鍛造行業勞動強度大，工作環境差，人員難招已是普遍現象，如何開展自動化和少人化是我們一直以來研究的課題。我公司現有4000 噸熱模鍛生產線主要生產重型法蘭叉和焊接叉等傳動軸鍛件，每班人員配置6 名，勞動密集，高溫作業下工作環境差，員工勞動強度很大，且生產效率低。因此，我公司積極探索鍛造自動化的改造升級，本文將介紹我公司4000 噸熱模鍛設備工藝流程再造研發應用。
圖1 實現熱模鍛設備上直接切邊
實現在熱模鍛設備上直接切邊
傳統工藝流程是在熱模鍛上鍛打，然後將成形鍛件放入輸送機送到衝床邊接料口，配置一臺衝床和一名操作工進行切邊。項目組利用4000 噸設備寬檯面，根據鍛件最大尺寸，在主機下模架上加工鍛件落料口，切邊模座安裝在鍛件落料口上面並與模架主墊板中T形槽用壓板壓緊，然後下模安裝在模座上壓緊。在上模架上加工切邊上模螺桿沉孔，螺桿通過沉孔與沖模用螺帽擰緊。這樣解決了傳統工藝流程既增加投資成本，又增加生產場地衝床進行切邊的難題，實現了在熱模鍛設備上直接切邊，如圖1 所示。
鍛件和飛邊在主機中輸出改造
鍛件和飛邊處理改造前，是在衝床上切邊後，鍛件進入落料口，然後手動推入料桶內；由於飛邊在切邊模上，需人工鉗住飛邊放入飛邊桶內，鍛件和飛邊完全靠人工處理。對此，項目組按照切邊模座高度，設計製作飛邊接送鬥，只要操作工將飛邊放到接送鬥上，飛邊就自動滑到飛邊桶內；在落料口下面設計製作鏈條輸送機，切邊後鍛件通過落料口進入輸送機上自動送到料桶內，如圖2 所示。
圖2 鍛件和飛邊在主機中輸出改造
對中頻爐加熱半自動上料改造
在改造前，在中頻爐爐膛下面製作一個平臺，將裝滿剪好棒料的桶吊到平臺上，員工站在平臺上，棒料上料加熱是用人工將棒料放到中頻爐膛口用氣缸推入爐膛內，然後人工再放上一段進行循環操作。項目組在重型棒料無法實現階梯式自動上料情況下，結合重型棒料加熱時間長的實際，設計製造提升式半自動上料機，通過間斷性連續人工放料後自動提升用氣缸自動推料加熱，如圖3 所示。
適應多品種小批量頂料裝置改造
圖3 中頻爐加熱半自動上料
通常機器人適用於大批量少品種的一個流式生產作業方式，如何使多品種小批量生產作業方式的零部件企業實現機器人自動化操作應用。特別是在鍛造環境下不可控因素較多，實現機器人自動化操作難度較大。項目組為了適應多品種小批量鍛造機器人自動化操作，按照機器人爪手的寬度在滑道上橫向設計抓取缺口，在縱向設計可根據棒料長度人工調節的頂料裝置，按不同棒料長度對頂料裝置進行人工調節，使機器人抓取的棒料始終在中間位置，如圖4 所示。
編制不同鍛件生產工藝流程機器人操作程序
根據不同鍛件的生產工藝流程，編制機器人抓取棒料自動送到預鍛工位，編制瞭如下的四大類工藝程序：
圖4 可調節頂料裝置
第一類：鐓4(鐓粗四工位鍛件)。毛坯中頻加熱後—輸送到滑道定位機構—機器人夾取毛坯送到鐓坯位—鐓坯完成—機器人夾取工件送到粗鍛工位—粗鍛完成—人工夾取工件至終鍛位—終鍛完成—人工夾取工件至切邊位—切邊完成—落料，示意圖如圖5 所示。
第二類：鍛3(三工位鍛件)。毛坯中頻加熱後—輸送到滑道定位機構—機器人夾取毛坯送到等待位—壓機打擊完成—機器人夾取工件送到粗鍛工位—粗鍛完成—人工夾取工件至終鍛位—終鍛完成—人工夾取工件至切邊位—切邊完成—落料，示意圖如圖6 所示。
第三類:鐓3(鐓粗三工位鍛件)。毛坯中頻加熱後—輸送到滑道定位機構—機器人夾取毛坯送到鐓坯位—壓機打擊完成—機器人夾取工件送到精鍛工位—精鍛完成—人工夾取工件至切邊位—切邊完成—落料，示意圖如圖7 所示。
第四類:鍛2(二工位鍛件)。毛坯中頻加熱後—輸送到滑道定位機構—機器人夾取毛坯送到壓機口等待—人工按鈕確認上料—機器人夾取工件送到精鍛工位—精鍛完成—人工夾取工件至切邊位—切邊完成—落料，示意圖如圖8 所示。
根據不同鍛件不同生產工藝設計編制不同四類生產工藝的機器人送到預鍛工位的程序，在操作櫃觸摸屏中有程序選擇界面，開機後根據提示可進行工藝生產程序選擇，操作人員進行程序選擇後，啟動系統，PLC 自動調用機器人內相應程序進行生產，如圖9 所示。
圖5 第一類工藝程序
圖6 第二類工藝程序
圖7 第三類工藝程序
圖8 第四類工藝程序
圖9 PLC 自動調用機器人內相應程序進行生產
對可拆卸的加力杆研究
重型鍛件在人工鍛打工序和切邊時勞動強度大，特別是15 公斤以上鍛件，人工取料困難甚至無法挪動。按照模具高度以及主墊板有T 形槽結構，設計製作加力杆，右邊在主墊板T 形槽用螺桿固定，左邊在床身焊接定位槽。鍛件移動重力在加力杆上，使員工可以輕鬆進行鍛件移動，如圖10 所示。
圖10 可拆卸加力杆
總結
通過對4000 噸熱模鍛設備工藝流程再造研發應用，實現減少人員6 名，年創效益60 萬元；班產增加400 件/班，班產效率提高67%；取消250 噸衝床，減少投資65 萬元。從而減少了投資和生產場地，滿足了市場需求。實現在熱模鍛設備中鍛造成形後直接切邊，同時使鍛造行業機器人自動化適應多品種小批量生產成為現實。
—— 來源：《鍛造與衝壓》2020年第1期