棒料剪断机自动化改造

安江华

（成都电力金具总厂，四川成都 610100）

在模锻件、辊锻件、辗压件和冷、温状态挤压件等生产批量比较大的制造部门中，棒料是生产中的主要原材料，棒料剪断机就是为这些锻压工艺准备坯料的主要设备.棒料剪断机是一种高生产效率的剪切下料设备，一般可剪切棒料的直径为φ20mm～φ200mm，对于大直径的棒料，每分钟可剪切几件、十几件，小直径的棒料每分钟可剪切五六十件.以φ80mm棒料为例，锯切与剪切的单件工时比率约为1：20，剪切比锯切的材料利用率可提高15%～20%.用于碳素钢或低合金钢在冷状态或热状态下剪切，都比较容易实现机械化与自动化.所以从生产效率和材料的利用率等方面来比较，棒料剪切工艺较其他切断工艺具有明显的经济效果.

现有一台老式棒料剪断机（设备实物见下页图1），该机购买于2002年初，购买价格24万元，最大剪切直径为80mm，该棒料剪断机是一家制造企业的主要下料设备，主要为该厂的锻压车间供应φ32mm～φ80mm坯料.因此，棒料剪断机在该厂的生产环节中起着重要的作用.该机型在购买之初未带有自动循环生产功能，且已经使用了8年，主要存在以下问题.

1）辊道传送不能正常工作，且随着棒料长度的增加，已经不能实现进料.

2）上料不方便，由于无辅助设施，上料时需要频繁占用龙门吊，影响其他工序作业，降低了龙门吊的使用效益.

3）由于无自动循环作业功能，需工人频繁操作按钮，占用人力.

4）剪切后无传输带辅助，需人工捡料，占用人力且劳动强度大.

针对上述问题，以“减员增效、精益化管理”为方向，通过加装电子传感器和传输带等辅助工具，实现将老型设备实现机械化和自动化的改造，以降低劳动成本并提高设备的工作效率.其中本人参与了这个项目，通过了解和分析棒料剪断机的工作原理及当下所面临的问题，针对具体问题进行逐项改进.

1 棒料剪断机工作原理

该棒料剪断机属于机械传动式，其机构主要包括机身、三级传动系统、平衡器、压料器、挡料器、托料器和给料系统.其工作原理如下页图2所示.

图2中被剪棒料1由辊道2的辊子带动，通过上刀片5和下刀片10的刃口，送入棒料剪断机，直到碰到挡料器6后棒料停止运动，按动按钮，滑块4下行、同时压料器3也下行，将棒料向下前方压紧.固定在滑块上的上刀片随滑块下行，到一定位置和托料器7一起将棒料抱紧.上刀片继续下行，直到将棒料剪断为止.滑块到达下死点后返程，托料器返回原来位置，等待下一个剪切命令.此为一次剪切过程.

图1 棒料剪断机实物图

图2 棒料剪断机原理图

2 棒料剪断机使用现状及情况分析

通过现场观察和与操作工人交流后，发现设备主要存在以下问题.

2.1 辊道进给失效

辊道的作用是通过摩擦力为棒料的进给提供动力.由于设备的长期使用磨损，当棒料靠近棒料剪断机前段时，辊道已不能提供足够的动力推动棒料，加上现在加工的材料比较长，棒料重心靠近辊道后端，造成棒料不能持续进给，需要人工干预，间接地增加工作人员劳动量，降低了工作效率.

2.2 上料困难

购买时，原设备未设计自动上料装置，致使现在每次上料都需两人抬或利用龙门吊吊装.这样就占用劳动力，增加人力成本和劳动强度；频繁占用龙门吊，影响其他工序，使车间龙门吊的效益降低.

2.3 自动循环功能缺失

由于原设备未带有此项功能，而设备长期失修，机床已不能自动循环作业，每次剪切都需要工人按动一次按钮，操作频繁，占用人力，有违企业“减员增效、走精益化管理”的目标.

2.4 落料无法入框

剪切后的棒料通过简易的斜板滑落至地面，然后人工数数后码放至料框中，工人劳动强度大，人工计数容易出现问题.

3 棒料剪断机的改进措施

从设备存在的以上问题可以看出，现在的设备状况造成了工人劳动强度加大和辅助时间增加，降低了棒料剪断机整体的剪切效率.针对以上问题，通过与技术人员、操作人员的沟通交流，确定了低成本的棒料剪断机自动化改进方案.

1）加装备料架

通过加装备料架和气缸辅助机构，降低工人劳动强度和对龙门吊的依赖程度，实现减少辅助时间的目的.首先制作了有一定斜度的备料架，然后再备料架上加装了气缸顶起装置，实现将备料架上的棒料推至辊道上.如图3、图4.

图3 备料架三维效果图

图4 推料装置平面效果图

2）实现自动进料

针对长棒料和辊轮的磨损问题，一是加长辊道，使棒料靠重力作用于辊道上，增加摩擦力即增加推动力；二是在靠近剪切口位置增加3个滚轮，避免当棒料过短时辊道无法继续输送的问题.

3）实现自动剪切

对原设备的挡料器进行了修改，在挡料器上加装光电感应开关，当棒料触碰到感应开关时，信号回馈给控制系统，实现“棒料进给→触碰光电感应开关→信号回馈→棒料剪切”的加工循环，这样工人无需频繁按动开关，降低工作间隔时间，提升效率.

4）加装落料输送带

针对原来棒料经剪切后，需要人工捡取再放至料框的情况，设计了一条可调速传输带，根据棒料大小、长度等调节变频器来控制传输带的电机，通过传输带将剪切后的棒料自动收集入框.首先在托料器前下方加装了与床身成30°的下行梭板，使剪断后的棒料能够顺着梭板滑行到设计的输送带上，然后通过输送带将棒料带至料框，实现棒料入框的自动化.传输带的设计数据见图5.

图5 传输带

5）自动计数功能

通过分析，为准确反映下料件数，决定从棒料剪断机剪切的电路中采集剪切电信号，转化为数据信号，然后由简单数显装置完成计数显示.棒料剪断机每剪切一次都会发出一次电信号驱动设备工作，通过采集剪切指令能够比较准确的反映剪切次数即下料件数.

4 总 结

通过和其他技术人员的集体努力，确立了具体的实施方案，实现了上述措施中的全部功能.实施改造方案后的棒料剪断机工作现场见图6.

图6 棒料剪断机改造后的工作现场

此方案中，主要的花费项目为：料架（主要为角钢）、辊轮、输送带、光电感应开关、控制线路和数显仪器；总金额为29 800元.

通过上述改进措施，在有效控制成本的前提下，实现了棒料剪断机的自动化改造，达到了预期效果.

[1]中国机械工程学会锻压学会.锻压手册（第3卷）[M].北京：机械工业出版社，1993.