自动化链轨节锻造生产线

链轨节是推土机、挖掘机等工程机械履带中的重要零部件，市场需求量很大。链轨节工作环境恶劣，其受力复杂，在工况中需要承受很大的随机交变载荷，是履带式工程机械行走系统最易失效的部件之一，链轨节的质量直接影响了履带总成的使用寿命。链轨节采用模锻工艺生产，传统的工艺流程为剪切下料→中频感应加热→空气锤制坯→摩擦压力机或电动螺旋压力机锻造→曲柄压力机切边、冲孔、校正→调质热处理。其存在以下缺点：⑴所需的设备及操作人员多。该工艺工序多，采用的设备多，且主要工序全部为手工操作，自动化程度低，一条链轨节生产线就需要10-15人；⑵生产效率相对低。手工操作及较多的工序降低了生产效率，在不考虑设备故障及调试模具工装的情况下，产量约为300件/小时；⑶锻件质量不稳定。手工操作对人员的技能要求高，锻件一致性差。在多台设备间的周转容易造成锻件表面的磕碰伤，且锻造温度不易控制，影响锻件质量；⑷加热炉及锻造设备的能耗高。

随着国内工程机械市场的发展，竞争愈加激烈，对产品的质量及成本要求也越来越高。而目前热模锻行业人力资源严重匮乏，人工成本逐年上涨，为解决此问题，自动化是最佳路径。自动化减少了对人工的依赖，避免了过程中的人为因素，产品质量也稳定、可靠，生产效率得到提升。在此形势下，传统的锻造生产设备及生产工艺亟待升级，我公司的自动化链轨节锻造生产线及相适应的链轨节锻造生产工艺，在国内锻造自动化发展方面具有一定的代表意义。

链轨节锻造生产工艺

基于不同的锻造生产线，有不同的锻造生产工艺。相较于传统的锻造设备，多工位的热模锻压力机更易实现自动化。我公司引进的米勒万家顿公司生产的曲柄锻造压力机，能够安装五个工位的成套模具，并且能够在同一次行程中完成多个工位的成形，我们基于此设备，以某一190mm节距的链轨节锻件（图1）为例，设计了如下锻造工艺：剪切下料→自动化上料→中频感应加热→料温自动分选→热模锻压力机上压扁、预锻、终锻、冲孔切边校正复合→工件温度自动分选→余热淬火、回火。

图1 190mm节距链轨节简图

自动化链轨节锻造生产线

自动化链轨节锻造生产线生产节拍为4～5s/件，连续运行时每小时产量可达700余件，主要生产190mm～203mm节距的多种链轨节锻件产品。主机型号为PK3150热模锻压力机，最大负载3150吨，其机架和驱动系统专为高负载和精密生产而设计，特别适合大批量锻件的自动化生产。整条生产线配置了自动上料装置、脱模剂自动喷雾系统、工件控温输送系统、快速换模系统等，能够实现工件从上料到产品的自动化生产。正常生产时，整条生产线仅需要三名操作人员，主要负责加热炉和主机面板的控制，生产线异常处理和全线巡视。

自动化链轨节锻造生产线的整体长度约为80.2m，宽度约12.5m，分别由上料装置、中频加热炉、料温分选装置、热模锻压力机、锻件输送链、余热淬火装置、回火炉组成，各部分之间均通过滑道或传送链连接，其设备组成、功能及特点分别介绍如下。

自动上料系统

近年来，在锻造生产中，采用感应加热的厂家越来越多，但感应加热的上下料却大都需要人工完成，一般需要1～2名操作人员。人工上料增加了用工成本，同时人为因素不可避免的会影响生产效率。自动上料系统的采用可以消除此影响，更好的发挥感应加热的优势。

自动化链轨节锻造生产线的上料系统由翻转加料斗、振动提升上料机、水平输送机和压辊推料机构组成，如图2所示。

图2 自动上料系统

生产开始前，操作人员将装满棒料的料筐放置在翻转加料斗中，油缸推动料斗翻转，将棒料倒入振动提升上料机的振动斗内，振动斗每隔一段时间，通过振动将棒料送入提升上料机的提升链底部，通过提升链将棒料有序送入水平输送机的轨道中，棒料通过传送链送至压辊推料机构处，操作人员可在加热系统控制面板上调整进料速度，控制压辊转速，从而调整生产节拍。当压辊处无棒料通过时，控制系统会发出缺料报警信号，通知操作人员加料。正常生产时，一般半小时需加一料筐棒料。

棒料加热及料温分选

中频加热炉额定功率为3000kW，实际生产中根据产品型号及生产节拍的不同，通过调整输出功率百分比的数值，控制棒料加热温度。中频加热炉感应加热线圈入口处与上料系统的压辊推料机构衔接，从而控制整条生产线的生产节拍。同时在中频加热炉感应加热线圈的中部及出口处，各有一个压辊推料机构，其中出口处的推料速度为最大，略高于中部压辊的推料速度，入口处的推料速度最小，此种设计可以保证棒料输送顺畅。

图3 加热炉及料温分选装置

中频加热炉感应线圈出口处，装有料温自动分选装置，由红外测温仪、三路棒料分选装置和出料滑道组成，出料滑道包括正常滑道、欠温滑道和过烧滑道，如图3所示。操作人员可在加热系统控制面板上对棒料温度的上下限进行设定，红外测温仪收集温度信息反馈至控制系统，控制系统控制分选装置，将低于下限温度的棒料送入欠温滑道，高于上限温度的棒料送入过烧滑道，正常温度的棒料通过正常滑道进入下一工位。料温自动分选装置能够严格控制棒料温度，保证锻件质量和生产的顺利进行。

 热模锻压力机锻造

热模锻压力机具有生产效率高、打击速度快、模具热接触时间短、模具使用寿命长等优点，适用于大批量生产的自动化锻造流水线。本生产线配置的PK3150热模锻压力机（图4）采用双驱动机构，能够进一步减少焖模时间，降低模具磨损，延长模具冷却和零件传送时间，从而提高生产率，最高行程可达60次/min。

图4 PK3150热模锻压力机

整个锻造系统由换模板、脱模剂自动喷雾系统、步进梁传送系统及主机组成。毛坯经由一工位压扁、二工位预锻、三工位终锻、四工位冲孔切边校正后成形。

生产开始时，操作人员启动主机，控制系统检测各信号正常后，压力机开始行程，步进梁系统与喷雾系统开始机械动作。加热至锻造温度的棒料，由正常滑道划入机械手抓取位置，接近开关检测到信号后，机械手将棒料抓取至旋转台上，后由步进梁上的夹爪顺序移动至各工位。步进梁内装有接近开关，会在工件抓取时向控制系统传输信号。自动喷雾系统跟随此信号对相应的工位进行喷雾，操作人员可根据生产情况对喷雾量进行调节。当棒料长度超差或工件抓取出现异常时，控制系统发出故障报警，设备暂停，由操作人员进行处理。压力机能准确显示各工位的锻造负载，并具有过载保护系统。正常生产时，锻件质量基本不受操作人员技能水平的影响，保证了产品质量的稳定性。

图5 快速换模系统

生产线还配有快速换模系统，由换模小车、导轨、换模板架组成（图5）。压力机配有两副换模板，一副在压力机上进行锻造生产时，另一副可在模具车间完成模具装配。当生产需要时，可在20min内完成换模板的更换。通过应用快速换模技术，可以将大量内部换模作业转换为外部作业，从而缩短设备停机时间，提高生产效率，这对于实现锻造自动化有重要意义。

余热淬火、回火

余热淬火工艺已广泛应用于链轨节等履带部件产品上。余热淬火工艺能够省去一次淬火加热工序，经余热淬火处理的锻件不仅具有优良的综合力学性能，而且成本降低，生产效率提高。

图6所示为余热淬火回火线。链轨节锻造完成后，通过步进梁移动至主传送链上。热锻件经过主传送链上的接近开关后，被分配至两条并行的分传送链上。每个分传送链上均设置了两个由接近开关控制的挡板，用来调整锻件摆放的方向。

图6 余热淬火回火线

分传送链末端装有锻件温度自动分选装置，经红外测温仪测量后，温度符合要求的锻件进入余热淬火机床，其他锻件被推入一侧的料筐内，进入调质工序。锻件经余热淬火后，通过提升链进入清洗池清洗，再由布料机送入回火炉进行回火。

结束语

自动化链轨节锻造生产线实现了链轨节锻件从上料到热处理的自动化生产，最高班产量可达5000余件。现场操作人员数量由普通生产线的十余人减少到三人，其主要职责由体力劳动转变为产线的控制和维护。生产过程的自动化消除了人为因素对生产效率及产品质量的影响，提高了产品的稳定性和一致性。但同时，企业应注重建设一支高素质的自动化设备保养维护团队，保障自动化装备的稳定运行，提高设备综合利用率。

——本文选自《锻造与冲压》杂志2017年第19期

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