CN114570872A - 叶片精锻方法及生产线 - Google Patents

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安思健
朱明亮
赵一冰
陈宪明
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Abstract

本申请实施例提供叶片精锻方法及生产线，叶片精锻方法包括：上料、坯料入炉、加热锻造、切边、码垛；叶片精锻生产线包括加热区域、加工区域一和加工区域二，所述加热区域和加工区域一之间的设置有搬运机器人R1，加工区域一和加工区域二之间的设置有搬运机器人R2，本申请流程安全、稳定、高效，能够很大程度上改良叶片精锻生产线，采用多适应性叶片上料转台，具备一定柔性且定位准确,适合锻件批量小、种类多的叶片精密锻造的备料；余热切边采用抱切，该切边形式对锻件有一定的校正功能，降低切边带来的叶片弯曲和扭转；模具工作部分采用倒置式安装，切边阴模的寿命提高；锻件的码垛功能，极大程度上避免叶盆叶背表面的磕碰现象的发生。

Description

叶片精锻方法及生产线
技术领域
本申请涉及叶片精锻技术领域，具体为叶片精锻方法及生产线。
背景技术
叶片精锻成形技术在当代航空零部件加工领域占据着重要地位，具有显著的经济效益，在未来的生产实践当中，叶片精锻成形技术将会获得更加广泛的应用。随着设备、工艺和技术的不断发展和完善，采用精锻成形的叶片质量会不断提高。目前，采用精锻工艺制造的叶片，加工成成品后，叶身流线不受加工影响，流线的完整性比较好，同时，变形量分配均匀，可以获得均匀的晶粒，零件的整体机械性能良好。同普通的叶片锻造加工工艺相比，采用精锻加工成形的叶片，流线沿锻件外形分布，材料利用率高，减少了贵重高温合金材料的浪费，锻件型面加工余量小或零余量，有效降低了叶片的机械加工成本。
现有技术中，生产线不稳定，自动化程度低，需要大量的人工操作才能完成：1.生产过程中无法满足多品种叶片的上料摆放的上料台；2.无法解决炉底板变形造成的夹持不准确的问题；3.无法判断锻件位置及锻件状态，不能保证安全生产性；4.生产过程中喷雾润滑不能实现自动配比功能及浓度监测，使得锻件表面不能均匀覆盖润滑剂；5.无法解决模具表面质量下降需人工修整带来的断续生产问题；6.利用余热的落料切边易造成叶片的较大变形；7.出料时通常采用人工夹持操作无法表面锻件表面的磕碰现象，鉴于此，我们提出叶片精锻方法及生产线。
发明内容
为了解决上述技术缺陷之一，本申请实施例中提供了叶片精锻方法及生产线
根据本申请实施例的第一个方面，提供了叶片精锻方法，包括如下步骤：
S1. 上料：将待加工工件放在多适应性叶片上料转台上，取料装置依次取走工件后，逐步回转到初始位置，循环往复工作；
S2. 坯料入炉：按照规定数量将工件从多适应性叶片上料转台放入高温转底加热炉；
S3. 加热锻造：对工件进行加热，然后对加热后的工件进行锻造；利用脱模剂在精锻模具表面均匀喷涂，达到保护和润滑模具作用，并对终锻模具进行定期维护清扫抛光；
S4. 切边：对锻造后的叶片利用余热进行抱切式切边，降低切边带来的锻件弯曲和扭转；
S5. 码垛：出料时机器人利用特殊的工装码垛保证叶盆叶背免受磕碰。
根据本申请实施例的第二个方面，提供了叶片精锻的生产线，包括加热区域，加工区域一和加工区域二，所述加热区域和加工区域一之间的设置有搬运机器人R1，加工区域一和加工区域二之间的设置有搬运机器人R2。
采用本申请实施例中提供的叶片精锻方法及生产线，生产流程稳定，上料装置采用多适应性叶片上料转台，具备一定柔性且定位准确,适合锻件批量小、种类多的叶片精密锻造的备料；搬运机器人夹持偏移量可设置，很好的解决高温转底炉长期工作炉底板变形致使的工位不准确性；生产线的总控系统采用的人机交互界面，可以直观地显示工件在转底炉内的状态、时间、温度，保证产品质量；生产线的余热切边采用抱切，该切边形式对锻件有一定的校正功能，降低切边带来的叶片弯曲和扭转；模具工作部分采用倒置式安装，切边阴模的寿命提高；生产线视觉系统C1和视觉系统C2还采用视觉相机监控的方法，可以通过视觉相机对锻件位置、锻件状态、设备顶杆等信息进行综合判断，来保证安全生产；生产线还配置了喷雾润滑自动配比的浓度监测，可通过传感器的输出数据，实现脱模剂溶液的浓度均匀功能，避免了以往配置浓度不均所造成的模具和工件的损伤；生产线还能定期对终锻模具进行清理抛光，这种维护大大降低了人工强度和安全事故的发生；提高了精锻模具的使用寿命；提升了叶盆叶背的精锻表面质量；生产线还实现了锻件的码垛功能，极大程度上避免叶盆叶背表面的磕碰现象的发生。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请的生产流程示意图；
图2为本申请的生产线示意图；
图3为本申请的装料流程示意图；
图4为本申请的预锻模式流程示意图；
图5为本申请的终锻模式流程示意图；
图6为本申请的结束过程流程示意图；
图7为本申请的视觉系统工作流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在实现本申请的过程中，发明人发现，现有技术中，生产线不稳定，自动化程度低，需要大量的人工操作才能完成；生产过程中无法判断锻件位置及锻件状态，不能保证安全生产性；生产过程中喷雾润滑不能实现自动配比功能，使得锻件表面不能均匀覆盖润滑剂；出料时通常采用人工夹持操作无法表面锻件表面的磕碰现象。
针对上述问题，本申请实施例中提供了叶片精锻方法及生产线。
实施例1：
请参阅图1，包括如下工序步骤：
S1. 上料：将待加工工件放在多适应性叶片上料转台上，取料装置依次取走工件后，逐步回转到初始位置，循环往复工作；
S2. 坯料入炉：按照规定数量将工件从多适应性叶片上料转台放入高温转底加热炉；
S3. 加热锻造：对工件进行加热，然后对加热后的工件进行锻造；利用脱模剂在精锻模具表面均匀喷涂，达到保护和润滑模具作用，并对终锻模具进行定期维护清扫抛光；
S4. 切边：对锻造后的叶片利用余热进行抱切式切边，降低切边带来的锻件弯曲和扭转；
S5. 码垛：出料时机器人利用特殊的工装码垛保证叶盆叶背免受磕碰。
本申请流程安全、稳定、高效，能够很大程度上改良叶片精锻生产线，使得叶片精锻生产线具有以下优点：
1.上料装置采用多适应性叶片上料转台，具备一定柔性且定位准确,适合锻件批量小、种类多的叶片精密锻造的备料；
2.余热切边采用抱切，该切边形式对锻件有一定的校正功能，降低切边带来的叶片弯曲和扭转；模具工作部分采用倒置式安装，切边阴模的寿命提高。
3.还配置了喷雾润滑自动配比的浓度监测，可通过传感器的输出数据，实现脱模剂溶液的浓度均匀功能，避免了以往配置浓度不均所造成的模具和工件的损伤；
4.定期对终锻模具进行清理抛光，这种维护大大降低了人工强度和安全事故的发生；提高了精锻模具的使用寿命；提升了叶盆叶背的精锻表面质量；
5.实现了锻件的码垛功能，极大程度上避免叶盆叶背表面的磕碰现象的发生。
实施例2：
请参阅图2，叶片精锻的生产线，包括加热区域、加工区域一和加工区域二，加热区域和加工区域一之间的位置设置有搬运机器人R1，加工区域一和加工区域二之间的位置设置有搬运机器人R2。
本申请中，加热区域包括上料转台T1、转底加热炉HT和搬运机器人R1，转底加热炉HT设置于搬运机器人R1外侧，转底加热炉HT一侧设置有上料转台T1，上料转台T1远离转底加热炉HT一侧设置有门站PD1，搬运机器人R1是用于加热区域内上料转台T1、转底加热炉HT和加工区域一内电动螺旋压力机P1三种设备间的物料搬运，从上料转台T1取料放置转底加热炉HT内，从转底加热炉HT取加热后的工件至加工区域一内电动螺旋压力机P1内锻造。
本申请中，加工区域一包括电动螺旋压力机P1，搬运机器人R2、喷雾机器人R3和抛光机器人R4，喷雾机器人R3和抛光机器人R4分别布置在电动螺旋压力机P1的两侧，在换模时，完全躲避开换模侧的通道，使人工更换模具更快捷。抛光机器人R4外侧设置有门站PD2，抛光机器人R4负责模具表面的上光, 喷雾机器人R3、抛光机器人R4分别布置在电动螺旋压力机P1的两侧。搬运机器人R2是用于加工区域一和加工区域二之间物料的搬运，R2机器人从区域1内电动螺旋压力机P1上进行取料放置到加工区域二内的切边压力机P2上进行切边工序。
本申请中加工区域二包括终锻件码垛料台、切边压力机P2和搬运机器人R5，切边压力机P2一侧设置有搬运机器人R5，终锻件码垛料台的一侧设置有门站PD3，搬运机器人R5抓取终锻件后，在出料平台进行码垛，码垛出料平台分为两列，每列可码垛5组，共10组，每组可码垛5件，共能码垛50件，码垛平台两列分别有两组对射开关，用来判断平台工件是否清空，操作台2上的码垛已满时，会给搬运机器人R5 “不能码垛”的提示。
本申请中，加工区域一和加工区域二内分别设置有视觉系统C1和视觉系统C2，所述视觉系统C1设置在喷雾机器人R3的外侧，用于电动螺旋压力机P1模具区域工件监控；视觉系统C2设置在搬运机器人R5的外侧，用于切边压力机P2模具区域工件监控。通过视觉相机对锻件位置、锻件状态、设备顶杆等信息进行综合判断，来保证安全生产。
本申请中，加热区域和加工区域二前侧和后侧分别设置有操作台1和操作台2，视觉系统C2一侧设置有操作台3；
本申请中，还包括控制系统，控制系统设置于视觉系统C2外侧，控制系统用于控制各部件工作，控系统中采用的人机交互界面，可以直观地显示工件在转底炉内的状态、时间、温度，保证产品质量。
本申请中，还包括喷雾系统，喷雾系统设置于加热转底炉HT与操作台3之间的位置；喷雾系统中的喷雾润滑配比，可通过仅有的液位传感器的输出数据，无需计量泵，实现石墨溶液的自动配比功能，在实际储液罐内液位低于75mm后，石墨电机自动关闭且无法启动，还配置了喷雾润滑自动配比的浓度监测，可通过传感器的输出数据完成闭环控制，实现脱模剂溶液的浓度均匀功能，避免了以往配置浓度不均所造成的模具和工件的损伤。
本申请中，还包括抛光系统，为了保证锻件的表面质量及模具的使用寿命。抛光系统设置在加工区域一内，用于消除生产过程中表面光度降低、玻璃石墨堆积、轻微的拉伤等影响锻件的表面质量及模具的寿命。抛光系统可以实现模具表面的局部上光和全部上光，也可实现多次局部+多次全部的组合式上光，各种模式可编辑，可选择。上光量可调，如通过调整移动速度、上光压力等实现。
本申请中，还包括测温系统，为了保证变形的均匀性，获得较细的晶粒组织和较高的力学性能，严格控制锻造过程的始锻温度、终锻温度，才能保证产品质量的一致性。测温系统设置为两套，其中一套测温系统位于加工区域一内，用于电动螺旋压力机P1模具区域工件温度检测，另一套测温系统位于加工区域二内，用于切边机P2模具区域工件温度检测。
本申请中，机器人R1-R5夹持偏移量可人工设置，以解决炉底板长期加热引起变形造成的夹持不准确的问题，工件在转底炉内的状态（时间，温度）均可在人机交互界面显示，可保证产品加热工艺要求，实现加热过程可视化。该装置的调试模式，可关闭生产线任意设备，模拟该设备在线状态，以调试其他单机设备。
实施例3：
请参阅图3，本申请装料过程是生产开始前向转底加热炉装料的过程均是在加热区域内完成。首先人工将工件在旋转料台上摆好，当转台取料位有料时，通过搬运机器人R1将待加热工件从上料转台T1取料位转移至转底加热炉HT内，此后转台步进一个工位，且转底炉步进一工位，控制系统对转底加热炉HT内的状态(已满和未满)进行判别，如未装满则机器人R1继续从上料转台T1取料位取料转移至转底加热炉HT内，如已装满则决定进入生产过程。控制系统的人机交互界面可显示工件在转底加热炉内状态（时间，温度），保证产品加热工艺要求，实现加热过程可视化。
实施例4：
请参阅图4，本申请预锻过程是将一边从加热炉中取出加热的顶锻坯料锻造至预锻件一边装炉的过程，均是在加热区域及加工区域一内完成的，整个生产工序为在完成顶锻坯料装料过程后。如系统判断加热炉门口出料位工件加热时间已到，控制搬运机器人R1将加热且合格的顶锻坯料由转底炉出料位取出，放置在电动螺旋压力机P1上进行预锻；完成放料后R1机器人再次将待加热顶锻坯料从上料转台T1取料位转移至转底加热炉HT内，此后转台步进一个工位，且转底炉步进一工位；待电动螺旋压力机P1预锻完成后，R2机器人将预锻后工件搬运至出料框，同时控制系统通知喷雾机器人R3对电动螺旋压力机P1的模具进行喷雾润滑。如系统判断加热炉门口出料位工件加热时间超时，控制搬运机器人R1将预热超时不合格的顶锻坯料由转底炉出料位取出，放至甩料框内，甩料完成后R1机器人再次将待加热顶锻坯料从上料转台T1取料位转移至转底加热炉HT内，此后转台步进一个工位，且转底炉步进一工位。
实施例5：
请参阅图5，本申请终锻过程是将一边从加热炉中取出加热的预锻件锻造至终锻件一边装炉的过程，均是在加热区域、加工区域一及加工区域二内完成的，整个生产工序为在完成预锻件装料过程后。如系统判断加热炉门口出料位工件加热时间已到，控制搬运机器人R1将加热且合格的预锻件由转底炉出料位取出，放置在电动螺旋压力机P1上进行终锻；完成放料后R1机器人再次将待加热预锻件从上料转台T1取料位转移至转底加热炉HT内，此后转台步进一个工位，且转底炉步进一工位；待电动螺旋压力机P1终锻完成后，R2机器人将终锻后带飞边工件搬运至切边压力机P2进行切边，同时控制系统通知抛光机器人R4、喷雾机器人R3对电动螺旋压力机P1的模具进行抛光和喷雾；终锻后带飞边工件在切边机P2处利用余热切除飞边后，R5机器人取出切边后的终锻件放至出料平台码垛后，取出飞边放至飞边料框。如系统判断加热炉门口出料位工件加热时间超时，控制搬运机器人R1将预热超时不合格的预锻件由转底炉出料位取出，放至甩料框内，甩料完成后R1机器人再次将待加热预锻件从上料转台T1取料位转移至转底加热炉HT内，此后转台步进一个工位，且转底炉步进一工位。
实施例6：
请参阅图6，本申请的结束过程是将转底炉中加热完成工件全部取出完成锻造的过程，均是在加热区域、加工区域一及加工区域二内完成的，整个生产工序为系统判断以加热完成了待生产的工件数。如系统判断加热炉门口出料位工件加热时间已到，控制搬运机器人R1将加热且合格的预锻件由转底炉出料位取出，放置在电动螺旋压力机P1上进行终锻，同时转底炉步进一工位；待电动螺旋压力机P1终锻完成后，R2机器人将终锻后带飞边工件搬运至切边压力机P2进行切边，同时控制系统通知抛光机器人R4、喷雾机器人R3对电动螺旋压力机P1的模具进行抛光和喷雾；终锻后带飞边工件在切边机P2处切除飞边后，R5机器人取出切边后的终锻件放至出料平台码垛后，取出飞边放至飞边料框。如系统判断加热炉门口出料位工件加热时间超时，控制搬运机器人R1将预热超时不合格的预锻件由转底炉出料位取出，放至甩料框内，甩料完成后转底炉步进一工位。
实施例7：
请参阅图7，本申请中视觉系统配备两套分别位于图1中的C1和C2处，一套(C1处)用于电动螺旋压力机P1模具区域工件监控，一套(C2)用于切边机P2模具区域工件监控，负责判断模具上是否有工件、工件的实际位置和形状是否与预设值一致。并将判断结果通知上位控制系统，若无异常，控制系统系统则继续指挥设备完成相应剩余工序；如有异常，控制系统则使设备处于安全暂停状态，由人工处理简单故障后继续自动完成后序工序或退出系统自动，解决严重故障。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种叶片精锻方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1. 上料：将待加工工件放在多适应性叶片上料转台T1上，取料装置依次取走工件后，逐步回转到初始位置，循环往复工作；
S2. 坯料入炉：按照规定数量将工件从多适应性叶片上料转台T1放入高温转底加热炉HT；
S3. 加热锻造：对工件进行加热，然后对加热后的工件进行锻造；利用脱模剂在精锻模具表面均匀喷涂，达到保护和润滑模具作用，并对终锻模具进行定期维护清扫抛光；
S4. 切边：对锻造后的叶片利用余热进行抱切式切边，降低切边带来的锻件弯曲和扭转；
S5. 码垛：出料时机器人利用特殊的工装码垛保证叶盆叶背免受磕碰。
2.一种用于权利要求1所述叶片精锻方法的叶片精锻生产线，其特征在于：包括加热区域、加工区域一和加工区域二，所述加热区域和加工区域一之间的设置有搬运机器人R1，加工区域一和加工区域二之间的设置有搬运机器人R2。
3.根据权利要求2所述的叶片精锻生产线，其特征在于：所述加热区域包括上料台T1、转底加热炉HT和搬运机器人R1，所述转底炉HT设置于所述搬运机器人R1外侧，所述转底炉HT一侧设置有多适应性叶片上料转台T1，所述上料转台T1远离转底加热炉HT一侧设置有门站PD1。
4.根据权利要求2所述的叶片精锻生产线，其特征在于：所述加工区域一包括电动螺旋压力机P1、喷雾机器人R3和抛光机器人R4，所述电动螺旋压力机P1的一侧设置有喷雾机器人R3和抛光机器人R4，所述抛光机器人R4外侧设置有门站PD2。
5.根据权利要求2所述的叶片精锻生产线，其特征在于：所述加工区域二包括切边压力机P2、搬运机器人R5和终锻件码垛料台，所述码垛料台一侧设置有门站PD3。
6.根据权利要求2所述的叶片精锻生产线，其特征在于：还包括视觉系统C1和视觉系统C2，所述视觉系统C1设置在喷雾机器人R3的外侧，视觉系统C2设置在搬运机器人R5的外侧，所述视觉系统C1和视觉系统C2用于加工区域一和加工区域二内工件的监控。
7.根据权利要求6所述的叶片精锻生产线，其特征在于：还包括控制系统，所述控制系统设置于所述视觉系统C2外侧，所述控制系统用于控制生产线上的各部件工作。
8.根据权利要求2所述的叶片精锻生产线，其特征在于：所述加工区域一和加工区域二前侧和后侧分别设置有操作台1和操作台2，所述视觉系统C1一侧设置有操作台3。
9.根据权利要求2所述的叶片精锻生产线，其特征在于：还包括喷雾系统，所述喷雾系统设置于转底炉HT与操作台3之间的位置。
10.根据权利要求2所述的叶片精锻生产线，其特征在于：还包括测温系统，所述测温系统设置为两套，其中一套所述测温系统位于加工区域一内，用于电动螺旋压力机模具区域工件检测，另一套所述测温系统位于加工区域二内，用于切边机模具区域工件检测。
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