前軸、曲軸自動化鍛造生產(chǎn)線的節(jié)拍分析與提升

文／朱舸，周琳琳，王召寶·中國重汽集團(tuán)公司濟(jì)南鑄鍛中心

前軸、曲軸自動化鍛造生產(chǎn)線建設(shè)周期長、投資巨大，如何保證生產(chǎn)線在合理的節(jié)拍下穩(wěn)定的運(yùn)行是充分發(fā)揮生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率、釋放設(shè)計產(chǎn)能的關(guān)鍵。

生產(chǎn)線概述

前軸與曲軸的鍛造過程主要區(qū)別在于曲軸有扭擰工序，因此該線主要由以下設(shè)備組成：中頻感應(yīng)爐、φ1000mm輥鍛機(jī)、KP12500楔式熱模鍛壓力機(jī)、16MN切邊機(jī)、2MN扭擰機(jī)、20MN校正機(jī)、機(jī)器人(R1～8）、總線系統(tǒng)、懸掛線等。

前軸、曲軸生產(chǎn)過程

⑴曲軸：料段經(jīng)上料→電爐加熱→電爐出料→輥鍛機(jī)→1#機(jī)器人→1#周轉(zhuǎn)臺→2#機(jī)器人→KP12500熱模鍛壓力機(jī)（預(yù)鍛、終鍛）→噴淋機(jī)器人→4#機(jī)器人→2#周轉(zhuǎn)臺→5#機(jī)器人→3#周轉(zhuǎn)臺→6#機(jī)器人→切邊機(jī)→4#周轉(zhuǎn)臺→7#機(jī)器人→扭擰機(jī)→5#周轉(zhuǎn)臺→8#機(jī)器人→懸掛線，最終成為曲軸鍛件。

⑵前軸：料段經(jīng)上料→電爐加熱→電爐出料→輥鍛機(jī)→1#機(jī)器人→1#周轉(zhuǎn)臺→2#機(jī)器人→KP12500熱模鍛壓力機(jī)(卡彎、預(yù)鍛、終鍛）→噴淋機(jī)器人→4#機(jī)器人→2#周轉(zhuǎn)臺→5#機(jī)器人→3#周轉(zhuǎn)臺→6#機(jī)器人→切邊機(jī)→4#周轉(zhuǎn)臺→7#機(jī)器人→5#周轉(zhuǎn)臺→8#機(jī)器人→懸掛線，最終成為前軸鍛件。（扭擰機(jī)不參與前軸生產(chǎn)過程，7#機(jī)器人承擔(dān)坯料傳遞工作）

生產(chǎn)線節(jié)拍統(tǒng)計與分析

鍛造生產(chǎn)線調(diào)試投產(chǎn)后，對該線按照區(qū)域進(jìn)行了實際節(jié)拍的統(tǒng)計，結(jié)果見表1。

通過表1可以看出，生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍不低于76秒。同時切邊區(qū)域和校正區(qū)域是耗時最多的環(huán)節(jié)，因此提升生產(chǎn)線節(jié)拍的關(guān)鍵是縮短這兩個區(qū)域的時間。

以切邊區(qū)域為例，動作順序如下，切邊動作順序如圖1所示。

⑴R6原位（home），等待指令。

⑵R6得到取件指令，3#周轉(zhuǎn)臺取件。

⑶R6取件后返回原位，等待指令。

⑷R6得到進(jìn)切邊機(jī)指令、將鍛件放入切邊模。

⑸R6返回原位、發(fā)出允許切邊指令。

⑹切邊機(jī)切邊、滑塊返回上死點(diǎn)，發(fā)出R6取件指令。

表1 不同區(qū)域?qū)嶋H生產(chǎn)節(jié)拍統(tǒng)計表

圖1 切邊區(qū)域工作順序圖

⑺R6進(jìn)入切邊機(jī)取件。

⑻R6原位，等待允許放件到4#周轉(zhuǎn)臺指令。

⑼R6放件至4#周轉(zhuǎn)臺。

⑽R6返回原位，發(fā)出R7取件指令，等待。

切邊區(qū)域的時間消耗主要在于R6機(jī)器人行程過多，其次為所有機(jī)器人運(yùn)行速度設(shè)定為50%～75%。圖2為R6機(jī)器人速度設(shè)置。

生產(chǎn)線節(jié)拍優(yōu)化

優(yōu)化過程，減少等待時間

同樣以切邊區(qū)域為例，通過設(shè)置以下3個R6機(jī)器人“等待位”，可有效縮短鍛件傳遞時間。

圖2 R6機(jī)器人速度設(shè)置

⑴3#周轉(zhuǎn)臺等待位。

空間定義：R6機(jī)器人夾鉗接近3#周轉(zhuǎn)臺，且確保不與R5放置工件干涉。

指令意義：允許R5放置工件于3#周轉(zhuǎn)臺，等待R5指令允許R6抓取3#周轉(zhuǎn)臺的工件。

⑵4#周轉(zhuǎn)臺等待位。

空間定義：R6機(jī)器人夾鉗接近4#周轉(zhuǎn)臺，且確保不與R7抓取工件干涉。

指令意義：允許R7抓取4#周轉(zhuǎn)臺工件，等待R7指令允許R6放置工件于4#周轉(zhuǎn)臺。

⑶切邊機(jī)前等待位。

空間定義：R6機(jī)器人夾鉗接近切邊機(jī)，且確保不與切邊機(jī)滑塊上升、下降動作干涉。

指令意義：允許切邊機(jī)滑塊下行、壓制，等待切邊機(jī)允許R6放件/取件指令。

因此，切邊區(qū)域的工作流程優(yōu)化為：

⑴3#周轉(zhuǎn)臺前等待位，等待R5發(fā)出取件指令；

⑵得到取件指令，R6取件；

⑶R6取件返回到達(dá)3#周轉(zhuǎn)臺前等待位，發(fā)出允許R5放件到3#周轉(zhuǎn)臺指令；

⑷R6切邊機(jī)前等待位，等待允許進(jìn)入切邊機(jī)指令；

⑸R6得到進(jìn)切邊機(jī)指令；

⑹R6將鍛件放入切邊模；

⑺R6返回切邊機(jī)前等待位，發(fā)出切邊機(jī)切邊指令；

⑻切邊機(jī)切邊；

⑼切邊機(jī)滑塊返回上死點(diǎn)，發(fā)出R6取件指令；

⑽R6取件；

⑾R6到達(dá)4#周轉(zhuǎn)臺前等待位，等待R7允許放件指令；

⑿得到R7放件指令，R6放件；

⒀R6放件后返回4#周轉(zhuǎn)臺前等待位，發(fā)出R7取件指令；

⒁R6返回3#周轉(zhuǎn)臺前等待位，等待R5取件指令。

表2為切邊區(qū)域R6機(jī)器人優(yōu)化前后的動作及路徑行程對比，通過表2可以看出，切邊區(qū)域R6機(jī)器人在運(yùn)行速度不變的情況下，通過優(yōu)化路徑，減少了5076mm的行程，有效的縮短了鍛件傳遞時間，優(yōu)化后的切邊區(qū)域工作順序如圖3所示。

機(jī)器人運(yùn)行速度的提升

由專業(yè)工程師對所有機(jī)器人進(jìn)行負(fù)載測試后，對機(jī)器人的路徑軌跡進(jìn)行插補(bǔ)及逼近參數(shù)的調(diào)整，使軌跡能平穩(wěn)圓滑的再現(xiàn)，實現(xiàn)100%速度（機(jī)器人速度分編程速度與運(yùn)行速度，均需提高）的自動運(yùn)行，如圖4所示。

生產(chǎn)線節(jié)拍調(diào)試過程

模具的冷卻、潤滑

每次鍛打之后，鍛模需要吹掃氧化皮、降溫、潤滑。其他如切邊模、扭擰模、校正模均存在吹掃氧化皮和降溫需求。提高生產(chǎn)線節(jié)拍后，我們對鍛模、切邊模等模具進(jìn)行了溫度監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)模具的溫度持續(xù)上升。圖5是連續(xù)鍛打100件曲軸的終鍛模具溫度曲線。

表2 切邊區(qū)域R6機(jī)器人優(yōu)化前后的動作及路徑行程對比

圖3 優(yōu)化后的切邊區(qū)域工作順序圖

圖4 機(jī)器人全部提升為100%速度

⑴為控制模具溫度，調(diào)整冷卻、潤滑配方（表3），通過修改噴淋配方，增加噴水冷卻量，達(dá)到給模具降溫的目的。噴淋機(jī)器人進(jìn)入模具執(zhí)行吹掃+噴水冷卻，返程執(zhí)行石墨潤滑+吹掃。圖6為吹掃、冷卻和潤滑參數(shù)的設(shè)置界面。

由于鍛造生產(chǎn)線使用的鍛造脫模劑是按比例稀釋的石墨乳，在350℃情況下，能形成一層堅固薄膜粘附在金屬模具表面，這層薄膜具有優(yōu)異的潤滑性，耐高溫性。所以應(yīng)保持模具溫度在350℃區(qū)間，同時避免鍛模下模模腔內(nèi)積液（若出現(xiàn)鍛模下腔積液，會直接造成積液部位不滿模的缺陷甚至導(dǎo)致鍛件報廢）。如圖7所示，良好的噴淋之后模腔形成堅韌的石墨薄膜且無積液，達(dá)到方便脫模、滿模良好的目標(biāo)。

圖5 終鍛模具測溫孔處溫度值

表3 配方對比表

圖6 吹掃、冷卻和潤滑參數(shù)設(shè)置界面

⑵其他輔機(jī)的模具吹掃和冷卻。

表4 節(jié)拍提升后輔機(jī)區(qū)域的時間統(tǒng)計表

圖7 良好的噴淋之后，模腔的表面

圖8 生產(chǎn)線節(jié)拍提升后的生產(chǎn)情況

切邊模由于采取抱切，鍛件在下模放置時間較長，模具溫升顯著。校正模存在保壓時間長，模具溫度升高。采取吹掃方式，清除氧化皮、給模具降溫。

表4為節(jié)拍提升后輔機(jī)區(qū)域的時間統(tǒng)計表，可以得出，生產(chǎn)線輔機(jī)的節(jié)拍可以提升至60秒以內(nèi)。

鍛造主機(jī)區(qū)域的節(jié)拍提升

與輔機(jī)區(qū)域相同之處為優(yōu)化機(jī)器人路徑、提升機(jī)器人速度。不同之處在于相對復(fù)雜的鍛模冷卻和潤滑。前軸、曲軸的鍛模溫度應(yīng)保持在350℃，溫度過低會影響鍛件長度尺寸變大、不易滿模。溫度過高會造成鍛件長度尺寸變小、降低模具壽命。

最終經(jīng)過長達(dá)2個月的調(diào)試，前軸、曲軸自動化鍛造生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍穩(wěn)定于60秒。圖8為節(jié)拍提升后的生產(chǎn)情況。

結(jié)束語

⑴自動化鍛造生產(chǎn)線節(jié)拍的提升依靠等待時間的減少及鍛件工序間傳遞速度的提升。

⑵機(jī)器人路徑的優(yōu)化是提升生產(chǎn)線節(jié)拍的有效途徑。

⑶鍛造生產(chǎn)節(jié)拍的提升與模具的冷卻潤滑效果有直接關(guān)系。