四工位轴承内外圈淬火机床

张光荣

 

（宁夏机械研究院，宁夏银川，750001）

 

摘要

分析了气动四工位淬火压床的特点与优势，探讨了适用于高碳钢轴承淬火的机床与配套的模具结构。介绍了压床对于各种形状、尺寸被淬工件的适宜性，为满足淬火工艺要求，实现模具保持

 

压力淬火提供了新型的自动化设备，是高碳轴承钢淬火较为适宜的工艺装备。

关键词

四工位 气动 渗碳钢轴承 淬火压床

作者简介

张光荣，宁夏机械研究院院长，正高职高级工程师，机械专业，各淬火压床的机械结构、总体设计，课题组长，专利发明人。

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

四工位淬火压机是针对高碳轴承钢（GCr15 系列）轴承内、外圈套类工件进行模压淬火的压淬设备。在淬火过程中，为了减少工件变形，采用压机与相应的模具配套，将加热到淬火温度的工件用调定的力压紧并保持，垂直进入淬火油液中，淬火油液按设定的方式流动冷却工件，淬火完成后，模具与工件同时出油，释放工件，完成模具保持淬火过程。使用该机床可以大大减小淬火变形、保证淬火质量和零件尺寸稳定的目的。该压床与转底加热炉或其他各种类型的加热炉配套使用，被淬工件包括圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、球面滚子轴承、球轴承等的内外圈。对于大型工件可以配备机械手上下工件，包括机械手在内，各工位设计成单工位程序自动控制， 也可手动控制。

该设备原理独特、结构新颖、使用范围广，具有自动化程度高，工作可靠性强，淬火工件质量稳定、模具通用性强、占地面积小等显著特点。采用该设备可大大提高淬火工作效率，减轻劳动强度，降低废品率，促进工厂热处理工艺水平上台阶。

 

二、 设备的主要技术数据

 

1	淬火零件数量	1～4 件（四工位）
2	淬火时间设定范围	0～99.99 小时连续可调
3	油循环冷却时间	手动，每工位可单独设定
4	被淬火工件尺寸	直径：φ75～φ450mm，高度：25～250mm

 

三、工作原理

图一所示为四工位组合压床，可同时或分别完成四个工件的淬火过程。主机 1 置于油池 2内，通过冷却管道 11 向油池注入冷却油液并不断循环，工作时，加热的工件经滚棒 10 滑入下模具 5 上，或者由人工或机械手抓取放到下模具上。启动按钮，由动力缸 8 推动上滑块 7下行，带动上模具 6 压紧工件，由于上滑块的动力大于下滑块的支承力，上下缸的压力差等于模具对工件施加的作用力。在上模具即将接触工件时，下模具内腔提前通入冷却油，此时，上模具通过工件继续推动下滑块 3 下行，将热工件及下模具推入成满冷却油的油池中急冷，保持，实现工件淬火。淬火结束后，上、下滑块换向，由下滑块动力缸推动工件及上滑块出油，上滑块上行释放工件，到位后，取出淬火工件，完成一个模具定型淬火过程，原位等待下一个循环的开始。

 

 

上下滑块通过导轨与立柱连接，滑块上装有连接模具的快换接头 4，上下接头保证严格同轴。操作按钮 9 置于压机的前方，便于操作，面板上设有启动按钮和紧急停车按钮。电源总开关和所有的控制器件置于电控箱内，电控箱的面板上有指示仪表和各单元的淬火时间设定元件。油池中的油液来自于中心油库，借助于油泵，通过特殊设计的管路，使油液按要求的流动方式冷却工件，高出模具液面的油液通过溢流管流回油库，油液在油池中不断循环，加大冷却效果且不使油温升高。压机的工作部分进行了以下满足淬火工艺的设计：1）采用了气缸或油缸对压和入油一气呵成的动作方式，压紧与入油同步，保证了工件的急冷速度； 2）上下模具分别装在上下滑座上，上下滑座在同一导轨上运动，可严格保持上下模具的相对位置和运动精度；3）模具对被淬火工件的压力可调，既保证红热工件不会受压力变形，又保证淬火过程中克服工件的淬火变形； 4）每个工位相对独立组成一个组元，各组元可按需要单动或联动，便于和不同的加热炉配套，适应不同的加热时间和出炉件数；5）各单元独立的半自动或自动程序控制。

 

四、淬火模具

该压床配套的是一种结构简单、适应范围广的锥形自定心模具如图二。模具 5、6 安装在接头上并对中。在下滑块有冷却进油管与下模具的内部连接，通过控制，保证上下模具接触工件时，由下模具心部向工件内部喷出冷却油，并经过模具表面的凹槽流出，流动冷却工件内部。被淬工件在模具的保持下，内、外同时有流动的冷却油急冷淬火。每套模具由快装座 1、6，快装接头 2，挡油板 3，上模具 4，下模具 5 组成。模具结构图参见图七。模具采用锥形工作面，工作时，锥面与工件的圆角接触，既能定心使工件自位，又实现了淬火时阻止工件变形的目的，且每个锥面模具都可以涵盖一定的工件尺寸范围，可以减少模具的数量，缩短工件更换规格时更换模具的辅助时间。模具的表面进行了特殊涂层处理，摩擦力小、耐磨耐高温，便于工件自位。模具与主轴的连接采用快换结构，保证了模具的互换，并且使更换模具的时间缩到最短，大大提高了工作效率。每台淬火压机有四个工位，每个工位配备一套模具，按照工件尺寸不同，模具分为大中小多种组别，各组尺寸有一定范围的交叉，以保证适宜于φ75～φ450 直径范围的工件，每种模具都可以适用于 25～250mm 的工件高度。各工位的模具可以互换，依据生产产品规格，可以任意组合大小模具，对大型模具配备有拆装装置，以方便使用。

 

 

五、设备的特点

本压机对淬火的工作部分进行了以下创新设计，具有以下功能和特点：

1) 采用“C”形开式机身，增大了工作空间，机身及底座全部采用板焊结构，各工位机身与运动部件、控制系统、冷却系统自成一体，各工位可独立工作，依据不同的工件直径更换相应尺寸范围的模具，可适应直径：Φ75~Φ450 mm、高度：25~250mm 范围内的工件的淬火需要。

2) 采用双气缸对顶工件的方式，气缸驱动上下滑块下行、通过安装在滑块上的上、下模具对工件施压，压紧和入油同步动作的方式淬火。下气缸采用特殊的耐高温气缸，保证该缸在高温油液内长期正常工作，上、下滑块均设有可调节定位装置。

3) 模具对工件压紧力可通过调整上气缸的压力进行设定，作用在工件上的力主要取决于下气缸的上、下腔的气压差，调节该气压差可实现下滑块的升和降，以方便调整。

4) 上下模具分别装在上下滑块的模具安装座上，安装座设计成快装结构，以减少换模具时间，模具安装座的接口可保证不同模具的互换安装；5) 每个相对独立的工位可以按生产需求组合配套，如对于四工位压机，其中二个工位可以安装大模具，用于大尺寸套圈的淬火，二个工位安装小模具，用于小尺寸套圈的淬火，或者其它的不同组合。

6) 对安装大模具的工位上可以配备机械手，机械手可以分别为两个或全部工位提供上下工件的服务。机械手的动作与工位程序相配合，实现了二个工位或整机的单机自动化。

7) 下滑块与下模具的结构能保证在被淬工件内孔优先并连续喷油，保证工件的淬透性。

8) 各单元独立的调整或自动程序控制，每个单元都设有调整、循环转换开关。在调整位置，设有上升、下降按钮，启动按钮，上滑块可以在任意位置停留，便于更换模具；在循环位置，只要启动循环按钮，压机会按照设定的程序自动循环工作；需要中途停止运行时，按下急停按钮，一切运行停止，各运动部件返回原位。

9) 电气控制部分采用三菱 PLC 可编程序控制器，主要电气元件采用进口产品；控制箱上设有手动淬火时间设定，PLC 内有若干时间延时，可按给定的淬火要求实现自动程序控制。

10)在软件设计中采用模块化结构，每个工位分两个模块—“ADJUST”模块与“AUTO”模块。无论压机处于何种位置，在“AUTO”模式时压机会自动运转至待料位置。软件中采用了各种有效措施，确保压机严格按工件淬火工艺要求运行。

11) 油箱通过管道和油泵与中心油库连接，油泵连续向油箱供油，通过管道，冷却油被输送到被淬火工件附近，并形成绕淬火工件的流动，保证冷却均匀；高出淬火液面的油液通过溢流流回油库，保证油箱内的油面的高度并使箱内的油液流动循环。

12) 该机床通过了生产应用考验，机床在企业成功应用，质量完全达到工艺标准要求，工件工作面的圆周跳动及锥度在 0．12mm 之内，工件收缩量控制在工艺留量之内，尺寸离散性很小,没有意外因素，淬火后的成品率保持在 99％以上。

由于机床的设计思想独特，结构及造型新颖，该机床已经获得了国家实用新型专利。