鍛造自動化對工藝和壓力機的技術要求（上）

文/徐祥龍·中國鍛壓協會頭腦風暴專家庫冷溫精鍛組首席專家

鍛造自動化對工藝和壓力機的技術要求（上）

文/徐祥龍·中國鍛壓協會頭腦風暴專家庫冷溫精鍛組首席專家

鍛造是機械制造行業中工作環境差、勞動強度大的成形工序。近年來，隨著我國制造業的技術進步，自動化在國內鍛造行業得到了初步的應用。一些企業花巨資從國外引進了當代先進的自動化鍛造生產線，而更多的企業通過技術改造手段，應用自動送料機或機器人實現了自動化鍛造生產，在提高生產效率，降低勞動強度的同時，使鍛造生產節拍穩定，成形過程得到有效控制。

但自動化鍛造并不是我們想象的壓力機+機器人或者壓力機+自動送料機那么簡單。鍛造自動化對成形工藝和鍛造壓力機有一系列特殊的工藝和技術要求，忽視這些要求將使鍛造自動化難以正常進行。因此，研究和實現自動化對工藝和壓力機的技術要求是鍛造自動化不可或缺的技術保障。

綜述

長期以來，我們鍛壓行業少數單位對鍛壓自動化的實現不夠重視，認為鍛造自動化就是壓力機+機器人，或者是將步進梁送料機裝配到多工位壓力機上，就像1+1=2那樣簡單。但自動化生產線建立后，往往是大毛病沒有，小問題不斷，遲遲不能正常投產，耽誤了寶貴的時間，甚至于半途而廢，自動化上不去，還浪費了寶貴的資源。江蘇森威自引進日本栗本公司5工位溫鍛生產線以來，通過多年的自動化生產，對采用步進梁送料的多工位自動鍛造設備與工藝、模具之間的關系，有著深刻的感受。后來，我們又開展“機器換人”的項目，在國產溫鍛生產線上實現了自動化改造的目標。在“機器換人”的過程中，又一次體會到實施鍛造自動化的困難和好處。因此，有必要針對鍛壓自動化生產的特點，認真分析原有鍛造工藝（軟件）和設備（硬件）在鍛造過程與自動化可能發生的各種干涉或不協調，并采取各種措施來解決這問題，使自動化生產能正常持續地進行。

本文重點分析立式鍛造壓力機在自動化改造和自動化生產中對鍛造工藝和設備的技術要求。

鍛造自動化的主要模式

在多工位壓力機上，采用步進式送料機完成坯料移送的自動化鍛造

圖1所示為采用步進梁送料機的多工位自動溫鍛生產線.一般大批量生產的中、小規格汽車鍛件，如汽車等速萬向節殼體、汽車輪轂單元、汽車發動機連桿和變速箱齒輪坯等，多采用這種模式，最適合品種單調的中小規格鍛件大批大量生產。

采用機器人完成坯料傳送的大型鍛壓自動化生產線

圖2所示為采用機器人送料的大型鍛壓自動化生產線.在重型多工位壓力機或多臺單工位壓力機組成的生產線上，批量生產大規格鍛件，如汽車曲軸、前梁、轉向節等。采用機器人送料比采用步進梁送料有較大的靈活性，更換產品種類和規格相對容易，但生產效率遠不如步進梁送料機，因此，比較適合于大規格鍛件的多品種、中等批量生產。

在多臺單工位壓力機組成的鍛造生產線上，用機器人代替人工實現自動化鍛造

圖3所示為用機器人替代人工組成的鍛造自動線.這種自動化模式投資小，實施容易，但生產效率不如采用步進梁的多工位自動鍛造線。這種自動化模式主要用于對現有鍛造線的自動化改造，但也有新建機器人自動化鍛造線的案例。

圖1 采用步進梁送料機的多工位自動溫鍛生產線

圖2 采用機器人送料的大型鍛壓自動化生產線

鍛壓自動化生產中的工藝協調

鍛造工藝與自動化送料可靠性的關系

鍛壓成形生產，無論是冷鍛、溫鍛還是熱鍛，稍復雜的鍛件大多是多工序成形，將多個成形工序集合在一臺壓力機上，就構成了多工位成形。如果用機器人或步進梁送料機實現坯料的自動傳遞，就實現了鍛壓自動化。

案例：典型的杯—桿類鍛件的多工位成形工藝過程。

自動化鍛造生產的必要條件，就是機器人的機械手或步進梁的夾鉗能夠將上工序坯料精確送入下工序模腔中去。為保障自動化生產持續進行，在多工位壓力機上，送料失敗的概率希望被遏制到千分之一以下。為此，我們在工藝設計中，有意將下工序的模孔設計得比上工序大一點，使上工序坯料能順利送入下工序模孔。但這個間隙不能設計得很大，一般也就0.1～0.2mm。理論上，機器人或步進梁送料機的空間送料精度為0.1～0.2mm,正好可以滿足送料要求。但實際上，機器人或步進梁夾持坯料時，經常會發生夾持歪斜。另外，自動化機械手在長期使用后會發生送料精度下降和送料抖動現象。這一切都可能引起送料失敗。因此，我們有必要根據機器人和步進梁送料特點，適當修改成形工藝，來改善自動送料條件。

圖4所示為常見的杯—桿型鍛件在3工位溫鍛壓力機上成形的工藝設計。從圖中我們可以看到，每個成形工序的軸桿直徑相對上工序坯料，總是大0.2mm或以上。特別是工序2和工序3的軸桿模孔，除后工序直徑比前工序直徑大0.2mm以外，由于臺階軸的特點，在孔端設有一個較大錐度入口。這個錐度的存在，使坯料在傳送過程中即使發生稍許歪斜，也能夠在錐度的引導下順利入模。圖5所示為坯料自動送料發生歪斜時的入模圖。

因此，具有帶錐度臺階特征的杯—桿鍛件成形，無論是手動送料還是自動送料，都能夠順利送進，很少發生送料障礙。

圖3 用機器人替代人工組成的鍛造自動線

圖4 常見的杯—桿類鍛件在3工位溫鍛成形的工藝設計

有時我們遇到另一種簡單的無臺階杯—桿鍛件，手動操作時沒感到任何不妥，但自動化生產時卻頻頻發生送料故障，甚至無法進行持續生產。圖6所示為無臺階的簡單杯—桿鍛件成形工藝設計圖。

圖5 坯料自動送料發生歪斜時的入模

圖6 無臺階的簡單杯—桿鍛件成形工藝設計

無臺階的簡單杯—桿鍛件，因軸桿缺少錐度引導，自動送料時軸桿很難對準下工序的模孔中心。而軸桿位置相對模孔只要錯開一點點就會產生送料障礙，使自動化生產難以持續進行。圖7所示為缺少錐度臺階孔引導時，送料容易發生障礙圖。

針對上述送料障礙，在鍛件工藝設計中增加一個很小的臺階，就能有效克服送料困難的問題。另外，如果在鐓粗工序中對軸桿端面壓出倒角，對后工序的送料可靠性有明顯的提高。圖8所示為改善送料可靠性的杯—桿鍛件成形工藝。

圖7 缺少錐度臺階孔引導時，送料容易發生障礙

圖8 改善送料可靠性的杯—桿鍛件成形工藝

《鍛造自動化對工藝和壓力機的技術要求（中）》見《鍛造與沖壓》2017年第3期