全自动热模锻压力机生产线应用情况分析

文／张新东，张开举·山推工程机械股份有限公司履带底盘事业部

全自动热模锻压力机生产线应用情况分析

文／张新东，张开举·山推工程机械股份有限公司履带底盘事业部

锻造企业实施自动化生产的必要性

⑴锻造是一个劳动强度大、工作环境恶劣的行业，传统的锻造行业在工作环境方面存在着温度高、噪声和粉尘污染严重、劳动强度大等缺点，这些都严重影响着劳动者的身心健康和锻造行业的发展。与其他工种相比，工人大多不愿从事此项工种。实施自动化生产可以极大地降低工人的劳动强度，改善工作环境，从而可以吸引更多的工人从事此项工种。

⑵在大批量生产条件下，自动化生产可提高生产效率，稳定产品质量，达到人工无法完成的生产节拍，减少人为因素对产品质量的影响。

⑶锻造是高耗能的行业，对电能的需求非常大，白天、晚上的峰谷电价相差4～5倍，为节约生产成本，很多企业选择在晚上进行生产，而新进厂的90后年轻工人大都拒绝晚上工作，实施自动化生产可以很好地解决这一问题。

⑷实施自动化生产有利于改善工厂的车间环境，提升企业的现代化生产水平和竞争层次。

山推工程机械股份有限公司履带底盘事业部是生产各类工程机械履带底盘产品的专业化企业，目前产销量在国内同行业中居于首位。链轨节是履带产品主要的关键零件，其毛坯采用热锻成形，属于大批量生产，适合采用自动化热模锻压力机生产线进行生产。如图1所示是我公司生产批量最大的一种链轨节锻件，重量4.5kg，广泛应用于20t级挖掘机履带上。

图1 链轨节锻件

为进一步提高链轨节锻件的产能和质量，提升履带底盘产品的市场竞争力，我公司于2009年从德国米勒万家顿公司购买引进了PK3150全自动热模锻压力机生产线(图2），并经安装调试后于2009年11月顺利投产使用。目前，该生产线已成为我公司锻件产量最大的一条锻造生产线。下面就介绍一下这条生产线的总体情况、锻造工艺特点和先进性。

生产线的总体情况

⑴功能方面。该生产线主要用于锻造节距为203mm以下的链轨节锻件。

图2 PK3150全自动热模锻压力机生产线

⑵组成方面。该生产线主要由自动上料装置、中频感应加热炉、PK3150热模锻压力机主机、余热淬火机床、清洗机、网带式回火炉等组成。其中，PK3150热模锻压力机主机含有自动线所需的步进梁自动搬运机构、自动喷雾装置、上下自动顶料机构、模座液压夹紧机构、快速换模小车等。

⑶自动化方面。从棒料自动上料、加热、锻造到热处理全部连线，实现了全自动化操作，整条生产线仅需2名操作人员。棒料由上料机自动上料，工件在各工位模具间采用步进梁和机械手传送，模具润滑冷却由自动喷雾装置完成，合格的锻件经温度自动检测装置检测后由传输链传入热处理设备。

⑷生产效率方面。生产节拍可人为设定，最快节拍为3s/件(滑块2个行程），理论上最高班产量可达到9600件，大大提高了锻造产能。

⑸锻件质量保证方面。生产线自动化程度高，各种检测手段齐备，避免了人为因素的影响，锻件的尺寸和热处理质量更加稳定可靠，提高了产品的质量稳定性。

⑹环保及安全方面。模具喷雾润滑采用无色环保脱模剂，减少了对操作人员的身体危害；压力机采用弹性减振技术，减轻了对周围设备的振动危害；锻后锻件直接进入余热淬火机床(图3）利用锻后余热进行淬火，大大节约了能源消耗。

生产线的锻造工艺特点

图3 余热淬火机床

锻造工艺方案要根据锻件的具体工艺特点考虑，这样才能发挥出设备的潜能，所以制定合理、先进的锻造工艺方案是工艺设计技术人员永远的追求。链轨节锻件在锻造成形后需切飞边和冲连皮孔，同时该锻件对锻造变形和弯曲度要求较高，需要进行热整形。传统的链轨节锻件锻造工艺方案为：压扁→预锻→终锻→冲孔→切边→翻转飞边→校正，共需要在压力机上布置7个工位的模具，因模具工位较多，步进梁机械手的工位也相应较多，步进梁总长度较长，自动化生产时发生故障的总次数较多。

在考虑链轨节锻件使用PK3150全自动热模锻压力机生产线进行生产的锻造工艺方案时，我公司技术人员进行了大胆的工艺创新和探索，并经过多次改进完善，形成了如下的链轨节锻件锻造工艺方案：压扁→预锻→终锻→冲孔切边(使用冲孔切边复合模）→校正，在压力机上只需布置5个工位的模具即可完成链轨节锻件的锻造过程，锻造工艺大大简化，步进梁和模具的工位也相应减少，工作可靠性大大提高。冲孔切边复合模上设计有如图4所示的切飞边机构，这样在完成冲孔、切边的同时还可将飞边切断为4段，锻件被机械手搬运到下一工位，而切断的飞边落到传输链上自动排出。为保证模具工作的稳定性，切刀的制作和装配质量非常重要，刃口使用耐热合金材料，尺寸和装配精度需要进行严格的控制。

图4 冲孔切边复合模的切飞边机构

生产线的先进性

“工欲善其事，必先利其器”，先进的锻造设备是锻件质量的重要保证。PK3150全自动热模锻压力机生产线具备以下适应自动化锻造的先进性：

⑴压力机床身设计充分考虑了设备在水平及垂直方向的刚性，以保证达到生产高精度锻件的要求。

⑵用于安装模具的压力机工作台，其装模区域空间大，有利于实现锻造过程的自动化和快速换模。

⑶滑块导轨以“×”形布置，可以补偿所有的热膨胀；导轨的长度设计得足够长，保证了滑块的高刚性和精密导向。

⑷主传动系统采用组合式液压离合器—制动器，传动扭矩大、噪声低、磨损小。组合式液压离合器—制动器至偏心轴之间采用行星齿轮传动，形成一个结构紧凑、稳定的传动系统。

图5 伺服电机式自动传输装置

图6 换模小车进行自动换模

⑸偏心轴由经热处理过的锻钢生产，为双点结构，刚性好，接触应力低，能将滑块的成形力最优地传递给床身。滑块通过双连杆驱动，双连杆的设计具有足够的强度和截面尺寸，大规格尺寸的滑动轴承可有效可靠地将压力从曲轴传递给滑块。

⑹压力机的主传动系统和连杆处的小端轴承采用集中稀油循环润滑，并带有配油器和电子监控装置。

⑺机械式工作台顶料装置和滑块打料装置由压力机曲轴驱动的机械凸轮直接驱动运行，因此和压力机绝对同步动作。在压力机停止运行时，顶出装置可以用液压驱动运行。

⑻偏心轴和连杆支撑轴承带有温度监控装置，任何一个轴承温度超过设定值，压力机都会停止运行，且控制系统会自动显示故障位置并报警。

⑼具有锻造压力实时监测装置，一旦锻造压力超过设定值，设备报警并停止压力机工作。

⑽具有伺服电机式自动传输装置(图5），其打开、夹紧和抬起高度任意可调，以保证用于生产不同形状、不同尺寸的锻件。

⑾具有与滑块行程相关联的模具自动喷雾润滑系统，保证了喷雾润滑工作的有序、可靠。

⑿具有快速换模系统(图6），30min以内即可完成换模工作，并具有模具自动液压夹紧装置。

结束语

自动化生产可显著提高锻件的产量和质量，正日益成为锻造行业追求的目标，同时也是锻造行业长久发展的必然趋势。本文结合企业的生产实践经验，对一条全自动锻造生产线从生产线的总体情况、锻造工艺特点、先进性等方面进行了分析阐述，以期与行业人士交流共享。