一种新型四工位轴承套圈兼容式淬火压床的设计

摘要 本文针对目前存在的不能同时在一台设备上实现渗碳钢轴承套圈和高碳钢轴承套圈淬火的弊端，设计了四工位兼容型淬火压床，可同时满足渗碳钢工件或透淬钢工件的淬火，介绍了该设备的结构、工作原理和特点等。

关键词 轴承；套圈；淬火压床；四工位；兼容

中图分类号TU 43，O344 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）77-01176-02

由于渗碳钢和透淬钢两个钢种在淬火过程中变形机理不同，尺寸变化规律不同，模具结构和使用压力也均不相同，常规下不会使用同一个工位实现两种压淬。二者所需压力相差不是一个量级的，很难精确控制与转换。渗碳钢工件在淬火过程中一般收缩较大，为了保持工件的变形范围，需要的压力非常大，以型号352226的铁路轴承为例，淬火过程中一般需要的保持压力达到30T～35T之间；而透淬钢淬火过程中变形一般以涨开为多，且变形较小，需要的压力也不大，同样以直径为φ260mm左右的套圈或者轴承作为比较，淬火过程中保持压力只需要在大约300kg～500kg。同一台机床既要保证低压力的精确控制，又要达到高压力的稳定性，对于设备的结构、电气控制等提出了非常高要求。近几年，尤其是2011年下半年后，随着国内人力成本的急剧上升，技术工人的收入水平大幅提高，产品的质量已经成为企业间竞争的重要砝码。为了应对国内热处理企业的特点：产品类型多而量又不大，希望用一台压床实现多个批次不同类型产品的压淬，用较小的投入获得较多的用途，兼容型淬火压床也得到了发展的空间和市场。

1 压床的工作原理

该压机采用框架式四立柱机身，这种结构最显著的优点是提高了稳定性和可靠性，并且增大了工作空间。如图1所示，压床借鉴了传统的液压滑块式结构，综合气动式淬火压床的特点，以主油缸为原动件，在此基础上在主油缸下方增加一套小油缸系统，实现渗碳钢工位工作时由小油缸收缩不工作，大油缸作为保持压力的执行单位，透淬钢工位工作时由大油缸辅助，小油缸作为保持压力的执行单位。油缸系统与滑块连接，固定在直线导轨上，带动滑块在直线导轨上的上下移动。滑块下方通过连接杆装有模具。模具下方淬火盘采用球面支撑，防止滑块下行接触工件后造成受力不均匀，保证尺寸的精度。每个工位的滑块上都安装有快换接头，这是一种通用的模具连接连杆装置，方面不同的模具的更换。在压床上方安装有集烟罩，方便将工作过程中产生的油烟收集排除，实现环保和清洁要求。

根据不同工件的材料、外形、尺寸、要求变型范围等参数，设定冷却油速率。冷却油从工作台的下方通过一根主管路进入主机，根据设定参数，将冷却油分配到内喷油系统和外喷油系统。淬火过程中，冷却油经淬火离心泵输送到被淬火工件附近，并形成中心喷油和周边喷油，完成淬火的冷却油再经过管路返回贮油箱，形成由贮油箱、淬火离心泵、冷却离心泵、冷却器和加热器等组成的冷却回路。

淬火过程中，工件置于下模具之上，由主油缸带动滑块下移，当滑块下移到指定位置后，由于油缸的压力作用模具涨开，根据产品要求和工艺参数设定涨开尺寸，同时冷却油喷内外同时喷出，完成对工件的淬火，从而实现在急速冷却的过程中模具将工件固定并施以一定的压力，防止内应力释放而影响到工件的外形，从而达到防止变形的效果。

2 压床的工作过程

压床工作循环过程为：压床待料人工上料模具下降模具胀开或模具定型循环油冷却淬火模具上升、上下模具分离人工卸料。渗碳钢淬火设计成液压上加压结构，喷油圈向工件内外圈喷油的淬火方式。透淬钢淬火设计成伞形模具上压加力并内外圈同时喷油冷却的淬火方式。两种工件的淬火方式都采用油液强制循环冷却、动作程序控制、触摸屏操控等为一体，力争达到模具安装调整时间最短、工作量最小、操作过程最简单、产品合格率最高的要求。

2.1 主机渗碳钢工位工作过程

主炉伸出机械手将工件送出，由操作者手动放置到压淬工位上（参见图2渗碳钢轴承套圈工作视图），启动压机淬火循环按钮，工件和模具同时下行，此时小油缸收缩不工作。当工件下行至淬火盘，并且模具和工件充分接触时，进油电磁阀打开对工件进行冷却淬火，直到工件完全冷却，进油电磁阀关闭，模具与工件同时上升，由人工取出工件，完成一次模具保持淬火过程。然后，操作者手动将淬火后的工件由滑道滑至清洗机。

2.2 主机透淬钢工位工作过程

主炉伸出机械手将工件送出，由操作者手动放置到压淬工位上（参见图3透淬钢轴承套圈工作视图），启动压机淬火循环按钮，接料气缸下降并带动接料盘和工件一起下行至淬火盘，同时主油缸下降带动大滑块和小油缸一起下行，当到达指定位置后，大油缸停止移动，小油缸继续下行。当模具和工件充分接触时，进油电磁阀打开对工件进行冷却淬火，直到工件完全冷却，进油电磁阀关闭，模具与工件同时上升，由人工取出工件，完成一次模具保持淬火过程。然后，操作者手动将淬火后的工件由滑道滑至清洗机。

3 设备的特点

本设备在以下地方具备以下特点：

1）该压床可同时满足透淬钢工件或渗碳钢工件的四工位淬火，压床的四个工位可以同时工作，每个工位可以独立工作；2）国内以往的淬火压床大多采用C字头结构，稳定性能不佳，该压机采用框架式四立柱机身，提高了稳定性和可靠性，并且增大了工作空间，机身及底座全部采用板焊结构，具有足够的强度和刚度；3）渗碳钢淬火时，小油缸收缩不工作，模具对工件压紧力可通过调整主油缸的工作压力来调整；4）透淬钢淬火时，主油缸下滑到指定位置后，模具对工件压紧力可通过调整小油缸的工作压力进行设定；5）透淬钢淬火时，上模具安装在直线导轨上方的上滑块上，下模具安装在直线导轨下方的下滑块上，保证了上下模具的同轴度，并能在运动中确保相对位置的准确和运动精度，模具安装座的接口可保证不同模具的互换安装；6）电气设计采用了缺相保护、过流保护、短路保护等措施以确保电机长期可靠运行，保证了设备的稳定性。此外，机床的每个动作控制均设有可视化状态显示，便于机床的操作和调整；7）以往模具都是直接安装在滑块下方的安装座上，对不同型号的工件压淬时，更换模具需要消耗大量时间进行对中调整等工作，此次模具通过快换接头装置装在滑块的安装座上，只需将模具安装在快换接头上，由接头保证和滑块的对中调整；8）淬火盘上采用球面支撑，避免了以往采用平面支撑所带来的压力传递不均匀及工件受力不均匀的情况；9）该压床的每个工位可以单独独立工作，也可以通过程序设定实现四个工位的连续自动运行，满足不同条件下的使用要求。

4 结论

该设备在借鉴了以往渗碳钢轴承套圈液压二工位淬火压床的液压滑块式工作原理，参考气动式四工位轴承套圈淬火机床的结构，突破了以往的渗碳钢和透淬钢两个钢种需要在不同设备上淬火局限，实现了一台设备上同时满足渗碳钢工件或透淬钢工件的淬火，提高了设备的使用范围。该设备用于控制轴承套圈的热处理淬火及渗碳轴承套圈的二次淬火的变形问题，能有效地阻止零件收缩，减小变形，保证热处理质量和零件尺寸稳定，提升轴承的热处理精度和质量。

参考文献

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