锻造自动化技术应用进展及改造建议

北京机电研究所研究员/博士生导师 蒋鹏

北京机电研究所研究员 孙勇

锻造是一门古老的金属成形技术，这门技术已经存在几千年了，且还将继续存在下去。从最早传统的手工锻造发展到近现代用各种类型的锻压机械进行锻造生产，是锻造行业的一次重要技术变革，现在面临并且逐渐开始实施从人工操作到自动化生产的转变将是锻造生产技术的又一次重大进步。

促使锻造自动化技术发展的有以下一些因素：①计算机控制技术的快速发展，这是锻造自动化发展的软件基础。②伺服驱动步进梁机械手的技术发展，多关节机器人的商业化批量生产及由此带来的低价格和高可靠性，这是锻造自动化发展的硬件基础。③部分高端用户对锻件质量稳定性和均一性的要求严格，必须采用自动化生产方式生产，以消除人为因素对产品质量的影响。④用工成本快速上升和锻工招工难使得企业所有者开始主动考虑用自动化生产来减少人力资源占用的问题。

国内锻造行业最早代替人工操作的装置是锻造操作机，一般用于自由锻和大型锻件的模锻，国内早期的10吨和16吨锤的生产线都配备锻造操作机，这种方式还属于机械化，还不能算自动化。20世纪80年代从德国引进热模锻压力机成套技术时也引进了锻造自动化技术，装备是程控液压传动的坐标式机械手。现在，多关节机器人、步进梁机械手被广泛应用于锻造自动化生产线。

锻造自动化生产技术经历过如下几个阶段：单机设备自动化、生产线刚性自动化、生产线柔性自动化，而未来的发展趋势应该是锻造生产过程的智能化，即所谓的智能锻造。单机设备自动化，解决了部分工序的手工操作问题，但生产过程还需依赖人的参与。生产线刚性自动化，单元生产设备之间的连接以PLC的I/O硬件连接方式完成，理论上已经可以摆脱对人工的依赖。生产线柔性自动化是目前更为先进的锻造自动化技术。

基于现场总线的柔性自动化控制系统将单个设备网络化连接起来的更高一级的控制，对所有生产单元和其间的相互作用进行监控，所有重要的生产信息都可从系统中获得，在出现故障时就可进行快速诊断，产品更换、单独生产单元的基本和启动位置、整条生产线的启动与清空，以及中心参数的设置等操作都可按优化的时间实施，其关键技术有：①合理优化的网络结构。②安全PLC和安全总线技术。③锻造过程专家优化控制和远程监控。④多品种高节拍生产的柔性和优化技术。

桂林福达140MN热模锻压力机自动化生产线

桂林福达140MN热模锻压力机自动化生产线可以作为柔性自动化控制系统的一个典型例证，该生产线主要配置：5400kW中频感应加热装置、1000mm自动辊锻机、140MN热模锻压力机、22.5MN切边校正两用压力机、曲轴扭拐机、7台多关节机器人，生产节拍：55s/件（见附图）。

对国内厂家锻造自动化改造有以下建议：①国内锻造装备普遍处于落后状态，难以采用最先进的总线控制自动化技术进行改造，这部分设备宜采用部分单机自动化等方式减少操作人员，降低成本。②采用自动化的前提是工艺过程稳定，必须将工艺技术改造升级和自动化技术结合起来，必要时，可以考虑在某些关键工序，如预锻、终锻仍保留人工作业，以减少生产线的停机率，如模锻锤生产线的自动化改造就可用这一方式。③中小型热模锻生产线建议采用步进梁机械手自动化操作方式，大型模锻生产线采用多台机器人协同操作的自动化生产方式。④在进行自动化升级改造的同时，应配备高素质的自动化设备保养维修人员，确保自动化装置运行状态良好。