前轴、曲轴自动化锻造生产线建设周期长、投资巨大，如何保证生产线在合理的节拍下稳定的运行是充分发挥生产线的生产效率、释放设计产能的关键。

生产线概述

前轴与曲轴的锻造过程主要区别在于曲轴有扭拧工序，因此该线主要由以下设备组成：中频感应炉、φmm辊锻机、KP楔式热模锻压力机、16MN切边机、2MN扭拧机、20MN校正机、机器人(R1～8）、总线系统、悬挂线等。

前轴、曲轴生产过程

⑴曲轴：料段经上料→电炉加热→电炉出料→辊锻机→1#机器人→1#周转台→2#机器人→KP热模锻压力机（预锻、终锻）→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→悬挂线，最终成为曲轴锻件。

⑵前轴：料段经上料→电炉加热→电炉出料→辊锻机→1#机器人→1#周转台→2#机器人→KP热模锻压力机(卡弯、预锻、终锻）→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→5#周转台→8#机器人→悬挂线，最终成为前轴锻件。（扭拧机不参与前轴生产过程，7#机器人承担坯料传递工作）

生产线节拍统计与分析

锻造生产线调试投产后，对该线按照区域进行了实际节拍的统计，结果见表1。

通过表1可以看出，生产线的生产节拍不低于76秒。同时切边区域和校正区域是耗时最多的环节，因此提升生产线节拍的关键是缩短这两个区域的时间。

以切边区域为例，动作顺序如下，切边动作顺序如图1所示。

⑴R6原位（home），等待指令。

⑵R6得到取件指令，3#周转台取件。

⑶R6取件后返回原位，等待指令。

⑷R6得到进切边机指令、将锻件放入切边模。

⑸R6返回原位、发出允许切边指令。

⑹切边机切边、滑块返回上死点，发出R6取件指令。

表1不同区域实际生产节拍统计表

注：其中R3为负责锻模冷却、润滑的喷淋机器人

图1切边区域工作顺序图

⑺R6进入切边机取件。

⑻R6原位，等待允许放件到4#周转台指令。

⑼R6放件至4#周转台。

⑽R6返回原位，发出R7取件指令，等待。

切边区域的时间消耗主要在于R6机器人行程过多，其次为所有机器人运行速度设定为50%～75%。图2为R6机器人速度设置。

生产线节拍优化优化过程，减少等待时间

同样以切边区域为例，通过设置以下3个R6机器人“等待位”，可有效缩短锻件传递时间。

图2R6机器人速度设置

⑴3#周转台等待位。

空间定义：R6机器人夹钳接近3#周转台，且确保不与R5放置工件干涉。

指令意义：允许R5放置工件于3#周转台，等待R5指令允许R6抓取3#周转台的工件。

⑵4#周转台等待位。

空间定义：R6机器人夹钳接近4#周转台，且确保不与R7抓取工件干涉。

指令意义：允许R7抓取4#周转台工件，等待R7指令允许R6放置工件于4#周转台。

⑶切边机前等待位。

空间定义：R6机器人夹钳接近切边机，且确保不与切边机滑块上升、下降动作干涉。

指令意义：允许切边机滑块下行、压制，等待切边机允许R6放件/取件指令。

因此，切边区域的工作流程优化为：

⑴3#周转台前等待位，等待R5发出取件指令；

⑵得到取件指令，R6取件；

⑶R6取件返回到达3#周转台前等待位，发出允许R5放件到3#周转台指令；

⑷R6切边机前等待位，等待允许进入切边机指令；

⑸R6得到进切边机指令；

⑹R6将锻件放入切边模；

⑺R6返回切边机前等待位，发出切边机切边指令；

⑻切边机切边；

⑼切边机滑块返回上死点，发出R6取件指令；

⑽R6取件；

⑾R6到达4#周转台前等待位，等待R7允许放件指令；

⑿得到R7放件指令，R6放件；

⒀R6放件后返回4#周转台前等待位，发出R7取件指令；

⒁R6返回3#周转台前等待位，等待R5取件指令。

表2为切边区域R6机器人优化前后的动作及路径行程对比，通过表2可以看出，切边区域R6机器人在运行速度不变的情况下，通过优化路径，减少了mm的行程，有效的缩短了锻件传递时间，优化后的切边区域工作顺序如图3所示。

机器人运行速度的提升

由专业工程师对所有机器人进行负载测试后，对机器人的路径轨迹进行插补及逼近参数的调整，使轨迹能平稳圆滑的再现，实现%速度（机器人速度分编程速度与运行速度，均需提高）的自动运行，如图4所示。

生产线节拍调试过程模具的冷却、润滑

每次锻打之后，锻模需要吹扫氧化皮、降温、润滑。其他如切边模、扭拧模、校正模均存在吹扫氧化皮和降温需求。提高生产线节拍后，我们对锻模、切边模等模具进行了温度监测，发现模具的温度持续上升。图5是连续锻打件曲轴的终锻模具温度曲线。

表2切边区域R6机器人优化前后的动作及路径行程对比

图3优化后的切边区域工作顺序图

图4机器人全部提升为%速度

⑴为控制模具温度，调整冷却、润滑配方（表3），通过修改喷淋配方，增加喷水冷却量，达到给模具降温的目的。喷淋机器人进入模具执行吹扫+喷水冷却，返程执行石墨润滑+吹扫。图6为吹扫、冷却和润滑参数的设置界面。

由于锻造生产线使用的锻造脱模剂是按比例稀释的石墨乳，在℃情况下，能形成一层坚固薄膜粘附在金属模具表面，这层薄膜具有优异的润滑性，耐高温性。所以应保持模具温度在℃区间，同时避免锻模下模模腔内积液（若出现锻模下腔积液，会直接造成积液部位不满模的缺陷甚至导致锻件报废）。如图7所示，良好的喷淋之后模腔形成坚韧的石墨薄膜且无积液，达到方便脱模、满模良好的目标。

图5终锻模具测温孔处温度值

表3配方对比表

图6吹扫、冷却和润滑参数设置界面

⑵其他辅机的模具吹扫和冷却。

表4节拍提升后辅机区域的时间统计表

图7良好的喷淋之后，模腔的表面

图8生产线节拍提升后的生产情况

切边模由于采取抱切，锻件在下模放置时间较长，模具温升显著。校正模存在保压时间长，模具温度升高。采取吹扫方式，清除氧化皮、给模具降温。

表4为节拍提升后辅机区域的时间统计表，可以得出，生产线辅机的节拍可以提升至60秒以内。

锻造主机区域的节拍提升

与辅机区域相同之处为优化机器人路径、提升机器人速度。不同之处在于相对复杂的锻模冷却和润滑。前轴、曲轴的锻模温度应保持在℃，温度过低会影响锻件长度尺寸变大、不易满模。温度过高会造成锻件长度尺寸变小、降低模具寿命。

最终经过长达2个月的调试，前轴、曲轴自动化锻造生产线生产节拍稳定于60秒。图8为节拍提升后的生产情况。

结束语

⑴自动化锻造生产线节拍的提升依靠等待时间的减少及锻件工序间传递速度的提升。

⑵机器人路径的优化是提升生产线节拍的有效途径。

⑶锻造生产节拍的提升与模具的冷却润滑效果有直接关系。

——文章来自《锻造与冲压》年第9期

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