CN113198961A - 一种大型法兰自动生产工艺 - Google Patents
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Abstract
一种大型法兰自动生产工艺，属于法兰生产技术领域，包括如下步骤，S1，切割，将坯料从圆钢上切割下来，切割为圆坯；S2，加热；S3，压机制坯，将坯料由取料机放置在压力机上的三个工位上进行镦粗、成形、冲孔、去冲芯等锻造工序，最终的成形坯料为带颈法兰；S4，二次加热，S5，碾环，由取料机夹取，放置到碾环机上进行碾环，碾环过程中有高压水枪对准坯料进行冲刷，碾环完毕后坯料成为工件；S6，冷却，将碾环完毕的工件由法兰机械手吊起转移到冷却区；S7，机加工，将冷却完毕后的工件进行表面处理。本发明为大型法兰自动生产工艺，可保证生产过程中法兰的质量，增加生产效率并减少人工。
Description
技术领域
本发明专利属于法兰生产技术领域，尤其涉及一种大型法兰自动生产工艺。
背景技术
法兰，又叫法兰凸缘盘或突缘。法兰是轴与轴之间或者管与管之间相互连接的零件，用于管端之间的连接；也有用在设备进出口上的法兰，用于两个设备之间的连接。法兰生产最常见的方式是锻造，锻造即是对金属材料施加压力，使其产生塑性变形以获得一定的形状和机械性能的加工方法，在锻造过程中，金属组织经过锻造方法热加工变形后由于金属的变形和再结晶，使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织，使钢锭内原有的偏析、疏松、气孔、夹渣等压实和焊合，其组织变得更加紧密，提高了金属的塑性和力学性能。
目前常用的法兰生产制造工艺，包括步骤S1：切割，将横截面为正方形的长条形坯料切割成多个方坯；步骤S2：加热，将方坯放置于加热炉中加热，使方坯的温度大于再结晶温度并且小于固相线的温度；步骤S3：制圆，将方坯放置于制圆模具内，将方坯锻制成圆柱状的坯料；步骤S4：自由锻，利用压力机对加热后的坯料进行镦粗，然后利用冲头对坯料进行冲孔；S5：碾环，将坯料安装于碾环机上进行碾环，扩大坯料的中心孔；步骤S6：退火，将坯料放置于电阻炉中进行退火；步骤S7，车削，利用车床对法兰进行车削。
上述现有方案中存在以下缺点，在锻造和碾环过程中，均需要人工进行操作、调整或者转运，人工操作一方面操作不稳定，另一方面工作效率低，影响生产。
发明内容
为了解决上述背景技术中的不足，本发明提供了一种大型法兰自动生产工艺，使用三工位工作台的压力机来实现自动锻造流程，使用取料机完成整个流程中法兰坯料的转移，以此来实现整个生产流程均为自动化生产的法兰生产流程，增加工作效率并保证法兰生产的质量一致性。
为了达到上述目的，本发明提供了一种大型法兰自动生产工艺，包括如下步骤，S1，切割，将坯料从圆钢上切割下来，切割为截面为圆形的坯料；S2，加热，将坯料放在加热炉中加热；S3，压机制坯，坯料加热完毕后由取料机夹持坯料，放置到压力机的工作台上，工作台上有三个工位，工作台可随着压力机的工作进度自动进行移动，取料机先将坯料放置到第一工位进行镦粗，之后移动到第二工位进行压制成形并冲孔，冲孔完毕后上砧直接将坯料带起，最后移动到第三工位去除冲芯，制坯完成，最终的成形坯料为带颈法兰；S4，二次加热，将制坯完成的坯料由取料机再次放在加热炉中加热；S5，碾环，将二次加热的坯料由取料机夹取，放置到碾环机上进行碾环，对坯料中心孔和外孔尺寸进行扩大，碾环过程中有高压水枪对准坯料进行冲刷，碾环完毕后坯料成为工件；S6，冷却，将碾环完毕的工件由法兰机械手吊起转移到冷却区；S7，机加工，对冷却完毕后的工件进行表面处理，对其中心孔、外孔以及法兰的几个端面进行车削。
通过采用以上方案，使用带有三个工位的压力机，三个工位可进行移动，在第一工位上进行镦粗，在第二工位上压制成形并冲孔，第三工位上去除冲芯，并在整个流程中使用取料机对坯料进行转移，保证整个流程一直处于自动生产，增加工作效率并保证法兰在生产过程中的质量一致性。
进一步的，在步骤S1中，切割的坯料重量为最终合格品重量的1.05倍～1.1倍。切割前预留出生产过程中会产生的废料以及氧化皮的重量。
进一步的，在步骤S2中，加热炉为天然气加热炉，加热炉中坯料之间按叠加方式装炉，毛坯相邻间距≥200mm，毛坯与炉壁间距≥200mm。将坯料按照顺序叠加的方式进行装炉，方便后面取料机自动取料，同时，坯料与坯料之间、坯料和炉壁之间的留有一定的距离，保证取料机在夹取时不会影响相邻的坯料。
进一步的，在步骤S3中，第一工位镦粗工序中，镦粗高度为最终成品高度的1.2倍。坯料高度较高，需要先将其镦粗，降低坯料高度，且在镦粗过程中需要经过多次压制。
进一步的，在步骤S3中，第二工位压制成形与冲孔工序中，第二工位内设置有一个成型模，所述成型模上半部分为大圆柱形空腔，在大圆柱底部中心位置下方设有小圆柱形空腔，同时，在压力机的上砧中心还设置有可伸缩的内冲头，冲孔时内冲头对准坯料中心进行冲孔。
进一步的，在步骤S3中，第三工位去除冲芯工序中，第三工位下方为一个漏盘，在移动到第三工位时，上砧下降，内冲头下移，将冲芯从坯料内去除。第三工位下方设置漏盘，直接连接到下方水池内，对冲芯进行收集冷却。
进一步的，所述压力机上的工作台左右两侧还设置有可上下移动的坯料夹具，对坯料进行夹取，并在放置完毕后对坯料进行位置调整。坯料夹具用于夹取坯料，可带动坯料上下上将，配合移动的工作台将坯料移动到工作台上的三个工位上，以此来实现自动锻造工序。
进一步的，在步骤S4中，二次加热时坯料之间仍按照叠加方式装炉，叠加时法兰颈在上叠加放置，毛坯相邻间距≥200mm，毛坯与炉壁间距≥200mm。将法兰颈向上进行叠加放置，可以保证叠加放置时可稳定放置，以免偏移坍塌。
进一步的，在步骤S6中，在步骤S6中，所述机械手包括主轴、套装于主轴外的滑动套筒以及以夹角120°均匀设置在主轴下方的撑爪臂，每个撑爪臂上活动连接有内撑爪(14)；主轴中下部设有滑块，滑动套筒上端固定有吊环，滑动套筒中下部通过链条分别与相应内撑爪一端连接，滑动套筒下端两侧对称铰接有与箭头状卡扣活动配合的滑勾。通过内撑爪配合链条来实现法兰的抓取，内撑爪内撑法兰的内部将法兰夹取，同时，利用滑勾、主轴、滑动套筒以及主轴中下部的滑块来控制内撑爪的锁紧与放松。
进一步的，所述取料机设置有两台，分别处于压力机的两侧，所述取料机分为移动系统和控制系统，所述移动系统位于取料机下方，包括两个支撑台和位于支撑台下方的四个移动轮，移动轮配合地面轨道进行移动，所述控制系统位于移动系统上方，包括支撑座、控制箱、伸缩控制杆和夹具，所述支撑座固定在支撑台上方，控制箱可旋转连接在支撑座上方，伸缩控制杆可进行伸缩，其一端连接于控制箱内，另一端连接有夹具。
进一步的，所述夹具包括弧形夹块、连接板、伸缩杆和固定筒，所述弧形夹块设有两块，分别设置在两侧的连接板上，所述连接板上半部分侧面连接在弧形夹块侧面中心位置，下半部分侧面连接有伸缩杆，伸缩杆可移动连接在固定筒内，所述伸缩杆通过液压驱动在固定筒内部进行移动。
在本方案中，压力机与碾环机两台设备放置在一条直线上，在两台设备的两侧分别设置取料机，共设置有两台取料机，同时在两侧地面上分别设置有两条相互平行的轨道，取料机分为两部分，下方为移动系统，移动系统包括支撑台和下方的移动轮，所述移动轮与轨道配合连接进行移动，上方支撑台连接下方的移动轮并支撑取料机的上部分，控制箱与支撑座的连接为可旋转连接，同时配合伸缩控制杆可满足取料机的全方位的覆盖，满足其取料与放料，所述夹具可根据夹取的位置进行调整，可调间距也可满足不同尺寸的坯料的夹取。
与现有技术相比，使用本发明的有益效果为：
1、在整个大型法兰的加工工序中，全部为自动生产，无需人工参与，保证在生产中过程中法兰的生产质量，同时可减少人工，增加生产效率。
2、在压机制坯过程中，使用带有三工位的可移动工作台，并在工作台两侧设置有可上下移动的坯料夹具，对坯料进行夹取，并在放置完毕后对坯料进行位置调整，将镦粗、成形、冲孔工序实现自动化生产。
3、在整个生产过程中，在压力机与碾环机两侧设置有取料机，利用地面轨道进行移动，同时配合取料机上的可伸缩控制杆可达到任意地方；夹具上的弧形夹块与连接板连接，伸缩杆与固定筒的可移动连接满足不同尺寸的坯料的夹取与放置，实现在整个流程中坯料从加热炉、压力机与碾环机之间坯料的自动转移。
4、在碾环工序中，使用专用机械手对碾环完毕的法兰工件进行转移，利用内撑爪内撑法兰内部进行提升转移，避免因转移对法兰表面造成影响，保证生产过程中的质量。
说明书附图
图1为本实施例的流程图；
图2为本实施例中用于法兰冷却的机械手结构示意图；
图3为本实施例中用于转移坯料的取料机的结构示意图；
图4为本实施例中取料机上夹具的正面示意图。
其中：11、主轴；12、滑动套筒；13、撑爪臂；14、内撑爪；15、滑块；16、吊环；17、滑勾；18、箭头状卡扣；21、支撑台；22、移动轮；23、支撑座；24、控制箱；25、伸缩控制杆；26、夹具；201、弧形夹块；202、连接板；203、伸缩杆；204、固定筒。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，下面结合附图对本发明的具体实施例进行更加详细的说明。
实施例：如图1所示，本发明公开了一种大型法兰自动生产工艺，包括如下步骤：
步骤S1，切割，利用切割机床将截面为圆形的圆钢坯料进行切割，切割成多个圆形坯料，每个坯料的重量为合格后法兰重量的1.05倍～1.1倍，预留出一部分在锻造过程中产生的废料及氧化皮重量。可以通过密度、质量和体积的关系公式，将所需的重量换算呈所需的圆坯的体积，然后在通过圆坯的截面积，计算所需圆坯的长度，按照长度切割所需质量的圆坯。
步骤S2，加热，将坯料放在加热炉中加热，加热炉为天然气炉，控制升温速度260℃/h、控制加热温度1250℃±30℃，保温时间2小时，加热炉中坯料之间按叠加方式装炉，毛坯相邻间距≥200mm，毛坯与炉壁间距≥200mm。
将坯料按照顺序叠加的方式进行装炉，方便后面取料机自动取料，同时，坯料与坯料之间、坯料和炉壁之间的留有一定的距离，保证取料机在夹取时不会影响相邻的坯料。
步骤S3，压机制坯，坯料加热完毕后，由取料机从加热炉中取出坯料，放置到压力机的可移动工作台上，压力机上的工作台左右两侧还设置有可上下移动的坯料夹具，对坯料进行夹取，并在放置完毕后对坯料进行位置调整，先由取料机将坯料放置在第一工位上，然后工作台移动，将第一工位对准压力机上砧，然后压力机上砧下压，对坯料进行镦粗，需要经过多次下压，镦粗高度为最终成品高度的1.2倍；
之后由坯料夹具将坯料抬起，工作台移动，将第二工位对准上砧，坯料夹具松开，将坯料放到第二工位内，同时夹具两侧重复回夹几次，确保坯料放置在中心位置。第二工位内设置有一个成型模，所述成型模上半部分为大圆柱形空腔，在大圆柱底部中心位置下方设有小圆柱形空腔，同时，在压力机的上砧中心位置还设置有可伸缩的内冲头。上砧下压，将坯料完全压入成形模内，同时，上砧中心的内冲头开始下压，将坯料中心压出坯料高度一半的中心孔，约为100mm高度的中心孔；
此时内冲头位于坯料中心，之后由上砧带动坯料上移，工作台移动，将第三工位对准上砧。第三工位中间位置为一个漏盘，直接连接到工作台下方的冷却水池内。之后，上砧下压，将坯料放置到第三工位上，内冲头继续下压，将坯料中心直接冲出一个孔，冲芯则顺着漏盘落入下方的冷却水池内，此时，第二个圆坯从加热炉中取出，由取料机取出放置到工作台上第一工位上，当冲芯冲出后，工作台移动，将第三工位移动出来，第一工位对准压力机上砧，重复开始锻造过程。最终成形法兰为带颈法兰，始锻温度1250℃±30℃，终锻温度为800℃。
步骤S4，二次加热，将锻造完成的法兰利用取料机从第三工位上取出，放置到天然气加热炉中进行二次加热，控制升温速度260℃，控制加热温度1250℃±30℃，保温时间1小时，二次加热时坯料之间仍按照叠加方式装炉，叠加时法兰颈在上叠加放置，毛坯相邻间距≥200mm，毛坯与炉壁间距≥200mm。
同样地，也是方便后面取料机自动取料，同时，坯料与坯料之间、坯料和炉壁之间的留有一定的距离，保证取料机在夹取时不会影响相邻的坯料。
进一步的，所述取料机设置有两台，分别处于压力机的两侧，如图3，所述取料机分为移动系统和控制系统，所述移动系统位于取料机下方，包括两个支撑台21和位于支撑台21下方的四个移动轮22，移动轮22配合地面轨道进行移动，所述控制系统位于移动系统上方，包括支撑座23、控制箱24、伸缩控制杆25和夹具26，所述支撑座23固定在支撑台21上方，控制箱24旋转连接在支撑座23上方，伸缩控制杆25一端连接于控制箱24内，另一端连接有夹具26。
移动轮22与地面轨道配合，只能进行直线移动，其沿着压力机两侧进行移动，控制系统位于移动系统上方，支撑座23与控制箱24为可旋转连接，控制箱24控制整个系统的按照流程进行运行，既控制上方的控制系统旋转定位，也控制伸缩控制杆可根据要达到的位置进行伸缩，并控制夹具进行夹取，由于整个流程是固定的，所以取料机在设置其运行程序后可全自动运行。
进一步的，如图4，所述夹具26包括弧形夹块201、连接板202、伸缩杆203和固定筒204，所述弧形夹块设有两块，分别设置在两侧的连接板202上，所述连接板202上半部分侧面连接在弧形夹块201侧面中心位置，下半部分侧面连接有伸缩杆203，伸缩杆203可移动连接在固定筒204内，所述伸缩杆203通过液压驱动在固定筒204内部进行移动。弧形夹块201可方便配合法兰坯料的形状进行夹取，且不影响坯料的表面，配合伸缩杆203和固定筒204，可调整两个弧形夹块201之间的距离，满足不同尺寸的坯料夹取与放置。
步骤S5，碾环，将二次加热后的法兰坯料再次由取料机夹取，放置到碾环机上进行碾环，该碾环机为大型卧式碾环机，对坯料进行中心孔和外孔尺寸进行扩大，同时碾环过程中有高压水枪对准坯料进行冲刷，冲刷位置固定，高压水枪主要对碾环过程中坯料表面产生的氧化皮进行清除，以避免氧化皮影响碾环过程，碾环完毕后坯料成为工件；
步骤S6，冷却，将碾环完毕的工件由法兰机械手吊起转移到冷却区，如图2，所述机械手包括主轴11、套装于主轴11外的滑动套筒12以及以夹角120°均匀设置在主轴11下方的撑爪臂13，每个撑爪臂13上活动连接有内撑爪14；主轴11中下部设有滑块15，滑动套筒12上端固定有吊环16，滑动套筒12中下部两侧通过链条分别与相应内撑爪14一端连接，滑动套筒12下端两侧对称铰接有与箭头状卡扣18活动配合的滑勾17。使用主轴11和滑动套筒12的上下滑动控制套筒两侧链条的松紧，进一步控制内撑爪14的起伏，从内部撑住法兰工件的中心孔内孔壁来实现法兰工件的抓取，上方的吊环16配合行车进行工作。
当吊具处于放置状态时，三个内撑爪14和地面接触，工作时，当吊具处于移动状态时，开动行车使行车吊勾勾住机械手的吊环16向上移动，带动滑动套筒12上升，继而带动滑勾17上升到主轴的箭头状卡扣18时，由于重力和速度的关系，滑勾17继续上升，并跃上箭头状卡扣18，而滑块15自然落下，然后开动行车使滑勾17下降至主轴箭头状卡扣18和滑块15之间，再向上开动行车使滑勾17勾住箭头状卡扣下端的尖锥，就可以移动吊具了。当机械手处于起吊状态时，开动行车使吊具的三个内撑爪14放入法兰工件的中心孔当中，然后向上开动行车使滑勾17跃上主轴箭头状卡扣18，并继续上升使链条拉紧内撑爪14，内撑爪14接触到法兰工件的中心孔内壁，使工件吊起并移动，撑紧的力度与吊具和工件的重量成正比。法兰工件起吊完成后，移动工件将其放置到冷却区进行自然冷却。
步骤S7，机加工，将冷却完毕后的工件进行表面处理，对其中心孔、外孔以及法兰的几个端面进行车削。依次将冷却后的工件的外表面、上下两端面进行加工。以工件内圆为基准对工件的外圆进行车削，同时对法兰上下端面进行车削，以此满足法兰表面的粗糙度要求。
利用上述方案，在压力机上利用可移动工位来实现自动锻造，整个生产流程利用取料机来实现坯料的转移，并在最终碾环完毕后使用专用的机械手移动法兰工件，使用全自动生产流程来实现大型法兰的自动生产，以此来保证法兰生产的质量，增加生产效率并减少人工。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明发明方案，参照较佳实施例对发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，在没有经过创造性思维对本发明所做出的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求保护范围内。
Claims (9)
1.一种大型法兰自动生产工艺，其特征在于：包括如下步骤，S1，切割，将坯料从圆钢上切割下来，切割为截面为圆形的坯料；S2，加热，将坯料放在加热炉中加热；S3，压机制坯，坯料加热完毕后由取料机夹持坯料，放置到压力机的工作台上，工作台上有三个工位，工作台可随着压力机的工作进度自动进行移动，取料机先将坯料放置到第一工位进行镦粗，之后移动到第二工位进行压制成形并冲孔，冲孔完毕后上砧直接将坯料带起，最后移动到第三工位去除冲芯，制坯完成，最终的成形坯料为带颈法兰；S4，二次加热，将制坯完成的坯料由取料机再次放在加热炉中加热；S5，碾环，将二次加热的坯料由取料机夹取，放置到碾环机上进行碾环，对坯料中心孔和外孔尺寸进行扩大，碾环过程中有高压水枪对准坯料进行冲刷，碾环完毕后坯料成为工件；S6，冷却，将碾环完毕的工件由法兰机械手吊起转移到冷却区；S7，机加工，对冷却完毕后的工件进行表面处理，对其中心孔、外孔以及法兰的几个端面进行车削。
2.根据权利要求1所述的一种大型法兰自动生产工艺，其特征在于：在步骤S1中，切割的坯料重量为最终合格品重量的1.05倍～1.1倍。
3.根据权利要求1所述的一种大型法兰自动生产工艺，其特征在于：在步骤S2中，加热炉为天然气加热炉，加热炉中坯料之间按叠加方式装炉，毛坯相邻间距≥200mm，毛坯与炉壁间距≥200mm。
4.根据权利要求1所述的一种大型法兰自动生产工艺，其特征在于：在步骤S3中，第一工位镦粗工序中，镦粗高度为最终成品高度的1.2倍，第二工位压制成形与冲孔工序中，第二工位内设置有一个成型模，所述成型模上半部分为大圆柱形空腔，在大圆柱底部中心位置下方设有小圆柱形空腔，同时，在压力机的上砧中心还设置有内冲头，冲孔时内冲头对准坯料中心进行冲孔，第三工位去除冲芯工序中，第三工位下方为一个漏盘，在移动到第三工位时，上砧下降，内冲头下移，将冲芯从坯料内去除。
5.根据权利要求1或4中任一项所述的一种大型法兰自动生产工艺，其特征在于：所述压力机上的工作台左右两侧还设置有可上下移动的半弧形坯料夹具，对坯料进行夹取，并在放置完毕后对坯料进行位置调整。
6.根据权利要求1所述的一种大型法兰自动生产工艺，其特征在于：在步骤S4中，二次加热时坯料之间仍按照叠加方式装炉，叠加时法兰的法兰颈在上叠加放置，毛坯相邻间距≥200mm，毛坯与炉壁间距≥200mm。
7.根据权利要求1所述的一种大型法兰自动生产工艺，其特征在于：在步骤S6中，所述机械手包括主轴(11)、套装于主轴(11)外的滑动套筒(12)以及以夹角120°均匀设置在主轴(11)下方的撑爪臂(13)，每个撑爪臂(13)上活动连接有内撑爪(14)；主轴(11)中下部设有滑块(15)，滑动套筒(12)上端固定有吊环(16)，滑动套筒(12)中下部通过链条分别与相应内撑爪(14)一端连接，滑动套筒(12)下端两侧对称铰接有与箭头状卡扣(18)活动配合的滑勾(17)。
8.根据权利要求1所述的一种大型法兰自动生产工艺，其特征在于：所述取料机设置有两台，分别处于压力机的两侧，所述取料机分为移动系统和控制系统，所述移动系统位于取料机下方，包括两个支撑台(21)和位于支撑台(21)下方的四个移动轮(22)，移动轮(22)配合地面轨道进行移动，所述控制系统位于移动系统上方，包括支撑座(23)、控制箱(24)、伸缩控制杆(25)和夹具(26)，所述支撑座(23)固定在支撑台(21)上方，控制箱(24)可旋转连接在支撑座(23)上方，伸缩控制杆(25)可进行伸缩，其一端连接于控制箱(24)内，另一端连接有夹具(26)。
9.根据权利要求8所述的一种大型法兰自动生产工艺，其特征在于：所述夹具(26)包括弧形夹块(201)、连接板(202)、伸缩杆(203)和固定筒(204)，所述弧形夹块(201)设有两块，分别设置在两侧的连接板(202)上，所述连接板(202)上半部分侧面连接在弧形夹块(201)侧面中心位置，下半部分侧面连接有伸缩杆(203)，伸缩杆(203)可移动连接在固定筒(204)内，所述伸缩杆(203)通过液压驱动在固定筒(204)内部进行移动。
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