扳手红冲自动化改造方案设计和效益评估

张扬

【摘 要】在锻造生产中采用自动化进行生产，可以确保产品设计和工艺先进、稳定、可靠，并在较长时间内保持基本不变。在大批、大量生产中采用自动化生产线能提高劳动生产率，稳定和提高产品质量，大大改善工人劳动条件，缩减生产占地面积，降低生产成本，缩短生产周期，保证生产均衡性，有着显著的经济效益。

【关键词】红冲；锻压设备；专用机；控制方式

中图分类号： TG316 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）18-0034-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.18.015

【Abstract】Automated production in forging production ensures that the product design and process are advanced， stable，and reliable，and remain basically unchanged for a long time. The use of automated production lines in large batches and mass production can improve labor productivity，stabilize and improve product quality，greatly improve workers working conditions，reduce production floor space，reduce production costs，shorten production cycle，ensure production balance，and have significant economic benefits.

【Key words】Red punch；Forging equipment；Special machine；Control method

1 項目概要

1.1 现状阐述

目前客户扳手红冲所有工艺都采用人工操作，由于工作环境恶劣，劳动强度很高，工作中存在很多危险隐患，工作要求高，要求员工身体素质要好、反应要快。因此造成生产量低、人力成本高，工作环境差，存在很大危险性。

1.2 工艺阐述

目前扳手红冲生产工艺流程如下：

人工锻造具体工艺大概如下：

人工将切好的圆棒一根一根的放到加热器中，加热器为导向圆环状， 圆棒在一定的频率下间隙性往前推挤前进，总行程移动时间为加热时间，加热后的圆棒从加热器中被挤出，沿着出口的溜槽滑入去氧化皮机中；

加热后的毛坯从倾斜的去氧化皮机中滑过，落到输送带上，完成氧化皮去除工作，输送带将其提升到轧制机操作平台上；

人工将去皮后的毛坯放入到轧制机工位， 轧制机将毛皮轧制后从轧制机后方滑落到输送带上，输送带将其移栽到锻压机操作工位；

人工将轧制好的毛坯以一定的姿态夹起放入到锻压机工位，锻压机下压完成锻压，锻压机出口的工人将毛坯取出，扔到切边机操作平台，并给锻床上下模上喷涂润滑乳；

人工将锻压好的毛坯放入到冲床工位中，冲床下冲完成切边工作，毛坯落入冲床下方的输送链条上，输送链将产品提送到产品箱中，人工将边料扔到边料箱中，完成了扳手锻造的全部工艺。

1.3 设计依据

最大毛坯尺寸：直径Φ12-Φ32mm，长度76-215mm；

毛坯材料：铁；

毛坯温度：1100℃；

毛坯供货节拍：3s/个。

2 解决方案

2.1 总体设计

该锻造自动化系统由中频炉自动上料机构、中频感应加热器、红冲去氧化皮机、辊锻机、正位装置、锻压上料机械臂、锻压机、切边机、成品箱、飞边箱、电气系统、控制系统组成。

基于自动化生产需求，现有工艺中，除了锻压机，其他设备的位置需要调整合理放置，提高生产效率。本方案按照自动化线改造思路进行设计，并且进行方案优化，布局也采用自动化线进行现场布局，整个生产线中使用自动上料机和机械臂分别替换加热上料操作工和锻压上料操作工，另外加装了轧制后毛坯正位装置和控制台。

具体实现流程如下图所示：

中频炉自动整列送料机将料斗中的乱料整列后以1.5～5秒/根的速率逐根慢速的送入感应加热器的加热管中，节拍和速率都可以自由无极调整。

加热后的棒料从加热装置中出来由去氧化皮入口出喇叭管改变方向进入去氧化皮机中，去皮后滑入轧制机入口旋转接料器中。

辊锻机推送物料的同时去氧化皮后的工件落入接料器中，辊锻机推送机构退出后，接料器旋转将工件倒入送料槽中，接料器复位。接料、上料、推料和轧制都有辊轧机自身间隙传动控制，稳定可靠。工件辊锻后落入轧制机出口处滑槽末端，由正位机构正位。

热锻上料机械臂抓取轧制后并经过正位的毛坯的一端，改变毛坯的姿态和位置，并送至锻压机工位正上方，升降气缸下降，抓手松开，工件落入下模腔，机械臂复位。锻压机检测到上料机械手移出后下降锻压成型。

锻压下料操作工取出毛坯，放置操作台上。与此同时，手动为锻压机上下模喷涂润滑乳，防止粘模发生。

切边操作工将操作台上的毛坯夹取放置到切边机中，切边后将毛边取出放入到飞边箱中。

2.2 设备概念设计

2.2.1 中频炉自动整列送料机

方案中采用中频炉自动整列送料机上料代替人工上料，将毛料经过整列后逐根推送到加热器导向管中，实现加热器的自动上料目的。

上料机送料出料地面高度低于中频感应加热器地面高度，需要将上料机放置于一垫高墩上。然后根据高度差，调整送料机底脚，使得送料机出料口对准感应加热器进料口，使得送料机直接将毛料送入加热器导向管中。只需要一个工作人员定期将零散堆放的毛料加热到上料机中即可，无需停机加料。根据红冲线节奏随时调整送料机送料节拍，无需检测感应装置，送料机以固定周期出料。

自动上料机推送气缸配置速度控制阀，可以任意无极调速，使得推送气缸以合适速度将毛坯推入到加热装置中，以保证加热质量。

另外在控制台上加设启停按钮、推料节拍以及送料速度的控制按钮。可由锻压下料操作工随时调整。

2.2.2 加热装置

加热装置采用中频感应加热器，中频感应加热器重要参数如下表：

根据布局需要制作加热器底座，方便去氧化皮机自动进料。

协同上料机的上料节拍，加热管中的加热时间确定，根据毛坯加热温度需求，可以随时调整感应加热器的温度。感应加热器的出料周期由自动送料机出料决定，即加热器出料周期和自动送料机出料周期相同。

另外在控制台上加设中頻炉温度控制、启停按钮按钮。可由锻压下料操作工随时调整。

2.2.3 锻造前去氧化皮

根据现场场地大小和布局，去氧化皮机和加热器垂直分布，在入口处设置喇叭口导向管，可以将加热后的毛坯导向进入到去氧化皮集中。出口设置导向槽将毛坯导向滑入到轧制机接料器中。

2.2.4 辊锻机

根据自动化线布局放置辊锻机，做到导料口合适，出料位置在要求的范围内。

2.2.5 正位装置

为了机械臂准确抓取毛坯，以精准锻压上料，必须保证毛坯有一致的位置和姿态。因此在辊压机机出口处设置正位装置。

正位装置由底座、到位机构、升平机构组成。当毛坯滑入正位装置的导向槽中，由到位机构将毛坯推送到到位，升平机构的四根顶杆顶住毛坯的平面边缘，提升3mm的同时，装置旋转90°，将毛坯的夹持端转向机械臂，毛坯保持最佳夹取姿态，以保证机械臂精准的夹取毛坯，精确锻压上料。

2.2.6 热锻上料机械臂

根据客户单工位兼三工位锻压操作，机械手要完成复杂的动作，综合考虑采用机械臂该机械臂具有6个自由度，运动范围大，采用加长型抓手，采用隔热保护技术，保证机械臂有安全的工作温度，能够长期稳定工作，动作上完全符合多工位工作需求。

2.2.7 锻压下料及切边上下料

考虑到切边上下料的不规则，锻压下料及喷涂润滑乳、切边机上下料采用人工操作。

2.2.8 控制台

根据客户需求，本线配置控制台，置于锻压机下料操作工旁边，方便锻压机下料操作工随时操作控制各环节的工作状态。

控制和驱动是控制台的组成，该控制系统主要是工控机、PLC、机柜等。驱动系统驱动中频炉自动上料机、红冲设备、上下料机械臂、正位装置；控制系统接收传感信号，控制中频炉自动上料机、红冲设备、上下料机械臂、正位装置和喷油系统何时开始动作以及如何进行动作；同时每个机械臂都必须有零位检测装置。红冲设备需进行适当改造，可使控制系统对红冲设备动作进行控制。系统整体控制如图所示：

2.3 节拍计算

3 经济效益评估

本案例设计严格遵守减少人工成本、低功耗、高效率、安全可靠的基本原则。采用机械手和自动上料机代替人工操作，整个系统采用自动化线进行控制。

（1）现有工艺人力成本分析：

目前在线人员包括中频炉上料1人（可以六条线共用）、轧制上下料1人、锻压上料1人共3人。

现假设人工投入总成本（包含人工工资、福利、及人工管理成本）为7000元/月，则一条生产线年投入人工成本为：1人*7000 元*12月 = 84000元；

六条生产线每年投入人工成本为：84000元*3人=252000元；

（原来六条生产线每年投入人工成本为：2520000元）

（2）采用自动化改造后成本分析：

中频炉自动上料机功率W1=90W；

正位装置功率W3=80W；

锻压上料机械臂功率W4=1200w；

总功率W=1.37KW

按0.9元/千瓦时，则一天（8小时）的耗电量为0.9*8*1.37=10.05元，一年的电费为365*10.05=3650元；

一年内免服务费，一年后按设备款2%来收取维护费；

（3）自动化改造优势分析：

将人工从危险环境中解放出来，保障人工生命安全；

无间断连续工作，安全可靠，无需更换；

减少人力管理成本；

提高生产效率。

【参考文献】

[1]蒋鹏，孙勇.锻造自动化技术应用进展及改造建议，金属加工（热加工）.

[2]金林奎.锻造加工过程自动化，技术的应用，金属加工（热加工）.

[3]锻造自动化生产线应用论证魏江波，金属加工（热加工）.