一种转向摇臂轴自动化锻造生产单元的制作方法

本实用新型属于金属件压力加工技术领域，具体涉及一种转向摇臂轴自动化锻造生产单元。

背景技术：

转向摇臂轴是汽车循环球式转向器的核心部件，主要应用于工程汽车、大型客车、越野汽车，目前，摇臂轴的锻造成形方法一般有两种，一种是横式开式模锻工艺方法，其具体步骤是棒料加热后经过空气锤或螺旋压力机简单制坯，将预制坯放入横式开式模锻模膛中，经过上下模挤压开式模锻后切去飞边得到锻件；另一种是立式闭式模锻工艺，其具体步骤是棒料加热后放入立式的闭式模锻模膛中，棒料经过挤压、镦挤等过程成形锻件，锻件无飞边。目前这两种方法一般都采用人工去上下料，摇臂轴的大型锻件总量在8-10kg，工人长期重复人工上下料劳动强度大，而且成形工艺为热锻工艺，其工作环境较差，高温、噪音、空气污浊对工人的健康危害较大，同时人工生产需要多人共同协作生产，其人工成本较高，且人工操作对于产品的一致性影响较大，同时人工生产需要多人共同协作生产，其人工成本较高，且人工操作对于产品的一致性影响较大。

技术实现要素：

本实用新型针对上述背景技术中所提到的不足而提供一种适用于成形摇臂轴的锻造自动化生产单元，该自动化生产单元可以实现将金属棒料经过单道次热锻成形为无飞边的摇臂轴锻件，整个生产过程无需人工进行上下料，机械化、自动化程度高，生产效率高，产品一致性好，极大的减少了人工成本，有效的降低了锻件的生产成本。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种转向摇臂轴自动化锻造生产单元，包括安全围栏和设置在安全围栏内部的上料机构、中频炉炉体、中频炉控制柜、锻件归集坑、锻件滑道、润滑机构、压机临时操控台、成形压机设备、压机油箱及泵站、棒料中转台、压机控制柜、自动化单元总控柜、机械手控制柜以及机械手，其中，中频炉控制柜、压机控制柜、机械手控制柜以及压机临时操控台均与自动化单元总控柜电连接，成形压机设备通过液压管路与压机油箱及泵站相连，所述的上料机构、中频炉炉体、锻件归集坑、成形压机设备、压机油箱及泵站、压机控制柜、自动化单元总控柜以及机械手控制柜沿周向依次设置在机械手的四周，其中，锻件归集坑与机械手之间设置有用于收集成型后锻件的锻件滑道，润滑机构和压机临时操控台设置在成形压机设备外侧，中频炉控制柜设置在中频炉炉体的外侧，棒料中转台设置在中频炉炉体与机械手之间；所述成形压机设备包括压机和安装在压机上并用于对金属棒料进行加工的成型装置。

进一步的，所述安全围栏的其中两个侧边上分别安装有主安全门和侧安全门。

进一步的，所述上料机构的进料端设置在安全围栏的外侧。

进一步的，所述成型装置包括上模组件与下模组件，所述上模组件包括拉板和位于拉板正上方并在中心设置有阶梯孔ⅰ的上模板，阶梯孔ⅰ的大径孔内安装有上模垫板，阶梯孔ⅰ的小径孔内安装有凸模定位套，凸模定位套的底端外壁上设置有外螺纹，凸模定位套的底端内壁开设有阶梯孔ⅱ，阶梯孔ⅱ内安装有冲头座和冲头套，冲头套的中心开设有阶梯孔ⅲ，阶梯孔ⅲ内安装有冲头，凸模定位套和冲头套通过固定螺母连接在一起；

上模板的端面上设置有两组连接孔且两组连接孔沿上模板的中心轴线中心对称，每一组连接孔均包括从外到内依次设置的阶梯孔ⅶ、阶梯孔ⅳ以及导套孔，拉板和上模板通过拉杆相连，相应的，拉板的端面上对应开设有阶梯孔ⅴ和导柱孔，其中，拉杆的法兰部分位于上模板上开设的阶梯孔ⅳ内，拉杆的下部为螺纹结构且该螺纹结构由螺母固定在拉板上开设的阶梯孔ⅴ内，位于上模板与拉板之间的拉杆外侧设置有弹簧，上模板与拉板之间还设置有导柱，导柱的一端安装在拉板上开设的导柱孔内，上模板在导套孔内固设有导套，导柱的另一端伸入导套内，拉板的中心设置有阶梯孔ⅵ，阶梯孔ⅵ的内侧依次设置有挤压筒外套和挤压筒，挤压筒套的顶部与拉板的两侧共同开设有方形槽，挤压筒的侧壁上开设有环形凹槽，方形槽内可抽拉的设置有方形插板且方形插板靠近挤压筒的一端插入环形凹槽内用以在竖直方向上对挤压筒进行限位，拉板在开设有方形槽的侧壁上还固定设置有l形连接板，l形连接板较短的一条边固定在拉板上，l形连接板较长的一条边与液压缸的缸头相连，液压缸远离l形连接板的一端设置在上模板上开设的阶梯孔ⅶ内；

所述下模组件包括中心开设有阶梯孔ⅷ的下模板，阶梯孔内安装有限垫板，下模板的顶部依次设置有下模座和凹模压板，下模座的中心设置有阶梯孔ⅸ，阶梯孔内部自上而下依次安装有凹模、凹模垫块、顶杆以及顶杆座，凹模压板与下模座通过螺钉连接，凹模与凹模垫块的内部共同插入待成型的金属棒料。

进一步的，所述的拉杆与导柱两者的长度均小于上模板与拉板在成型完成时两者端面之间的距离。

进一步的，所述液压缸的最大行程大于拉板的最大活动距离。

进一步的，所述挤压筒外套的顶端开设有水道，水道的进水口与外界连通，水道的出水口与挤压筒的侧壁上开设有环形凹槽相连通，挤压筒外套的底端开设有与环形凹槽相连通的出水孔。

进一步的，所述挤压筒外套与挤压筒之间为间隙配合。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型转向摇臂轴锻造自动化生产单元适用于转向摇臂轴立式无飞边锻造工艺，通过自动化控制生产和人工监控实现自动化生产，该生产线有效节约人力将人工生产时的三人配备缩减到一人，而且不需要在恶略的工作环境下做高强度的体力劳动，只需要实时监控生产线生产状况即可，有效缩减了人工生产成本，同时有效改善了工人的工作环境；

2、本实用新型转向摇臂轴锻造自动化生产单元在布局时以机械手为中心，将各个功能设备紧凑布置在机械手周围，节约了生产单元占地面积，各个功能设备既可以实现总线控制又可实现单独操控，自动化操作单元的操作性灵活，生产单元外围设置有安全围栏以及安全门，有效的阻止了安全事故；

3、本实用新型中的成形装置为多模块结构，有利于单个模具损坏的维修、替换，有效的降低了模具成本，同时，该成形装置在拉板模具部分设计时将挤压筒的人工抬举过程机械化，并在挤压筒外套内设计了相应的便于自动化操控冷却润滑的结构，该部分的设计使得成形装置能够完美的适用于自动化生产，有效缩减了人工生产成本，同时有效改善了工人的工作环境。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型中成型装置的结构示意图；

图3是本实用新型在成型时上模组件与下模组件的状态示意图；

图4是上模组件的结构示意图；

图5是拉板的结构示意图；

图6是上模板的结构示意图；

图7是挤压筒外套的结构示意图；

图8是方形插板的结构示意图；

图9是润滑机构喷头部分的结构示意图；

图10是锻件滑道与锻件归集坑的位置关系示意图；

图中标记：1、下模板，2、下模垫板，3、下模座，4、顶杆座，5、顶杆，6、凹模垫块，7、金属棒料，8、凹模，9、凹模压板，10、挤压筒，11、挤压筒外套，12、拉板，13、导柱，14、导套，15、上模板，16、上模垫板，17、冲头座，18、液压缸，19、凸模定位套，20、固定螺母，21、冲头套，22、弹簧，23、拉杆，24、冲头，25、方形插板，26、l形连接板，27、方形槽，28、上料机构，29、中频炉炉体，30、中频炉控制柜，31、安全围栏，32、侧安全门，33、锻件归集坑，34、锻件滑道，341、u型槽钢，342、滑道支撑柱，343、锻件收集箱，35、润滑机构，351、喷头，352、水路管，353、润滑剂管，354、空气管，36、压机临时操控台，37、成形压机设备，38、压机油箱及泵站，39、棒料中转台，40、压机控制柜，41、自动化单元总控柜，42、机械手控制柜，43、机械手，44、主安全门。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种转向摇臂轴自动化锻造生产单元，包括安全围栏31和设置在安全围栏31内部的上料机构28、中频炉炉体29、中频炉控制柜30、锻件归集坑33、锻件滑道34、润滑机构35、压机临时操控台36、成形压机设备37、压机油箱及泵站38、棒料中转台39、压机控制柜40、自动化单元总控柜41、机械手控制柜42以及机械手43，其中，上料机构28、中频炉炉体29以及中频炉控制柜30、机械手43、成形压机设备37中的压机部分、压机油箱及泵站38、压机控制柜40、自动化单元总控柜41、机械手控制柜42都是公知或者市售设备，故未进行详细说明，而中频炉控制柜30、压机控制柜40、机械手控制柜42以及压机临时操控台36均与自动化单元总控柜41电连接，成形压机设备37通过液压管路与压机油箱及泵站38相连，所述的上料机构28、中频炉炉体29、锻件归集坑33、成形压机设备37、压机油箱及泵站38、压机控制柜40、自动化单元总控柜41以及机械手控制柜42沿周向依次设置在机械手43的四周，其中，锻件归集坑33与机械手43之间设置有用于收集成型后锻件的锻件滑道34，润滑机构35和压机临时操控台36设置在成形压机设备37外侧，中频炉控制柜30设置在中频炉炉体29的外侧，棒料中转台39设置在中频炉炉体29与机械手43之间；所述成形压机设备37包括压机和安装在压机上并用于对金属棒料进行加工的成型装置。

进一步优化本方案，所述安全围栏31的其中两个侧边上分别安装有主安全门44和侧安全门32。

进一步优化本方案，所述上料机构28的尾部即进料端设置在安全围栏31的外侧，上料机构28的尾部设置有储料仓，该设置可以实现在自动化生产单元不停机的情况下向上料机构添加金属棒料，节省停机时间。

进一步优化本方案，如图2至图4所示，本实用新型中的成型装置包括上模组件与下模组件，上模组件和下模组件分别安装在压机的上、下台面上，所述上模组件包括拉板12和位于拉板正上方并在中心设置有阶梯孔ⅰ的上模板15，阶梯孔ⅰ的大径孔内安装有上模垫板16，阶梯孔ⅰ的小径孔内安装有凸模定位套19，凸模定位套19的底端外壁上设置有外螺纹，凸模定位套19的底端内壁开设有阶梯孔ⅱ，阶梯孔ⅱ内安装有冲头座17和冲头套21，冲头套21的中心开设有阶梯孔ⅲ，阶梯孔ⅲ内安装有冲头24，凸模定位套19和冲头套21通过固定螺母20连接在一起；

如图5至图8所示，上模板15的端面上设置有两组连接孔且两组连接孔沿上模板15的中心轴线中心对称，每一组连接孔均包括从外到内依次设置的阶梯孔ⅶ、阶梯孔ⅳ以及导套孔，拉板12和上模板15通过拉杆23相连，相应的，拉板12的端面上对应开设有阶梯孔ⅴ和导柱孔，其中，拉杆23的法兰部分位于上模板15上开设的阶梯孔ⅳ内，拉杆的下部为螺纹结构且该螺纹结构由螺母固定在拉板12上开设的阶梯孔ⅴ内，位于上模板与拉板之间的拉杆外侧设置有弹簧22，上模板15与拉板12之间还设置有导柱13，导柱13的一端安装在拉板12上开设的导柱孔内，上模板15在导套孔内固设有导套14，导柱的另一端伸入导套14内，拉板12的中心设置有阶梯孔ⅵ，阶梯孔ⅵ的内侧依次设置有挤压筒外套11和挤压筒10，挤压筒套11的顶部与拉板12的两侧共同开设有方形槽，挤压筒10的侧壁上开设有环形凹槽，方形槽内可抽拉的设置有方形插板且方形插板靠近挤压筒10的一端插入环形凹槽内用以在竖直方向上对挤压筒10进行限位，拉板在开设有方形槽的侧壁上还固定设置有l形连接板26，l形连接板26较短的一条边固定在拉板上，l形连接板26较长的一条边与液压缸18的缸头相连，液压缸18远离l形连接板的一端设置在上模板15上开设的阶梯孔ⅶ内，液压缸18安装到上模板15的阶梯孔ⅶ中通过螺钉，安装后应保证液压缸底面和固定螺钉不超出上模板15的上表面，液压缸18应保证可提供30000n挤压力，以保证挤压筒能够顺利套入成形金属棒料而不被卡死，液压缸最大行程大于拉板的最大活动距离。

所述下模组件包括中心开设有阶梯孔ⅷ的下模板15，阶梯孔内安装有限垫板2，下模板1的顶部依次设置有下模座3和凹模压板9，下模座3的中心设置有阶梯孔ⅸ，阶梯孔内部自上而下依次安装有凹模8、凹模垫块6、顶杆5以及顶杆座4，凹模压板9与下模座3通过螺钉连接，凹模8与凹模垫块6的内部共同插入待成型的金属棒料7。

进一步优化本方案，挤压筒10的形状为两头法兰筒形结构，两法兰内侧设置有环形凹槽，用于方形插板25插入以固定挤压筒10的位置，环形凹槽的底部为圆角过渡，其圆弧为r1，方形插板25靠近挤压筒10的一端向内凹陷形成半圆形部位且该半圆形部位的楞部设置为圆弧过渡，其圆弧为r2，需要保证r1小于r2，该设置可以保证挤压筒10的位置精度，圆弧设置可以避免在挤压筒10冷却过程中由于过冷、应力集中而产生开裂的风险，挤压筒10两头都设置插板凹槽可以在挤压筒与棒料接触的一头磨损时反面使用，以提高挤压筒寿命。

进一步优化本方案，所述的拉杆23与导柱13两者的长度均小于上模板15与拉板12在成型完成时两者端面之间的距离，以防止拉杆相互干涉，拉板12的最大拉动距离即为拉杆法兰及头部螺母在上模板以及拉板中阶梯孔内的可活动距离的总和，当拉板12处于最大拉动距离位置时，导柱长度应保证导柱伸入位于安装于上模板对角分布的导套14中，冲头24长度应保证冲头头部伸入挤压筒10内部。

进一步优化本方案，所述液压缸18的最大行程大于拉板12的最大活动距离。

进一步优化本方案，所述挤压筒外套11的顶端开设有水道，水道的进水口与外界连通，水道的出水口与挤压筒10的侧壁上开设有环形凹槽相连通，挤压筒外套11的底端开设有与环形凹槽相连通的出水孔，进一步优化本方案，所述挤压筒外套11与挤压筒10之间为间隙配合，在成形过程中挤压筒10冷却，冷却水通过挤压筒外套11中的水道流入挤压筒外套内壁与挤压筒外壁形成的空间，注入的冷却水一部分通过二者的间隙流出，一部分通过挤压筒外套侧壁出水孔流出，在此过程中挤压筒得以降温，流出的冷却水落入成形模具下模组件实现下模冷却。

进一步优化本方案，如图10所示，所述锻件滑倒道34由u型槽钢341和滑道支撑柱342组成，u形槽钢341与地面角度为45°-65°，u型槽钢341上端位置为机械手16放置成形后锻件位置，u型槽钢341下端设置在锻件归集坑33边沿，锻件归集坑内装置有锻件收集箱343，锻件可以在自重的作用下沿着u形槽钢滑入锻件归集坑33内的锻件收集箱内，箱满后可以由行车调出并安放空箱。

进一步优化本方案，如图9所示，所述润滑机构的喷射枪部分由喷头351、水路管352、润滑剂管353、空气管354，其中碰头351为上下双向喷头，喷头喷射形状为锥形辐射状，锥形大小以及喷射量可由上下两端旋钮调节，润滑机构中电磁阀可以切换喷射管路。

本实用新型的工作过程如下：

1、将金属棒料7储存到上料机构28的尾部的储料仓内，成形压机设备37经过初次预热润滑，安全围栏31以及主安全门44、侧安全门32关闭后生产单元开始启动，上料机构28将金属棒料7逐根分流的传输到指定位置；

2、机械手43将金属棒料7的一端抓取，移动插入到中频炉炉体29的加热孔内，中频炉炉体有若干个加热孔，机械手43将加热孔逐一插满，可根据生产节拍以及金属棒料7的规格设定加热时间；

3、金属棒料7的一端加热到锻造温度980-1150℃后机械手43将金属棒料7拔出，放置到棒料中转台39的槽钢内，机械手转换夹持位置，夹持金属棒料7加热一端，将未加热一端插入成形压机设备37的模具型腔中；

4、机械手43回归初始位置后从上料机构28中抓取金属棒料7，将金属棒料7插入中频炉炉体29的空加热孔中，在此过程中成形压机设备37开始成形动作。

成形压机设备37的成形动作如下：

金属棒料7插入到凹模8与凹模垫块6限定的模腔中后，安装于上模板15的两个对角分布的液压缸18加压，使拉板12处于最大行程位置且处于加压状态，随后压机向下运动带动上模组件15向下运动，挤压筒10的中心孔套入成形棒料7，直到挤压筒10下端面与凹模8接触后液压缸18泄压，压机继续下行，此时拉板部分模具停止运动，冲头24开始挤压金属棒料7，当冲头套21与挤压筒10接触时停止挤压，锻件成形完毕，压机上行带动上模组件向上运动，在弹簧22的作用下拉板部分与上模板部分分离，压机上滑块回归到初始位置后停止运动，压机顶出缸作用于顶杆5顶出锻件，随后挤压筒外套11内水道通水，将润滑机构35移动到凹模8和挤压筒10之间后开始喷水，通过挤压筒外套11水道进入的冷却水逐步蓄满挤压筒外套11与挤压筒10之间的空腔，由挤压筒外圆表面冷却挤压筒10，冷却水由挤压筒外套11和挤压筒10之间的间隙以及出水孔流出落入凹模8的上表面，凹模8得到冷却，冷却水同时冷却挤压筒10内孔位置以及现组件的成形凹模，冷却过程完成后润滑机构35切换管路开始喷气，将挤压筒10内孔表面以及凹模8内孔表面的水吹干，润滑机构35切换管路开始喷润滑剂，润滑挤压筒10内孔表面以及凹模8内孔表面；在成型装置冷却润滑的同时，机械手43将成形后的锻件放入锻件滑道34的上端，锻件顺着u形槽钢341滑入放置在锻件归集坑33内的锻件收集箱343内，机械手43回归初始位置，此时一个锻件成形过程完毕；待模具冷却润滑结束后，开始第二个锻件成形过程。该成形装置在拉板模具部分设计时将挤压筒的人工抬举过程机械化，并在挤压筒外套内设计了相应的便于自动化操控冷却润滑的结构，该部分的设计使得成形装置能够完美的适用于自动化生产，有效缩减了人工生产成本，同时有效改善了工人的工作环境。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。