本发明属于智能制造领域，涉及一种难变形合金的智能锻造成形工艺。

背景技术：

钛合金、高温合金等难变形合金一般具有特殊的性能优势，是制作关键承力部件的较佳材料，目前在航空航天领域大量应用，但航空航天用关键承力构件工作环境苛刻、受力复杂，往往对性能要求较高。锻造是生产难变形合金构件的主要方式，难变形合金锻件一般需要经过加热、保温、转移、锻造、冷却、热处理等一系列工步才能完成，但难变形合金往往对工艺参数非常敏感，不同的工艺参数往往会生产出不同性能的锻件。尽管近年我国在锻压设备的发展上取得了很大进步，建设了不少先进锻压设备，自动化锻造水平也大幅度提升，但目前难变形合金锻造却完全没有实现自动化生产，大部分锻造工步仍然需要人工操作才能完成，这主要与难变形合金特殊的锻造特性和使用数量有关。难变形合金对加热保温时间、转移、锻造温度、变形量、速度、冷却等不同工艺参数都要求非常严格，人工操作在难变形合金锻造过程中的有利因素是可以根据现场情况进行判断和操作，避免了自动化锻造产品单一、无法处理异常工况、智能化程度不高等问题，不利因素是会影响不同批次工艺参数的精准度、劳动力占用严重、生产成本较高、效率较低。

锻造工艺参数的稳定性是决定难变形合金锻件质量的主要因素。难变形合金若能够控制在同一组锻造参数范围内进行锻造，不同批次锻件性能将不存在波动，使用锻件装备的整体稳定性将会获得大幅度提升。因此如何将人工智能判断与机器操作相结合、稳定锻造工艺参数、减小不同批次锻件质量波动，是整个锻造行业以及需求行业所一致努力发展的方向，国内外都极其重视。

本发明开发出一种难变形合金的智能锻造工艺，通过将温度、位置、压力、尺寸等在线监测与机器操作实时处理相结合，可对锻造过程进行智能控制、实现难变形合金的智能锻造，获得质量稳定的不同批次锻件。

技术实现要素：

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种难变形合金的智能锻造成形工艺，为了稳定锻造工艺参数、减少不同批次锻件的质量波动。

技术方案

一种难变形合金的智能锻造成形工艺，其特征在于步骤如下：

步骤1：在profinet集控系统上设置难变形合金坯料加热位置并编号，利用机器人夹持摆放坯料，根据材料特性和坯料尺寸，按照技术标准计算升温速率和保温时间并向电阻加热炉发送指令，电阻加热炉获取指令后通过plc控制开始加热保温；

步骤2：步骤1坯料保温完成后，profinet集控系统下达指令开始给模具喷涂脱模剂，然后让机器人将步骤1加热坯料从电阻加热炉内取出，将步骤1加热坯料夹持转运至锻压设备前，集控系统在线读取红外测温仪上坯料温度并判断是否符合设定要求，若符合则下达指令给机器人将步骤1加热坯料放置进锻造模具；

步骤3：接收到步骤2坯料放置完成指令后，profinet集控系统发送指令给锻压设备按照预先设定的锻造参数进行锻造，集控系统采集锻造过程中压力传感器、位移传感器的在线锻造吨位和模具位置数据，与预先设定的锻造参数进行比对判断，保证坯料充填模具、锻件尺寸完整；

步骤4：步骤3锻造完成后，profinet集控系统采集红外测温仪上的锻件温度并记录，完成后向机器人发送夹取锻件指令，机器人抓取锻件后将锻件取出并转运至指定位置尺寸在线监测装置；

步骤5：尺寸在线监测装置启动，对步骤4锻件外形和尺寸进行三维扫描，扫描完成后与系统预先设计的三维锻件图形对比，并向集控系统发送扫描比对结果；

步骤6：profinet集控系统根据步骤5尺寸监测结果进行锻件筛选与分拣，若步骤5锻件符合设计要求，集控系统会向机器人发送指令将步骤5锻件转运至合格区，否则机器人会将步骤5锻件转运至不合格区，之后继续重复步骤2～步骤6，直到所有坯料锻造完。

有益效果

本发明提出的一种难变形合金的智能锻造成形工艺，为了稳定锻造工艺参数、减少不同批次锻件的质量波动，本发明开发出一种难变形合金的智能锻造工艺，该工艺是根据难变形合金的锻造特性将温度、位置、压力、尺寸等在线监测与机器操作相结合，实现难变形合金的智能锻造控制，首先在profinet集控系统上设置难变形合金相关锻造工艺参数，然后开始实施加热、转运、温度检测、锻造、出模的智能判断与实时处理，最后进行锻件的筛选与分拣，获得合格锻件。

该智能锻造工艺通过引入温度、压力、位置、机器视觉等传感装置形成集成控制系统，根据现场情况实时处理，实现了智能锻造生产制造，既解决了传统人工锻造质量不稳定的问题，同时也克服了自动化锻造无法处理异常工况的难题。该智能锻造工艺步骤1首先在profinet集控系统上设置坯料编号、实施智能管控加热，可以对每个锻件的加热过程实现准确记录，并根据锻造节拍合理安排坯料加热，避免了加热温度和保温时间不精确造成的坯料质量问题。步骤2机器人会根据指令实现加热坯料的设定轨迹转运，避免了高温恶劣环境对人工操作的影响，同时每个坯料的转运时间是相同的，这样坯料的锻前温度可以完全一致，不会因转运时间不同导致温度差异造成锻件性能波动的难题。步骤3集控系统发送指令至锻压设备按照设定锻造参数进行锻造，锻造压力、位移、模具位置等信息会被记录用于判定坯料是否充填满模具型腔，避免了恶劣环境造成人眼视力查看不准确、判断慢的问题。步骤4锻造完成后，集控系统会记录锻后温度并向机器人发送夹取锻件指令，机器人通过视觉定位判断锻件位置并准确抓取，然后按照设定运动轨迹将锻件取出并转运至指定位置，达到人工夹料相同的效果，克服了自动化锻造无法识别锻件位置的难题。步骤5和步骤6对锻件实施外形和尺寸的三维扫描，一方面通过检测锻件尺寸来发现锻造过程是否存在有问题，另一方面可以实现锻件的筛选与分拣，无需传统人工检测、节省劳动力成本、提高生产效率。

该智能锻造工艺可以用于难变形合金材料的锻造生产，有效保证不同批次锻件的质量稳定性，在锻造企业具有很强的实用性，具有推广应用价值。

附图说明

图1：系统示意图

图2：采用本工艺智能锻造生产的钛合金锻件

图3：采用本工艺智能锻造生产的高温合金锻件

图4：采用本工艺智能锻造生产的钛合金锻件

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

采用该难变形合金的智能锻造工艺进行了钛合金锻件的智能锻造成形。

实例1：采用本工艺步骤1在profinet集控系统上设置钛合金坯料加热位置并编号1^#～5^#，利用机器人a夹持摆放坯料，集控系统根据材料特性和坯料尺寸计算加热温度为850±10℃、升温速率为15℃/min、保温时间为40min，箱式加热炉通过plc控制开始加热；步骤2集控系统达指令模具开始喷涂脱模剂，机器人a将加热坯料从加热炉内取出，按照设定运动轨迹将坯料夹持转运至8000t电动螺旋锻压设备前，集控系统下达指令给机器人b将坯料放置进模具；步骤3集控系统发送指令给8000t电动螺旋锻压设备按照4次连续打击的锻造参数进行锻造，集控系统采集压力传感器、位移传感器实际数据与设定数据对比，保证坯料充填模具、锻件尺寸完整；步骤4集控系统通过红外测温仪获取锻后温度并记录，向机器人b发送夹取锻件指令，机器人通过视觉定位判断锻件位置并准确抓取，然后将锻件取出并转运至指定位置；步骤5锻件到达指定位置后，尺寸在线监测装置启动，开始对锻件外形和尺寸进行三维扫描，扫描完成后系统自动对比预先设计的三维锻件图形，并向集控系统发送扫描比对结果；步骤6集控系统根据尺寸监测结果进行锻件筛选与分拣，重复步骤直到所有坯料锻造完成。图2为采用本工艺智能锻造生产的钛合金锻件。

实例2：采用本工艺步骤1在profinet集控系统上设置高温合金坯料加热位置并编号1^#～10^#，利用机器人a夹持摆放坯料，集控系统根据材料特性和坯料尺寸计算加热温度为1140±10℃、升温速率为10℃/min、保温时间为90min，箱式加热炉通过plc控制开始加热；步骤2集控系统达指令模具开始喷涂脱模剂，机器人a将加热坯料从加热炉内取出，按照设定运动轨迹将坯料夹持转运至8000t电动螺旋锻压设备前，集控系统下达指令给机器人b将坯料放置进模具；步骤3集控系统发送指令给8000t电动螺旋锻压设备按照5次连续打击的锻造参数进行锻造，集控系统采集压力传感器、位移传感器实际数据与设定数据对比，保证坯料充填模具、锻件尺寸完整；步骤4集控系统通过红外测温仪获取锻后温度并记录，向机器人b发送夹取锻件指令，机器人通过视觉定位判断锻件位置并准确抓取，然后将锻件取出并转运至指定位置；步骤5锻件到达指定位置后，尺寸在线监测装置启动，开始对锻件外形和尺寸进行三维扫描，扫描完成后系统自动对比预先设计的三维锻件图形，并向集控系统发送扫描比对结果；步骤6集控系统根据尺寸监测结果进行锻件筛选与分拣，重复步骤直到所有坯料锻造完成。图3为采用本工艺智能锻造生产的高温合金锻件。

实例3：采用本工艺步骤1在profinet集控系统上设置钛合金坯料加热位置并编号1^#～4^#，利用机器人a夹持摆放坯料，集控系统根据材料特性和坯料尺寸计算加热温度为940±10℃、升温速率为15℃/min、保温时间为110min，箱式加热炉通过plc控制开始加热；步骤2集控系统达指令模具开始喷涂脱模剂，机器人a将加热坯料从加热炉内取出，按照设定运动轨迹将坯料夹持转运至8000t电动螺旋锻压设备前，集控系统下达指令给机器人b将坯料放置进模具；步骤3集控系统发送指令给8000t电动螺旋锻压设备按照6次连续打击的锻造参数进行锻造，集控系统采集压力传感器、位移传感器实际数据与设定数据对比，保证坯料充填模具、锻件尺寸完整；步骤4集控系统通过红外测温仪获取锻后温度并记录，向机器人b发送夹取锻件指令，机器人通过视觉定位判断锻件位置并准确抓取，然后将锻件取出并转运至指定位置；步骤5锻件到达指定位置后，尺寸在线监测装置启动，开始对锻件外形和尺寸进行三维扫描，扫描完成后系统自动对比预先设计的三维锻件图形，并向集控系统发送扫描比对结果；步骤6集控系统根据尺寸监测结果进行锻件筛选与分拣，重复步骤直到所有坯料锻造完成。图4为采用本工艺智能锻造生产的钛合金锻件。