小曲軸自動化鍛造生產線概述

文/張龍，魯帥，王喜珠，孫慶祥·一汽鍛造(吉林)有限公司

鍛造企業是機械制造行業中工作環境差，勞動強度大，人員密集型的毛坯類加工企業，近年來，隨著我國制造業技術能力及制造水平的提高，自動化鍛造在我國的鍛造行業也進行了嘗試與應用，如我公司正使用的12500t前梁自動化生產線和6300t小曲軸自動化生產線、4000t鏈板節自動化生產線、4000t連桿自動化生產線等。

生產工藝

不同品種的小曲軸需要不同的生產工藝，出于產品通用性的考慮，我公司引進了可以實現多工位鍛打的韓國鍛壓機，用機器人和步進梁進行鍛件的傳遞，實現了不同品種生產的全線自動化。具體工藝流程如下：上料→中頻感應加熱→熱坯料自動分選→鍛造→熱校正→卸料→余溫熱處理→存儲→清理→檢查→清洗/防銹/烘干→裝箱。

設備概述

6300 t自動化生產線設計生產L形、V形曲軸，L形曲軸設計節拍8s，每小時可生產450件，主要生產04E105123G、04E105123AE、06K105123C、06K105123E曲軸，還可生產06K105123J曲軸。V形曲軸設計節拍9s，每小時可生產400件，可生產31401445、1005021-391型曲軸。

整條生產線為全自動化生產，實現了鍛件從上料到包裝的全流程自動化，主要配備了上料系統（用叉車將托盤放置于傳送帶上，機械手將坯料逐個送入加熱爐）、中頻感應加熱爐、熱坯料自動三分選系統、上載機、熱模鍛壓力機、卸載機、扭校一體機、鍛件溫控分選、控溫冷卻輸送帶、立體倉庫、拋丸機、探傷機、清洗/防銹/烘干機構、標準料箱等生產流程設備，各部位之間依靠機器人進行棒料（鍛件）的傳遞。生產線同時配備了模具翻轉機、模具快換機構、模具清洗室、石墨自動配比機構等生產輔助設備。依靠生產流程設備以及生產輔助設備實現了生產的全自動化以及生產的快速切換。

上料系統

傳統的上料系統如圖1所示，由翻料機、搓料機、輸送帶組成，但是面對多品種混線生產狀況，搓板空搓料、棒料站立、搓料振動掉落等問題不斷發生，致使此處常需要人員進行看護，浪費了大量的人力和物力資源，料架系統由標準料盤與機器人、輸送鏈、機械手組成，很好的解決了上述問題。

棒料在標準托盤上通過叉車放置在料架區域，托盤在此區域傳送，機器人從托盤上抓起棒料后放置在輸送鏈上，輸送鏈將棒料傳遞至機械手下側，機械手橫向移動卡爪將棒料夾起，放置在電加熱前端輸送鏈上，輸送鏈將鍛件傳遞至電加熱前側夾送輥處，由夾送輥送入電加熱。

圖1 上料系統

加熱及分選系統

中頻電加熱采用知名電加熱廠家ABP產品，采用一用一備式結構，可以實現產品的快速切換，同時根據不同產品配備不同配方，電加熱根據配方自動進行溫度調節，最大限度降低能耗。

在入爐口配備專用的一鍵式清空裝置，可以實現在連續鍛打的過程中進行棒料清空，清空后清空桿自動回到始位，節省了大量人力及物力。在出爐口處配備有熱坯料的欠溫、合格、超溫的三分選裝置，通過測溫探頭監控棒料表面溫度，實現棒料的溫度篩選，合格棒料通過滑道傳遞到接料器處如圖2所示。

熱模鍛壓力機

熱模鍛壓力機如圖3所示，是我公司從韓國J & H PRESS 進口的專門為鍛造曲軸設計的6300t鍛壓機。具有生產效率高、鍛打速度快、加載力均勻、換模速度快、封閉高度調整速度快等優點，非常適合批量生產的流水線作業。

機器人接收接料器信號后夾取棒料放置在上載機處，上載機將棒料送至鍛壓機內部，步進梁將棒料夾起，同時傳遞信號給噴淋系統，通過步進梁內部信號的反饋，噴淋系統進行各工位潤滑以及棒料異常夾取停機處理，鍛打后鍛件經過卸載機傳遞到下一工序機器人處。

圖2 加熱及分選系統

圖3 熱模鍛壓力機

鍛壓機配備了模具翻轉裝置、模具清洗裝置以及模具快換裝置，在模具異常時，液壓系統松開模具，換模車將模具拉出，翻轉機將模具翻轉，翻轉后的模具放置在模具清洗小車上，推入清洗房，利用高壓水槍進行模具的徹底清理。同時另外一臺換模車可以快速將備用模具推入設備，液壓系統鎖緊模具，換模工作可在15分鐘內完成，實現了快速換模。

扭校一體機

扭校一體機如圖4所示，是專門為大眾V形和L形曲軸設計的整體式機器，具有扭擰和校正功能，整臺機器采用液壓驅動，存在運行穩定加壓恒定，可以保證扭擰精度在±0.5°范圍內。

圖4 扭校一體機

機器人將鍛件放在上載機處，上載機將鍛件送入扭校一體機，經過步進梁與噴淋系統的配合，實現鍛件的扭校，扭校后的鍛件經過卸載機送達溫度分選處，測溫探頭進行溫度判定，機器人將溫度不足鍛件分選出，將合格鍛件放在控溫冷卻帶處。

控溫冷卻輸送帶

控溫冷卻系統設計為用于非調質鋼乘用車曲軸類鍛件的鍛后控制冷卻，通過控制冷卻處理使鍛件滿足產品金相組織、晶粒度、硬度及性能要求。

經扭校工序后的鍛件，由機器人轉運到控溫冷卻帶的專用托盤上，托盤避免了曲軸傳送過程中相接觸產生硬度變化和磕碰傷，經硬度抽檢輸送帶、風冷處理輸送帶、水霧冷卻輸送帶進入立體庫區如圖5所示。

圖5 控溫冷卻輸送帶

控溫冷卻輸送系統包含小批量硬度抽檢輸送部分、風冷處理輸送部分、水霧冷卻輸送部分，鍛件進入控制冷卻系統的溫度大約在1050～1150℃范圍，鍛件進入風冷處理輸送部分和水霧冷卻輸送部分前，分別設置兩處紅外溫度檢測點，控制溫度分別為600℃和300℃，當鍛件表面溫度超出控制溫度，測溫裝置能夠進行聲光報警，輸送系統實現自動停機，控溫冷卻系統能夠保證鍛件出控溫系統的溫度低于200℃。

立體倉庫

立體倉庫如圖6所示，用于曲軸的中間存儲，存儲曲軸的數量為2160件。為提升出入庫效率，立體倉庫被設計為能夠在生產過程中同時進行出件和入件。而且，立體倉庫系統設置了拋丸工序出口和備用出口，當生產鍛件為不需拋丸處理的調質鋼曲軸或立體倉庫因故障不能使用時，鍛件可以經備用出口，進行裝箱轉運。

圖6 立體倉庫

當鍛件進入立體倉庫區域，通過對立體倉庫的程序設置，鍛件可不入庫直接入拋丸機處理，也可以通過程序控制直接儲存在料架上，這樣利于對產品按模具號、爐批號、生產日期等進行管理。

拋丸機

拋丸機為韓國KYUNDONG公司生產的多工位轉臺式強力拋丸機，用于對曲軸類鍛件表面進行清理，拋丸機系統如圖7所示，由拋丸機和除塵器兩個部分組成。

圖7 拋丸機系統

相比傳統的人工掛件上料方式，拋丸機系統實現了裝件、卸件均使用機器人完成，減輕了工人的勞動負擔，提高了生產效率。鍛件被機器人準確放置在托輥上后，將隨轉臺旋轉6個工位，同時可在托輥上自轉。每個鍛件經2組強力拋丸器和1組普通拋丸器處理，這種形式的拋丸處理能夠保證鍛件獲得更好的表面質量，完成拋丸的鍛件由機器人取出，送入鍛后處理系統。

探傷/檢測/清洗/烘干/防銹/包裝系統

鍛后處理系統用于拋丸后曲軸自動傳輸、磁化、熒光檢查、退磁、直線度/變形檢測、打磨、清洗、防銹、烘干、包裝等。

鍛件由機器人傳送至探傷機輸送帶，經磁化電流磁化后，由傳送機將曲軸自動送到暗房內，在暗房內操作者進行人工熒光檢查，根據檢查結果控制鍛件走向，合格件輸送到退磁機構；裂紋件輸送到打磨工位；明顯廢品送到廢料箱。在打磨/檢測工位，對探傷后有裂紋、表面缺陷的曲軸進行打磨，打磨折紋件需返回探傷區域重新磁化檢驗。而探傷合格件直接進入清洗輸送帶，烘干后進行浸防銹劑防銹，防銹后進行鍛件吹干，處理后的鍛件由機器人碼放進入包裝箱，完成曲軸的發交準備。

鍛后處理系統由韓國AGANG公司設計、制造，由探傷機、輸送帶、防銹烘干機、機器人等幾部分組成，如圖8所示。鍛件經輸送帶傳送至探傷機上，探傷機噴淋探傷液，人工在暗室內檢查鍛件質量，不合格件分離出，合格件流入下一工序，由人工檢查鍛件表面質量；合格件由機械手夾取、涂防銹油、烘干，烘干后鍛件由機器人擺放至鍛件箱，用叉車轉運至暫存區，準備發送給客戶。

至此，鋼材完成了由圓棒料到曲軸的蛻變。

圖8 鍛后處理系統

結束語

本文以小曲軸為例，闡述了我公司全自動化生產線上完成的棒料到曲軸的全部過程，也向讀者展示了國內先進的全自動化生產線的工藝流程，僅希望借此文拋磚引玉，為行業提供一些可參考的設備自動化知識。