文／孫文東，沈汝利，王志亮，姜希翠，譚瀟·一汽鍛造（吉林）有限公司

一汽鍛造公司12500t 鍛造生產(chǎn)線，主要承擔集團內(nèi)部、外部重型卡車前軸、曲軸類大型模鍛件的生產(chǎn)，承擔著公司總產(chǎn)量的30%以上，于2006 年建成投產(chǎn)，屬于手動輔助操作的半自動化生產(chǎn)線。為提升生產(chǎn)線的自動化程度、提高過程穩(wěn)定性、產(chǎn)品一致性，于2016 年初啟動生產(chǎn)線全自動化改造項目，經(jīng)前期技術方案評審、工藝技術升級改造評審、設備制造、現(xiàn)場施工與后期調(diào)試，歷時近3 年，實現(xiàn)了安全、高效、高質的目標，生產(chǎn)線裝備水平、產(chǎn)品質量達到國內(nèi)領先，國際一流水平。

除鱗工藝

鍛造坯料加熱產(chǎn)生氧化皮問題一直是制約鍛件表面質量的關鍵問題，同時由于氧化皮硬度極高，增加了模具的磨損，降低模具壽命。為解決此問題，對自動線改造項目評審后，引入了高壓水除鱗裝備。

利用高壓水氣爆原理，對中頻加熱后坯料表面的氧化皮進行清理，坯料表面氧化層在高壓水的作用下產(chǎn)生變形、被擊碎，同時由于受坯料表面高溫作用，高壓水產(chǎn)生氣爆瞬間清除表面氧化皮，解決了氧化皮對鍛件質量與模具壽命的影響。通過除鱗技術的應用，鍛件感觀質量顯著提升，同時降低了模具使用過程的磨損。高壓水除鱗技術效果圖和技術原理如圖1、2 所示。

圖1 除鱗技術效果圖

圖2 除鱗技術原理

自動噴淋系統(tǒng)開發(fā)使用

鍛造過程中需要對模具進行潤滑、冷卻，以滿足工藝要求并提高模具使用壽命，通過研究開發(fā)模具自動噴淋系統(tǒng)，由機器人帶動噴淋臂實現(xiàn)模具自動潤滑與冷卻，大大改善了模具工況，提升模具壽命與鍛件質量。

自動噴淋系統(tǒng)開發(fā)過程中，充分考慮規(guī)避了噴淋過程可能對產(chǎn)品質量的影響，通過水、石墨、壓縮空氣的獨立管路設計實現(xiàn)了精準控制模具溫度、石墨覆蓋、積液吹掃功能，良好的潤滑效果與模具溫度控制大幅提高了自動線的模具壽命，模具壽命由之前的3200 件提升到4200 件，同時提升了鍛件表面質量。自動噴淋系統(tǒng)結構圖及噴淋臂示意圖如圖3、4 所示。

圖3 噴淋結構圖

自動線模體結構工藝研究

鍛造設備主機模體在主機結構中起著舉足輕重的作用，承擔著設備運轉帶來的打擊力，并且最終傳遞至鍛件，保證鍛件成形。前期主機模座上下模體配合方式為導柱導套配合，長期使用磨損后出現(xiàn)鍛件錯差，鍛件一致性差，導柱導套自身更換亦是相當繁瑣。另外導柱導套為不分開結構，減小了機器人送件取件空間。為了便于坯料順利送至主機模體內(nèi)，將導柱導套結構改為X 形導軌結構(圖5），導軌上安裝快速更換導向板，一旦長期使用發(fā)生磨損，即可實現(xiàn)快速更換，從而保證主機模體的導向精度。

圖4 噴淋臂示意圖

圖5 X 形導軌示意圖

在主機模體中間，增加了二級換模機構，也稱二級座結構，二級座可在主機模體內(nèi)通過快速換模小車(亦稱導軌快換系統(tǒng)）進行拉入拉出(圖6），實現(xiàn)快速換模，省去了將整個模體機構拉入拉出的時間，大大減輕了勞動強度，同時避免了天車吊運帶來的安全隱患，并且提高了換模效率。二級座與主機模座之間通過液壓把緊，液壓把緊系統(tǒng)體積小，剛度大，精度高，壽命長，易于實現(xiàn)安全保護。基于安全和操作方面考慮，采用自動翻轉機構將二級座進行翻轉，更換鍛模，消除了天車操作帶來的安全隱患，降低了輔助人員的勞動強度，提高了換模效率。

圖6 二級座拉入拉出示意圖

自動線鍛模結構工藝研究

商用車曲軸在機鍛模具工藝布排上，分為預鍛、終鍛工步，終預鍛模具安裝在二級座上，通過拉出拉入二級座即可完成模具的切換。由于曲軸類產(chǎn)品外形尺寸相差不大，鍛模采用標準模塊大小，避免了二級座和共用件屢次更換帶來的不便。所有模具安裝基準一致，即終鍛模具作為最終安裝定位基準，通過預鍛模具擠壓終鍛模具，并采用楔塊把緊，實現(xiàn)模具緊固，如圖7 所示。機鍛模具實現(xiàn)標準化設計后，縮短了模塊準備時間，且同類產(chǎn)品之間模塊可互相替換，尤其體現(xiàn)在新產(chǎn)品模具準備中，大大縮短了產(chǎn)品同步開發(fā)所用時間，使我司在新產(chǎn)品開發(fā)過程中處于優(yōu)勢地位。同時鍛模頂桿，也稱二級頂桿，采用標準化設計，所有頂桿采用φ33mm 直徑。標準化設計后，極大的提高了工作效率，并且減少了模具準備時間。

圖7 鍛模安裝結構示意圖

商用車曲軸鍛模通過封料擋墻(圖8），實現(xiàn)規(guī)整化飛邊，封料擋墻設計為上下模一凸一凹，凸起部分設計在下模，凹進部分設計在上模，通過合理的寬度及擋墻間隙(擋墻間隙一般大于飛邊橋厚5mm 以上為宜），達到預期飛邊效果。規(guī)整后飛邊便于機器人夾鉗抓取，從而傳遞至下一工位。

圖8 機鍛模擋墻示意圖

自動線切邊工藝研究

為適應自動線工藝要求，滿足機器人自動抓取，切邊工序采用切邊復合模工藝，即俗稱的“抱切”，“抱切”工藝原理為通過機器人將帶飛邊鍛件擺放至下沖頭工位，切邊凹模安裝在上模體，設備運轉帶動上模體，并且凹模內(nèi)含有校正上模，切邊凹模完成切邊后，校正上模通過液壓機構實現(xiàn)退件和鍛件校直功能，切邊后鍛件保留在下沖頭上，機器人按照自動程序將其取走，完成切邊工序，滿足自動線生產(chǎn)流程。

至此，商用車曲軸生產(chǎn)線實現(xiàn)了全序自動線鍛造工藝生產(chǎn)，提升產(chǎn)品質量的同時，提升了生產(chǎn)效率，在國內(nèi)率先實現(xiàn)了自動化改造工作。

——文章選自《鍛造與沖壓》2022年第17期