程控锻锤与锻造自动化

文／张长龙·中机锻压江苏股份有限公司

程控锻锤与锻造自动化

文／张长龙·中机锻压江苏股份有限公司

张长龙，中机锻压江苏股份有限公司总经理，江苏汇洋精锻有限公司董事长。2010年任中国锻压机械标准化委员会委员，2011年被中国锻压协会特聘为中国机械中等专业学校教授，拥有近十项锻锤相关技术发明专利。

传统的锻造行业具有高温、振动、噪声大、作业环境差、劳动强度大等特点，迫切需要实现生产过程的机械化、自动化，以提高生产效率、改善工人劳动环境、降低工人劳动强度、稳定锻件产品质量。目前，我国锻造自动化主要在大型的压力机锻造线上得到一些应用，与当今发达国家相比，我国锻造设备呈现重主机、轻辅机现象，锻造自动化发展速度相对较慢，自动化设备柔性较差，特别是在程控锻锤上的应用国内还鲜见报道。锻锤作为锻造行业三大主力设备之一，其能否实现自动化直接关乎我国锻造技术的现代化水平。

图1 程控锻锤生产线

我国程控锻锤为核心的锻造生产线应用情况及工艺特点

我国现有以程控锻锤为核心的锻造生产线（图1）300余条，由于其快速、灵活的工艺特性，目前主要集中在汽车零部件、五金工具等行业，主要应用于：⑴薄筋板类零件（如手术器械、手工工具、发动机连杆、摇臂、转向臂、涡轮叶片等）大批量生产；⑵异形零件（如转向节、传动叉、轮毂等）需要多型腔锻造成形零件的生产；⑶多品种、小批量零件的生产。

程控锻锤近十年之所以能够得到广泛应用，除了其快速、灵活的工艺特性及高效、节能、环保、高可靠的产品特性外，还在于其彻底摆脱了传统锻锤对操作者技能的依赖，实现了主机程控化。程控锻锤的出现使锻锤得到了复兴，其广泛的应用也充分体现了市场对自动化的迫切需求。

我国以程控锻锤为核心的锻造生产线现状及与国外的差距

依据国外锻锤供应商展示的程控锻锤应用情况分析，国外程控锻锤技术最新发展主要体现在远程监控、在线测量、闭环控制、模具快速安装等方面，其目的是使锻锤更加智能化、精密化、高效化。以程控锻锤为核心的锻造生产线，主要体现在以机器人应用为特征（包括模具快速安装调整、模具的自动润滑、物料的自动传输、周边设备连线控制）的综合自动化。

我国大多以程控锻锤为核心的锻造生产线是由客户凭借经验、习惯建立的，周边设备大多是极为传统的设备，所使用的辅助设备也大多是自我组装的，生产线配置出现了重主机、轻辅机现象，锻造生产线整体协调性、系统性、先进性都很一般，程控锻锤的先进性没有充分发挥出来。

程控锻锤与锻造自动化

以程控锻锤为核心的生产线，其自动化首先取决于核心设备自动化，没有核心设备自动化，就没有锻造自动化。中机锻压江苏股份有限公司程控锻锤技术最新发展成果包括程控锻锤远程监控、自动化连线及锻锤的优化设计等诸多方面，其目的是使锻锤更加智能化、精密化、高效化，从而更好适应锻锤自动化生产。

程控锻锤远程监控技术

程控锻锤远程监控系统可以远程在线随时掌握锻锤的运行情况，检测锻锤各种故障，因而可大大提高锻锤发生故障时的修复速度。远程监控具有如下优点：①减少现场的维护时间和费用，第一时间远程在线掌握锻锤的运行情况，节约人力和物力成本；②远程检测锻锤故障，远程机器程序维护调整，提高锻锤发生故障时的修复速度，提高工作效率。

程控锻锤单机自动化及优化设计技术

最新设计的程控锻锤更加侧重于提高锻锤的智能化、精密化，更多的从自动化连线角度，去优化设计。主要体现在：①通过在线测量技术及能量修正系统实现打击能量的自动修正，从而真正实现锻锤数控化；②根据锻锤生产线的工艺流程，锻锤设有自动上下料系统、周边自动化辅助设备预留接口和参数设定界面，充分考虑锻锤与辅机合理布局，便于锻锤与周边辅助设备协调运行，实现锻锤单机自动化；③锻锤模具固定，采用自适应双面可调节楔铁机构，该机构楔铁楔紧采用拉杆螺栓实现，无需撞铁，模具安装、调整方便快捷；模具燕尾角度通过自适应双面楔铁机构，确保燕尾角度自适应调整，紧固安全可靠；采用自适应双面可调节楔铁机构，模座、锤头燕尾两端口，不承受模具紧固张紧力，燕尾精度保持性大大提高。

双控全液压模锻锤

在教学活动中突出学生自主学习能力培养，通过教师的主导来发挥学生的主体作用。开学初，学生领完教材，就开始引导同学们将教材内容粗略的进行浏览，使他们对教材内容有了初步的了解，同时也引导他们与自己的知识结构进行比较，对学习这门课有一个明确的目标，做好学习的计划，提前发现自己学习这门课可能遇到的问题，为学好本这门课提前做好心理准备。

双控全液压模锻锤的控制原理是将程控锤的液压控制系统和随动控制锤的液压控制系统并联，二者独立互锁工作。系统设置为程控优先，但随时都可切换为机械随动控制。先进的控制方式不仅扩大了设备的适用范围，也为生产组织提供了灵活性；不仅使各自的优势得到了完美结合，而且提高了设备运行的可靠性，使全液压模锻锤的性能得到更好的发挥。图2为CT88K系列程控全液压模锻锤。

图2 CT88K系列程控全液压模锻锤

模具的自动冷却与润滑

模具自动化润滑装置包括恒压乳化泵、气液自动喷淋阀控系统，可安装在程控锻锤、热模锻压力机等热成形设备及各种形式的冷成形设备上，并与其联动，实现模具自动化润滑、冷却、空气清扫动作，达到降低操作工人劳动强度、提高生产效率的目的。

恒压乳化泵无需泄压，无需停机，通常由操作人员在常压下按照比例通过敞口的乳化泵容器添加润滑剂、水，以实现连续生产，容器的水位将受到监控。敞口容器内的乳化液通过增压泵被送到阀控系统。恒压乳化泵可实现随动加压、搅拌，并通过手动阀实现管道、滤芯的定期清洗。

气液自动喷淋阀控系统输入端通过管路连接到恒压乳化泵，当操作人员通过人机界面设定好喷淋参数，按照程序，喷头通过直线导轨自动进入上下模腔之间，喷射混合水基润滑剂或冷却水或清扫压缩空气，达到设定的时间后喷头自动退回。该装置可实现定点、定时、定量喷淋，大大减少了操作工人的劳动强度，有利于润滑剂喷淋一致性、均匀性，大大改善劳动环境，提高工作效率。

人机工程

人机工程的核心是研究人或机器人在生产或操作过程中劳动和用力的规律，研究操作者、锻锤及环境三者间的协调。研究的目的则是用来指导上下料装置、操作方式、工作环境、锻造工序、锻造模具的设计和改良，根据人和机器的条件和特点，合理分配人和机器承担的操作职能，并使之相互适应，使得操作者在效率、安全、健康、舒适等几个方面的特性得以提高。同样也便于机器人的应用，减少机器人不必要的动作，以提高运行效率。

自动上下料与物流系统

依据生产现场及锻件产品专为客户设计、提供的输送机及自动化上下料装置，组成工件自动上下料及物流系统（图3）。合理的自动上下料及物流系统，可以减少操作者的劳动强度，便于操作者夹取工件，以提高工作效率。

氧化皮清除

锻造加热产生的氧化皮，不及时清除会严重影响锻件的精度及表面质量。氧化皮清除措施：①采用惰性气体保护加热，避免锻件在空气中加热，气体保护加热从根本上避免了氧化皮的产生；②非保护加热出料时锻件毛坯通过特制的剥皮机（图4），压缩高速滚动工件强力去皮；③锤上预锻时通过模具润滑阀控系统的压缩空气及时清扫。以上多种措施的联合实施，可以减少热锻过程中操作者去皮辅助工作时间，降低劳动强度，改善劳动环境，以提高产品质量和工作效率。

图3 自动上下料系统

图4 自动剥皮机

锻造机器人

锻造机器人的应用是锻造自动化最显著的特征，由于锻锤具有高速、高温、振动、高污染的特点，对机器人的应用提出了更为严格的要求，研究适应锻锤工作环境的柔性手指是机器人能否成功应用的关键。针对工件现状、成形工艺，确定锻锤机器人柔性手指的夹持方案，以实现锻锤机器人的操作。

总线控制技术与自动化辅助设备的系统集成

总线控制采用两层结构，上层采用工业以太网，下层采用现场总线。将锻造生产线的加热炉、辊锻机、程控锻锤、切边机、精整机、物流系统、模具润滑装置等连接起来，进行控制和管理。系统设置有全自动、半自动、手动功能，适应各种工作状态，总线控制技术可以使生产线诸多设备的生产节拍得到最合理的配备，以达到效率最大化。

我国程控锻锤自动化生产线的战略实现

锻造自动化是一个复杂的系统工程，机器人应用是锻造综合自动化的最重要特征，除此以外还包含锻造设备、锻造工艺、金属材料与处理的合理配置，包含模具快速安装调整、模具的自动润滑、氧化皮清除、自动上下料、物料传送等在内的主机与自动化辅助设备连线控制与协同运行，全线综合自动化一般适应于单一零件大批量生产。

快速、灵活是锻锤最显著的工艺特征，除了适应薄筋板类零件的大批量生产，还特别适应异形件的多型腔锻造，适应多品种小批量零件的生产。为了减少自动化线的调整时间，提高运行效率，非大批量生产锻造生产线往往更需要单机自动化，达到减少辅助工作时间、提高工作效率、降低劳动强度的目的。

长期以来，我国锻造装备处于重主机、轻辅机不平衡状态，主机发展往往也只是重视单机效率、生产能力，很少能立足自动化生产线综合考虑，即使是单机自动化，也很难实现。

自动化辅助设备的研发，特别是针对既有锻造线，往往需要量体裁衣，依据主体设备、锻造工艺进行定制，难以实现量产。加之我国的设备研发工程技术人员往往缺乏对锻造工艺的了解，因此不能不说自动化辅助设备的研发是我国设备研发的短板。我们应以全线综合自动化为目标，强化自动化辅助设备的研发，强化人机工程、锻造工艺研究，立足实现单机自动化，逐步实现全线综合自动化。

结束语

我国以程控锻锤为核心的锻造自动化线的发展，应结合锤锻工艺、国内自动化技术水平的实际，遵循一切为了效率的目标，分步实现单机自动化，有选择实现全线综合自动化的发展思路。