臥式多工位精密熱鍛技術在鍛件大批量生產(chǎn)中的應用

文/高崇暉·哈特貝爾（上海）貿(mào)易有限公司

臥式多工位精密熱鍛技術在鍛件大批量生產(chǎn)中的應用

文/高崇暉·哈特貝爾（上海）貿(mào)易有限公司

2014年中國汽車產(chǎn)量達到2370萬輛，隨著中國汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車精密鍛件的需求量也在不斷增加，這成為了鍛造行業(yè)快速發(fā)展的驅(qū)動力?，F(xiàn)有的傳統(tǒng)鍛造工藝以及生產(chǎn)設備已經(jīng)無法滿足高品質(zhì)精密復雜鍛件的生產(chǎn)要求。

臥式多工位精密熱鍛是一種工藝高度集成化和自動化的先進技術，能夠滿足現(xiàn)代化鍛造生產(chǎn)的要求，尤其適合于鍛件的大批量生產(chǎn)。與單工位或串聯(lián)式壓力機熱鍛相比，臥式多工位精密熱鍛采用近凈成形技術生產(chǎn)的鍛件加工余量和公差小、質(zhì)量穩(wěn)定，還具有很高的生產(chǎn)效率，是一種既經(jīng)濟又節(jié)能的生產(chǎn)方式。臥式多工位精密熱鍛設備可生產(chǎn)出各類鍛件，小到只有幾十克重的螺母或凸輪塊，大到重達幾千克的法蘭件、輪轂、齒坯和萬向節(jié)鐘形殼等，主要面向汽車、軸承和緊固件等行業(yè)，典型鋼質(zhì)鍛件如圖1所示。本文以HATEBUR AMP50臥式多工位高速精密熱鍛設備為例講述其在鍛件大批量生產(chǎn)中的應用。

AMP50熱鍛生產(chǎn)線

圖1 鋼質(zhì)鍛件

圖2 AMP50臥式多工位高速精密熱鍛生產(chǎn)線

AMP50臥式多工位熱鍛生產(chǎn)線如圖2所示，包括上料架、感應加熱器、熱鍛設備及傳送帶等，其中，熱鍛設備是整條生產(chǎn)線的核心裝備。棒料送料、加熱、剪切下料、鍛造成形、沖孔（切邊或分套）都集成于一條生產(chǎn)線，成形工位間實現(xiàn)自動傳送，較少受操作人員或工藝限制條件的約束，生產(chǎn)效率每分鐘可達60～100件。

AMP50設備結(jié)構(gòu)如圖3所示，床身采用整體鑄造保證良好的剛性，配有離合制動系統(tǒng)，電機提供驅(qū)動力，通過主正齒輪連接傳動機構(gòu)帶動包括主滑塊、剪切系統(tǒng)、機械手傳送系統(tǒng)、凸模探頭、凸模頂桿以及凹模頂桿同步運動。送料系統(tǒng)則配備有獨立的伺服電機，在生產(chǎn)時無需停機就可調(diào)節(jié)送料行程及下料長度。整體結(jié)構(gòu)的凹模座和安裝在主滑塊上的凸模座保證了模具合模的對中精度。凸模探頭用于探測工件是否粘凸模，如有粘模則自動停機保障生產(chǎn)安全。凸模頂桿是設備配備的剛性頂出機構(gòu)，卸料時防止工件粘凸模。凹模頂桿的作用是在成形結(jié)束后將工件從凹模腔頂出至閉合機械手中以便傳送至下工位。

上料和加熱

AMP50使用6～9m的長棒料作為原材料及棒料熱態(tài)剪切（圖4），省略了預先鋸切或剪切制坯。上料架自動將棒料逐根送至中頻感應加熱器，棒料經(jīng)過感應線圈被加熱至鍛造溫度，加熱速度快從而生成的氧化皮較少，被繼續(xù)傳送至熱鍛設備的剪切工位。

圖3 AMP50設備結(jié)構(gòu)

圖4 棒料加熱

剪切下料

AMP50設備配有伺服電機進行送料，其精確驅(qū)動4個送料輪壓緊棒料（圖5）按預定行程傳送至剪切工位，移動刀在固定刀及夾緊滑塊配合下按照預定長度進行熱剪切下料（圖6），并將料段傳送至第一工位進行鍛打成形。根據(jù)實際生產(chǎn)需要可實時調(diào)整送料和下料長度，比預先制坯有更大的靈活性。在剪切完成后，送料輪可反轉(zhuǎn)稍微回拉棒料，防止在剪切刀板回退再次剪切時與棒料端面發(fā)生刮擦，保證良好的棒料端面質(zhì)量。

圖5 送料輪

圖6 熱剪切下料

自動剔料系統(tǒng)（ESA）可以實現(xiàn)生產(chǎn)中棒料料頭、料尾探測和自動剔料功能，如圖7所示。3組激光光柵實時探測料頭、料尾的位置并將信息反饋至ESA控制系統(tǒng)，測量輪實時檢測棒料實際傳送長度以修正料頭、料尾位置，一旦料頭、料尾到達下料位置，控制系統(tǒng)發(fā)出信號讓料段夾持器保持打開狀態(tài)實現(xiàn)剪切后直接甩料實現(xiàn)料頭、料尾的自動剔除。此外，ESA系統(tǒng)還實時接收并處理監(jiān)測棒料加熱溫度的探測器信號，對超出設定加熱溫度的過熱或過冷棒料段直接剪切甩料，避免成形不符合要求的料段。

圖7 ESA自動剔料系統(tǒng)

成形工位

AMP50共有4個成形工位，如圖8所示。通常來說，第1工位進行鐓粗去除氧化皮，第2工位預鍛進行體積預分配，第3工位終鍛成形，第4工位進行沖孔或切邊。對于軸承套圈等套鍛工藝而言，第1工位直接進行預鍛成形，第2工位終鍛成形，第3工位進行沖孔，第4工位進行內(nèi)外圈分套。每完成一次成形，3副機械手自動將工件穩(wěn)定夾持并依次傳送至下一工位，如圖9所示，第4工位沖孔或切邊后鍛件落入傳送帶出料。

側(cè)向出料

鍛造成形結(jié)束后，鍛件落入傳送帶側(cè)向柔和出料（如圖10所示），可直接接入網(wǎng)帶式熱處理生產(chǎn)線利用鍛后余熱進行熱處理，也可快速冷卻以避免晶粒粗大。沖孔連皮或飛邊、料頭和料尾等各種廢料落入傳送帶的廢料槽，實現(xiàn)與成品鍛件的分離，省略了分選步驟。如采用套鍛工藝（如軸承套圈），可配備3槽傳送帶，分離的內(nèi)外圈及廢料落入不同的傳送槽中實現(xiàn)分類收集。

模具與工藝

圖8 成形工位

圖9 自動傳送機械手

圖10 出料

軸承套圈鍛件模具結(jié)構(gòu)如圖11所示，模具零件分為送料件、通用件和易損件。送料件包括送料輪、導向襯套、夾緊滑塊、料擋等，將加熱后棒料傳送到剪切工位。通用件不直接接觸高溫工件而起固定、支撐或?qū)蜃饔茫缒Ｌ?、襯套、墊塊、固定環(huán)等，這類部件較少磨損和破壞，使用壽命較長。易損件是模具的核心部件，直接接觸高溫工件的凸模、夾持芯桿、凹模和凹模頂桿以及剪切棒料的固定刀板和移動刀板等零件。

齒輪毛坯鍛件需求量很大，傳統(tǒng)的立式壓力機難以滿足批量要求，臥式多工位高速精密熱鍛設備可實現(xiàn)高效生產(chǎn)。某型號齒輪毛坯的變形工序如圖12所示，首先根據(jù)所需體積下料，第1工位進行鐓粗，去除氧化皮，第2工位模內(nèi)預成形進行體積分配，第3工位成形為最終形狀，第4工位沖孔，可同時進行輻板沖孔以實現(xiàn)減重的目標。

圖11 典型模具結(jié)構(gòu)

圖12 齒輪毛坯的變形工序

軸承套圈的變形工序如圖13所示，同樣先下料，第1工位進行模內(nèi)預成形，材料反擠壓向上流動，以便充填軸承外圈邊緣區(qū)域，第2工位終鍛成形，第3工位沖孔，第4工位內(nèi)外圈分套，內(nèi)環(huán)從落料孔落入傳送帶，沖孔凸模將外圈帶回由卸料板擋住脫離落入傳送帶不同槽實現(xiàn)出料。

圖13 軸承套圈的變形工序

AMP50設備可選裝熱正擠壓（HFE）功能模塊用于成形長軸類鍛件，如萬向節(jié)鐘形殼、輪轂和轉(zhuǎn)向軸等。轉(zhuǎn)向軸鍛件變形工序如圖14所示，下料后在第1工位模內(nèi)成形，上端鍛出倒角形狀，下端成形出有利于下一工位的正擠壓變形的形狀，第2工位正擠壓長軸，同時上端聚料并成形定位孔，第3工位終鍛成形，下端進一步成形臺階軸，上端成形方形法蘭，第4工位切邊。

圖14 轉(zhuǎn)向軸的變形工序

結(jié)束語

隨著汽車工業(yè)和其他裝備制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，為關鍵零部件的精密制造技術提供了持續(xù)的技術需求與強大的發(fā)展動力，特別是精密鍛造以其生產(chǎn)效率高、材料利用率高、少無切削加工等諸多優(yōu)勢得到了廣泛的應用。臥式多工位高速精密熱鍛的優(yōu)勢在于直接熱剪切長棒料、一次行程內(nèi)完成不同工位的同時成形、工位間采用機械手自動快速穩(wěn)定傳送工件、近凈成形技術減小了機加工余量，很大程度上提高了鍛件質(zhì)量、材料利用率和生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了精密鍛件的全自動化生產(chǎn)。