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      1. 技术文档

        连杆精密锻造自动化生产线

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        工业机器人具有效率高、稳定性好、可靠性高、重复性好、能在高风险环境中工作等优点,在传统制造业尤其是劳动密集型产业的转型和升级中发挥着越来越重要的作用。随着计算机技术和工业机器人技术的飞速发展,工业机器人作为装备制造业最普遍、最重要的功能部件之一,已广泛应用于汽车工业、航空制造业、电子电器、现代物流等大型生产领域。连杆作为发动机中最重要的零件之一,通常是用机械加工制造的锻件,生产环境极其恶劣,对人体危害很大,因此迫切需要进行机器人更换等自动化改造。王强、袁文生等人在精密锻造技术的基础上,设计了连杆精锻自动化生产线。与原锻造生产线相比,该生产线提高了锻造工艺,节省了人力,提高了自动化程度,提高了连杆锻件的精度和生产效率。然而,该生产线只实现了振动送料、感应加热、物料温度分选到楔横轧毛坯的自动化。其后期预锻、精锻、切边、冲裁、校正、冲裁等工艺仍需人工操作,只能生产最大锻件重量为0.5kg的摩托车发动机连杆。本文设计了一条全自动无人驾驶生产线,可生产出最大重量为5kg的汽车发动机连杆。

        1 连杆锻造工艺

        连杆作为一种长轴精密锻件,在形状、尺寸、重量公差、内部结构等方面有着严格的要求,被认为是锻件的难点。随着汽车和摩托车工业的不断发展,发动机的技术性能日益提高,对连杆的内部质量、尺寸和形状精度的要求也越来越高。其生产工艺经过不断发展完善,现已形成较成熟的精密锻造技术,目前先进的连杆锻造工艺如图1所示,本文根据此锻造工艺设计一条自动化生产线。

        图1 连杆精密锻造工艺流程图

        2 自动化生产线

        本文所设计的自动化生产线如图2所示,共有17台设备组成,各设备依次动作,彼此之间通过PLC通讯,整条生产线无需人工干预,可以生产最大重量为5kg的汽车发动机连杆,生产效率最高可达9s/件。

        图2 连杆锻造自动化生产线

        1.振动排序上料机 2.水平振动给料机 3.中频感应加热炉 4.红外测温仪 5.料温分选执行机构 6.自动辊锻机 7.1号机器人8.1号高性能压力机 9.2号机器人 10.MP热模锻压机 11.3号机器人 12.2号高性能压力机 13.4号机器人 14.成品推送机构15.3号高性能压力机 16.成品滑道 17.成品输送机

        2.1 工作流程

        图3 连杆锻造自动化生产线工作流程图

        图3为连杆锻造自动化生产线工作流程图,从图中可以看出各设备的工作内容及先后顺序:振动分选给料机负责进料,水平振动给料机将棒送至中频炉,中频感应加热炉负责对棒进行加热,红外温度计检测受热工件的温度,物料温度分选执行器根据试验结果将棒送至指定位置,自动辊锻机以合格温度轧制工件,1号机器人在辊锻后将工件抓取并送至1号压力机。然后抓取工件送到MP热模锻机的预锻站。预锻完成后,2号机器人在预锻站抓取工件,喷涂预锻和精密锻造站的脱模剂,然后将工件置于精锻站。精锻完成后,3号机器人在精密锻造站抓取工件,并将工件送至2号压力机。第二压力机负责冲边,第四机器人在冲边后,抓取工件并送至第三压力机进行校正,校正完成后,成品推送机构将工件推入冲裁滑块,工件沿冲裁滑块滑到冲裁输送机上。

        值得注意的是,MP热模锻压机上有两个工位(预锻和精锻),为节省成本,提高效率,正常生产时需要同时进行预锻和精锻,即上一次锻压完成后,3号机器人将精锻工位上的工件抓走,2号机器人将预锻工位上的工件移动到精锻工位上,并且 1号机器人将拍扁的工件放到预锻工位上后,热模锻压机才开始锻压生产。

        2.2 主要设备简介

        从图3中可以看出,连杆锻造自动化生产线上的设备主要分为4部分:自动上料系统,感应加热及分选系统,锻造设备和自动化设备。

        2.2.1 自动上料系统

        自动上料系统由振动排序上料机和水平振动给料机组成,其主要功能和动作如下:

        (1)将毛坯慢慢倒进振动分选给料机的料斗中。在振动电机的作用下,毛坯沿料斗内壁的螺旋材料通道向上爬,并在上升过程中自动排序。
               (2)送料口通过水平振动给料机与中频感应加热炉进料装置的入口连接,按预定节拍顺序将毛坯送入感应加热线圈,实现中频炉进料过程的自动化。

        当上料机料斗内的坯料小于设定值时,控制系统发出缺料报警信号,通知巡视工人进行下一次加料。

        2.2.2 感应加热及分选系统

        感应加热及分选系统主要由中频感应加热炉、红外测温仪、分选执行机构和废料筐组成。

        中频感应加热炉的额定功率为460kW,实际加热功率根据毛坯重量和生产节拍确定。为了适应不同直径毛坯的加热要求,感应加热线圈部件采用了快换接头,可实现不同规格线圈之间的快速更换。加热线圈入口处安装有滚压轮推料机构,与水平振动给料机的出口衔接,出口处安装有红外测温仪和料温分选执行机构,分选执行机构下方有三条可切换的通道,分别是正常料道、过烧料道和欠温料道。

        根据连杆型号的不同,设定相应的始锻温度范围,并将温度上、下临界值输入到控制系统内。若红外测温仪测出的料温高于上临界值,则毛坯过烧,执行机构启动过烧料道使毛坯进入废料筐。若料温低于下临界值,则毛坯欠温,执行机构切换到欠温通道,使毛坯进入回收箱。回收箱内的毛坯可再次加热使用。只有料温在设定范围内的毛坯,才能通过正常通道输送到辊锻工位。整个料温分选过程是自动完成的,严格的料温控制措施为确保连杆锻造质量提供了可靠的保障。

        2.2.3 锻造设备

        锻造设备包括1台辊锻机,3台高性能压力机和1台热模锻压机,负责连杆的锻造成形。

        辊锻机设有中心距调节机构、气动间隙补偿机构、气动摩擦离合器和制动器、自动干油润滑等。机械手夹具采用伺服电机和球杆结构水平移动,夹持用旋转缸代替直杆缸旋转,并提供一套油温和过滤控制系统。采用连续旋转成形工艺对圆棒进行粗锻。它具有锻造精度高、节能、生产率高、模具寿命长等优点,能够实现轧制过程的自动化。它是一种更换工艺和设备来更换气锤坯。

        辊锻机之后是1号高性能压力机,负责对辊锻件进行拍扁。

        MP热模锻压机设有预锻和精锻两个工位,具有精度高,刚度大,抗偏载能力强等特点,打击过程可实现 PLC控制,能够精确控制打击能量、打击次数、两次打击之间的时间间歇等参数,操作安全可靠,锻件质量基本不受工人操作水平的影响,从而为实现连杆精密锻造提供了可靠的设备保障。该设备还具备参数存储、故障报警及自动诊断等功能。热模锻压机之后是2号高性能压力机,其上安装有复合模具,负责切边和冲孔。2号压力机后是3号压力机,负责对切边冲孔的工件进行校正。

        2.2.4 自动化设备

        自动化设备包括3台FANUC M-710iC/50铸造版机器人(1、3、4 号)、1 台 FANUC R-2000iC/165F(2号机器人)铸造版机器人和1台成品推送机构。代替人工完成工件从一台设备流转到下一台设备的工作。

        1号机器人负责从辊锻机抓取辊锻后的工件放到1号压力机上,等待1号压力机对工件进行拍扁,拍扁完成后,1号机器人再将工件抓起,送到热模锻压机预锻工位上。2号机器人负责在锻造完成后将热模锻压机预锻工位上的工件抓起,对预锻和精锻工位喷脱模剂,然后再将工件放到精锻工位上。3号机器人负责抓取热模锻压机精锻模具的工件放到切边冲孔压力机上。4号机器人负责从切边冲孔压力机上抓取工件,放到校正压力机上。成品推送机构负责将校正后的工件推到下料滑道内,使工件沿滑道移动至下料筐内。

        3 结语

        以连杆精锻技术为基础,研制了一条自动精锻生产线,可用于生产长轴精密锻件,如振动进给、感应加热、物料温度分选、拍击、预锻、精锻、刀刃冲孔及冲裁校正等。它具有节能、节约材料、效率高、产品精度高、质量好、自动化程度高、安全可靠等优点,是取代传统连杆锻件生产设备的替代产品。该生产线已投入使用,取得了良好的经济效益。


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