摘要：锻造自动化生产线设计的前提是系统必须具有较好的技术经济指标，首先锻造生产线生产的产品应具有一定的生产批量，同时产品的生产工艺应合理且稳定可靠。论文分析了曲轴锻造自动线的工艺设计、生产工艺和设备选择、工艺布置、确定操作方式、加工工件传递方式和控制方式等问题，并对曲轴锻造自动线设计中存在的问题分析。
关键词 ：锻造；自动化；总体设计
引言：曲轴是发动机用于输出转矩的核心部件，如果把发动机比作汽车的心脏，曲轴（见图1）则是心脏的心脏。曲轴作为传动的主要部件，在工作中承受较大的交变载荷。其对强度、耐磨性和抗疲劳等指标都有非常高的要求。长期以来我国重型汽车曲轴采用大吨位锻锤或模锻压机作为主要成型设备，由人工操作进行锻造加工。高温、震动、粉尘等恶劣的工作环境，落后的工艺技术和生产装备，导致曲轴锻造生产过程效率低、产品的质量和精度水平差。多方面的落后局面严重制约了我国汽车行业全球竞争力的提升。
图1发动机曲轴
一、曲轴的传统锻造生产线结构分析。
曲轴的疲劳、耐磨性和强度性能参数是非常重要的。实际锻造生产过程中，对曲轴的原材料材质、加工工艺、精度，以及表面粗糙度、热处理、表面强化、动平衡等参数，要求都十分严格。锻造工艺过程控制的稳定性将影响曲轴产品质量，然而这种稳定性无法由人工作业生产获得。因此，人工作业极易造成曲轴潜在的质量缺陷，影响其使用寿命，从而影响发动机的可靠性，乃至于汽车整车的质量。因此，对于曲轴的锻造生产来说，采用自动化工艺，无疑对产品的精度稳定性、质量的提升有莫大的裨益。
传统重卡曲轴锻造生产线（如见图2）通常由加热炉、辊锻机、电液锤、切边机、扭拧机、校正机等设备组成，完成加热、制坯、预锻、终锻、切边、扭拧和校正等锻造工艺过程。
图2传统曲轴锻造生产线
二、曲轴锻造自动化生产线设计分析。
锻造自动化生产线设计的前提是系统必须具有较好的技术经济指标，首先锻造生产线生产的产品应具有一定的生产批量，同时产品的生产工艺应合理且稳定可靠。论文分析了曲轴锻造自动线的工艺设计、生产工艺和设备选择、工艺布置、确定操作方式、加工工件传递方式和控制方式等问题，并对曲轴锻造自动线设计中存在的问题分析如下：
1、产品的工艺方案设计。根据自动线所生产的产品，进行工艺分析，制订合理的工艺方案，一般应选用较先进的工艺，工艺设计应便于组织自动化生产，并尽量简化工艺过程、简化中间环节，以减少自动线发生故障的几率。对采用主动线生产锻件的品种和批量可作恰当的考虑，对于批量大、品种少或单一品种的锻件适合于专门化的模锻自动线进行生产，这样不仅可以获得较好的技术经济效果，而且便于生产管理。对于品种较多、中小批量的锻件，则倾向于采用机械手进行操作和连接的自动线，这类自动线的灵活性较大。
2、生产节拍设计。通常根据锻件的品种、规格、生产纲领选择模锻设备，自动线的生产节拍一般由主要设备（通常是模锻设备）的生产率来确定，并考虑自动传送装置或机械手完成各种动作所必须的时间，以及模具的冷却、润滑和使用寿命等因素。
3、设备之间动作的配合及连线设计。自动线上各台设备的动作必须协调，当采用刚性连接时，各台设备、工件之间传送装置或机械手应同步运转。对于柔性连接的自动线，一般后一台设备的转速应稍高于前一台，这样可以避免工件在中间产生堆积现象。
4、工序间工件的自动传送。自动线之间工件的自动传送有很多种类，其中最常见的是自动步进传送装置、机械手、自动输送带。步进梁式传送机构多用于多工位热模锻压力机和卧式模锻机，机械手可用于锻压设备之间的工件传递。输送带主要用于设备之间的工件输送和坯料或成品的输送。
5、锻造模的自动润滑、冷却技术。模锻自动线的生产效率一般较高，由于连续生产会使模具的温度显著升高，从而降低了模具的机械性能，加速了模具的磨损缩短了模具的使用寿命，在一定程度上限制了自动生产线生产率的发挥。为了延长模具的使用寿命，除了寻求新型的模具材料外，还应加强模具的自动润滑和冷却。自动线上通常都设有专门的装置、周期性的自动喷射冷却液和润滑剂，同的用压缩空气及时清除模具上的氧化皮。润滑剂的选择应满足对环境不产生污染、使锻件容易脱模、冷却模具，并能提高模具表面硬度等要求。
6、自动线设备布置。自动线设备布置方式应便于坯料和锻件的输送，便于对自动线的监控、生产管理、维修。大型的综合化的自动线，设备较高而且自动线较长，自动化装置也较多，一般沿车间厂房纵向布置。对于中小型锻件的自动线可以纵向单列布置，也可以双列布置。如果主机很高，可以位于一个高跨度，从而节省了车间的投资。此外，布局还应该考虑钢坯、锻件和废料的集中运输。
7、自动线的安全保护。为使自动线稳定、可靠地连续运转，自动线上应设立各种安全保护环节，防止发生人身伤害。通常用光电检测装置或红外线检测装置监视坯料的运动和位置，遇有不合规程的情况立即发出信号，并自动停车。机械手或自动化装置与模锻设备之间应有可靠的联锁控制，当机械手或自动化装置的夹钳在模具运动空间之内时，主机不能进行锻造。自动线上各个环节还应设置报警及信号显示系统，发生故障后能指示故障发生的部位，以便及时排除。
8、绿色制造的理念。绿色制造是一种协调企业的经济效益和社会效益的先进制造理念 。锻造生产过程能耗巨大，并且存在不同程度的污染。绿色可持续的锻造，不仅是企业自身发展的 需求，更是企业的一种社会责任。锻造工艺设计中，节能、节材、环保工艺的普及，遵循节能、环保、安全、高效的原则，坚持最高的资源的利用效率，最小的环境影响，设计过程更加注重节约原材料、节能、环境保护。
结语：总之，曲轴锻造自动线设计中，合理的工艺设计是生产线成功的前提，合理的设备布局与动作、连线设计是实现稳定生产，满足设计生产节拍的必要条件。在日益提倡绿色环保的今天，满足效益、效率的同时，安全性、环保性是自动化生产线不容忽视的首要问题。
参考文献：
[1]曾琦, 蒋鹏, 任学平,等. 曲轴智能锻造系统集成[J]. 锻压技术, 2017, 42(4):138-142.
[2]王云飞, 夏占雪, 胡志高,等. 曲轴先进锻造技术的研究与应用[J]. 锻压技术, 2012, 37(1):1-5.
[3]蔡创辉, 彭元萍, 吴斯炽,等. 曲轴锻件输送线的设计[J]. 机械设计与制造, 2014(2):14-16.
论文作者:赵帅,任玉玲
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
标签：自动线论文; 曲轴论文; 工艺论文; 设备论文; 工件论文; 机械手论文; 模具论文; 《电力设备》2018年第27期论文;