工件位置偏移造成的過載報錯。

解決辦法包括：①在做好機器人負載測試工作的前提下，完善程序、調整參數(shù)；②對夾鉗進行熱防護、空冷或水冷降溫，改進夾鉗結構；③定期檢查機器人夾鉗情況，及時維護、更換。

⑵設備及通訊故障。

設備及通訊故障主要集中在設備通訊、液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面。通過提高電子元件的穩(wěn)定性以適應曲軸生產線現(xiàn)場的高溫、振動、粉塵、水等惡劣環(huán)境。尤其是通訊線纜的接插端，要保證清潔、密閉、牢固。

工藝方面的常見問題及解決

在調試階段主要出現(xiàn)了頂料桿不回位、鍛件粘模、鍛件局部不滿模等問題。

⑴頂料桿不回位的故障。

產生頂料桿不回位問題的原因包括：①頂料桿變形，無法順利回位；②頂料回位彈簧疲勞，力量不足以將頂料桿壓回；③孔與桿的間隙超差，在鍛造過程中，有金屬流入頂料孔與頂料桿間隙中，將頂料桿卡死（圖2）。由于頂料液壓系統(tǒng)力量遠遠大于頂料桿復位的彈簧力量，所以以上情況會造成頂料桿不回位（圖3）。

由于曲軸自動生產線在鍛造過程中出現(xiàn)模具頂料桿不能回位的情況，只能進行局部冷卻、拋光等臨時手段，而效果往往不好，最終只能停線，拖出模箱、拆卸模具，至少會造成停線8小時，因此，對于該問題必須進行徹底的解決。

解決鍛模頂料不回位的辦法包括：

①模具安裝階段。每次安裝鍛模時要更換檢測過的符合工藝參數(shù)要求的彈簧、頂料桿。安裝過程中，要對頂料桿與模具頂料孔的間隙進行測量，嚴格控制間隙。既保證頂料桿上下順暢，又確保鍛打過程中金屬不能流入間隙內。

圖2 金屬流入頂料孔與頂料桿間隙中

圖3 預鍛下模頂料桿不回位

②模具拆卸階段。模具拆卸后要對頂料桿、彈簧進行尺寸和參數(shù)測量評定，并對使用情況進行統(tǒng)計，制定出合理的定期淘汰制度，杜絕超期服役。

③鍛造生產階段。要求生產線監(jiān)控巡檢人員密切關注鍛模頂料的回位情況，尤其是新模具上場初期，及時發(fā)現(xiàn)問題，主動停線，避免機器人放件時與下頂料桿出現(xiàn)干涉，造成生產線急停的被動局面。

⑵粘模故障分析與解決。

粘模多因模具老化、磨損、鍛模潤滑不足等原因引起，可通過定期保養(yǎng)模具、監(jiān)控模具實時溫度及鍛模的石墨潤滑劑的附著情況來盡量減少粘模現(xiàn)象。鍛造過程中無論是在鍛打、切邊、扭擰、校正工序均有可能出現(xiàn)粘模情況，而對自動化生產線而言，由于目前沒有監(jiān)控粘模的手段，一旦出現(xiàn)會造成機器人與鍛件撞擊、鍛件落下砸壞夾鉗等嚴重后果，會直接造成生產線的故障停線。所以在調試過程中要重點監(jiān)控、盡量避免。

因此要做好以下工作：①檢查各設備頂料系統(tǒng)，確認完好后方可進行鍛造生產；②定期維護保養(yǎng)模具，及時修磨拋光，減少粘模的出現(xiàn)；③在抽檢區(qū)域對曲軸的厚度、毛邊的變化進行實時監(jiān)控，及時調整鍛打參數(shù)；④在調試階段工藝穩(wěn)定之前，要對各工序進行監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)粘模情況，進行控制切斷操作，避免設備、工裝受損。

⑶模具的冷卻、潤滑過量造成的缺陷。

在傳統(tǒng)的曲軸鍛造中，曲軸的法蘭端（大頭）很容易鍛打成形，極少出現(xiàn)不滿模的缺陷（圖4），而在自動生產線試生產過程中，卻發(fā)生了小批量充不滿的情況。按照坯料是否足夠、金屬流動是否順利、模具溫度是否過低等原因進行分類識別。

圖4 曲軸法蘭端（大頭）出現(xiàn)的不滿模

首先通過對下線的毛邊進行觀察，若毛邊厚度、寬度均符合要求，說明坯料足夠。同時由于該曲軸工藝在熱模鍛壓力機上經(jīng)過了驗證，所以應該考慮是自動化線上特有的因素造成的產品缺陷。

鍛打區(qū)域在完成模具的冷卻、潤滑之后，進行觀察，發(fā)現(xiàn)下模有明顯的積水（圖5），這是造成曲軸法蘭端不滿模的直接原因。形成積水的原因一般為：①冷卻、潤滑噴淋量過大，下模大量殘液，造成鍛打時不滿模；②模具端部溫度過低，無法將水分蒸發(fā)，積累了殘液。

圖5 曲軸預鍛模下模型腔內的殘液

進一步分析，模具冷卻、潤滑配方未發(fā)生更改，噴淋時間和噴淋量理論上沒有增加，那么產生積液的原因只能是曲軸法蘭端的模具端部預熱溫度過低，或者冷卻水、石墨電磁閥關閉不嚴，導致實際噴淋量超出需要值，造成下模出現(xiàn)大量殘液。

解決的辦法包括：①監(jiān)控模具預熱溫度，達到工藝要求溫度時再開線生產；②監(jiān)控鍛打過程中模具的溫度變化情況，適度微調冷卻配方，控制模具溫度；③對噴淋系統(tǒng)電磁閥定期檢查，及時排除泄漏現(xiàn)象。

結束語

對于自動化曲軸鍛造生產線而言，由于工序環(huán)節(jié)繁多，而任何一個環(huán)節(jié)的差錯往往都會造成整條生產線的故障停產或者產生批量的廢品、不良品，所以在試生產時要重視細節(jié)，消除每一個看似細微的不足，持續(xù)完善，才能確保自動化曲軸鍛造生產線的正常運行。