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深圳連成旺五金制品有限公司

軸類鍛件錐形臺(tái)程序鍛造


作者:連昇旺鍛造     日期:2022-05-31     人氣:
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文/李建輝,馬丁·中鋼集團(tuán)邢臺(tái)機(jī)械軋輥有限公司

        我國(guó)的自由鍛造生產(chǎn)線長(zhǎng)期以來(lái)一直處于半機(jī)械、半人工的生產(chǎn)狀態(tài),鍛造過(guò)程中的尺寸控制目前仍主要靠人工進(jìn)行判斷操作,尤其是對(duì)于軸類鍛件錐形臺(tái)的生產(chǎn)。這種鍛造方式生產(chǎn)效率低下,依賴人工經(jīng)驗(yàn)難以保證錐形臺(tái)尺寸的穩(wěn)定控制,無(wú)法符合標(biāo)準(zhǔn)要求,并且由于受人工操作影響,錐面斜度控制難度高,錐臺(tái)輥頸存在明顯錘坑,表面質(zhì)量差,見(jiàn)圖1。因此本文通過(guò)分析討論軸類鍛件錐形臺(tái)程序鍛造在生產(chǎn)過(guò)程中的控制方法,來(lái)提高錐形臺(tái)錐度控制、表面質(zhì)量及各部尺寸的控制水平。

人工控制鍛造的錐形臺(tái)

人工控制鍛造的錐形臺(tái)表面質(zhì)量差

程序鍛造工藝方案設(shè)計(jì)

        為實(shí)現(xiàn)支承輥產(chǎn)品錐臺(tái)部位的程序鍛造,使錐面斜度達(dá)到工藝要求的同時(shí)降低生產(chǎn)時(shí)間,提高工作效率。我們首先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況,利用我公司的80MN 油壓機(jī)和125t 操作機(jī),深度還原操作者手動(dòng)操作壓機(jī)及操作機(jī)時(shí)的錐臺(tái)鍛造過(guò)程,總結(jié)出最優(yōu)的鍛造參數(shù)并制定錐形臺(tái)程序鍛造方案。

獲得最優(yōu)的鍛造參數(shù)

        我們根據(jù)需鍛造的錐形臺(tái)斜度、長(zhǎng)度要求,利用現(xiàn)有1000mm寬的上平砧邊部的過(guò)渡圓弧將錐臺(tái)部位劃分為多個(gè)等長(zhǎng)的小臺(tái)階,通過(guò)壓下量的漸變控制和操作機(jī)特定的旋轉(zhuǎn)步角使直徑由大到小漸變。壓下量按照臺(tái)階個(gè)數(shù)及直徑落差計(jì)算,每完成一個(gè)小臺(tái)階的鍛造,根據(jù)每次行走步長(zhǎng)動(dòng)作的完成來(lái)判定壓下量的變化(操作機(jī)每行走一個(gè)小臺(tái)階長(zhǎng)度,壓下量自動(dòng)增加相應(yīng)數(shù)值)。對(duì)于錐度不大于6°的錐形臺(tái)鍛造,我們采用一級(jí)壓力進(jìn)行精整鍛造。

程序鍛造方案設(shè)計(jì)

        根據(jù)以上方案編制PLC 程序和WinCC 程序,壓機(jī)和操作機(jī)在PLC 程序中設(shè)置2 種工作制(壓機(jī)優(yōu)先和操作機(jī)優(yōu)先),每種工作制又分為2 種工作模式,半自動(dòng)和聯(lián)動(dòng)工作模式,半自動(dòng)工作模式是指壓力機(jī)自動(dòng)、操作機(jī)手動(dòng);聯(lián)動(dòng)工作模式是指壓力機(jī)和操作機(jī)在自動(dòng)工況下的聯(lián)動(dòng),即在上位機(jī)系統(tǒng)道次表中根據(jù)工藝要求輸入鍛件的相關(guān)數(shù)據(jù),壓機(jī)活動(dòng)橫梁的動(dòng)作控制,操作機(jī)的行走、旋轉(zhuǎn)、提升動(dòng)作值。為保證錐形臺(tái)鍛造過(guò)程中每錘壓下量的精確控制,并提高壓機(jī)動(dòng)作頻次保證生產(chǎn)效率,我們優(yōu)先選擇壓力機(jī)優(yōu)先的工作制和聯(lián)動(dòng)工作模式。

        聯(lián)動(dòng)工作模式中分單道次和多道次操作,單道次執(zhí)行時(shí)壓力機(jī)和操作機(jī)根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)完成壓下、回程,操作機(jī)的行走、旋轉(zhuǎn)和提升等動(dòng)作,由于錐形臺(tái)的鍛造過(guò)程較為復(fù)雜,單道次難以完成錐形臺(tái)的整體鍛造,因此采用多道次操作。

        多道次操作即為多個(gè)單道次的組合,我們根據(jù)錐形臺(tái)工藝要求長(zhǎng)度平均劃分若干個(gè)小臺(tái)階。每個(gè)臺(tái)階對(duì)應(yīng)一道次數(shù)據(jù),每道次結(jié)束前,壓力機(jī)和操作機(jī)需要對(duì)鍛件重新定位,鍛件需要進(jìn)給及旋轉(zhuǎn)。此時(shí)壓力機(jī)根據(jù)當(dāng)前道次的輸入值提升到附加回程位,操作機(jī)旋轉(zhuǎn)、行走和提升到目標(biāo)位,等待下一道次開(kāi)始信號(hào),當(dāng)下一道次的命令值為1 時(shí),執(zhí)行下一道的操作。

        在錐形臺(tái)程序鍛造的WinCC 程序中,增加人工輸入錐臺(tái)斜度值,該值與PLC 采用以太網(wǎng)通訊,在PLC 道次程序中編制每道次壓下量及回程量計(jì)算公式。利用操作機(jī)行走信號(hào)觸發(fā)壓下量和回程量:當(dāng)操作機(jī)沒(méi)有行走動(dòng)作時(shí),壓力機(jī)的壓下量和回程量根據(jù)道次數(shù)據(jù)表中的要求進(jìn)行操作;當(dāng)操作機(jī)有行走動(dòng)作時(shí),壓機(jī)的壓下量和回程量根據(jù)錐臺(tái)斜度值在PLC 程序中自動(dòng)增加相應(yīng)數(shù)值,并且將增加后的值自動(dòng)傳輸至道次數(shù)據(jù)表中,保證多個(gè)小臺(tái)階的連續(xù)鍛造,從而實(shí)現(xiàn)錐形臺(tái)整體的程序鍛造。

錐形臺(tái)程序鍛造測(cè)試過(guò)程

        為保證錐形臺(tái)程序鍛造效果,測(cè)試共分為兩個(gè)階段。

第一階段:程序空試模擬動(dòng)作驗(yàn)證

        空試程序設(shè)計(jì)為使用1 級(jí)壓力進(jìn)行鍛造,模擬鍛造錐形臺(tái)長(zhǎng)度為1045mm,大頭直徑φ1025mm,小頭直徑φ885mm,錐度為3.84°。程序運(yùn)行過(guò)程正常,但用時(shí)約11 分30 秒,用時(shí)較長(zhǎng),分析認(rèn)為由于程序設(shè)置的錘頭提升高度不變,沒(méi)有隨著壓下量變化而變化,導(dǎo)致鍛造后期錘頭空走行程較大,造成單次壓下時(shí)間變長(zhǎng)(鍛造開(kāi)始時(shí),單次鍛造時(shí)間為3s,鍛造至10 分50 秒即最后一周時(shí),單次鍛造時(shí)間為7s),另外多道次的執(zhí)行,在道次轉(zhuǎn)換期間,空走動(dòng)作較多,浪費(fèi)時(shí)間。

        針對(duì)上述問(wèn)題,及時(shí)進(jìn)行了程序修改,增加了錐臺(tái)控制按鈕,通過(guò)添加固定的錐臺(tái)增量,在操作機(jī)每次后退行走完成后,錘頭下降4mm,從而保證鍛造的連續(xù)性,取消道次間的空走,提高鍛造效率。

        再次安排空試,模擬鍛造尺寸同上次試驗(yàn),程序運(yùn)行過(guò)程正常。鍛造過(guò)中程錘頭高度隨著臺(tái)階遞減,有效節(jié)省了空壓行程,單次鍛造時(shí)間平均為3.5 秒,共計(jì)用時(shí)8 分15 秒,效率提升明顯。

第二階段:產(chǎn)品熱試階段

⑴第一支產(chǎn)品情況。

        安排對(duì)第一支產(chǎn)品字端錐形臺(tái)進(jìn)行程序鍛造,非字端進(jìn)行人工控制鍛造,兩端錐形臺(tái)尺寸一致,長(zhǎng)度為1065mm,大頭直徑φ1005mm,小頭直徑φ845mm,錐度4.31°,使用1 級(jí)壓力進(jìn)行鍛造,每次旋轉(zhuǎn)角度為45°,行走步長(zhǎng)為60mm,鍛造9分45 秒完成,過(guò)程正常。鍛后熱處理冷卻后經(jīng)確認(rèn)非字端錐形臺(tái)各部尺寸,大徑φ1010mm,小徑φ848mm,總長(zhǎng)1070mm,錐度為4.34°,計(jì)算毛重為6210kg,工藝毛重6050kg,超重率2.64%,超重率較低且表面質(zhì)量控制良好,見(jiàn)圖2,明顯優(yōu)于人工控制的非字端錐臺(tái)(錐度3.95°,計(jì)算毛重6560kg,超重率8.43%)。

軸類鍛件錐形臺(tái)程序鍛造(圖2)

圖2 第一支錐形臺(tái)程序鍛造表面質(zhì)量

⑵后續(xù)跟蹤46 支產(chǎn)品情況。

        后續(xù)又繼續(xù)跟蹤記錄了46 支產(chǎn)品,主要是驗(yàn)證程序穩(wěn)定性和持續(xù)推行錐形臺(tái)程序鍛造功能的全面使用。結(jié)果顯示程序運(yùn)行穩(wěn)定,生產(chǎn)效率滿足生產(chǎn)要求,經(jīng)此階段抽查檢測(cè)28 支交檢產(chǎn)品的錐臺(tái)部位錐度,錐度均控制在工藝標(biāo)準(zhǔn)要求的±0.1°范圍內(nèi),有效降低了此部位的超重率。表1 為同一尺寸產(chǎn)品錐形臺(tái)部位自使用程序鍛造以來(lái),較前期人工控制時(shí)超重率水平的對(duì)比情況。由表1 可以看出,此類產(chǎn)品的錐形臺(tái)部位的超重率由手動(dòng)操作控制的7.81%降低至由程序鍛造控制的2.53%,顯著提高了支承輥產(chǎn)品的凈毛比水平。

表1 錐形臺(tái)部位前后超重率情況對(duì)比

錐形臺(tái)部位前后超重率情況對(duì)比

結(jié)束語(yǔ)

        本文以實(shí)現(xiàn)軸類鍛件錐形臺(tái)程序鍛造為目的,通過(guò)跟蹤人工操作時(shí)軸類鍛件錐形臺(tái)的鍛造過(guò)程,總結(jié)獲得最優(yōu)的鍛造參數(shù),形成程序鍛造中的變量參數(shù),編制PLC 程序和WinCC程序,固化形成了軸類鍛件錐形臺(tái)程序鍛造工藝及其在生產(chǎn)制造過(guò)程中的控制方法。所鍛造的錐形臺(tái)錐度控制、表面質(zhì)量、各部尺寸均符合標(biāo)準(zhǔn)要求,有效降低了毛坯余量,超重率明顯降低,節(jié)省了原材料成本。

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