1、 1德国蒂森南京工厂棒料锻件表面除鳞方案北京荣盛科技发展有限公司2一、 目的意义：锻件毛坯棒料经加热后，进入模锻之前对毛坯表面进行除鳞（去除表面氧化皮）处理，目的在于提高锻压产品的质量。水射流技术与扇形高压喷嘴的结合和大量应用充分表明，采用高压水射流除鳞工艺是最可行和最为有效的途径。具有广阔的应用前景、良好的节水效果和市场推广价值。二、 原始技术参数：1. 坯料尺寸：110-180 微合金钢棒料，长度为 588-1161mm；2. 坯料加热温度：1250-1280；3. 计划生产率：140 件/小时；4. 工件移动速度：1400-2800mm/min，实际产品运行速度根据工件长度尺寸可调；5.
2、 工件移动方式：在上料输送线内通过推料装置推动前进，在除鳞箱内通过链传动前进。可根据实际情况确定传动方式。6. 除鳞生产方式：在线除鳞。三、 除鳞工艺主要技术参数的确定：1. 射流压力的选定：高压水由泵打入除鳞环并由除鳞喷嘴喷射到热态钢坯上，导致钢坯表面的氧化皮爆裂脱落。脱落下的氧化皮落入氧化皮收集箱内。根据客户提供的工艺参数要求泵出口压力为 60MPa。流量为 20L/min。所选择泵出口压力为 64MPa。流量为 30L/min。2. 射流流量的确定：根据给定的最大坯料尺寸及工件运行速度可3得：最大工件除鳞表面积 S=0.181.4=0.79m 2。根据用户给定的生产效率计算的工件运行速度
3、 V=1400mm/min，即每件坯料除鳞完成的时间为 0.5 分钟，为了保证环形喷嘴喷射面能基本覆盖住零件的表面，同时保证每个喷嘴的流量满足使用要求，故选取泵的射流流量为 30L/min。四、 喷嘴的当量直径的确定 d=1.22mmq=30L/min p=60MPa。1. 喷嘴数量、喷嘴孔径、靶距及型式的确定：图一为喷嘴布置图，沿 300mm 圆周方向均匀布置 6 个喷嘴，喷嘴孔径确定如下：d1=0.61mm，采用 60 度陶瓷材质扇形喷嘴。由于除磷的原理是根据高压水由泵打入除鳞环并由除鳞喷嘴喷射到热态钢坯上，导致钢坯表面的氧化皮爆裂脱落的原理可以达到良好的整体除鳞效果。靶距的最佳尺寸为喷嘴
4、孔径的 100 倍（在本项目中为61mm） ，最大靶距可为喷嘴孔径的 200 倍（即 122mm） ，由图一可见，将最大工件和最小工件置于同一 V 形槽辊中，最大工件和最小工件的中心距为 40.35mm，对于最大工件取靶距为70mm 时，在喷嘴布置不变的情况下，最小工件的最大靶距为145.35mm，最小靶距为 64.65mm，均在可取范围之内。2. 喷嘴沿工件轴向的布置方式：为了提高除鳞效率，喷嘴轴线应与工件轴线有一定的交叉角，本方案将该角度定为 85 度，偏斜方向如图二所示。此外，为避免射流相互间干扰，将相邻喷头的中心线前后错开一定的距离，本方案为 10mm。4图一 喷嘴布置图图二 喷嘴沿工
5、件轴线方向布置图五、 棒料热态除鳞工艺系统工作原理：图三为棒料热态除鳞水路系统原理图。高压柱塞泵装置为系统提供水射流动力，额定工作压力 64MPa，额定工作流量 30L/min，件 件 件 件 件 件1085?件 件件 件 件件 件5电动机驱动功率 37kW。可以充入厂区工业用水。气动除鳞阀用以实现高压管路与溢流管路通断的切换，用以保证高压泵在除鳞工作进行过程中向工作系统输出额定压力和流量的工作介质（工业用水） ，停止除鳞工作后高压柱塞泵处于低负荷运行状态。除鳞环固定在除鳞箱内，喷嘴安装在除鳞环内壁上，除鳞环支撑处的接头与外部管路连接，工件在除鳞环内沿轴线方向运行，喷嘴射出的高压工业用水在射流
6、的作用下，将工件表面的氧化皮清除干净。除鳞箱的作用是将除鳞工作区封闭在其内部，保证外部工作区域的洁净与安全。除鳞箱底部设有漏料口，除鳞工作过程中产生的污物通过该漏料口落入下部收集箱。除鳞环采用快速更换接头，保证工作人员在 20 分钟内完成更换。在输出管路中接入过滤器以保护水泵和液压管路中其它配件。过滤器的过滤精度为 1250 目。图三 棒料热态除鳞水路系统原理图6六、在线除鳞工作装置的结构原理：图四为圆棒料热态除鳞工作装置结构简图。除鳞工作装置主要包括高压泵组、高压管线、支撑框架、棒料传输装置、推料装置、除鳞箱、除鳞环、扇形高压喷嘴、收集箱及电气控制柜等。坯料传输装置分为无动力输送装置和动力输
7、送装置，无动力输送装置坯料的运动由其上面的推料装置执行，当坯料运动到除鳞箱处时，进入有动力输送装置，无动力推料装置停止运动并换向复位，此时坯料由动力输送装置送入除鳞箱，经过除鳞环后直至下一个工位。以上两套装置分别由辊子、支撑轴承组件、链传动机构、推料装置，减速电机、光电位置开关等组成。辊子间距为 210mm，保证棒料至少能同时支撑在 3 个辊子上处于稳定状态，为使棒料运行中心线始终与除鳞环轴线的中垂面重合，在每根棍子中间加工出夹角为 120度的 V 形槽辊起导向作用。辊子用滚动轴承支座固定在支撑框架上，轴承采用强制润滑方式，每根辊子中心高在安装时应调成一致，中部 V 形环槽也必须对齐。辊子轴一
8、端装有链轮，电动机经减速机驱动单排滚子链（链轮链条采用强制润滑方式） ，带动辊子旋转，通过摩擦力带动工件作直线运动。除鳞箱两端均开有坯料进出口，其尺寸根据最大工件尺寸而确定。除鳞箱进出口设有半封闭导向机构，该机构同时能够起到防止水溅出除鳞箱的作用。7图四 棒料坯热除鳞工作装置结构简图传动辊转速及传动扭矩的计算参照图五。由图五可知工件中心与传动辊轴线的距离为 130mm，则摩擦传动半径 R=52.1mm已知工件运行速度为14002800mm/min，则摩擦辊转速 n=8.56 r/min。 图五 传动辊转速及传动扭矩计图最大工件重量 G=232kg8带动工件运行所需的摩擦力矩 M=12.1Nm材
9、料摩擦系数取 0.1。根据上述计算得出电机功率 12.7kW，考虑一定的裕度，选择链传动驱动电机功率为 15kW 左右，减速机的传动比为 350 左右。单排滚子链节距为 25.4mm，链轮齿数取为 27，节圆直径为 218.79mm。链轮链条及轴承均采用强制方式润滑。七、除鳞系统工作程序和对控制的要求：除鳞系统工作程序：供水管路阀门开启，开启电源推料装置到达预定位置棒料通过机械手由加热炉放到输送装置（棒料到达预定位置1）推料装置顶住棒料尾部送料工件运行至接近除鳞箱入口时（棒料到达预定位置 2）推料装置回原位，同时自动关闭除鳞阀溢流口。，高压柱塞泵启动，开始除磷工件尾端离开除鳞箱出口（棒料到达预
10、定位置 3）后，自动开启除鳞阀溢流口，高压柱塞泵在低负荷下运行。一件坯料除磷工作过程结束。9图六 除鳞系统工作流程图10除鳞系统控制的能达到的功能：根据用户生产的实际情况，确定控制的自动化程度，高压柱塞泵的自动启动和停止，推料装置启动停止，棒料毛坯位置检测，链传动机构的启动和停止采用 PLC 程控方式自动进行。但为了便于操作和维修调试，除在集中控制柜上设置控制开关外，还应在运转设备附近配备就地点动控制开关。除鳞阀为长溢流型，保证在没有接到控制信号的情况下，高压柱塞泵的启动和运行均是在低负荷下进行的，以达到节能、安全和延长主泵使用寿命之目的。除鳞阀溢流口的关闭和开启，根据系统工作程序步骤、的情况
11、来实现，由工件检测开关或位置传感器采集信号通过 PLC 进行自动控制。3 电气控制用西门子 PLC，能实现上、下料检测，高压泵组的自动启停，推料装置的自动回位等等。各部分系统构成：泵组的配置：泵组有两台高压柱塞泵， （一备一用） ，为保证不影响生产线工作，特别一台泵作为备用，电机驱动，电机采用西门子电机，皮带轮传动，高压柱塞泵、电机、皮带轮均固定在泵橇上。泵组和除鳞设备的连接为高压软管和高压硬管连接。采用国产天津聚能高压泵有限公司高压柱塞泵，额定流量：30L/min，额定压力：64MPa 驱动电机功率：37KW 驱动电压：380V，11频率：50Hz，润滑方式：飞溅润滑，柱塞冷却方式：水冷，驱
12、动电机转速：1480r/min，运行工作方式，长期连续运行。除鳞装置：除鳞装置主要构成为除鳞环，除鳞环封闭箱，扇形喷嘴等。链传动输送装置及框架：该装置由三相异步电机通过变频器，带动链条辊道旋转从而运送毛坯料进入除鳞箱并进行除鳞处理。框架主要起支撑和调整作用。动力推料装置：电机通过变频器带动丝杠滑台前后运动致使推料杆前后运动从而完成推料动作，使毛坯零件能够顺利到达链条输送装置上，完成除鳞工序。电控装置：由 PLC 对各个环节进行程控，检测各个输出电信号，并与客户系统完成数据传输工作。位置传感器主要是通过检测推料杆位置计算出毛坯零件位置从而做出相应的反应。和温度传感器主要是检测除鳞箱内温度变化情况
13、。九、系统构成价格序号 名称 数量 人民币/元 备注1 高压泵组及阀门管线 2 套 120000*2=240000.002 除鳞装置 1 套 131000.003 动力推料装置 1 套 72000.004 链传动输送装置及框架 1 套 138000.005 电气控制装置（西门子PLC）1 套 71200.00合计 652200.00以上报价为含税出厂价格.12附录：推荐备品备件清单名称 数量 备注高压泵柱塞 6柱塞泵密封圈、密封填料及进、排液阀板 6 套高压水扇形喷嘴 8手动截止阀 1泵输出口止回阀 2溢流阀芯及阀座 2 套除鳞阀阀芯组件 2 套除鳞阀密封组件 2 套溢流阀密封圈组件 2 套北京荣盛时代科技发展有限公司技术研发部
