全自動鐵路軸承內外圈淬火壓床
 張光榮
（寧夏機械研究院，寧夏 銀川 750001）
摘要
本文分析了由外圈淬火壓床、內圈淬火機組、液壓脫模式死模具、上下料機械手及進出件機構組成的全自動鐵路軸承淬火壓床系統的特點與優勢，探討了適用于大批量、專業化鐵
路軸承模具保持淬火系統的結構優勢與適合于自動化淬火的模具以及抓取工件的機械手結構。介紹了該淬火系統每循環完成兩個外圈、四個內圈淬火的套裝加熱、套裝出件的工藝過程。本淬火系統時目前世界上淬火效率最高、淬火零件尺寸保持最好、應用最為成熟的自動化淬火工藝裝備。本文介紹的淬火設備及工藝獲得了國家發明專利授權，內圈淬火設備和液壓脫模式死模具獲得了國家實用新型專利。

關鍵詞

鐵路軸承 外圈淬火壓床 液壓脫模死模具 內圈淬火機組 機械手 智能

 
 
Full Automatic Railway Bearing Inner and Outer Rings Quench Press
Zhang Guangrong
（Ningxia Machinery Research Institute，Ningxia Yinchuan 750002, China）
Abstract:
This thesis analyses the characteristics and superiority of full automatic railway bearing inner and outer rings quench press that is composed of outer rings quench press, inner rings quench press set, the hydraulic dismantled fixed tooling and manipulator, discusses the structure superiority of the tooling keep quenching system for large numbers specialized railway bearing and the structure of the manipulator that suit for automatic quenching and for picking up parts. Introduces the technology process of the ring set heating and outing when the quench system quenching two outer rings and four inner and rings each cycle. The press is an automatic quenching equipment with the highest quenching efficiency on the world, the quenched parts will keep best dimensions and it have a wide-ranging application. The quench press has obtained inventor’s patent right of our country, the inner rings quench press set and hydraulic released fixed tooling has obtained the applied new type patent right of our country.
 
 
Key words:

railway bearing   outer rings quench press inner rings quench press set  manipulator hydraulic dismantled the fixed tooling intellect

 
 鐵路貨車采用滾動軸承替代滑動軸承是鐵路運輸向高速化發展的重要改進之一。我國目前已具有年產 300 萬套鐵路軸承的生產能力，發展速度很快，除生產 352226X2-2RZ、
353130X2-2RZ 及新改型的 352226B2-2RZ 外，還為國外軸承廠家供應重載鐵路軸承內外圈。鐵路軸承的內外圈材料均為滲碳軸承鋼(G20CrNi2MoA)，成品要求滲碳層厚度 1．5～2．3mm，工作表面淬火回火后硬度 60～64HRC，心部硬度 32～45HRC。由于 G20CrNi2MoA 鋼滲碳時間長，1淬火畸變大、收縮嚴重，采用自由淬火或簡單的模具保持淬火，不僅硬度和金相組織保證不了，而且由于變形大，以致在后續加工中造成滲碳層偏淺甚至被加工掉、或者因為變形不均勻、部分區域黑皮加工不掉而導致批量報廢的情況時有發生。我院的鐵路軸承內外圈淬火壓床分為兩種產品：一種是更換模具后，每循環可以分別完成二件外圈或二件內圈的淬火工作（ZCY-1 型）；一種是內圈淬火機組和淬火壓床配合，每循環可以同時完成二件外圈和四件內圈的全自動淬火工作（ZCY-2 型）。限于篇幅，本文以 ZCY-2型產品為主，ZCY-1 型包含在其中一并介紹。為簡便，在下文中，整機簡稱為機床，外圈淬火壓床簡稱為壓床，內圈淬火機組簡稱為機組。

1淬火壓床
由圖一（ZCY-2 型鐵路軸承內外圈淬火壓床）可以看出，在快速移動輥道、滾底加熱爐9 和清洗滾道、清洗爐 7 的左側的 2 為外圈淬火壓床，內圈淬火機組 8 位于加熱爐和清洗爐之間，機械手 1 在壓床和機組之間傳遞工件。12 為液壓站，13 為程控柜，14 為冷卻油池，與高位油箱上下分體，油池在地下，高位油箱離地面有一定高度，通過進油管 3 和回油管 4 及閥門組構成冷卻油回路，泵 15 將油池油液泵入高位油箱中，淬火后的油液返回油池，油池配備有油溫控制裝置，油液溫度低時加熱、高時換熱以保證淬火油液溫度控制在工藝規定的范圍內。淬火后的工件送上清洗滾道 7，進入清洗機中清洗。4 是機床的就地控制箱，6 是一端固定在壓床的上橫梁上、一端支承在立柱上的跨過輥道線上方的機械手橫向移動導軌，10 是位于機組中間、沉置在快速移動輥道平面下的進出件拖動裝置，11 為內圈淬火模具。
該機床與加熱爐配套，在每工作循環中，加熱出爐套裝、疊放的二組六件工件被進出件拖動裝置拉入機組且定位，四件內圈在原地沉入機組，淬火后推出；二件外圈由機械手抓取，送入壓床，淬火后再送回原位，套入先期已經完成淬火的內圈，沉置在快速移動輥道平面下的進出件拖動裝置啟動，快速將淬火后的工件拖出機組，送入清洗滾棒線。一個淬火循環過程結束，進入下一循環等待，循環節拍 0～99min 可調。

 
1．機械手2．淬火壓床3．進油管4．機床控制箱5．回油管6．機械手橫向移動導軌、7．清洗滾道、清洗爐8．內圈淬火機組9．快速移動輥道、滾底加熱爐10．進出件

拖動裝置11．內圈淬火模具12、液壓站13、程控柜14、高位油箱15、油泵
 
ZCY-2 型鐵路軸承內外圈淬火壓床是為德國 FAG 寧夏公司、瓦軸集團公司的要求進行設計的自動機床。該機床與在西軸公司、洛軸公司使用的ZCY-1 型淬火壓床不同的是：連續加熱爐采用套裝加熱，即每個外圈中套有兩個內圈，同時加熱同時出爐，使加熱爐效率大大提高，與此加熱方式相適應，淬火設備也必須承擔一次出爐的二個外圈和四個內圈從紅熱件淬火到送上清洗軌道的全部工作程序，即要求在一個循環節拍中，同時完成二個外圈和四個內圈的模具保持淬火，淬火的效率也超出了 ZCY—1 型壓床的二倍以上，在效率提高的同時，六個被淬工件達到了所有的技術要求。淬火設備由淬火壓床、內圈機組和機械手及進出件裝置組成，整體平面布局如圖一。圖中的布局為機床中心線與加熱爐出件中心線平行，加熱爐為棍棒爐。根據生產線的布局及配套設備的不同，可以靈活的布置機械手和壓床的位置，與轉底爐配套時，壓床的中心線則與加熱爐的出件中心線垂直。

壓床主機結構如圖二。
圖中：1．框架式機身2．機床控制箱3．動橫梁4．淬火模具5．移出式工作臺6．冷卻油集配箱7．底座壓床機身采用板焊結構，是全機床的承載框架。動橫梁工作油缸固定在上橫梁上，動橫梁設計有導向裝置。在動橫梁上裝有卸料油缸，下平面裝有淬火上模具、冷卻油罩，油罩內的溢油通過立柱流回油池。工作臺及其支撐導軌裝在機身底座上，工作臺由水平油缸驅動，完成工作臺的伸出和回位，工作臺面上配置著下模具，冷卻油流可以通過工作臺對工件機械冷卻，就地控制箱安裝在機身的同向側面，便于操作。
該機床是一種封閉浸沒式流動油液冷卻、自動脫料式固定模具壓淬的自動淬火壓床。工作時壓床的工作臺向外伸出，停在待料位置。由加熱爐加熱的工件經快出件機構傳輸到位后
發信號，淬火自動循環開始，機械手抓取工件套入工作臺臺面上的下模具，工作臺退回到位后發信號，動橫梁快速向下移動，在接近工作臺面時減速，使油罩下沿與工作臺面密閉，與油罩下移同步，上模具插人工件、定心并用事先調定的力使上下模具同時壓緊工件，此力既不能使紅熱工件變形，又要有足夠的支撐力阻止淬火過程中工件收縮。動橫梁到位后發信號，冷卻油液按最大流量接通，此時，油液經配油箱、工作臺、模具內腔、工件內外周等以很快的速度浸沒冷卻工件并形成液流，當油面高出旁溢口時，溢油經過機身立柱流向底座，再經泄油管流回油池。自冷卻開始，電控系統進入冷卻記計時，到總冷卻時間的某一中段，如 2min，由計時器發令關閉配油閥之一，使最大油流減弱為維持冷卻油流，直到預置的冷卻時間為 0(采用倒計時法)，冷卻油流關閉，停止冷卻供油，回流泄油閥開啟，延時使油罩內的余油回流干凈，發信號，動橫梁上升，油罩提起，與此同步，脫模油缸工作使工件與模具分離。油罩上升到位后發信號，工作臺移出，由機械手取出淬火后的工件并送人清洗輥道，一個淬火過程循環結束，工作臺停留在移出待料位置。根據配套情況，上述過程也可以按單機自動循環執行。
淬火壓床工作循環如圖三。

 

 
機床的主動作采用液壓驅動，如動橫梁、工作臺、脫模等，輔助動作采用氣壓傳動，如機械手、冷卻配油閥等，電控系統主機采用進口 PLC 加擴展，設有多重保護和誤操作聲光報警功能，兼有點動、單程序運動和程序自動運行，可在總程控箱和主機旁就地操作，各控制點均設有循環和急停單鍵控制按鈕，方便、安全，動作靈敏、可靠。紅熱件從出爐到冷卻油液浸沒時間≤8s。
2內圈淬火機組（參見圖一）
機組安裝在出爐棍棒線和清洗滾棒線之間，機組內部有液壓驅動的漲縮模具、接入及推出機構，油循環冷卻系統，進出件拖動裝置等。加熱出爐的內圈二件一組，大端向下疊放在外圈內，隨棍棒移動到預定的位置，啟動自動循環按鈕后，進出件拖動裝置啟動，將套裝的工件一起拖到預定的位置，在機械手抓走外圈的同時，機組承接內圈的裝置下移，將二組四件內圈送入機組的可漲縮模具。模具工作的同時，冷卻系統向機組供油，循環冷卻淬火。淬火后機組泄油，模具收縮，機構將工件推出到進料平面上，等外圈套入后，進出件拖動裝置將它們一起送上清洗輥棒線。
機組采用的是工件固定、油液噴淋浸沒淬火的方式。模具的徑向尺寸可變，但模具與工件的相對位置是固定的。工作時，承接機構下行，將紅熱工件套入在收縮的模具上，模具油
缸活塞桿下拉使模具在工件內漲開至設定的直徑尺寸，漲開的模具撐住工件內壁，同時冷卻油涌出淬火，模具強制限制了工件在冷卻過程中的收縮，以保證工件的淬火尺寸。淬火后，模具油缸活塞桿先釋放模具張力，模具收縮，使模具與工件分離，之后承接裝置上升，推出淬火工件，完成了四個內圈淬火工藝循環。模具的外徑尺寸可以做微量調整，以控
制工件的淬火尺寸。
經數萬件成品檢測，滲碳淬火回火后工件 的表面 硬度達 HRC 62～ 65，心 部硬度HRC32～37.5,硬度值的分布均勻，離散性很小。工件內表面的圓周跳動不超過 0．12mm，
外圈中部沒有塌腰，內圈的密封口收縮量控制在工藝留量之內，尺寸離散性≤0.15mm，淬火后的合格率保持在 99％以上。
3機械手（參見圖四）

圖中：1、導軌2、滑座3、升降氣缸4、導向座5、手臂6、手指氣缸7、手指手指通過氣缸滑塊機構移動使兩對手指得以同時夾緊，松開，抓取兩個工件的兩對手指是同步運動的，當手指抓取工件時，手指上部的 V 型面留有適當的間隙，既防止工件脫落又避免使抓取工件變形。手指相對于滑塊的位置可以調整和更換，以適應重載和普通軸承圈的抓取。手臂和導向座相連，升降氣缸通過導向座作用于手臂，用于手臂的提升；手臂上裝有導柱，防止手臂轉動，并增加手臂剛性?；趯к壸臐L動導軌上可以輕松滑動，實現手臂及抓取的工件的長距離送進，滑座的運動是由氣缸來推動的，為保證滑座的運動平穩，氣缸的速度通過調整氣缸換向閥上的螺釘調節，在氣缸的兩端有緩沖裝置，可以調節行程末端的沖擊。

4外圈淬火模具
模具是機床成功工作的關鍵部件，全自動淬火壓床對模具的要求很高，既要承受淬火過程中的高溫和變形力，又要保證長期工作尺寸的穩定性，還要確保每工作循環即淬火后的徹底脫模，否則自動機床不僅不能正常工作，還可能造成重大事故。本壓床外圈配套的是固定式可脫模模具，內圈配套的是活動模具，每臺淬火壓床裝有兩套外圈淬火模具和兩套內圈淬火模具，可同時對六件鐵路軸承內、外套進行淬火處理，現只對外圈淬火模具作一介紹。外圈淬火模具由 1、脫模機構 2、模具接盤 3、上模具 4、工件（外圈） 5、下模具

 

6、下脫模裝

置等部分組成，見圖五當工件達到淬火溫度后，被機械手夾放在下模上，工件與下模隨工作臺進入工作位置，這時活動橫梁下降，安裝在活動橫梁底面的上模與下模經軸心定位，并將工件內撐、壓緊定型后開始浸油淬火。淬火完成后，由安裝在動梁上的脫模油缸驅動脫模機構工作，將工件與上、下模分離。脫模后上模隨活動橫粱上升，工作臺退回到起始位置，由機械手將工件從下模上取出，完成一個模具定型淬火的工作循環。機床兼容了鍛壓機床、金屬切削機床及自動生產線傳輸、機械手抓取等優點，產品設計別具一格，各系統的匹配組合協調，經過十多年的不斷改進，產品結構、控制、性能等趨于成熟，機床的可靠性接受了南北不同生產環境的考驗，實現了軸承成套零件的自動淬火機床的功能。
5設備的特點
(1)與不同加熱爐匹配，二外圈、四內圈同時同步淬火，實現了加熱的高效率和淬火的個效率的結合，大大提高了生產效率；
(2)壓床采用框架機身配合移出工作臺裝卸料，機床結構簡單，工藝適應性好，裝配調整容易，運動件定位準確，人工或機械手上下料輕松、省力。封閉油罩內冷卻油液自下而上的浸沒循環流動卻，且在整個冷卻過程中油流定向流動，冷卻效果好，被淬件硬度均勻，變形小。
(3)外圈采用液壓脫料式固定模具，脫?？煽?，裝卸件容易，便于機械手工作。內圈采用液壓驅動漲縮式活模具，能適應疊放加熱后二件內圈同時模具保持淬火的工況，二種模具
都能滿足工件內外周同時快速冷卻的要求，工件形狀保持好，淬火件尺寸穩定。
(4)上懸掛式氣動機械手，動作敏捷、準確，適合于連續生產線，空間利用率高。占地面積小。
(5)高位貯液箱分別向壓床和機組供冷卻油，淬火過程中自流冷卻，由小功率電泵向高位貯液箱補液儲存，淬火流量按淬火過程需要配流，冷卻油流量穩定，平穩無沖擊飛濺，不僅