文／張龍，王喜珠，蔡宏偉，黃云龍·一汽鍛造(吉林)有限公司

自動潤滑噴淋臂改善及應(yīng)用

文／張龍，王喜珠，蔡宏偉，黃云龍·一汽鍛造(吉林)有限公司

鍛造企業(yè)是機械制造行業(yè)中工作環(huán)境差、勞動強度大、人員密集型的毛坯類加工企業(yè)。近年來，隨著我國制造業(yè)的技術(shù)能力及制造水平的提高，自動化鍛造在我國的鍛造行業(yè)也進行了嘗試與應(yīng)用，如我公司正使用的中國二重生產(chǎn)的國內(nèi)首條12500t楔柄滑塊式鍛壓機自動化生產(chǎn)線和合肥鍛壓冷擠壓式生產(chǎn)線等。

一些國內(nèi)企業(yè)花巨資從國外引進先進的自動化鍛造生產(chǎn)線，如一汽鍛造的J&H PRESS 4000t小曲軸自動化生產(chǎn)線，東風(fēng)日產(chǎn)鍛造的SMS自動化生產(chǎn)線等。這些企業(yè)通過較高的自動化程度實現(xiàn)自動上料、自動噴淋以及采用步進梁或機器人實現(xiàn)自動化鍛造生產(chǎn)，在節(jié)省勞動力、降低勞動強度、提高生產(chǎn)效率的同時，穩(wěn)定生產(chǎn)流程，實現(xiàn)高質(zhì)、高產(chǎn)、高效的生產(chǎn)體系。

引進自動化鍛造設(shè)備的同時，我們也一樣面臨著嚴峻的技術(shù)難題，自動化鍛造生產(chǎn)雖然也是我們概念中的自動上料、坯料自動加熱、步進梁或機器人傳遞自動鍛打、鍛壓機自動運行、自動卸料，但是自動化鍛造對于設(shè)備的匹配以及設(shè)備的適用性有很高的技術(shù)要求，如果忽視這些細節(jié)和要求，將難以實現(xiàn)自動化設(shè)備的連續(xù)性生產(chǎn)。因此，如何解決自動化設(shè)備的這些技術(shù)難點是實現(xiàn)自動化生產(chǎn)的前提條件。

一汽鍛造2012年引進了韓國J&H PRESS 4000t自動化鍛造生產(chǎn)線（圖1），通過四年的調(diào)試與經(jīng)驗摸索，完成了工藝的轉(zhuǎn)化、模具質(zhì)量問題控制、鍛件質(zhì)量提升、噴淋結(jié)構(gòu)合理優(yōu)化等技術(shù)難題，將鍛造的企業(yè)文化與先進的自動化生產(chǎn)技術(shù)相結(jié)合，提煉出符合自己產(chǎn)品架構(gòu)的生產(chǎn)模式，實現(xiàn)了自動化設(shè)備的高效、高質(zhì)的使用。

噴淋臂與模具型腔的匹配

在自動化及電加熱技術(shù)日趨成熟的今天，鍛壓機工步的技術(shù)革新以及設(shè)備能力的保證逐漸成為自動化生產(chǎn)的瓶頸，而鍛壓機影響生產(chǎn)效率和成本最突出的問題是自動噴淋潤滑，由于自動噴淋的影響，我公司自動化生產(chǎn)線班產(chǎn)不足700件，且廢品率一直在3%左右居高不下。

圖1 生產(chǎn)線示意圖

目前，90%以上的自動線自動噴淋系統(tǒng)的噴淋臂的噴嘴位置都為滿型腔均布式設(shè)計，我們稱之為通用噴淋臂結(jié)構(gòu)（圖2）。雖然這種結(jié)構(gòu)能夠滿足型腔石墨的均勻覆蓋，保證所有模具表面的潤滑，適應(yīng)各種鍛件，但是也有較多的缺點與不足：⑴對于復(fù)雜的型腔或深型腔鍛件覆蓋范圍無法滿足100%覆蓋；⑵通用噴淋臂的噴嘴位置較多，雖能達到完全覆蓋型腔的要求，但是型腔外浪費較多，造成潤滑劑的浪費；⑶噴嘴較多導(dǎo)致噴淋臂端頭處壓力不足，潤滑劑噴出效果不好，直接導(dǎo)致模具端頭處潤滑差；⑷導(dǎo)致模具冷卻快，鍛件質(zhì)量和模具壽命無法保證。

圖2 通用噴淋臂與型腔模擬示意圖

一汽鍛造自動線生產(chǎn)中由于鍛件型腔深度以及型腔拔模角度、噴嘴位置不匹配等原因，石墨僅僅能夠在表面零星附著，大部分潤滑劑通過吹散可以在模具表面進行附著，但是附著效果不理想，造成模具潤滑不良，直接導(dǎo)致鍛件粘模、模具老化過快等情況的發(fā)生，影響自動線設(shè)備的連續(xù)性，無法實現(xiàn)真正意義的自動化連續(xù)生產(chǎn)。我們使用顯影劑對噴淋效果進行了驗證，驗證效果如圖3所示。

圖3 顯影劑測試潤滑效果

使用顯影劑及噴淋設(shè)備測試不同模具，可發(fā)現(xiàn)潤滑劑在模具型腔中附著效果不佳，未實現(xiàn)全面均勻覆蓋，這就導(dǎo)致鍛件粘模、模具壽命低、鍛件充不滿等質(zhì)量問題，生產(chǎn)線無法連續(xù)生產(chǎn)。根據(jù)這一現(xiàn)狀促使我們開始研究專用噴淋臂，以期降低成本，同時提高生產(chǎn)效率，為公司創(chuàng)造更大的價值。

項目實施

⑴數(shù)據(jù)收集。依據(jù)鍛件圖的實際尺寸，對鍛件形狀及潤滑重點位置進行評審，確定噴淋重點位置。鍛件評審圖如圖4所示。

圖4 鍛件圖評審

⑵依據(jù)評審結(jié)果，采集鍛件重要潤滑點具體尺寸數(shù)據(jù)。潤滑點數(shù)據(jù)選取如圖5所示。

圖5 潤滑點數(shù)據(jù)選取示意圖

⑶根據(jù)數(shù)據(jù)以及潤滑需求，設(shè)計專用噴淋臂。對于曲軸鍛件而言預(yù)鍛型腔的坯料臺、平衡塊位置及曲柄臂等位置為重點潤滑部位，依據(jù)鍛件重要潤滑點具體尺寸數(shù)據(jù)設(shè)計為采用點對點直接噴射的方式進行潤滑，確定噴嘴位置及數(shù)量，達到充分潤滑的目的。對于潤滑需求量較小的部位，采取兼顧式潤滑，利用附件潤滑點的噴嘴進行潤滑，型腔之外部位，取消潤滑噴嘴，減少不必要的潤滑劑消耗。新噴淋臂示意圖紙如圖6所示。

圖6 新噴淋臂示意圖紙

圖6所示是依據(jù)模具型腔結(jié)構(gòu)綜合噴淋臂的裝配數(shù)據(jù)，根據(jù)噴淋位置，設(shè)計新結(jié)構(gòu)形式噴嘴，使噴出的潤滑劑可以形成良好的擴散面和直噴面，滿足模具對潤滑的要求。

圖7 噴嘴位置與型腔位置模擬示意圖

圖8 新舊噴淋臂對比

后續(xù)改進

改進后班產(chǎn)得到明顯提升，但是我們發(fā)現(xiàn)在鍛打穩(wěn)定400件左右，需要頻繁進行噴淋臂噴射時間來解決鍛件粘?，F(xiàn)象。我們采用邏輯樹進行了根因分析及驗證，以邏輯圖（圖9）方法分析影響鍛打調(diào)整次數(shù)的因素，查找真因，并逐一給出解決方案。

在逐一排除石墨選取不合理、噴嘴位置設(shè)定不合理、螺栓松動、噴淋不合理等因素后，我們認為石墨噴淋以及吹散時間對鍛打的持續(xù)性存在影響。針對這一特性，我們采用Minitab進行數(shù)據(jù)的回歸分析。

圖9 邏輯樹分析

Minitab軟件是現(xiàn)代質(zhì)量管理統(tǒng)計的領(lǐng)先者，全球六西格瑪實施的共同語言，以無可比擬的強大功能和簡易的可視化操作深受廣大質(zhì)量學(xué)者和統(tǒng)計專家的青睞。Minitab 1972年成立于美國的賓夕法尼亞州州立大學(xué)（Pennsylvania State University），到目前為止，已經(jīng)在全球100多個國家，4800多所高校被廣泛使用。

Minitab進行數(shù)據(jù)的回歸分析基本步驟如下：⑴進行數(shù)據(jù)P評審，查找數(shù)據(jù)完整性；⑵進行數(shù)據(jù)圖示化，通常選取箱式圖、矩陣圖等查看數(shù)據(jù)相關(guān)性；⑶進行數(shù)據(jù)分析(A分析)查找數(shù)據(jù)共線性以及P-value；⑷進行殘差分析，檢驗正態(tài)性；⑸進行數(shù)據(jù)回歸分析以及未來值預(yù)測。進行數(shù)據(jù)回歸分析顯示壓縮石墨噴灑時間在0.24s時模具基本上可以滿足生產(chǎn)的連續(xù)性。

改進效果

現(xiàn)場進行了專用噴淋臂的使用，解決了鍛件粘模、氣爆及模具老化過快、模具溫度變化大等問題，保證了生產(chǎn)線的連續(xù)生產(chǎn)，班產(chǎn)大幅度提升，并且避免了生產(chǎn)過程中頻繁調(diào)整現(xiàn)象。產(chǎn)量示意圖如圖10所示。

圖10 產(chǎn)量示意圖

結(jié)束語

本文以大眾EA211曲軸為例，研究及設(shè)計專用噴淋臂進行了坯料臺及型腔位置專門噴嘴噴射，改善了噴淋效果，同時減少噴嘴數(shù)量，節(jié)約了石墨的使用量，同時用Minitab模擬出合適石墨使用量，滿足生產(chǎn)連續(xù)性。希望藉此文拋磚引玉，為行業(yè)內(nèi)類似問題提供一些可借鑒的解決思路及方法。