Application of Automation Technology in Forging Process

应用自动化技术于锻造工艺

锻造工艺在现代生产中逐渐采用先进的自动化技术，这一变革主要体现在用工业机器人及系统取代传统的手工操作，特别是在加热炉内推进锻件、锻造过程中的装卸操作以及成形与修整方面。合理运用自动化技术不仅能够简化工艺流程，还能有效减轻员工的工作负担，同时显著提升锻件的表面质量，减少加工过程中切削余量，并最大程度推动生产效率和效果的提升。

1 自动化技术在锻造工艺中的应用可行性

1.1 技术基础的保障

随着我国锻造行业的发展，传统的手工操作方式已转向现代化的机械设备生产模式。在技术变革与升级过程中，机械化自动化水平得到了提高。特别是在引入大量新技术与新设备时，为自动化技术在锻造工艺中的应用创造了更多机会。首先，伴随着我国计算机控制技术的持续进步，各类锻造自动化软件产品相继问世，尤其是伺服驱动的步进梁机械手及其匹配的软件系统，能够有效控制多关节机器人，不仅支持批量自动化生产，还能降低加工成本，提高产品可靠性，从而形成良好的硬件与软件基础保障。其次，锻件产品的消费者及高端客户对产品质量提出了更高的要求，只有引入先进的自动化技术，才能避免人为操作可能带来的质量影响。同时，在技术支持下，加快加工速度，减少人力资源的占用，实现机械化的发展模式。我国的锻造自动化技术发展与西方国家存在一定差距，西方发达国家在上世纪末便已创建了一套相对成熟的高自动化水平的锻造配套技术体系。在锻造加工过程中，我国亦应积极引进国外先进的技术经验，以促进自动化技术的有效应用。

1.2 未来发展潜力巨大

尽管我国在锻造加工中自动化技术的应用起步较晚，但未来发展潜力巨大。目前，锻造工艺已从单一机械设备的自动化控制转变为生产线的刚性与柔性自动化发展模式，未来必将朝着智能化的方向发展，形成智能化锻造生产及加工机制。单一机械设备的自动化控制能够帮助解决传统人工操作中复杂的工艺问题，但仍然依赖于人工操作。生产线的刚性自动化是将生产中使用的机械设备与PLC系统中的I/O硬件连接，不再依赖人工操作，而生产线的柔性自动化则能够为整体的锻造加工与生产提供更先进的自动化技术支持。这主要因为在柔性自动化控制系统的操作中，可以利用现场总线作为基本部分，通过网络系统将每台机械设备相连，形成先进的控制架构，动态监测锻造生产各单元之间的交互，准确获取生产数据并迅速诊断故障问题，确保产品替换操作、独立生产单元加工、整体启动及生产线的孔清洁等，优化生产参数信息。柔性自动化生产技术的应用依赖于优化的网络系统、网络架构、PL系统、安全总线技术、专家控制及远程监控系统等多种灵活而优化的技术，在技术的加持下，锻造生产与架构中的自动化技术应用水平得以提升。

1.3 自动化技术应用的众多优势

当前，在我国绝大多数锻造生产作业领域中，所使用的机械设备过于简陋，处理环境极差，甚至依赖于人工操作，不仅难以提升生产效率，也难以确保产品质量。操作者的劳动强度和压力极大，存在隐性风险。在锻造过程中，超过1200℃的高温易导致高温烧伤的风险，红热锻件释放的热辐射对人体造成伤害，加热炉燃烧产生的烟雾会使空气中的有毒成分浓度升高。此外，设备生产时的高分贝噪音可能对操作者的听觉系统和视觉神经造成损伤。如果高吨位锻造设备未合理安装，在震动松动和坠落的情况下易造成人员安全事故。通过自动化控制技术的运用，许多加工工序可以使用机器人或自动化系统代替人工操作，有效预防诸多安全隐患。同时，自动化技术还能加速装卸速度，及时、定量、准确地进行工件修整，减轻工作人员的工作负担，提高现场区域安全性及产品质量管理效果。综观所述，在锻造过程中应用先进的自动化技术具有诸多优势。企业应对此给予一定重视，将自动化技术引入锻造工艺及加工环节，改善生产现状，确保整体项目的发展水平。

2 对于自动化技术在锻造工艺中的应用建议

2.1 加强自动化改造力度

在应用锻造自动化技术的过程中，应加强对现有设备的自动化改造，根据不同设备的特点和条件合理进行改造，以满足企业高质量的加工与生产需求。①目前我国大多数锻造生产企业所用设备设施相对滞后，难以利用现代总线控制自动化技术来实现良好的改造和升级。针对此类设备，应合理采用单机自动化的技术手段，降低人员工作负荷和操作强度，控制生产成本，尽量防止因人工操作失误或其他问题所造成的产品生产质量缺陷。②使用先进自动化技术最重要的是确保流程的稳定性和可靠性，加强加工系统与生产系统的技术改造与升级，持续对各关键工序进行自动化升级。例如，锻造前后的关键工序可以保留手工操作，防止生产线停滞，而模锻锤的关键工序则可以全面使用自动化技术改造。③在生产过程中，重点关注中小型热模锻的生产环节和关键工序，采用先进的步进梁机械手来实现最终的自动化升级与自动化作业。在大型模锻处理中，可协调多台机器人设备协同作业，发挥一定的自动化加工和生产作用。④在生产与加工的自动化升级改造中，企业应关注技术人员、维护人员及其维护人员的专业素养，组建高素质的人才队伍，确保自动化系统和技术的良好应用。

2.2 优化自动化生产线

定制锻造企业在加工过程中使用先进的自动化技术，应关注生产线的改进与优化，增强改革力度，充分发挥自动化技术在生产线中的作用，确保整体生产系统与机械设备的自动化水平。例如：积极学习其他公司的成熟经验与成功实践，建立热模锻自动化生产线及多个自动化生产线，通过总线系统实现整体控制，构建双层总线电控架构，上层利用远程控制设备和技术进行有效控制，下层通过现场系统完成各种控制任务，借助先进的自动化技术，将加热炉设备、压力设备、冲压机械设备、成形与修整设备、装卸输送设备等有机融合，最终形成综合的自动化生产模型。在实际的自动化生产线系统应用中，可以预设半自动化、全自动化和人工操作模块，以确保在各种条件下满足锻造加工的需求。同时，在创建自动化生产线系统时，还需关注优化工艺流程模型，积极设计并创建自动化喂料系统、卸货系统的物流支持系统，合理应用自动化喷雾润滑冷却装置，利用多关节机器人设备定期吹扫模腔部分和锻件表面，以去除氧化皮和杂质，提升表面质量水平，并严格依据生产工艺标准指数要求控制尺寸精度，尽可能延长模具的使用寿命，确保生产的性能、效果和质量水平。

2.3 完善自动化控制系统架构

2.3.1 硬件部分设计 在设计锻造加工的自动化控制系统架构时，硬件部分显得尤为重要。企业应结合锻造过程中去鳞机械、修整设备、可控冷却线设备的信号切换要求与信号逻辑复杂性特点，合理设计主控中央处理器及触控屏部分，创建基于此的人机交互界面。同时，为不同设备设置信号交换输入模块、输出模块和通讯模块，以提高数据通讯的便利性，增强硬件设备和系统的扩展性能，更好地与以太网系统平台连接。

2.3.2 软件部分设计 自动化控制架构的软件部分应重点设置PLC系统和MHI系统，运用模块化编程方式进行处理，搭建良好的主循环程序结构，并在每轮程序周期中逐个运行，形成良好的接口模块和程序功能模块。接口模块可根据生产需求在每轮中调取和处理，涉及机器人信号接口模块、去鳞设备信号接口模块及可控冷却线信号接口模块。程序功能模块是专门部分，能自动切换和跳转触控屏窗口，具备安全锁信号控制、锻造生产线周期控制、自动故障诊断报警、生产线组织与管理等功能，充分发挥软件在自动化技术应用中的价值。

在PLC软件与程序使用过程中，需根据锻造加工及生产要求特色，合理设计人机交互界面，主要包括机器人接口、参数设置界面、生产线状态监控界面和报警查询界面。机器人接口可以严格控制机器人及其它类型设备在应用过程中的信号与自动化应用模式。参数设置界面帮助锻造加工部门严格设置不同设备及不同操作的参数信息，尤其是针对高温加工部分，机器人抓手无法长时间抓取工件，此时可以使用参数设置界面严格控制机器人抓手的等待时间与抓取时间，以防止生产控制问题。状态监控界面可动态全面监控机器人信号、机械设备信号及生产信号，及时发现锻件质量或缺陷问题，有针对性地处理与解决问题，从而确保系统的良好运作与可靠运行。报警查询界面可及时为自动处理的技术人员与工作人员提供设备运行故障及生产线问题的报警信息，为自动化生产与加工提供保障。此外，为确保自动化生产软件合理设计与优化，还需关注机器人程序的编写，根据锻造加工的生产要求及自动化转型升级的特征，严格编写TP程序及PC程序。通过改进程序内容、提升程序机制与体系，保持自动化技术的创新应用水平。例如，在PC程序编写过程中，依据锻造加工的内容及程序，采用模拟软件进行编程与处理，以确保系统能够实现机器人的特殊功能。在TP程序编写过程中，也可与PC程序相互连通，确保自动化系统与程序的良好应用。

3 结论

综上所述，在我国的锻造工艺生产与加工中，传统技术与加工模式已无法满足当前对高质量加工与生产的需求。合理运用先进的自动化技术及其转型升级已势在必行，这是提升锻造质量与生产水平的重要措施。因此，在新时代下，锻造企业应重视自动化技术的应用，加强对自身设备与系统的改造，优化自动化生产线，并合理设计控制系统的软硬件。