數(shù)控模鍛錘及其自動化生產(chǎn)線的開發(fā)與應用（上）

本文通過分析模鍛錘在模鍛成形中的優(yōu)越性，提出了數(shù)控模鍛錘自動化生產(chǎn)線發(fā)展的必要性和可行性，展示了數(shù)控模鍛錘發(fā)展的一些新技術及公司正在開發(fā)的自動化生產(chǎn)線典型項目。最后展望模鍛行業(yè)前景——數(shù)控模鍛錘自動化生產(chǎn)線必然得到較大發(fā)展。

模鍛錘自動化生產(chǎn)線國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

模鍛錘是模鍛車間使用范圍最廣泛的設備，主要特點是成形速度快、金屬流動性好、鍛件質(zhì)量高、設備產(chǎn)生的力能比大，特別適用于薄壁零件和復雜零件鍛造成形。模鍛錘號稱鍛造設備中的萬能設備，凡是其他鍛造設備可以鍛造成形的，模鍛錘都可以鍛造成形，但是反過來卻不一定。

過去錘類產(chǎn)品雖然在很多方面有著這樣那樣的優(yōu)勢，但一直不能形成自動線，原因在于普通模鍛錘打擊能量不能精確控制。鍛錘的操作者是通過控制錘頭高度來間接控制打擊能量的，誤差很大，根本無法實現(xiàn)自動化生產(chǎn)線。

鍛錘實現(xiàn)打擊能量數(shù)控化是生產(chǎn)線實現(xiàn)自動化的先決條件,數(shù)控錘的開發(fā)使得實現(xiàn)自動生產(chǎn)成為可能。

目前，國外許多知名公司都已經(jīng)推出了成熟的鍛錘自動化生產(chǎn)線，運用于各種鍛件生產(chǎn)當中。我國至今未有一條成熟的鍛錘自動化生產(chǎn)線在實際生產(chǎn)當中使用。

目前鍛造行業(yè)普遍存在的問題

⑴人力成本過高。

⑵鍛件質(zhì)量不穩(wěn)定。

⑶生產(chǎn)效率低下。

⑷工傷事故。

數(shù)控模鍛錘自動化生產(chǎn)線發(fā)展的必要性和可行性

必要性

⑴人力成本提高。

眾所周知，鍛造工人工作環(huán)境很差，設備的振動、噪聲、石墨潤滑劑的噴淋、紅熱鍛件的熱輻射和對眼睛的傷害，加上易出工傷事故等現(xiàn)實情況，加上人力成本的提高，特種行業(yè)招工、用工難是鍛造企業(yè)使用數(shù)控錘自動化生產(chǎn)線的動力。

近年來，因工作狀況原因進一步提升了鍛件成本。過去認為手動生產(chǎn)模式要比自動化生產(chǎn)模式便宜很多，有兩點原因的考量：⑴人工成本低廉；⑵機器人造價高。伴隨著社會與科技的進步和發(fā)展，這種局面有了較大的轉(zhuǎn)變。人工成本愈漲愈高，機器人造價愈來愈低，發(fā)展自動化生產(chǎn)成為必然趨勢。

⑵鍛件質(zhì)量成為市場競爭核心。

人工操作受情緒、體力、勞動技能等多方面因素影響。產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，鍛件廢品率高，鍛件市場競爭力受到很大影響，擺脫人工對鍛件質(zhì)量的影響是企業(yè)發(fā)展必經(jīng)之路。

⑶自動化生產(chǎn)線可大幅提高生產(chǎn)效率。

據(jù)有關專家分析和統(tǒng)計，鍛造工人單班有效生產(chǎn)鍛件時間不足5.5個小時。并且在這5.5個小時中，生產(chǎn)要素也是不穩(wěn)定的。使用自動生產(chǎn)線，連續(xù)、無間隔的運行，一般可將生產(chǎn)效率提高1倍以上，甚至更高。

⑷盡可能減少或杜絕工傷事故的發(fā)生。

當前各個企業(yè)領導者在生產(chǎn)經(jīng)營中最憂慮的是工傷事故的發(fā)生。工傷事故的發(fā)生，不僅會面臨經(jīng)濟上的巨大損失，安全生產(chǎn)不達標也有面臨上級部門勒令停產(chǎn)的可能。同時會給現(xiàn)有的操作工人帶來不良的心理影響。自動化生產(chǎn)線可最大程度的減少或杜絕工傷事故的發(fā)生。

可行性

⑴設備技術條件成熟，數(shù)控錘生產(chǎn)線成為可能。

錘類產(chǎn)品雖然在很多方面有這樣那樣的優(yōu)勢，但一直不能形成自動線，直到數(shù)控錘的出現(xiàn)才使自動線成為可能。數(shù)控錘打擊工步由程序控制，打擊能量精確可控。加上配上可靠的下頂料，模具自動潤滑、冷卻裝置，以及鍛件厚度公差測量裝置的這些特點，滿足了自動化生產(chǎn)需求。

自動化生產(chǎn)，離不開工件工序間快速傳遞。工件的夾持、移位和準確放入模腔，主要由工業(yè)機器人完成。隨著機器人技術的發(fā)展，工業(yè)機器人用于鍛造不再是困難。

帶有自動上料裝置的中頻爐、全自動化的輥鍛機、多工位的切邊整形機械壓力機等共同構成了不同類型的自動化生產(chǎn)線。

⑵數(shù)控錘自動生產(chǎn)線的工藝適應性和柔性是廣大鍛造用戶的選擇。

連桿，曲軸等零件適合專業(yè)化、大批量生產(chǎn)。幾種類型的鍛造自動化線都能實現(xiàn)以上零件的生產(chǎn)，但絕大多數(shù)品種鍛件沒有那么大需求量。世界上絕大多數(shù)鍛造廠生產(chǎn)不同類型的中小批量鍛件，數(shù)控錘自動化生產(chǎn)線具有良好的適應性，對不同的鍛件可以編制不同的程序，這決定了數(shù)控錘自動生產(chǎn)線是廣大鍛造企業(yè)的選擇。

按照鍛件外形分類，目前鍛件主要分為四大類，即圓餅類、長軸類、頂鐓類、復合類，數(shù)控錘自動化生產(chǎn)線都可以滿足生產(chǎn)。

投資分析

除了鍛造所需設備外，上一條鍛錘自動化生產(chǎn)線大概需要投資八十萬左右。可以大致做個分析：原來人工生產(chǎn)，每天按兩班計算，用工需8個人（每班4個人），工資每人每月按4000元計算，企業(yè)每月需付出人工費用3.2萬元，每年38.4萬元。自動化生產(chǎn)線需用2臺機器人，電費平均每天30元，每月900元，每年1.08萬元。通過對比看出，有2年半的時間，自動化生產(chǎn)線投資可以回收回來。再到后期，企業(yè)每年可節(jié)約費用37.32萬元。以上分析表明數(shù)控錘生產(chǎn)線將會有較好市場前景。

數(shù)控錘新技術介紹

數(shù)控模鍛錘實現(xiàn)全球遠程控制及故障診斷功能

借助發(fā)展迅速的網(wǎng)絡，將數(shù)控模鍛錘控制系統(tǒng)連入互聯(lián)網(wǎng)。通過工業(yè)遠程通訊模塊及安全協(xié)議（S-Link）（圖1）實現(xiàn)兩點或多點虛擬局域網(wǎng)絡組建實現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)安全傳輸，為廣大用戶特別是國外客戶提供穩(wěn)定、安全、便捷的工業(yè)安全遠程通訊功能，即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸，也可實現(xiàn)實時視頻傳輸。真正實現(xiàn)工業(yè)化和信息化兩化融合，更加快捷方便的服務用戶。

本監(jiān)控中心可實現(xiàn)對全球各地的鍛壓設備進行實時監(jiān)控，如果現(xiàn)場鍛壓設備出現(xiàn)故障，監(jiān)控中心可對故障信息進行分析，還可附帶視頻監(jiān)控。遠程維護工程師可以通過監(jiān)控中心硬件維護站對現(xiàn)場故障PLC程序進行在線監(jiān)控、診斷、修改。通過互聯(lián)網(wǎng)來完成各種設備控制，實現(xiàn)產(chǎn)品程序在線上下載和在線監(jiān)控、在線診斷，實現(xiàn)多機同時診斷、數(shù)據(jù)支持OPC采集、現(xiàn)場視頻采集到服務中心并保障設備數(shù)據(jù)在廣域網(wǎng)上穩(wěn)定、安全、高效的傳輸，可提供及時有效的服務、實時保障運行的信息管理系統(tǒng)。

圖1 通過Internet的工業(yè)網(wǎng)絡通訊拓撲圖

該遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以為公司及客戶解決如下問題：

設備運到現(xiàn)場后現(xiàn)場安裝、調(diào)試。如在調(diào)試過程中出現(xiàn)問題后可進行遠程調(diào)試；可為企業(yè)節(jié)省大量成本，包括工程師來回差旅成本、人力成本；迅速判斷故障，最小化停機時間，減少現(xiàn)場產(chǎn)損失，提高售后服務質(zhì)量，進行高效快捷服務，使數(shù)控模鍛錘產(chǎn)品的技術水平上升一個檔次。

可變的短行程打擊擴大數(shù)控錘使用范圍

過去，鍛錘操作人員在使用數(shù)控錘時受到程序的影響，滾擠拔長工序反而不好操作，所以一直有“數(shù)控錘不適合滾擠拔長工序 ”的說法。對上限位開關及程序設置改進后，成功解決了短行程打擊問題。提高了生產(chǎn)效率，擴大了使用范圍。

安全模塊的設置使得數(shù)控錘使用更加安全

數(shù)控錘錘頭的打擊動作受到打擊閥通電時間控制，意外的通電及誤操作都會給操作者帶來危險。如何在電氣系統(tǒng)中增加必要的保護和檢測是提高數(shù)控錘產(chǎn)品檔次及保護措施的必然要求。安鍛公司技術人員經(jīng)過多年的研究，解決了這一難題，為今后的數(shù)控設備增加安全設置帶來了技術保障。

精確的打擊能量及位置測量裝置為數(shù)控錘實現(xiàn)閉環(huán)控制奠定了基礎，也為下一步自動化生產(chǎn)線實現(xiàn)智能化生產(chǎn)打下基礎。

數(shù)控錘程序化對控制下料精度及加熱溫度穩(wěn)定性有著很高要求，一旦下料精度及加熱溫度出現(xiàn)問題，鍛件質(zhì)量就會出現(xiàn)問題，精確的打擊能量及位置測量裝置為實現(xiàn)閉環(huán)控制做好了準備。

高頻、快速、振動精密對模，保證對模精度、減少對模時間

數(shù)控模鍛錘配套打楔鐵機使打緊或打出楔鐵變得輕松自如。現(xiàn)在國內(nèi)的鍛造廠打緊打出楔鐵一般都是采用吊錘進行撞擊，此種操作存在很大弊端。一方面一般企業(yè)只有一個撞錘，無論大楔鐵或小楔鐵只能用同一個撞錘，打擊力量和方向都無法控制。力量過大將來無法退出，且楔鐵易損壞；另一方面需要多人同時操作且不安全，操作不當會損壞其他物件。公司生產(chǎn)的打楔鐵工具與合適的叉車配合使用，即可用于打進和打出鍛錘上的楔鐵。

《數(shù)控模鍛錘及其自動化生產(chǎn)線的開發(fā)與應用》（下）見《鍛造與沖壓》2018年第11期