文／李建輝，馬丁·中鋼集團(tuán)邢臺(tái)機(jī)械軋輥有限公司

        我國的自由鍛造生產(chǎn)線長期以來一直處于半機(jī)械、半人工的生產(chǎn)狀態(tài)，鍛造過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，見圖1。因此本文通過分析討論軸類鍛件錐形臺(tái)程序鍛造在生產(chǎn)過程中的控制方法，來提高錐形臺(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)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、長度要求，利用現(xiàn)有1000mm寬的上平砧邊部的過渡圓弧將錐臺(tái)部位劃分為多個(gè)等長的小臺(tái)階，通過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)每次行走步長動(dòng)作的完成來判定壓下量的變化(操作機(jī)每行走一個(gè)小臺(tái)階長度，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)長度為1045mm，大頭直徑φ1025mm，小頭直徑φ885mm，錐度為3.84°。程序運(yùn)行過程正常，但用時(shí)約11 分30 秒，用時(shí)較長，分析認(rèn)為由于程序設(shè)置的錘頭提升高度不變，沒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(鍛造開始時(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)上述問題，及時(shí)進(jìn)行了程序修改，增加了錐臺(tái)控制按鈕，通過添加固定的錐臺(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)行過程正常。鍛造過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°，行走步長為60mm，鍛造9分45 秒完成，過程正常。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%)。

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，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

結(jié)束語

        本文以實(shí)現(xiàn)軸類鍛件錐形臺(tái)程序鍛造為目的，通過跟蹤人工操作時(shí)軸類鍛件錐形臺(tái)的鍛造過程，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。