数字化锻造车间快速换模应用

白冰

桂林福达重工锻造有限公司广西桂林541002

摘要：我国的锻造生产线长期以来一直处于人工辅助的生产状态，与国际先进水平存在着一定的差距，为了缩小差距，提高我国锻造生产线的自动化程度，必须对锻造生产线及配套设备进行研发和改进。我公司《年产百万件曲轴数字化锻造车间的研制与应用示范项目》其子项目中快速换模，本文论述了我公司锻造生产线的现改进方向中快速换模的应用。本人参与本项目总体设计并负责现场安装调试，处理调试过程中出现问题。

关键词：锻造；生产线；自动化；快速换模

一、引言

我国的锻造生产线长期以来一直处于半机械、半人工的生产状态，小锻件的中转搬运基本上都由人工实现，大锻件的中转搬运由机械手实现，设备和机械手之间的信号传递采取点对点的方式，靠人工判断进行操作，生产效率低下、依赖工人经验等都造成了产品难以走向国际市场。

在国内锻造生产线缓步前行的同时，以德国、美国为代表的发达国家正在将锻造生产线推向新的技术层面，新建生产线不仅已经实现了自动化生产，而且已经逐步往智能化生产迈进。由此可见，要使我国锻造技术登上新的台阶，必须紧跟国际先进技术，找出我们的不足，努力进行新技术的探索和研发。

对于锻造生产线而言，模具更换速度决定了锻造生产的转产速度，并最终决定了锻造线的生产效率，因此模具的更换方式是决定锻造线设计是否合理的重要组成部分。

目前国外的先进锻造企业已基本上实现了快速换模，典型代表有法国serapid公司的刚性链拖动的换模系统，德国万家顿公司的电机驱动小车式换模系统，这些快速换模系统可将换模时间控制在40分钟之内。除了近几年从国外引进的生产线以外，国内的锻造生产线还都处于老式的换模方式，更换模具并达到可生产状态基本上需要一个班次的时间，超长的换模时间大大限制了生产效率，制约了企业的市场应变能力。因此，研究适合中国国情的快速换模系统，不仅可以提高锻造生产线的生产效率，还可以降低人工强度，为锻造生产线带来巨大的经济效益和社会效益。

二、研究方法

2.1快速换模的组成

要实现快速换模，必须实现快速装卡，传统的依靠螺栓人工装卡方式不仅耗时，而且由于人工差别，会出现装卡松紧程度不一，因此预紧力不一致的情况。

解决快速装卡可采用高压小流量的液压夹紧的方式，模具依靠高压油缸准确定位并牢牢固定在模座上。换模的时候，夹紧油缸泄油，夹钳张开，用快换小车拖出模具，更换新模具后，快换小车将新模具推进模座，然后夹紧油缸加压，将模具固定在模座上。打击锻件时，油缸处于保压，确保模具一直处于夹紧状态。

图2-5412500快换模座

图2-54是12500T生产单元主机的快换模座图。模座上共配备三个侧挤缸和四个纵向压紧缸，所有液压缸均采用控制阀精确控制，当压力不够时，测压系统给出信号，泵站立刻进行补压，以确保生产安全。图2-55和2-56是12500快换模座照片。

图2-55快换模座下模坐

图2-56快换模座上模座

2.2快换小车

快换小车用于拉出和推进模具，小车由电机驱动，可精确控制运动方向和运动速度，保证换模的顺利进行。图2-57是快换小车总装图。

图2-5712500快换小车

三、快速换模工作原理

快速装卡可采用高压小流量的液压夹紧的方式，模具依靠高压油缸准确定位并牢牢固定在模座上。打击锻件时，油缸处于保压，确保模具一直处于夹紧状态。测压系统对每组夹紧油缸压力检测图2-58，该监控系统通过压力传感器实时监测油缸上下腔压力值，并预留人工压力检测口，压力值变量按比例转换为4-20mA标准输入信号，通过专用屏蔽通讯电缆将数据传送到PLC模拟量数据处理模块压力值，PLC拟量输入模块处理上述实时压力数据，模块采集处理4-20mA信号后通过Profibus-DP信号传送上位机，上位机对数据进行处理，通过软件将相关数据以画面形式直观显示，画面形象逼真，通过设定压力上下限，当压力低于或者超过压力上下限值时红灯亮开始报警。

图2-58

3.1快速换模工作步骤

快换模座模座上共配备三个侧挤缸和四个纵向压紧缸。图2-59是快换模座夹紧模具工作步骤可以自动进行模具装卸工作也可以手动完成。

图2-59

3.1.1快换小车把模具送到位置后，自动装模开始对模具位置进行自动校正预紧。

3.1.2校正预紧后模具再次夹紧至设定参数图2-60。

图2-60

3.1.3上模2B2-2B9可以设置上模夹紧油缸压力，下模1B2-1B9可以设置下模夹紧油缸压力，通过精确控制点对点的检测保证装卸模具模精确到位。

3.1.4保压压力的设定上下限，当压力不够时，测压系统给出信号，泵站立刻进行补压，以确保生产安全。

3.1.5精确控制点对点的检测，压力传感器实时监测同时预留人工压力检测口，一对一的检测（图2-61）。

图2-61

三、研究结果

上模座上共配备三个侧挤缸和四个纵向压紧缸，下模座上共配备三个侧挤缸和四个纵向压紧缸，采用高压小流量的液压夹紧的方式，模具依靠高压油缸准确定位并牢牢固定在模座上。在设计中含有点对点的检测同时各个支路上安装高压手阀，通过压力传感器实时监测油缸上下腔压力值，使用高压油缸出现故障时系统提示的同时检查更为简单明了。实现40min内完成换模。

四、结论

自动快速换模系统由换模小车、导轨、门架及模架夹紧机构组成，在一副模具正常加工的同时将另一副模具准备好，但模具到达使用寿命时，可实现40min内完成换模，提高生产效率。

五、总结

对于锻造生产线而言，模具更换速度决定了锻造生产的转产速度，并最终决定了锻造线的生产效率，因此模具的更换方式是决定锻造线设计是否合理的重要组成部分。

目前国外的先进锻造生产线基本上都已经实现了全线所有模具快速换模，根据生产线的规模大小不同，模具更换时间可控制在30－60分钟之内。桂林福达重工锻造有限公司《年产百万件曲轴数字化锻造车间的研制与应用示范项目》快速换模系统的研发成功(见附件)，使更换模具的时间从原来的2个小时缩短到40分钟之内，并且由于配备两套A、B模具，在安装到模座上之前模具已经预热完成，省去了在线烤模时间，使得整个换模预热时间从原来的8个小时降低到1小时。