CN116408407A - 一种等温锻造压机全封闭智能制造生产线及生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种等温锻造压机全封闭智能制造生产线及生产方法，属于锻造压机技术领域，包括等温锻造压机、加热炉、物料转运真空通道、真空上料炉、真空出料炉、物料转运机构、物料抓取机器人、温度传感器、气压传感器；物料转运真空通道上安装有抽真空设备；真空上料炉和加热炉上安装有抽真空设备；真空上料炉和真空出料炉上设置有外侧电控门和内侧电控门；加热炉上设置有内侧电控门；控制器通过控制外侧电控门、内侧电控门和抽真空设备的工作状态进而控制物料转运真空通道的真空度；控制器通过控制物料抓取机器人和物料转运机构进而控制物料的自动化搬运过程；控制器通过温度传感器和气压传感器的检测数据，并根据检测数据对工艺过程进行调整。

Description

一种等温锻造压机全封闭智能制造生产线及生产方法
技术领域
本发明属于锻造压机技术领域，具体涉及一种等温锻造压机全封闭智能制造生产线及生产方法。
背景技术
在钛合金、高温合金等金属材料存在价格昂贵，变形抗力大，加工难度大等特点。一方面，由于材料变形抗力大，变形温度高，变形的温度范围狭窄，一般只能先锻成粗锻件再进行机械加工，因此导致了过高制造成本，从而在一定程度上限制和影响了材料的使用。另一方面，这类材料的机械加工性能特别差。
传统工艺中，锻造坯料在普通加热炉中进行加热，然后通过机械手将加热后的坯料转移到锻造液压机中，采用热模锻锻造工艺进行锻造成型，锻造完成后进行转移热处理。整个成形工艺，在加热炉加热，由加热炉向压机转移过程，压机锻造过程，完成锻造后转移等全部过程，均处于自然氧化环境中，同时受锻造转移距离、转移速度、环境温度等因素影响，锻件温降无法实现精确监控。具体缺陷如下：
1、因氧化层的存在，增加了锻件与模具表面的流动阻力，导致锻件的金属流动组织性能降低，表面质量差，内部晶粒度不均匀，从而很大程度上影响了产品材料性能，无法充分发挥材料的性能。同时锻件氧化导致加工余量增加，因金属的加工难度很大，增加金属加工余量，意味着将增加切削时间，同时因加工余量的增加，很难保证锻造流线的完成型，导致采用整体锻件性能大幅度消减，最终只能通过加大设计安全系数，但因此带来的零部件重量的增加，最终将严重影响设备性能。
对体积成型元件，增加设计余量，需要增加的重量比例是十分客观的，如：涡轮盘-FGH96-航空发动机涡轮-Φ700mm×150mm为例：
表1为涡轮盘-FGH96-航空发动机涡轮-Φ700mm×150mm因氧化层的设计参数
序号 直径d＝700mm，厚度h＝150mm 增加厚度比例％ 重量增加比例％
1 单边增加厚度δ＝1mm 0.14 1.91
2 单边增加厚度δ＝2mm 0.29 3.84
3 单边增加厚度δ＝3mm 0.43 5.79
4 单边增加厚度δ＝4mm 0.57 7.75
5 单边增加厚度δ＝5mm 0.71 9.74
从表1中的典型件设计加工余量变化可以看出，每增加设计加工余量1，则造成的坯料整体重量增加的比例为10倍以上。
2、因转移过程受锻造转移距离、转移速度、环境温度等因素影响，温降无法实现精确控制，导致锻造成型吨位、速度偏差较大，无法确保锻件的一致性。如何避免物料在加热、转移、锻造整个过程中的金属氧化，同时提高转移效率，减少转移过程中的温降，是实现精密近净锻造的关键。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种等温锻造压机全封闭智能制造生产线及生产方法，用于实现高温难变形技术锻造的近净成型。
本发明的第一目的是提供一种等温锻造压机全封闭智能制造生产线，包括：
等温锻造压机和加热炉；
与等温锻造压机的锻造真空室连通的物料转运真空通道；
M个加热炉与物料转运真空通道连通；M为大于0的自然数；
与物料转运真空通道连通的真空上料炉和真空出料炉；
位于物料转运真空通道内的物料转运机构；
位于物料转运真空通道外的物料抓取机器人；
用于检测物料转运真空通道内温度参数的温度传感器；
用于检测物料转运真空通道内真空度参数的气压传感器；其中：
所述物料转运真空通道上安装有抽真空设备；所述真空上料炉和加热炉上安装有抽真空设备；所述真空上料炉和真空出料炉上均设置有外侧电控门和内侧电控门；所述加热炉上设置有内侧电控门；控制器分别与温度传感器、气压传感器、外侧电控门、内侧电控门、物料转运机构、物料抓取机器人和抽真空设备进行数据交互；所述控制器通过控制外侧电控门、内侧电控门和抽真空设备的工作状态进而控制物料转运真空通道的真空度；所述控制器通过控制物料抓取机器人和物料转运机构进而控制物料的自动化搬运过程；所述控制器通过温度传感器和气压传感器的检测数据，并根据检测数据对工艺过程进行调整。
优选地，在所述物料转运真空通道内设置有视觉监测系统，所述视觉监测系统与控制器进行数据交互。
优选地，所述视觉监测系统包括模具识别装置；所述控制器内预设有针对不同模具的工艺模块，所述控制器根据模具识别装置的识别结果，调取对应的工艺模块，进而执行该工艺模块。
优选地，所述视觉监测系统安装在物料转运机构上；
优选地，所述物料抓取机器人包括向真空上料炉内输入物料的上料机器人、从真空出料炉内取料的卸料机器人。
优选地，所述物料转运真空通道为长条形结构，等温锻造压机的锻造真空室与物料转运真空通道的一端密封连接，M个加热炉位于物料转运真空通道的两侧，所述真空上料炉和真空出料炉位于物料转运真空通道的另一端两侧。
优选地，所述物料转运机构包括输送轨道，在输送轨道上安装有运动机构，在所述运动机构上安装有机械手，控制器通过控制机械手从真空上料炉取料，或者向加热炉送料、或者从加热炉取料、或者向锻造真空室送料、或者从锻造真空室取料、或许向真空出料炉送料。
本发明的第二目的是提供一种等温锻造压机全封闭智能制造生产线的生产方法，包括：
S1、根据产品类型选定模具，并将模具安装至等温锻造压机上；
S2、根据模具确定工艺模块；
S3、根据产品种类，控制器选择抽真空设备和加热炉的工作参数，并将工作参数下方给抽真空设备和加热炉；抽真空设备启动，使锻造真空室、物料转运真空通道、加热炉达到预定真空度条件；
S4、控制器根据产品特点调用模具加热模块，对模具进行加热；
S5、初始状态下，内侧电控门和外侧电控门均为关闭状态，工作开始后，开启真空上料炉的外侧电控门，首先进行坯料装载，然后关闭真空上料炉的外侧电控门，启动抽真空设备，使得真空上料炉7内的气压降至目标真空环境；
S6、开启真空上料炉的内侧电控门，通过物料转运机构从真空上料炉内取出坯料，根据工艺模块的指令开启相应加热炉的内侧电控门，将坯料放入该加热炉，关闭该加热炉的内侧电控门后，启动加热炉将坯料加热至目标温度；
S7、开启加热炉的内侧电控门，通过物料转运机构从加热炉内取出坯料，开启锻造真空室的仓门，然后将坯料转移至锻造真空室，关闭仓门；
S8、控制器控制等温锻造压机工作，将坯料转化为产品；
S9、打开仓门，通过物料转运机构从锻造真空室内取出产品，开启真空出料炉的内侧电控门，然后转移至真空出料炉内，随后关闭真空出料炉的内侧电控门，最后开启真空出料炉的外侧电控门，通过物料抓取机器人取出产品，关闭真空出料炉的外侧电控门。
优选地，S2包括：首先对模具进行识别，控制器根据识别结果，选择匹配的工艺模块。
优选地，在S4中，加热过程依次为：预热、保温、升温、保温。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明中的等温锻造压机全封闭锻造生产线能够真空条件下实现全自动生产，即实现了高精密锻件无氧化精密锻造工艺，并采用智能化的控制过程，确保全流程可追溯、可控制，产品品质一致性得到保证。通过该锻造生产线，实现锻件的真空近净成形，保证锻造流线的完整，提高锻件受力状态，减少锻件重量，对航空等高端锻件设计和生产具有良好的示范作用。
该生产线包括等温锻造压机单元、机器人、真空上料炉、真空出料炉、加热炉、抽真空系统，结合温度传感器，压力传感器、位置检测传感器，真空度检测传感器，视觉监控系统等，实现了锻造的无人化智能化。压机锻造室、坯料上料室、真空出料炉(实现锻件冷却出料)、加热炉、机械手上下料通道等整体处于真空封闭的条件下，实现了锻件真空无氧化近净成形生产。整体布局结构紧凑，多个加热炉能够实现多个坯料的同时加热，工件转移距离短速度快，大幅度降低转移时间，保证坯料温降区间。
附图说明
图1是本发明实施例中生产线的俯视图；
图2是本发明实施例中生产线的主视图；
图3是本发明实施例中生产线的电路图。
其中：1、等温锻造压机；2、加热炉；3、物料转运机构；4、一号视觉监测系统；5、输送轨道；6、上料机器人；7、真空上料炉；8、二号视觉监控系统；9、物料转运真空通道；10、真空出料炉；11、卸料机器人；12、外侧电控门；13、锻造真空室；14、一号视觉监控系统。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的技术方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图3。
一种等温锻造压机全封闭智能制造生产线，包括：
等温锻造压机1；具体包括压机、模具、锻造真空室13，用于对坯料的等温锻造成型；
一个或多个加热炉2；用于对坯料的加热，本申请中的加热炉上安装有抽真空设备、温度传感器、真空度检测设备和电控门，该电控门位于物料转运真空通道9一侧，故将其命名为内侧电控门，即加热炉具备真空度控制和检测、温度控制和检测、炉门开关控制和状态检测功能，同时还可以设置坯料检测设备，可根据炉内坯料状态，发出缺料指令信号，进而提示控制器需要从真空上料炉进行补料；
与等温锻造压机1的锻造真空室连通的物料转运真空通道9；物料转运真空通道9具有密闭腔室；每个加热炉与物料转运真空通道9连通；在本实施例中，加热炉为六个；在本实施例中，所述物料转运真空通道9为长条形结构，等温锻造压机的锻造真空室与物料转运真空通道9的一端密封连接，六个加热炉位于物料转运真空通道9的两侧，所述真空上料炉7和真空出料炉10位于物料转运真空通道9的另一端两侧。如图1所示：坯料从右侧上方的真空上料炉7进入，然后通过左侧的加热炉后进入锻造真空室进行锻造成为产品，随后产品从左向右转运至真空出料炉10冷却，最后取出；
与物料转运真空通道9连通的真空上料炉7和真空出料炉10；真空上料炉用于坯料中转时处于真空状态，真空出料炉用于工件冷却，真空上料炉和真空出料炉内安装气压传感器和温度传感器，用于检测炉内的真空度和温度，气压传感器、温度传感器与控制器进行数据交互；真空上料炉7和真空出料炉10具备外侧电控门12和内侧电控门，此处的内侧和外侧是根据与物料转运真空通道9连通处的位置关系进行命名，外侧指的是远离物料转运真空通道9一侧，内侧指的是接近物料转运真空通道9一侧；为了实现安全控制，可以在电控门上安装开关状态检测元件，比如光电开关，通过光电开关对电控门的状态进行检测；真空上料炉7和真空出料炉10内也可以安装真空度检测装置和温度传感器；
位于物料转运真空通道9内的物料转运机构3；所述物料转运机构包括输送轨道5，在输送轨道上安装有运动机构，比如线性运动小车，在所述运动机构上安装有机械手，控制器通过控制机械手从真空上料炉7取料，或者向加热炉送料、或者从加热炉取料、或者向锻造真空室送料、或者从锻造真空室取料、或许向真空出料炉10送料；
位于物料转运真空通道9外的物料抓取机器人；在本实施例中，所述物料抓取机器人包括向真空上料炉7内输入物料的上料机器人6、从真空出料炉10内取料的卸料机器人11；
用于检测物料转运真空通道9内温度参数的温度传感器；
用于检测物料转运真空通道9内真空度参数的气压传感器；其中：
温度传感器的检测温度范围在1130-1160℃。
气压传感器的检测气压范围在1×10-3Pa。
所述物料转运真空通道9上安装有抽真空设备；所述真空上料炉7和加热炉上安装有抽真空设备；所述真空上料炉7和真空出料炉10上均设置有外侧电控门和内侧电控门；所述加热炉上设置有内侧电控门；控制器分别与温度传感器、气压传感器、外侧电控门、内侧电控门、物料转运机构、物料抓取机器人和抽真空设备进行数据交互；所述控制器通过控制外侧电控门、内侧电控门和抽真空设备的工作状态进而控制物料转运真空通道9的真空度；所述控制器通过控制物料抓取机器人和物料转运机构进而控制物料的自动化搬运过程；所述控制器通过温度传感器和气压传感器的检测数据，并根据检测数据对工艺过程进行调整。抽真空设备用于实现加热炉、物料转运真空通道、锻造真空室的真空环境，通过多个气压传感器，确保各环节的真空度指标、抽真空速度需要符合锻件整体生产工艺节拍要求；
为了实现对生产过程的实时监控，可以在所述物料转运真空通道9内设置有视觉监测系统，视觉监测系统包括设置在物料抓取机器人上的一号视觉监测系统4、设置在物料转运真空通道9上下料端的二号视觉监测系统8、设置在锻造真空室13内的一号视觉监控系统14，所述视觉监测系统与控制器进行数据交互。
所述视觉监测系统包括模具识别装置；所述控制器内预设有针对不同模具的工艺模块，所述控制器根据模具识别装置的识别结果，调取对应的工艺模块，进而执行该工艺模块。模具识别装置主要是通过图像识别软件实现，由于此类图像识别软件为现有技术，因此此处不再进行赘述；
为了实现对工艺过程中坯料的实时状态检测，所述视觉监测系统安装在物料转运机构上。
一种等温锻造压机全封闭智能制造生产线的生产方法，包括：
S1、根据产品类型选定模具，并将模具安装至等温锻造压机上；准备一定批次的锻造坯料；
S2、根据模具确定工艺模块；具体为：利用视觉监测系统对模具进行自动识别，识别结果传输到控制器，控制器调用匹配锻造单元工艺参数，同时根据产品锻件规格尺寸，锻造中心发出指令，实现机器人、机械手、炉子、真空度控制系统等周边设备参数的自动匹配；
S3、根据产品种类，控制器选择抽真空设备和加热炉的工作参数，并将工作参数下方给抽真空设备和加热炉；抽真空设备启动，使锻造真空室、物料转运真空通道、加热炉达到预定真空度条件；
S4、控制器根据产品特点调用模具加热模块，对模具进行加热；加热控制根据产品特点，完成预热-保温-升温-保温的加热曲线，确保模具温度的均匀性；
S5、初始状态下，内侧电控门和外侧电控门均为关闭状态，工作开始后，开启真空上料炉7的外侧电控门，首先进行坯料装载，每次可以装载单个或者多个坯料，然后关闭真空上料炉7的外侧电控门，启动抽真空设备，使得真空上料炉7内的气压降至目标真空环境；
S6、开启真空上料炉7的内侧电控门，通过物料转运机构从真空上料炉7内取出坯料，根据工艺模块的指令开启相应加热炉的内侧电控门，将坯料放入该加热炉，关闭该加热炉的内侧电控门后，启动加热炉将坯料加热至目标温度；
S7、开启加热炉的内侧电控门，通过物料转运机构从加热炉内取出坯料，开启锻造真空室的仓门，然后将坯料转移至锻造真空室，关闭仓门；
S8、控制器控制等温锻造压机工作，将坯料转化为产品；
S9、打开仓门，通过物料转运机构从锻造真空室内取出产品，开启真空出料炉10的内侧电控门，然后转移至真空出料炉10内，随后关闭真空出料炉10的内侧电控门，最后开启真空出料炉10的外侧电控门，通过物料抓取机器人取出产品，关闭真空出料炉10的外侧电控门。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种等温锻造压机全封闭智能制造生产线，包括等温锻造压机和加热炉；其特征在于，还包括：
与等温锻造压机的锻造真空室连通的物料转运真空通道(9)；
M个加热炉与物料转运真空通道(9)连通；M为大于0的自然数；
与物料转运真空通道(9)连通的真空上料炉(7)和真空出料炉(10)；
位于物料转运真空通道(9)内的物料转运机构；
位于物料转运真空通道(9)外的物料抓取机器人；
用于检测物料转运真空通道(9)内温度参数的温度传感器；
用于检测物料转运真空通道(9)内真空度参数的气压传感器；其中：
所述物料转运真空通道(9)上安装有抽真空设备；所述真空上料炉(7)和加热炉上安装有抽真空设备；所述真空上料炉(7)和真空出料炉(10)上均设置有外侧电控门和内侧电控门；所述加热炉上设置有内侧电控门；控制器分别与温度传感器、气压传感器、外侧电控门、内侧电控门、物料转运机构、物料抓取机器人和抽真空设备进行数据交互；所述控制器通过控制外侧电控门、内侧电控门和抽真空设备的工作状态进而控制物料转运真空通道(9)的真空度；所述控制器通过控制物料抓取机器人和物料转运机构进而控制物料的自动化搬运过程；所述控制器通过温度传感器和气压传感器的检测数据，并根据检测数据对工艺过程进行调整。
2.根据权利要求1所述的等温锻造压机全封闭智能制造生产线，其特征在于，在所述物料转运真空通道(9)内设置有视觉监测系统，所述视觉监测系统与控制器进行数据交互。
3.根据权利要求2所述的等温锻造压机全封闭智能制造生产线，其特征在于，所述视觉监测系统包括模具识别装置；所述控制器内预设有针对不同模具的工艺模块，所述控制器根据模具识别装置的识别结果，调取对应的工艺模块，进而执行该工艺模块。
4.根据权利要求2所述的等温锻造压机全封闭智能制造生产线，其特征在于，所述视觉监测系统安装在物料转运机构上。
5.根据权利要求1所述的等温锻造压机全封闭智能制造生产线，其特征在于，所述物料抓取机器人包括向真空上料炉(7)内输入物料的上料机器人、从真空出料炉(10)内取料的卸料机器人。
6.根据权利要求1所述的等温锻造压机全封闭智能制造生产线，其特征在于，所述物料转运真空通道(9)为长条形结构，等温锻造压机的锻造真空室与物料转运真空通道(9)的一端密封连接，M个加热炉位于物料转运真空通道(9)的两侧，所述真空上料炉(7)和真空出料炉(10)位于物料转运真空通道(9)的另一端两侧。
7.根据权利要求1所述的等温锻造压机全封闭智能制造生产线，其特征在于，所述物料转运机构包括输送轨道，在输送轨道上安装有运动机构，在所述运动机构上安装有机械手，控制器通过控制机械手从真空上料炉(7)取料，或者向加热炉送料、或者从加热炉取料、或者向锻造真空室送料、或者从锻造真空室取料、或许向真空出料炉(10)送料。
8.一种等温锻造压机全封闭智能制造生产线的生产方法，其特征在于，包括：
S1、根据产品类型选定模具，并将模具安装至等温锻造压机上；
S2、根据模具确定工艺模块；
S3、根据产品种类，控制器选择抽真空设备和加热炉的工作参数，并将工作参数下方给抽真空设备和加热炉；抽真空设备启动，使锻造真空室、物料转运真空通道、加热炉达到预定真空度条件；
S4、控制器根据产品特点调用模具加热模块，对模具进行加热；
S5、初始状态下，内侧电控门和外侧电控门均为关闭状态，工作开始后，开启真空上料炉的外侧电控门，首先进行坯料装载，然后关闭真空上料炉的外侧电控门，启动抽真空设备，使得真空上料炉7内的气压降至目标真空环境；
S6、开启真空上料炉(7)的内侧电控门，通过物料转运机构从真空上料炉(7)内取出坯料，根据工艺模块的指令开启相应加热炉的内侧电控门，将坯料放入该加热炉，关闭该加热炉的内侧电控门后，启动加热炉将坯料加热至目标温度；
S7、开启加热炉的内侧电控门，通过物料转运机构从加热炉内取出坯料，开启锻造真空室的仓门，然后将坯料转移至锻造真空室，关闭仓门；
S8、控制器控制等温锻造压机工作，将坯料转化为产品；
S9、打开仓门，通过物料转运机构从锻造真空室内取出产品，开启真空出料炉(10)的内侧电控门，然后转移至真空出料炉(10)内，随后关闭真空出料炉(10)的内侧电控门，最后开启真空出料炉(10)的外侧电控门，通过物料抓取机器人取出产品，关闭真空出料炉(10)的外侧电控门。
9.根据权利要求8所述的等温锻造压机全封闭智能制造生产线的生产方法，其特征在于，S2包括：首先对模具进行识别，控制器根据识别结果，选择匹配的工艺模块。
10.根据权利要求8所述的等温锻造压机全封闭智能制造生产线的生产方法，其特征在于，在S4中，加热过程依次为：预热、保温、升温、保温。
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