扳手紅沖自動(dòng)化改造方案設(shè)計(jì)和效益評(píng)估

張揚(yáng)

【摘 要】在鍛造生產(chǎn)中采用自動(dòng)化進(jìn)行生產(chǎn)，可以確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝先進(jìn)、穩(wěn)定、可靠，并在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持基本不變。在大批、大量生產(chǎn)中采用自動(dòng)化生產(chǎn)線能提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，大大改善工人勞動(dòng)條件，縮減生產(chǎn)占地面積，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，保證生產(chǎn)均衡性，有著顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】紅沖；鍛壓設(shè)備；專用機(jī)；控制方式

中圖分類號(hào)： TG316 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）18-0034-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.18.015

【Abstract】Automated production in forging production ensures that the product design and process are advanced， stable，and reliable，and remain basically unchanged for a long time. The use of automated production lines in large batches and mass production can improve labor productivity，stabilize and improve product quality，greatly improve workers working conditions，reduce production floor space，reduce production costs，shorten production cycle，ensure production balance，and have significant economic benefits.

【Key words】Red punch；Forging equipment；Special machine；Control method

1 項(xiàng)目概要

1.1 現(xiàn)狀闡述

目前客戶扳手紅沖所有工藝都采用人工操作，由于工作環(huán)境惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度很高，工作中存在很多危險(xiǎn)隱患，工作要求高，要求員工身體素質(zhì)要好、反應(yīng)要快。因此造成生產(chǎn)量低、人力成本高，工作環(huán)境差，存在很大危險(xiǎn)性。

1.2 工藝闡述

目前扳手紅沖生產(chǎn)工藝流程如下：

人工鍛造具體工藝大概如下：

人工將切好的圓棒一根一根的放到加熱器中，加熱器為導(dǎo)向圓環(huán)狀， 圓棒在一定的頻率下間隙性往前推擠前進(jìn)，總行程移動(dòng)時(shí)間為加熱時(shí)間，加熱后的圓棒從加熱器中被擠出，沿著出口的溜槽滑入去氧化皮機(jī)中；

加熱后的毛坯從傾斜的去氧化皮機(jī)中滑過(guò)，落到輸送帶上，完成氧化皮去除工作，輸送帶將其提升到軋制機(jī)操作平臺(tái)上；

人工將去皮后的毛坯放入到軋制機(jī)工位， 軋制機(jī)將毛皮軋制后從軋制機(jī)后方滑落到輸送帶上，輸送帶將其移栽到鍛壓機(jī)操作工位；

人工將軋制好的毛坯以一定的姿態(tài)夾起放入到鍛壓機(jī)工位，鍛壓機(jī)下壓完成鍛壓，鍛壓機(jī)出口的工人將毛坯取出，扔到切邊機(jī)操作平臺(tái)，并給鍛床上下模上噴涂潤(rùn)滑乳；

人工將鍛壓好的毛坯放入到?jīng)_床工位中，沖床下沖完成切邊工作，毛坯落入沖床下方的輸送鏈條上，輸送鏈將產(chǎn)品提送到產(chǎn)品箱中，人工將邊料扔到邊料箱中，完成了扳手鍛造的全部工藝。

1.3 設(shè)計(jì)依據(jù)

最大毛坯尺寸：直徑Φ12-Φ32mm，長(zhǎng)度76-215mm；

毛坯材料：鐵；

毛坯溫度：1100℃；

毛坯供貨節(jié)拍：3s/個(gè)。

2 解決方案

2.1 總體設(shè)計(jì)

該鍛造自動(dòng)化系統(tǒng)由中頻爐自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)、中頻感應(yīng)加熱器、紅沖去氧化皮機(jī)、輥鍛機(jī)、正位裝置、鍛壓上料機(jī)械臂、鍛壓機(jī)、切邊機(jī)、成品箱、飛邊箱、電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。

基于自動(dòng)化生產(chǎn)需求，現(xiàn)有工藝中，除了鍛壓機(jī)，其他設(shè)備的位置需要調(diào)整合理放置，提高生產(chǎn)效率。本方案按照自動(dòng)化線改造思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且進(jìn)行方案優(yōu)化，布局也采用自動(dòng)化線進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)布局，整個(gè)生產(chǎn)線中使用自動(dòng)上料機(jī)和機(jī)械臂分別替換加熱上料操作工和鍛壓上料操作工，另外加裝了軋制后毛坯正位裝置和控制臺(tái)。

具體實(shí)現(xiàn)流程如下圖所示：

中頻爐自動(dòng)整列送料機(jī)將料斗中的亂料整列后以1.5～5秒/根的速率逐根慢速的送入感應(yīng)加熱器的加熱管中，節(jié)拍和速率都可以自由無(wú)極調(diào)整。

加熱后的棒料從加熱裝置中出來(lái)由去氧化皮入口出喇叭管改變方向進(jìn)入去氧化皮機(jī)中，去皮后滑入軋制機(jī)入口旋轉(zhuǎn)接料器中。

輥鍛機(jī)推送物料的同時(shí)去氧化皮后的工件落入接料器中，輥鍛機(jī)推送機(jī)構(gòu)退出后，接料器旋轉(zhuǎn)將工件倒入送料槽中，接料器復(fù)位。接料、上料、推料和軋制都有輥軋機(jī)自身間隙傳動(dòng)控制，穩(wěn)定可靠。工件輥鍛后落入軋制機(jī)出口處滑槽末端，由正位機(jī)構(gòu)正位。

熱鍛上料機(jī)械臂抓取軋制后并經(jīng)過(guò)正位的毛坯的一端，改變毛坯的姿態(tài)和位置，并送至鍛壓機(jī)工位正上方，升降氣缸下降，抓手松開，工件落入下模腔，機(jī)械臂復(fù)位。鍛壓機(jī)檢測(cè)到上料機(jī)械手移出后下降鍛壓成型。

鍛壓下料操作工取出毛坯，放置操作臺(tái)上。與此同時(shí)，手動(dòng)為鍛壓機(jī)上下模噴涂潤(rùn)滑乳，防止粘模發(fā)生。

切邊操作工將操作臺(tái)上的毛坯夾取放置到切邊機(jī)中，切邊后將毛邊取出放入到飛邊箱中。

2.2 設(shè)備概念設(shè)計(jì)

2.2.1 中頻爐自動(dòng)整列送料機(jī)

方案中采用中頻爐自動(dòng)整列送料機(jī)上料代替人工上料，將毛料經(jīng)過(guò)整列后逐根推送到加熱器導(dǎo)向管中，實(shí)現(xiàn)加熱器的自動(dòng)上料目的。

上料機(jī)送料出料地面高度低于中頻感應(yīng)加熱器地面高度，需要將上料機(jī)放置于一墊高墩上。然后根據(jù)高度差，調(diào)整送料機(jī)底腳，使得送料機(jī)出料口對(duì)準(zhǔn)感應(yīng)加熱器進(jìn)料口，使得送料機(jī)直接將毛料送入加熱器導(dǎo)向管中。只需要一個(gè)工作人員定期將零散堆放的毛料加熱到上料機(jī)中即可，無(wú)需停機(jī)加料。根據(jù)紅沖線節(jié)奏隨時(shí)調(diào)整送料機(jī)送料節(jié)拍，無(wú)需檢測(cè)感應(yīng)裝置，送料機(jī)以固定周期出料。

自動(dòng)上料機(jī)推送氣缸配置速度控制閥，可以任意無(wú)極調(diào)速，使得推送氣缸以合適速度將毛坯推入到加熱裝置中，以保證加熱質(zhì)量。

另外在控制臺(tái)上加設(shè)啟停按鈕、推料節(jié)拍以及送料速度的控制按鈕。可由鍛壓下料操作工隨時(shí)調(diào)整。

2.2.2 加熱裝置

加熱裝置采用中頻感應(yīng)加熱器，中頻感應(yīng)加熱器重要參數(shù)如下表：

根據(jù)布局需要制作加熱器底座，方便去氧化皮機(jī)自動(dòng)進(jìn)料。

協(xié)同上料機(jī)的上料節(jié)拍，加熱管中的加熱時(shí)間確定，根據(jù)毛坯加熱溫度需求，可以隨時(shí)調(diào)整感應(yīng)加熱器的溫度。感應(yīng)加熱器的出料周期由自動(dòng)送料機(jī)出料決定，即加熱器出料周期和自動(dòng)送料機(jī)出料周期相同。

另外在控制臺(tái)上加設(shè)中頻爐溫度控制、啟停按鈕按鈕。可由鍛壓下料操作工隨時(shí)調(diào)整。

2.2.3 鍛造前去氧化皮

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地大小和布局，去氧化皮機(jī)和加熱器垂直分布，在入口處設(shè)置喇叭口導(dǎo)向管，可以將加熱后的毛坯導(dǎo)向進(jìn)入到去氧化皮集中。出口設(shè)置導(dǎo)向槽將毛坯導(dǎo)向滑入到軋制機(jī)接料器中。

2.2.4 輥鍛機(jī)

根據(jù)自動(dòng)化線布局放置輥鍛機(jī)，做到導(dǎo)料口合適，出料位置在要求的范圍內(nèi)。

2.2.5 正位裝置

為了機(jī)械臂準(zhǔn)確抓取毛坯，以精準(zhǔn)鍛壓上料，必須保證毛坯有一致的位置和姿態(tài)。因此在輥壓機(jī)機(jī)出口處設(shè)置正位裝置。

正位裝置由底座、到位機(jī)構(gòu)、升平機(jī)構(gòu)組成。當(dāng)毛坯滑入正位裝置的導(dǎo)向槽中，由到位機(jī)構(gòu)將毛坯推送到到位，升平機(jī)構(gòu)的四根頂桿頂住毛坯的平面邊緣，提升3mm的同時(shí)，裝置旋轉(zhuǎn)90°，將毛坯的夾持端轉(zhuǎn)向機(jī)械臂，毛坯保持最佳夾取姿態(tài)，以保證機(jī)械臂精準(zhǔn)的夾取毛坯，精確鍛壓上料。

2.2.6 熱鍛上料機(jī)械臂

根據(jù)客戶單工位兼三工位鍛壓操作，機(jī)械手要完成復(fù)雜的動(dòng)作，綜合考慮采用機(jī)械臂該機(jī)械臂具有6個(gè)自由度，運(yùn)動(dòng)范圍大，采用加長(zhǎng)型抓手，采用隔熱保護(hù)技術(shù)，保證機(jī)械臂有安全的工作溫度，能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，動(dòng)作上完全符合多工位工作需求。

2.2.7 鍛壓下料及切邊上下料

考慮到切邊上下料的不規(guī)則，鍛壓下料及噴涂潤(rùn)滑乳、切邊機(jī)上下料采用人工操作。

2.2.8 控制臺(tái)

根據(jù)客戶需求，本線配置控制臺(tái)，置于鍛壓機(jī)下料操作工旁邊，方便鍛壓機(jī)下料操作工隨時(shí)操作控制各環(huán)節(jié)的工作狀態(tài)。

控制和驅(qū)動(dòng)是控制臺(tái)的組成，該控制系統(tǒng)主要是工控機(jī)、PLC、機(jī)柜等。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)中頻爐自動(dòng)上料機(jī)、紅沖設(shè)備、上下料機(jī)械臂、正位裝置；控制系統(tǒng)接收傳感信號(hào)，控制中頻爐自動(dòng)上料機(jī)、紅沖設(shè)備、上下料機(jī)械臂、正位裝置和噴油系統(tǒng)何時(shí)開始動(dòng)作以及如何進(jìn)行動(dòng)作；同時(shí)每個(gè)機(jī)械臂都必須有零位檢測(cè)裝置。紅沖設(shè)備需進(jìn)行適當(dāng)改造，可使控制系統(tǒng)對(duì)紅沖設(shè)備動(dòng)作進(jìn)行控制。系統(tǒng)整體控制如圖所示：

2.3 節(jié)拍計(jì)算

3 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估

本案例設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵守減少人工成本、低功耗、高效率、安全可靠的基本原則。采用機(jī)械手和自動(dòng)上料機(jī)代替人工操作，整個(gè)系統(tǒng)采用自動(dòng)化線進(jìn)行控制。

（1）現(xiàn)有工藝人力成本分析：

目前在線人員包括中頻爐上料1人（可以六條線共用）、軋制上下料1人、鍛壓上料1人共3人。

現(xiàn)假設(shè)人工投入總成本（包含人工工資、福利、及人工管理成本）為7000元/月，則一條生產(chǎn)線年投入人工成本為：1人*7000 元*12月 = 84000元；

六條生產(chǎn)線每年投入人工成本為：84000元*3人=252000元；

（原來(lái)六條生產(chǎn)線每年投入人工成本為：2520000元）

（2）采用自動(dòng)化改造后成本分析：

中頻爐自動(dòng)上料機(jī)功率W1=90W；

正位裝置功率W3=80W；

鍛壓上料機(jī)械臂功率W4=1200w；

總功率W=1.37KW

按0.9元/千瓦時(shí)，則一天（8小時(shí)）的耗電量為0.9*8*1.37=10.05元，一年的電費(fèi)為365*10.05=3650元；

一年內(nèi)免服務(wù)費(fèi)，一年后按設(shè)備款2%來(lái)收取維護(hù)費(fèi)；

（3）自動(dòng)化改造優(yōu)勢(shì)分析：

將人工從危險(xiǎn)環(huán)境中解放出來(lái)，保障人工生命安全；

無(wú)間斷連續(xù)工作，安全可靠，無(wú)需更換；

減少人力管理成本；

提高生產(chǎn)效率。

【參考文獻(xiàn)】

[1]蔣鵬，孫勇.鍛造自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展及改造建議，金屬加工（熱加工）.

[2]金林奎.鍛造加工過(guò)程自動(dòng)化，技術(shù)的應(yīng)用，金屬加工（熱加工）.

[3]鍛造自動(dòng)化生產(chǎn)線應(yīng)用論證魏江波，金屬加工（熱加工）.