四工位軸承內外圈淬火機床

張光榮

 

（寧夏機械研究院，寧夏銀川，750001）

 

摘要

分析了氣動四工位淬火壓床的特點與優勢，探討了適用于高碳鋼軸承淬火的機床與配套的模具結構。介紹了壓床對于各種形狀、尺寸被淬工件的適宜性，為滿足淬火工藝要求，實現模具保持

 

壓力淬火提供了新型的自動化設備，是高碳軸承鋼淬火較為適宜的工藝裝備。

關鍵詞

四工位 氣動 滲碳鋼軸承 淬火壓床

作者簡介

張光榮，寧夏機械研究院院長，正高職高級工程師，機械專業，各淬火壓床的機械結構、總體設計，課題組長，專利發明人。

4 - Ram Inner and Outer Bearing Rings Quench Press Zhang Guangrong

 

 

（Ningxia Machinery Research Institute，Ningxia Yinchuan 750002, China）

 

Abstract:

This thesis analyses the characteristics and superiority of pneumatic four- ram quench press, discusses the structure of the quench press and tooling for high-carbon 

 

steel bearing . The thesis Introduces the suitability for quenching the different shapes and the different dimensions parts, a new type full-automatic equipment is 

 

provided for meeting the quench technological requirements and to complete the quenching process by the tooling keep pressure, the press is suitable for high-carbon 

 

steel bearing and it has obtained patent right of the country.

 

Key words:

 

four- ram pneumatic carburizing steel bearing quench press

 

一、 概述

四工位淬火壓機是針對高碳軸承鋼（GCr15 系列）軸承內、外圈套類工件進行模壓淬火的壓淬設備。在淬火過程中，為了減少工件變形，采用壓機與相應的模具配套，將加熱到淬火溫度的工件用調定的力壓緊并保持，垂直進入淬火油液中，淬火油液按設定的方式流動冷卻工件，淬火完成后，模具與工件同時出油，釋放工件，完成模具保持淬火過程。使用該機床可以大大減小淬火變形、保證淬火質量和零件尺寸穩定的目的。該壓床與轉底加熱爐或其他各種類型的加熱爐配套使用，被淬工件包括圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承、球面滾子軸承、球軸承等的內外圈。對于大型工件可以配備機械手上下工件，包括機械手在內，各工位設計成單工位程序自動控制， 也可手動控制。

該設備原理獨特、結構新穎、使用范圍廣，具有自動化程度高，工作可靠性強，淬火工件質量穩定、模具通用性強、占地面積小等顯著特點。采用該設備可大大提高淬火工作效率，減輕勞動強度，降低廢品率，促進工廠熱處理工藝水平上臺階。

 

二、 設備的主要技術數據

 

1	淬火零件數量	1～4 件（四工位）
2	淬火時間設定范圍	0～99.99 小時連續可調
3	油循環冷卻時間	手動，每工位可單獨設定
4	被淬火工件尺寸	直徑：φ75～φ450mm，高度：25～250mm

 

三、工作原理

圖一所示為四工位組合壓床，可同時或分別完成四個工件的淬火過程。主機 1 置于油池 2內，通過冷卻管道 11 向油池注入冷卻油液并不斷循環，工作時，加熱的工件經滾棒 10 滑入下模具 5 上，或者由人工或機械手抓取放到下模具上。啟動按鈕，由動力缸 8 推動上滑塊 7下行，帶動上模具 6 壓緊工件，由于上滑塊的動力大于下滑塊的支承力，上下缸的壓力差等于模具對工件施加的作用力。在上模具即將接觸工件時，下模具內腔提前通入冷卻油，此時，上模具通過工件繼續推動下滑塊 3 下行，將熱工件及下模具推入成滿冷卻油的油池中急冷，保持，實現工件淬火。淬火結束后，上、下滑塊換向，由下滑塊動力缸推動工件及上滑塊出油，上滑塊上行釋放工件，到位后，取出淬火工件，完成一個模具定型淬火過程，原位等待下一個循環的開始。

 

 

上下滑塊通過導軌與立柱連接，滑塊上裝有連接模具的快換接頭 4，上下接頭保證嚴格同軸。操作按鈕 9 置于壓機的前方，便于操作，面板上設有啟動按鈕和緊急停車按鈕。電源總開關和所有的控制器件置于電控箱內，電控箱的面板上有指示儀表和各單元的淬火時間設定元件。油池中的油液來自于中心油庫，借助于油泵，通過特殊設計的管路，使油液按要求的流動方式冷卻工件，高出模具液面的油液通過溢流管流回油庫，油液在油池中不斷循環，加大冷卻效果且不使油溫升高。壓機的工作部分進行了以下滿足淬火工藝的設計：1）采用了氣缸或油缸對壓和入油一氣呵成的動作方式，壓緊與入油同步，保證了工件的急冷速度； 2）上下模具分別裝在上下滑座上，上下滑座在同一導軌上運動，可嚴格保持上下模具的相對位置和運動精度；3）模具對被淬火工件的壓力可調，既保證紅熱工件不會受壓力變形，又保證淬火過程中克服工件的淬火變形； 4）每個工位相對獨立組成一個組元，各組元可按需要單動或聯動，便于和不同的加熱爐配套，適應不同的加熱時間和出爐件數；5）各單元獨立的半自動或自動程序控制。

 

四、淬火模具

該壓床配套的是一種結構簡單、適應范圍廣的錐形自定心模具如圖二。模具 5、6 安裝在接頭上并對中。在下滑塊有冷卻進油管與下模具的內部連接，通過控制，保證上下模具接觸工件時，由下模具心部向工件內部噴出冷卻油，并經過模具表面的凹槽流出，流動冷卻工件內部。被淬工件在模具的保持下，內、外同時有流動的冷卻油急冷淬火。每套模具由快裝座 1、6，快裝接頭 2，擋油板 3，上模具 4，下模具 5 組成。模具結構圖參見圖七。模具采用錐形工作面，工作時，錐面與工件的圓角接觸，既能定心使工件自位，又實現了淬火時阻止工件變形的目的，且每個錐面模具都可以涵蓋一定的工件尺寸范圍，可以減少模具的數量，縮短工件更換規格時更換模具的輔助時間。模具的表面進行了特殊涂層處理，摩擦力小、耐磨耐高溫，便于工件自位。模具與主軸的連接采用快換結構，保證了模具的互換，并且使更換模具的時間縮到最短，大大提高了工作效率。每臺淬火壓機有四個工位，每個工位配備一套模具，按照工件尺寸不同，模具分為大中小多種組別，各組尺寸有一定范圍的交叉，以保證適宜于φ75～φ450 直徑范圍的工件，每種模具都可以適用于 25～250mm 的工件高度。各工位的模具可以互換，依據生產產品規格，可以任意組合大小模具，對大型模具配備有拆裝裝置，以方便使用。

 

 

五、設備的特點

本壓機對淬火的工作部分進行了以下創新設計，具有以下功能和特點：

1) 采用“C”形開式機身，增大了工作空間，機身及底座全部采用板焊結構，各工位機身與運動部件、控制系統、冷卻系統自成一體，各工位可獨立工作，依據不同的工件直徑更換相應尺寸范圍的模具，可適應直徑：Φ75~Φ450 mm、高度：25~250mm 范圍內的工件的淬火需要。

2) 采用雙氣缸對頂工件的方式，氣缸驅動上下滑塊下行、通過安裝在滑塊上的上、下模具對工件施壓，壓緊和入油同步動作的方式淬火。下氣缸采用特殊的耐高溫氣缸，保證該缸在高溫油液內長期正常工作，上、下滑塊均設有可調節定位裝置。

3) 模具對工件壓緊力可通過調整上氣缸的壓力進行設定，作用在工件上的力主要取決于下氣缸的上、下腔的氣壓差，調節該氣壓差可實現下滑塊的升和降，以方便調整。

4) 上下模具分別裝在上下滑塊的模具安裝座上，安裝座設計成快裝結構，以減少換模具時間，模具安裝座的接口可保證不同模具的互換安裝；5) 每個相對獨立的工位可以按生產需求組合配套，如對于四工位壓機，其中二個工位可以安裝大模具，用于大尺寸套圈的淬火，二個工位安裝小模具，用于小尺寸套圈的淬火，或者其它的不同組合。

6) 對安裝大模具的工位上可以配備機械手，機械手可以分別為兩個或全部工位提供上下工件的服務。機械手的動作與工位程序相配合，實現了二個工位或整機的單機自動化。

7) 下滑塊與下模具的結構能保證在被淬工件內孔優先并連續噴油，保證工件的淬透性。

8) 各單元獨立的調整或自動程序控制，每個單元都設有調整、循環轉換開關。在調整位置，設有上升、下降按鈕，啟動按鈕，上滑塊可以在任意位置停留，便于更換模具；在循環位置，只要啟動循環按鈕，壓機會按照設定的程序自動循環工作；需要中途停止運行時，按下急停按鈕，一切運行停止，各運動部件返回原位。

9) 電氣控制部分采用三菱 PLC 可編程序控制器，主要電氣元件采用進口產品；控制箱上設有手動淬火時間設定，PLC 內有若干時間延時，可按給定的淬火要求實現自動程序控制。

10)在軟件設計中采用模塊化結構，每個工位分兩個模塊—“ADJUST”模塊與“AUTO”模塊。無論壓機處于何種位置，在“AUTO”模式時壓機會自動運轉至待料位置。軟件中采用了各種有效措施，確保壓機嚴格按工件淬火工藝要求運行。

11) 油箱通過管道和油泵與中心油庫連接，油泵連續向油箱供油，通過管道，冷卻油被輸送到被淬火工件附近，并形成繞淬火工件的流動，保證冷卻均勻；高出淬火液面的油液通過溢流流回油庫，保證油箱內的油面的高度并使箱內的油液流動循環。

12) 該機床通過了生產應用考驗，機床在企業成功應用，質量完全達到工藝標準要求，工件工作面的圓周跳動及錐度在 0．12mm 之內，工件收縮量控制在工藝留量之內，尺寸離散性很小,沒有意外因素，淬火后的成品率保持在 99％以上。

由于機床的設計思想獨特，結構及造型新穎，該機床已經獲得了國家實用新型專利。