鍛造加工過程自動化技術的應用

宋 雯

（中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

在我國科學技術飛速發展的大環境下，大量先進的技術和設備被廣泛應用到鍛造加工過程中，大大提升了鍛造加工的速度和質量。將自動化技術應用到鍛造加工過程中，可實現機械設備取代人工，并簡化鍛造加工過程，降低人工勞動強度，提升鍛造的精度，降低原材料浪費，有助于提升生產效率和企業的經濟效益。

基于此，開展鍛造加工過程中自動化技術的應用分析就顯得尤為必要。

1 自動化技術概述

自動化技術是一種融合了電子、信息、計算等新科技的綜合技術，將自動化技術與機器制造技術結合起來，可以極大地提高機械加工的精確度，大大降低人力資源的消耗，為機械加工制造企業創造更好的利益。同時，由于自動控制和操作更加簡便，也讓公司的工作人員省去了很多的時間去學習，可以直接進入工作崗位（除了特殊職業）。如此一來，機器制造企業的人力資源就會大大地降低，由此可見，在自動化技術的推廣和應用之后，會給機械加工企業帶來很多的好處，可幫助機械制造企業提高市場占有率，提高產品的質量和產能，降低人工成本。

因此，對機械加工企業來說，對其進行深入的研究和運用是有益的。

2 鍛造加工中應用自動化技術的價值

目前國內大部分的鍛造加工企業所使用的設備都比較簡單，加工環境也比較惡劣，只能依靠手工來完成，不僅難以提高生產效率，而且還無法保證產品的質量，工人們的勞動強度與精神壓力都很大，很容易造成安全事故。而且在鍛造加工過程中1200℃以上的溫度很容易引起高溫燙傷，而紅熱鍛件所散發的熱輻射會對人體造成傷害，加熱爐在燃燒過程中產生的煙霧會造成高濃度的有害物質，在設備的制造過程中，噪聲的分貝會很高，對操作者的聽力和視覺神經造成傷害[1]。采用自動控制技術可有效解決這一問題，可以采用機器人或者自動化系統來替代手工操作，從而避免了許多安全問題，而且在自動化技術的運用下，可以加速材料的裝料、卸料、調整零件，實現定時性、定量性、精確性操作，降低工人的勞動強度，提高現場作業的安全性，提高產品的質量，從這一點就可以看出，采用先進的自動化技術在鍛造加工流程、加工環節，可改善生產現狀，保證整體項目的發展水平。

3 鍛造加工中應用自動化技術的要點

雖然將自動化技術應用到鍛造加工過程中可大幅度提升加工效率、安全性、質量，但鍛造加工過程比較復雜，工序比較多。電動化技術也由多種先進技術相結合，因此，在實際應用中需要結合鍛造加工的特點以及自動化技術的原理，進行相互融合，相互滲透，才能發揮出自動化技術的優勢，提升鍛造加工質量和效率，具體的應用要點體現在以下幾個方面：

第一，鍛造加工生產線自動化技術包括集成控制系統、取件專機、澆筑專機、鍛造機、旋轉平臺等。在實際的鍛造加工生產中，需要多種技術和設備相互配合，才能完成一個鍛造件的生產。具體的應用過程為：在旋轉平臺上均勻布設多臺鍛造機，取件專機、澆筑專機、鍛造機等設置在旋轉平臺相應的工位上。通過自動化集成系統設計好加工參數，并在旋轉平臺的帶動下，自動完成取件、冷卻、澆筑、鍛造、卸料等操作。在鍛造加工全過程中，旋轉平臺每啟動一次，鍛造機就會推進一個工位。鍛造機成功旋轉一周后，就完成一個產品的鍛造加工。

第二，設置鍛造加工生產線的主要目的是實現自動化鍛造加工，人工控制終端上下達操作指令后，啟動機械設備來完成鍛造加工全過程。因此，整個鍛造加工過程可進行拆分，傳統的鍛造加工生產線需要在鍛造機不動的情況下，在同一個工位上完成取件、冷卻、澆筑、合模、鍛造等操作[2]。融入自動化技術后，可將每個操作環節，分配給專職工位來完成，并利用計算機系統強大的數據采集、數據分析、數據處理功能，精確計算出每個鍛造加工工位完成加工動作所需的時間，以實現整條鍛造加工生產線的最優化配置。選擇消耗時間最長的加工工位作為自動化鍛造加工的主控工位，以此工位完成加工的時間為基準，確定整條生產線的節拍時間，此時間要略大于基準時間。然后再根據實際加工節拍時間和鍛造構件冷卻時間的倍數關系，確定冷卻工位數量，使其和冷卻工作數相加，就能計算出旋轉平臺的總工位數，也就是整條生產線可同時生產的鍛造構件數量。以固定流水線的生產方式，完成鍛造加工全過程。由于澆筑和取件工位的溫度比較高，可用機械設備來代替人工。澆筑工位上若生產線節拍時間超過15s，可使用標準化的六軸機器人來代替人工。

第三，PLC 集成控制系統是自動化技術在鍛造加工中應用的關鍵，為滿足鍛造加工生產全過程的要求，該系統由曲線控制系統、冷卻控制系統、澆筑控制系統、下芯控制系統、旋轉平臺控制系統、中央處理系統共同組成。PLC 集成控制系統在鍛造加工生產中具有很強的通用性，主要的電氣元器件包括觸摸屏、輸入電抗器、驅動器、控制單元、編程控制器等[3]。在鍛造加工生產全過程中，所有生產參數如：取件專機運行參數、澆注機運行參數、旋轉平臺運行參數的調用、增刪、保存、修改、分析、使用都可以直接在觸摸屏上完成，操作簡單快捷。自動化技術融入了伺服電機和伺服控制系統，能夠利用紅外線光電感應器、選擇編碼器等電氣設備來輔助鍛造加工生產。相比于傳統鍛造加工計數器、控制器，這些先進的高科技電氣設備具有抗干擾能力強、精確度高、使用壽命長等優勢，可惡劣的生產環境中持續穩定運行，以保證鍛造加工的連續性、安全性。

4 提升鍛造加工過程中的自動化技術的應用效果的措施

4.1 進一步完善自動化生產線

在采用先進的自動化技術的同時，鍛壓企業要重視生產線的改造與優化，以最大限度地利用自動化技術在生產線上的作用，以確保全流程、機器的自動化程度。例如，我們要積極學習國外先進的經驗與成功經驗，建設一條全自動化的熱鍛機和幾條全自動化流水線，通過總線系統來進行整體的控制，并在此基礎上搭建一個雙層總線的電子控制框架。上層通過遙控裝置和技術進行有效的控制，而下層則通過現場系統來實現。利用先進的自動化技術，把加熱爐、沖壓、沖壓、整形修邊床身、卸料輸送設備等有機結合在一起。最后，在實際使用自動化生產線時，可預先設定半自動、全自動及手動控制等功能，以保證在任何情況下都能達到對鍛壓工藝的要求。同時，在自動化生產線體系建設中，要注重工藝模型的優化，積極地設計和建設落料機的自動進料和后勤支持體系、合理地采用自動噴油、冷卻、多關節機械手、定期對模腔和鍛件表面進行定期清掃，以去除氧化皮、雜質、改善表面品質，并根據生產技術規范和指標對尺寸精度進行嚴格的控制，從而使模具的使用壽命最大化，確保產品的性能。

4.2 采用先進的自動化控制系統

在自動控制體系中，軟件方面要著重于 PIC、MHI，并通過模塊化的編程手段，設定主回路的程序結構，使其在各個循環中逐個地進行操作，從而構成一個良好的接口模塊和程序功能模塊。其中，接口模塊能夠按照生產周期的要求進行呼叫和處理，包括信號接口模塊、除垢設備信號接口模塊、控制冷卻線路信號接口模塊等。該軟件的程序功能模塊是一個特殊的部件，它可以自動地切換到觸摸屏的視窗，并具備安全鎖信號控制、鍛造生產線循環控制、故障診斷報警、生產線組織管理等功能。同時，它也是自動化技術應用的一種軟件。在應用PLC 軟件及編程時，要針對鍛件的加工特性和生產需求進行合理的人機界面設計，其中包括機器人界面、參數設置界面、生產線狀態監控界面、報警查詢界面。

在實際應用中，該系統能對機器人及其他類型的機械裝置進行嚴格的信號控制和自動化操作。多數設置界面能幫助鍛制部對不同設備、不同操作的參數進行精確設置，特別是在高溫下，機械手的爪子無法在較長的時間內抓住工件。在此條件下，通過參數設定接口，可以對機械手的延遲和抓取工件的時間進行嚴格的控制，避免了制造過程中出現的問題[4]。狀態監測接口能夠動態、全面地監控機器人信號、機械設備信號、生產信號，并能及時地發現產品的質量和缺陷。有目標地處理和解決問題，確保系統能夠安全、穩定地工作。該系統能為自動加工工藝的操作人員提供實時的設備故障和生產線問題的預警，為生產的自動化和加工提供了可靠的保證。另外，為了使自動化軟件得到更好的設計與優化，應著重于機械加工程序的編寫，并針對鍛件的生產需求和自動化改造升級的特點，以高品質地編寫TP 和PC 程序，并不斷完善程序內容、制度和機制，以保持自動化技術的創新應用水平。例如，在計算機上編制程序時，要按照鍛壓工藝的要求，采用模擬軟件對其進行編程、加工，以確保其具有特定的功能。該軟件還能與 PC 軟件進行交互，實現了軟件的自動控制和軟件的有效使用。

4.3 應用先進的步進梁式自動送料機

隨著技術的不斷發展，當今的步進梁式自動送料機已發展到了數字控制的水平，采用伺服驅動代替了液壓驅動和機械驅動。有些高速送料機還采用直線電機自卸驅動，無需傳動鏈也可以良好的運行，這就大幅度簡化了自動送料機的傳動結構。步進梁式自動送料機應用在鍛造加工生產中，最大的優勢體現在兩個方面：

第一，步進梁式自動送料機的工作原理簡單、機械可靠性高、故障率低。尤其是現代伺服直線驅動給料機，采用了大功率的伺服電機，直接驅動滾珠絲杠來實現步進梁式自動送料機的直線運動。減少了繁瑣的減速器和齒輪齒條機構，傳動可靠，響應迅速，經久耐用。

第二，容易與壓機的運動配合，便于調節。尤其是采用現代伺服驅動的步進式自動給料機，它采用了旋轉編碼和數控系統，使其與壓力機的滑動完全同步，因而能對機械爪的移動進行精確的控制。

4.4 進一步強化自動化改造力度

在運用鍛造工藝自動化技術的同時，還應加強對現有裝備的自動化技術的升級和改造，根據不同鍛造加工設備的特性和狀態進行相應的改進，以達到提高產品質量的生產要求。具體而言，可從以下幾個方面同時入手：

第一，目前國內大部分的鍛造加工生產企業的設備和設施都比較落后，采用現代化的總線自動控制技術難以達到較好的改造和升級目標，因此，必須采用單機自動化技術，減少人員的勞動強度，控制生產成本，盡可能杜絕因為人工操作失誤或是其他問題導致產品生產質量的缺陷。

第二，采用先進的自動化技術，保證工藝流程的穩定性和可靠性，加強生產系統的技術改造和升級，在采用自動化技術的同時，還可以對關鍵工序進行自動控制，比如：預鍛關鍵工序，終鍛關鍵工序，應當適當保留人工作業形式，以免在生產過程中因為設備故障引起停機現象。而模鍛錘的關鍵工序可以全部采用自動化控制技術。

第三，在鍛造加工生產過程中，自動化升級改造的重點放在了中小規模的熱模鍛生產和關鍵工序上，通過采用先進的步進梁機械手達到自動化升級、自動化操作的目的，而在大型模鍛的過程中，可以將大量的機器人進行協同操作，從而達到自動化生產的目的。

第四，在提高產品制造自動化的過程中，要注重提高技術人員、維修人員、保養人員的專業素質的提升，培養素質的管理人員，保證自動化系統和技術的良好運用。

5 結語

綜上所述，結合理論實踐，分析了鍛造加工過程自動化技術的應用，分析結果表明，鍛造加工過程具有很強的復雜性和技術性，影響加工質量的因素比較多。將自動化技術應用到鍛造加工過程中，可實現對鍛造加工生產全過程的自動化控制。在具體應用中需要結合鍛造加工生產的特點，選擇合適的自動化技術，并從完善自動化生產線、引進先進的自動化控制系統、采用步進梁式自動送料機、強化自動化改造力度等方面同時入手，來提升自動化技術在鍛造加工過程中的應用效果，提升鍛造加工企業的市場競爭力，獲得更大的經濟效益。