锻造行业劳动强度大，工作环境差，人员难招已是普遍现象，如何开展自动化和少人化是我们一直以来研究的课题。我公司现有4000 吨热模锻生产线主要生产重型法兰叉和焊接叉等传动轴锻件，每班人员配置6 名，劳动密集，高温作业下工作环境差，员工劳动强度很大，且生产效率低。因此，我公司积极探索锻造自动化的改造升级，本文将介绍我公司4000 吨热模锻设备工艺流程再造研发应用。
图1 实现热模锻设备上直接切边
实现在热模锻设备上直接切边
传统工艺流程是在热模锻上锻打，然后将成形锻件放入输送机送到冲床边接料口，配置一台冲床和一名操作工进行切边。项目组利用4000 吨设备宽台面，根据锻件最大尺寸，在主机下模架上加工锻件落料口，切边模座安装在锻件落料口上面并与模架主垫板中T形槽用压板压紧，然后下模安装在模座上压紧。在上模架上加工切边上模螺杆沉孔，螺杆通过沉孔与冲模用螺帽拧紧。这样解决了传统工艺流程既增加投资成本，又增加生产场地冲床进行切边的难题，实现了在热模锻设备上直接切边，如图1 所示。
锻件和飞边在主机中输出改造
锻件和飞边处理改造前，是在冲床上切边后，锻件进入落料口，然后手动推入料桶内；由于飞边在切边模上，需人工钳住飞边放入飞边桶内，锻件和飞边完全靠人工处理。对此，项目组按照切边模座高度，设计制作飞边接送斗，只要操作工将飞边放到接送斗上，飞边就自动滑到飞边桶内；在落料口下面设计制作链条输送机，切边后锻件通过落料口进入输送机上自动送到料桶内，如图2 所示。
图2 锻件和飞边在主机中输出改造
对中频炉加热半自动上料改造
在改造前，在中频炉炉膛下面制作一个平台，将装满剪好棒料的桶吊到平台上，员工站在平台上，棒料上料加热是用人工将棒料放到中频炉膛口用气缸推入炉膛内，然后人工再放上一段进行循环操作。项目组在重型棒料无法实现阶梯式自动上料情况下，结合重型棒料加热时间长的实际，设计制造提升式半自动上料机，通过间断性连续人工放料后自动提升用气缸自动推料加热，如图3 所示。
适应多品种小批量顶料装置改造
图3 中频炉加热半自动上料
通常机器人适用于大批量少品种的一个流式生产作业方式，如何使多品种小批量生产作业方式的零部件企业实现机器人自动化操作应用。特别是在锻造环境下不可控因素较多，实现机器人自动化操作难度较大。项目组为了适应多品种小批量锻造机器人自动化操作，按照机器人爪手的宽度在滑道上横向设计抓取缺口，在纵向设计可根据棒料长度人工调节的顶料装置，按不同棒料长度对顶料装置进行人工调节，使机器人抓取的棒料始终在中间位置，如图4 所示。
编制不同锻件生产工艺流程机器人操作程序
根据不同锻件的生产工艺流程，编制机器人抓取棒料自动送到预锻工位，编制了如下的四大类工艺程序：
图4 可调节顶料装置
第一类：镦4(镦粗四工位锻件)。毛坯中频加热后—输送到滑道定位机构—机器人夹取毛坯送到镦坯位—镦坯完成—机器人夹取工件送到粗锻工位—粗锻完成—人工夹取工件至终锻位—终锻完成—人工夹取工件至切边位—切边完成—落料，示意图如图5 所示。
第二类：锻3(三工位锻件)。毛坯中频加热后—输送到滑道定位机构—机器人夹取毛坯送到等待位—压机打击完成—机器人夹取工件送到粗锻工位—粗锻完成—人工夹取工件至终锻位—终锻完成—人工夹取工件至切边位—切边完成—落料，示意图如图6 所示。
第三类:镦3(镦粗三工位锻件)。毛坯中频加热后—输送到滑道定位机构—机器人夹取毛坯送到镦坯位—压机打击完成—机器人夹取工件送到精锻工位—精锻完成—人工夹取工件至切边位—切边完成—落料，示意图如图7 所示。
第四类:锻2(二工位锻件)。毛坯中频加热后—输送到滑道定位机构—机器人夹取毛坯送到压机口等待—人工按钮确认上料—机器人夹取工件送到精锻工位—精锻完成—人工夹取工件至切边位—切边完成—落料，示意图如图8 所示。
根据不同锻件不同生产工艺设计编制不同四类生产工艺的机器人送到预锻工位的程序，在操作柜触摸屏中有程序选择界面，开机后根据提示可进行工艺生产程序选择，操作人员进行程序选择后，启动系统，PLC 自动调用机器人内相应程序进行生产，如图9 所示。
图5 第一类工艺程序
图6 第二类工艺程序
图7 第三类工艺程序
图8 第四类工艺程序
图9 PLC 自动调用机器人内相应程序进行生产
对可拆卸的加力杆研究
重型锻件在人工锻打工序和切边时劳动强度大，特别是15 公斤以上锻件，人工取料困难甚至无法挪动。按照模具高度以及主垫板有T 形槽结构，设计制作加力杆，右边在主垫板T 形槽用螺杆固定，左边在床身焊接定位槽。锻件移动重力在加力杆上，使员工可以轻松进行锻件移动，如图10 所示。
图10 可拆卸加力杆
总结
通过对4000 吨热模锻设备工艺流程再造研发应用，实现减少人员6 名，年创效益60 万元；班产增加400 件/班，班产效率提高67%；取消250 吨冲床，减少投资65 万元。从而减少了投资和生产场地，满足了市场需求。实现在热模锻设备中锻造成形后直接切边，同时使锻造行业机器人自动化适应多品种小批量生产成为现实。
—— 来源：《锻造与冲压》2020年第1期
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