曲轴自动生产线的调试与完善

文／朱舸，赵春霞，卓伟·中国重汽集团公司济南铸锻中心

曲轴自动生产线的调试与完善

文／朱舸，赵春霞，卓伟·中国重汽集团公司济南铸锻中心

曲轴自动化锻造生产线与传统的生产线相比，具有生产效率高、节拍稳定、工艺稳定的明显优势，同时对设备系统和工艺有着更高的要求，曲轴自动生产线的调试过程，实际上就是进行现场诸多因素的完善过程。

曲轴自动生产线的构成及工序过程

该生产线主要由中频感应炉、φ1000mm辊锻机、KP12500楔式热模锻压力机、16MN切边机、2MN扭拧机、20MN校正机、机器人、总线系统等设备构成。

曲轴生产工序如下：电炉上料→电炉加热→电炉出料→辊锻机→1#机器人→1#周转台→2#机器人→KP12500热模锻压力机→喷淋机器人→4#机器人→2#周转台→5#机器人→3#周转台→6#机器人→切边机→4#周转台→7#机器人→扭拧机→5#周转台→8#机器人→曲轴控冷线→曲轴锻件。

曲轴生产线调试、试生产过程中出现的问题

由于曲轴自动生产线工序环节众多，每个环节的问题均有可能造成生产线的故障停机，图1所示为曲轴生产线调试生产一个月内的问题汇总。

图1 曲轴生产线问题汇总

由图1可见，造成生产线停线的故障种类、次数繁多。进行归类整理发现，造成生产线停线的故障多属于设备系统故障和工艺方面的问题。

设备系统方面的常见问题及解决

主要问题是机器人本身报错的故障、设备单机本身故障及总线系统的通讯类故障。

⑴机器人报错的故障。

机器人程序不完善、参数设置不当造成机器人的过载报错；机器人夹钳在生产过程中由于高温、受力产生变形，抓取、摆放工件位置偏移造成的过载报错。

解决办法包括：①在做好机器人负载测试工作的前提下，完善程序、调整参数；②对夹钳进行热防护、空冷或水冷降温，改进夹钳结构；③定期检查机器人夹钳情况，及时维护、更换。

⑵设备及通讯故障。

设备及通讯故障主要集中在设备通讯、液压系统的稳定性方面。通过提高电子元件的稳定性以适应曲轴生产线现场的高温、振动、粉尘、水等恶劣环境。尤其是通讯线缆的接插端，要保证清洁、密闭、牢固。

工艺方面的常见问题及解决

在调试阶段主要出现了顶料杆不回位、锻件粘模、锻件局部不满模等问题。

⑴顶料杆不回位的故障。

产生顶料杆不回位问题的原因包括：①顶料杆变形，无法顺利回位；②顶料回位弹簧疲劳，力量不足以将顶料杆压回；③孔与杆的间隙超差，在锻造过程中，有金属流入顶料孔与顶料杆间隙中，将顶料杆卡死（图2）。由于顶料液压系统力量远远大于顶料杆复位的弹簧力量，所以以上情况会造成顶料杆不回位（图3）。

由于曲轴自动生产线在锻造过程中出现模具顶料杆不能回位的情况，只能进行局部冷却、抛光等临时手段，而效果往往不好，最终只能停线，拖出模箱、拆卸模具，至少会造成停线8小时，因此，对于该问题必须进行彻底的解决。

解决锻模顶料不回位的办法包括：

①模具安装阶段。每次安装锻模时要更换检测过的符合工艺参数要求的弹簧、顶料杆。安装过程中，要对顶料杆与模具顶料孔的间隙进行测量，严格控制间隙。既保证顶料杆上下顺畅，又确保锻打过程中金属不能流入间隙内。

图2 金属流入顶料孔与顶料杆间隙中

图3 预锻下模顶料杆不回位

②模具拆卸阶段。模具拆卸后要对顶料杆、弹簧进行尺寸和参数测量评定，并对使用情况进行统计，制定出合理的定期淘汰制度，杜绝超期服役。

③锻造生产阶段。要求生产线监控巡检人员密切关注锻模顶料的回位情况，尤其是新模具上场初期，及时发现问题，主动停线，避免机器人放件时与下顶料杆出现干涉，造成生产线急停的被动局面。

⑵粘模故障分析与解决。

粘模多因模具老化、磨损、锻模润滑不足等原因引起，可通过定期保养模具、监控模具实时温度及锻模的石墨润滑剂的附着情况来尽量减少粘模现象。锻造过程中无论是在锻打、切边、扭拧、校正工序均有可能出现粘模情况，而对自动化生产线而言，由于目前没有监控粘模的手段，一旦出现会造成机器人与锻件撞击、锻件落下砸坏夹钳等严重后果，会直接造成生产线的故障停线。所以在调试过程中要重点监控、尽量避免。

因此要做好以下工作：①检查各设备顶料系统，确认完好后方可进行锻造生产；②定期维护保养模具，及时修磨抛光，减少粘模的出现；③在抽检区域对曲轴的厚度、毛边的变化进行实时监控，及时调整锻打参数；④在调试阶段工艺稳定之前，要对各工序进行监控，及时发现粘模情况，进行控制切断操作，避免设备、工装受损。

⑶模具的冷却、润滑过量造成的缺陷。

在传统的曲轴锻造中，曲轴的法兰端（大头）很容易锻打成形，极少出现不满模的缺陷（图4），而在自动生产线试生产过程中，却发生了小批量充不满的情况。按照坯料是否足够、金属流动是否顺利、模具温度是否过低等原因进行分类识别。

图4 曲轴法兰端（大头）出现的不满模

首先通过对下线的毛边进行观察，若毛边厚度、宽度均符合要求，说明坯料足够。同时由于该曲轴工艺在热模锻压力机上经过了验证，所以应该考虑是自动化线上特有的因素造成的产品缺陷。

锻打区域在完成模具的冷却、润滑之后，进行观察，发现下模有明显的积水（图5），这是造成曲轴法兰端不满模的直接原因。形成积水的原因一般为：①冷却、润滑喷淋量过大，下模大量残液，造成锻打时不满模；②模具端部温度过低，无法将水分蒸发，积累了残液。

图5 曲轴预锻模下模型腔内的残液

进一步分析，模具冷却、润滑配方未发生更改，喷淋时间和喷淋量理论上没有增加，那么产生积液的原因只能是曲轴法兰端的模具端部预热温度过低，或者冷却水、石墨电磁阀关闭不严，导致实际喷淋量超出需要值，造成下模出现大量残液。

解决的办法包括：①监控模具预热温度，达到工艺要求温度时再开线生产；②监控锻打过程中模具的温度变化情况，适度微调冷却配方，控制模具温度；③对喷淋系统电磁阀定期检查，及时排除泄漏现象。

结束语

对于自动化曲轴锻造生产线而言，由于工序环节繁多，而任何一个环节的差错往往都会造成整条生产线的故障停产或者产生批量的废品、不良品，所以在试生产时要重视细节，消除每一个看似细微的不足，持续完善，才能确保自动化曲轴锻造生产线的正常运行。