連桿精密鍛造自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)

宋新偉

（連云港杰瑞自動(dòng)化有限公司，江蘇 連云港 222000）

工業(yè)機(jī)器人具有工作效率高、穩(wěn)定可靠、重復(fù)精度好、能在高危環(huán)境下作業(yè)等優(yōu)勢(shì)，在傳統(tǒng)制造業(yè)、特別是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用[1]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人作為裝備制造業(yè)中最具通用性的一類(lèi)重要功能部件，已廣泛用于汽車(chē)工業(yè)、航空制造、電子電器和現(xiàn)代物流等規(guī)模化生產(chǎn)中[2]。連桿作為發(fā)動(dòng)機(jī)中最重要的零部件之一，通常采用鍛造毛坯，通過(guò)機(jī)械加工而成[3]，生產(chǎn)環(huán)境極其惡劣，對(duì)人體傷害極大，迫切需要進(jìn)行機(jī)器人換人等自動(dòng)化改造。王強(qiáng)、袁文生等人在精密鍛造技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了連桿精密鍛造自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)[4]，與原有的鍛造線(xiàn)相比，此生產(chǎn)線(xiàn)改善了鍛造工藝，節(jié)省了人力，提升了自動(dòng)化程度，提高了連桿鍛造的精度和生產(chǎn)效率。但是此生產(chǎn)線(xiàn)只實(shí)現(xiàn)了從振動(dòng)上料、感應(yīng)加熱、料溫分選到楔橫軋機(jī)制坯的自動(dòng)化，其后期的預(yù)鍛、精鍛、切邊、沖孔、校正、下料等工序仍需人工操作，且只能生產(chǎn)鍛件最大重量為0.5kg的摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿。本文設(shè)計(jì)了一條全自動(dòng)化無(wú)人生產(chǎn)線(xiàn)，可以生產(chǎn)最大重量為5kg的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿。

1 連桿鍛造工藝

作為一種長(zhǎng)軸類(lèi)精密鍛件，連桿在形狀、尺寸及重量公差、內(nèi)部組織等方面均有嚴(yán)格的要求，一直被視為較難鍛造的零件。隨著汽車(chē)、摩托車(chē)工業(yè)的不斷發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)性能日益提高，對(duì)連桿內(nèi)在質(zhì)量、尺寸及形狀精度等的要求也越來(lái)越高。其生產(chǎn)工藝經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展完善，現(xiàn)已形成較成熟的精密鍛造技術(shù)[5]，目前先進(jìn)的連桿鍛造工藝如圖1所示，本文根據(jù)此鍛造工藝設(shè)計(jì)一條自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)。

圖1 連桿精密鍛造工藝流程圖

2 自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)

本文所設(shè)計(jì)的自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)如圖2所示，共有17臺(tái)設(shè)備組成，各設(shè)備依次動(dòng)作，彼此之間通過(guò)PLC通訊，整條生產(chǎn)線(xiàn)無(wú)需人工干預(yù)，可以生產(chǎn)最大重量為5kg的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿，生產(chǎn)效率最高可達(dá)9s/件。

圖2 連桿鍛造自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)

2.1 工作流程

圖3 連桿鍛造自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)工作流程圖

圖3為連桿鍛造自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)工作流程圖，從圖中可以看出各設(shè)備的工作內(nèi)容及先后順序：振動(dòng)排序上料機(jī)負(fù)責(zé)上料，水平振動(dòng)給料機(jī)將棒料送到中頻爐內(nèi)，中頻感應(yīng)加熱爐負(fù)責(zé)加熱棒料，紅外測(cè)溫儀檢測(cè)加熱后工件的溫度，料溫分選執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)檢測(cè)結(jié)果將棒料送到指定位置，自動(dòng)輥鍛機(jī)對(duì)溫度合格的工件進(jìn)行輥鍛，1號(hào)機(jī)器人將抓取輥鍛后的工件，送到1號(hào)壓力機(jī)上，拍扁完成后，再抓取工件送到MP熱模鍛壓機(jī)的預(yù)鍛工位。預(yù)鍛完成后，2號(hào)機(jī)器人抓取預(yù)鍛工位處工件，對(duì)預(yù)鍛和精鍛工位噴脫模劑，然后將工件放到精鍛工位，精鍛完成后，3號(hào)機(jī)器人抓取精鍛工位處工件送到2號(hào)壓力機(jī)上，2號(hào)壓力機(jī)負(fù)責(zé)切邊沖孔，切邊沖孔后，4號(hào)機(jī)器人抓取工件送到3號(hào)壓力機(jī)上進(jìn)行校正，校正完成后，成品推送機(jī)構(gòu)將工件推送到下料滑道內(nèi)，工件沿下料滑道滑至下料輸送機(jī)上。

值得注意的是，MP熱模鍛壓機(jī)上有兩個(gè)工位（預(yù)鍛和精鍛），為節(jié)省成本，提高效率，正常生產(chǎn)時(shí)需要同時(shí)進(jìn)行預(yù)鍛和精鍛，即上一次鍛壓完成后，3號(hào)機(jī)器人將精鍛工位上的工件抓走，2號(hào)機(jī)器人將預(yù)鍛工位上的工件移動(dòng)到精鍛工位上，并且 1號(hào)機(jī)器人將拍扁的工件放到預(yù)鍛工位上后，熱模鍛壓機(jī)才開(kāi)始鍛壓生產(chǎn)。

2.2 主要設(shè)備簡(jiǎn)介

從圖3中可以看出，連桿鍛造自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)上的設(shè)備主要分為4部分：自動(dòng)上料系統(tǒng)，感應(yīng)加熱及分選系統(tǒng)，鍛造設(shè)備和自動(dòng)化設(shè)備。

2.2.1 自動(dòng)上料系統(tǒng)

自動(dòng)上料系統(tǒng)由振動(dòng)排序上料機(jī)和水平振動(dòng)給料機(jī)組成，其主要功能和動(dòng)作如下：

（1）人工將毛坯緩慢倒入振動(dòng)排序上料機(jī)的料斗內(nèi)，在振動(dòng)電機(jī)的作用下，毛坯沿上料機(jī)料斗內(nèi)壁的螺旋料道向上爬升，并在上升過(guò)程中自動(dòng)進(jìn)行排序。

（2）上料機(jī)的出口通過(guò)水平振動(dòng)給料機(jī)與中頻感應(yīng)加熱爐送料裝置的入口銜接，將毛坯按照事先設(shè)定的節(jié)拍，順序送入感應(yīng)加熱線(xiàn)圈，從而可實(shí)現(xiàn)中頻爐上料過(guò)程的自動(dòng)化。

當(dāng)上料機(jī)料斗內(nèi)的坯料小于設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出缺料報(bào)警信號(hào)，通知巡視工人進(jìn)行下一次加料。

2.2.2 感應(yīng)加熱及分選系統(tǒng)

感應(yīng)加熱及分選系統(tǒng)主要由中頻感應(yīng)加熱爐、紅外測(cè)溫儀、分選執(zhí)行機(jī)構(gòu)和廢料筐組成。

中頻感應(yīng)加熱爐的額定功率為460kW，實(shí)際加熱功率根據(jù)毛坯重量和生產(chǎn)節(jié)拍確定。為了適應(yīng)不同直徑毛坯的加熱要求，感應(yīng)加熱線(xiàn)圈部件采用了快換接頭，可實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格線(xiàn)圈之間的快速更換。加熱線(xiàn)圈入口處安裝有滾壓輪推料機(jī)構(gòu)[6]，與水平振動(dòng)給料機(jī)的出口銜接，出口處安裝有紅外測(cè)溫儀和料溫分選執(zhí)行機(jī)構(gòu)，分選執(zhí)行機(jī)構(gòu)下方有三條可切換的通道，分別是正常料道、過(guò)燒料道和欠溫料道。

根據(jù)連桿型號(hào)的不同，設(shè)定相應(yīng)的始鍛溫度范圍，并將溫度上、下臨界值輸入到控制系統(tǒng)內(nèi)。若紅外測(cè)溫儀測(cè)出的料溫高于上臨界值，則毛坯過(guò)燒，執(zhí)行機(jī)構(gòu)啟動(dòng)過(guò)燒料道使毛坯進(jìn)入廢料筐。若料溫低于下臨界值，則毛坯欠溫，執(zhí)行機(jī)構(gòu)切換到欠溫通道，使毛坯進(jìn)入回收箱?；厥障鋬?nèi)的毛坯可再次加熱使用。只有料溫在設(shè)定范圍內(nèi)的毛坯，才能通過(guò)正常通道輸送到輥鍛工位。整個(gè)料溫分選過(guò)程是自動(dòng)完成的，嚴(yán)格的料溫控制措施為確保連桿鍛造質(zhì)量提供了可靠的保障。

2.2.3 鍛造設(shè)備

鍛造設(shè)備包括1臺(tái)輥鍛機(jī)，3臺(tái)高性能壓力機(jī)和1臺(tái)熱模鍛壓機(jī)，負(fù)責(zé)連桿的鍛造成形。

輥鍛機(jī)設(shè)有中心距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)間隙補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)摩擦離合器和制動(dòng)器、自動(dòng)干油潤(rùn)滑等機(jī)構(gòu)。其機(jī)械手夾鉗橫移采用伺服電機(jī)和滾珠絲桿結(jié)構(gòu)；夾鉗旋轉(zhuǎn)采用旋轉(zhuǎn)油缸而不用直桿缸；備有一套控制油溫和過(guò)濾的系統(tǒng)。采用連續(xù)回轉(zhuǎn)成形工藝對(duì)圓棒料進(jìn)行粗鍛。具有鍛造精度高，節(jié)能、節(jié)材、生產(chǎn)率高、模具壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，并可實(shí)現(xiàn)軋制過(guò)程的自動(dòng)化，是替代空氣錘制坯的換代工藝和設(shè)備[7]。

輥鍛機(jī)之后是1號(hào)高性能壓力機(jī)，負(fù)責(zé)對(duì)輥鍛件進(jìn)行拍扁。

MP熱模鍛壓機(jī)設(shè)有預(yù)鍛和精鍛兩個(gè)工位，具有精度高，剛度大，抗偏載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，打擊過(guò)程可實(shí)現(xiàn) PLC控制，能夠精確控制打擊能量、打擊次數(shù)、兩次打擊之間的時(shí)間間歇等參數(shù)，操作安全可靠，鍛件質(zhì)量基本不受工人操作水平的影響，從而為實(shí)現(xiàn)連桿精密鍛造提供了可靠的設(shè)備保障。該設(shè)備還具備參數(shù)存儲(chǔ)、故障報(bào)警及自動(dòng)診斷等功能。熱模鍛壓機(jī)之后是2號(hào)高性能壓力機(jī)，其上安裝有復(fù)合模具，負(fù)責(zé)切邊和沖孔。2號(hào)壓力機(jī)后是3號(hào)壓力機(jī)，負(fù)責(zé)對(duì)切邊沖孔的工件進(jìn)行校正。

2.2.4 自動(dòng)化設(shè)備

自動(dòng)化設(shè)備包括3臺(tái)FANUC M-710iC/50鑄造版機(jī)器人（1、3、4 號(hào)）、1 臺(tái) FANUC R-2000iC/165F（2號(hào)機(jī)器人）鑄造版機(jī)器人和1臺(tái)成品推送機(jī)構(gòu)。代替人工完成工件從一臺(tái)設(shè)備流轉(zhuǎn)到下一臺(tái)設(shè)備的工作。

1號(hào)機(jī)器人負(fù)責(zé)從輥鍛機(jī)抓取輥鍛后的工件放到1號(hào)壓力機(jī)上，等待1號(hào)壓力機(jī)對(duì)工件進(jìn)行拍扁，拍扁完成后，1號(hào)機(jī)器人再將工件抓起，送到熱模鍛壓機(jī)預(yù)鍛工位上。2號(hào)機(jī)器人負(fù)責(zé)在鍛造完成后將熱模鍛壓機(jī)預(yù)鍛工位上的工件抓起，對(duì)預(yù)鍛和精鍛工位噴脫模劑，然后再將工件放到精鍛工位上。3號(hào)機(jī)器人負(fù)責(zé)抓取熱模鍛壓機(jī)精鍛模具的工件放到切邊沖孔壓力機(jī)上。4號(hào)機(jī)器人負(fù)責(zé)從切邊沖孔壓力機(jī)上抓取工件，放到校正壓力機(jī)上。成品推送機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)將校正后的工件推到下料滑道內(nèi)，使工件沿滑道移動(dòng)至下料筐內(nèi)。

3 結(jié)語(yǔ)

以連桿精密鍛造工藝為基礎(chǔ)，研制成功了自動(dòng)化精密鍛造生產(chǎn)線(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)從振動(dòng)上料、感應(yīng)加熱、料溫分選、拍扁、預(yù)鍛、精鍛、切邊沖孔、校正到下料的自動(dòng)化，可用來(lái)生產(chǎn)汽車(chē)連桿等長(zhǎng)軸類(lèi)精密鍛件。具有節(jié)能、節(jié)材、效率高、產(chǎn)品精度高、質(zhì)量好、自動(dòng)化程度高、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，是替代傳統(tǒng)連桿鍛造生產(chǎn)設(shè)備的換代產(chǎn)品。該類(lèi)型生產(chǎn)線(xiàn)已有一條投入使用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]計(jì)時(shí)鳴，黃希歡.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用綜述[J].機(jī)電工程，2015，32（1）：1-13.

[2]羅振軍，馬 躍，梅江平，等.工業(yè)機(jī)器人數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)研究進(jìn)展[J].航空制造技術(shù)，2015，16（8）：34-37.

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[4]王 強(qiáng)，袁文生，呂富強(qiáng).連桿自動(dòng)化精密鍛造生產(chǎn)線(xiàn)[J].重型機(jī)械，2002，2（6）19-21.

[5]羅晴嵐.連桿鍛造工藝技術(shù)的進(jìn)步 [J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2000，35（4）：1-3.

[6]呂富強(qiáng).滾壓輪推料機(jī)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，1998，33（2）：26-27.

[7]袁文生.楔橫軋工藝在摩托車(chē)鍛造行業(yè)中的應(yīng)用[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，1995，30（3）：24-25.