全自動鐵路軸承内外圈淬火壓床
 張(zhāng)光榮(róng)
（甯夏機械研究院，甯夏 銀川 750001）
摘要
本文分析了由外圈淬火壓床、内(nèi)圈淬火機組、液壓脫模式死模具、上(shàng)下料機械手及進出件機構組成的全自動鐵(tiě)路軸承(chéng)淬火壓床系統的特點與優勢，探讨了适用于大批量(liàng)、專業化鐵
路軸承模具保持淬火系統的結構優勢與适合于自動化淬(cuì)火的模(mó)具以及抓取工件的機(jī)械手結構。介紹了該(gāi)淬火系統每循環完成兩個外圈、四個内圈淬火的套裝(zhuāng)加熱、套裝出件(jiàn)的工藝過程。本淬火系統時目前世界上淬火效率最高(gāo)、淬火零件尺寸(cùn)保(bǎo)持最好、應用最為(wéi)成熟(shú)的自動化淬火工藝裝備。本文介紹的淬(cuì)火設備及工藝獲得了(le)國家發明專利授權(quán)，内圈淬火設備和液壓脫模(mó)式死模(mó)具獲得了國家實用新型專利。

關鍵詞

鐵路軸承 外圈(quān)淬火壓床 液壓(yā)脫模死模具 内圈淬火機組 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(chē)采用(yòng)滾(gǔn)動軸承替代滑動軸(zhóu)承是鐵路運(yùn)輸向高速(sù)化發展的重要改進之一。我國目前已具有年産 300 萬(wàn)套鐵路軸承的生産能力，發展速度很快，除生産 352226X2-2RZ、
353130X2-2RZ 及(jí)新改型的 352226B2-2RZ 外，還為國外軸承廠(chǎng)家供應重(zhòng)載鐵路軸承内外圈。鐵路軸承的内外圈材料均為(wéi)滲碳軸承鋼(G20CrNi2MoA)，成(chéng)品要(yào)求滲碳層厚度 1．5～2．3mm，工作表面淬(cuì)火回火後硬(yìng)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，以緻(zhì)在後續加工中造成滲碳層偏(piān)淺甚至被加工掉、或者(zhě)因為(wéi)變形不均勻(yún)、部分區域黑皮加工不掉而導緻批量報廢的(de)情況時有發生。我院的鐵路軸承内外圈淬火壓床分為兩種産品：一種是更換模具後，每循環可以分别完成二件外圈或二件内圈的淬火工作（ZCY-1 型）；一種是内圈淬火機組和淬火壓床配合(hé)，每循環可以同時完成二件外圈和四件内(nèi)圈的全自動淬火(huǒ)工作（ZCY-2 型）。限于篇(piān)幅，本文以 ZCY-2型産品為主，ZCY-1 型包含在其中(zhōng)一(yī)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(wéi)壓(yā)床，内(nèi)圈淬火機組簡稱為機組。

1淬火壓床
由圖一（ZCY-2 型鐵路軸承内外圈(quān)淬(cuì)火壓床）可以看出(chū)，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(de) 2 為外圈淬火壓床，内圈淬火機組 8 位于加熱爐和清洗爐之間(jiān)，機械手 1 在壓床(chuáng)和機組之間傳遞工件。12 為液壓站，13 為程控櫃，14 為(wéi)冷卻油池，與(yǔ)高位油箱上下分體，油池在地下，高位(wèi)油箱離地面有一定高度(dù)，通(tōng)過(guò)進油管 3 和回油管 4 及閥門組構成冷卻油回路(lù)，泵 15 将油池油液泵入高位油箱中，淬火後的油液返回油池，油池(chí)配備有油溫控制裝置，油液溫度低時加熱、高時換熱(rè)以保證淬火油液溫度控制在(zài)工藝規定的範圍内。淬火後(hòu)的工件送上清洗滾道(dào) 7，進入(rù)清洗機中清洗。4 是機(jī)床的就地(dì)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(shàng)方的機械手橫向移動導軌，10 是(shì)位于(yú)機組中(zhōng)間、沉置在快速移動輥道平(píng)面下的(de)進出件拖(tuō)動裝置，11 為内圈淬(cuì)火(huǒ)模具。
該機床與加熱爐配套，在(zài)每工作循環中，加熱出爐套裝、疊放的(de)二組六件工件被進(jìn)出(chū)件拖動裝置拉入機組(zǔ)且定位，四件内圈在原地沉入機組，淬火後推出；二件外圈由機械手抓取，送入壓床，淬火後再送回原位，套入先期已經完成淬火的(de)内圈，沉置在快速(sù)移動輥道(dào)平面下(xià)的(de)進出(chū)件拖動裝置啟動，快速将淬火後的工件拖出(chū)機組，送(sòng)入清洗滾棒線。一個淬(cuì)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(yóu)管4．機床控制箱(xiāng)5．回油管6．機械手(shǒu)橫向移動導軌、7．清洗滾道、清洗爐8．内圈淬火機組9．快速移動(dòng)輥道、滾底加(jiā)熱爐10．進出件

拖動裝置11．内圈(quān)淬火模具12、液(yè)壓站13、程控櫃14、高位油箱15、油泵
 
ZCY-2 型鐵(tiě)路(lù)軸承内外圈淬火壓(yā)床是(shì)為德國 FAG 甯夏公司、瓦軸集(jí)團公司的要求進行設計的自動機床(chuáng)。該機床與在西軸公司、洛軸公司使用的ZCY-1 型淬火壓床(chuáng)不同的(de)是：連續加熱爐采(cǎi)用套裝加熱(rè)，即每個外圈中(zhōng)套有兩(liǎng)個内圈，同時加熱同時出爐，使加熱爐效率大(dà)大提高，與此加熱方式相适應(yīng)，淬火設備也必須承擔一次出爐的二個外圈和四個内圈從紅熱件淬火到送上清(qīng)洗軌道的全部工作程(chéng)序，即要求(qiú)在一個循環節拍中，同時完成二個外圈和四個内圈的模具保持淬火，淬火的效率也超出了 ZCY—1 型壓床的(de)二(èr)倍以(yǐ)上，在(zài)效率(lǜ)提高的同時，六個被淬工件達到了所有的技術要求。淬火設(shè)備由淬火壓床、内圈機組和機械(xiè)手及進出件裝置組成，整體(tǐ)平面布局如圖一。圖(tú)中的布局為機床中心線與加熱爐出件中心線平(píng)行，加熱爐為棍棒爐。根據生産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(de)中心線則與加熱爐的出件(jiàn)中心線垂直。

壓床主機(jī)結構如圖二。
圖中：1．框架式(shì)機身2．機床控制箱3．動(dòng)橫梁4．淬火模具5．移出式(shì)工作台6．冷卻油集配(pèi)箱7．底座壓床機身(shēn)采用闆(pǎn)焊結構，是全機床的承載框架。動橫梁工作油(yóu)缸固定在上橫梁(liáng)上，動(dòng)橫梁設計有(yǒu)導向裝置。在動橫梁上裝有卸料油缸，下平面裝有淬(cuì)火上(shàng)模(mó)具、冷卻油罩，油罩(zhào)内的溢油(yóu)通過立柱流回油(yóu)池(chí)。工作台及其支(zhī)撐導軌裝在機身底座上，工作台由水平油缸驅動，完成工作(zuò)台的伸出和回位，工作台(tái)面上配置着下模具，冷卻油流可以通(tōng)過工作台對(duì)工件(jiàn)機械冷卻，就地控制箱安裝在機身的同(tóng)向側面，便于(yú)操作。
該機床是一(yī)種封閉浸沒式(shì)流動油液冷卻(què)、自動脫料式固定模具壓淬的自動淬火壓床。工作時壓床的工作台向外伸出，停在待料位置。由(yóu)加熱爐加熱的工件經快(kuài)出件機構傳輸到(dào)位後(hòu)
發(fā)信(xìn)号，淬火自動循環(huán)開始，機械手抓(zhuā)取工件套入工作台台面上的下模具，工作台退回到位後發(fā)信号，動橫梁快(kuài)速向下移動，在接近(jìn)工作(zuò)台面時減速，使油罩下沿與工作台面密(mì)閉，與油罩下移同步，上模具插人工(gōng)件、定心并用(yòng)事(shì)先調定的力使上下模具同時壓緊工件，此力既不(bú)能使(shǐ)紅熱工件變形，又要有足夠的支撐(chēng)力阻止淬(cuì)火過程中(zhōng)工件收縮。動橫(héng)梁到位後發信号，冷卻油液(yè)按最大流量接通，此時，油液經配油箱、工作台、模具内腔、工件(jiàn)内外周等以很快(kuài)的速度浸沒冷卻工件并形成液流(liú)，當油面高出旁溢口時，溢(yì)油經過機身立柱流向底座(zuò)，再經洩油管流回(huí)油池。自冷卻開(kāi)始，電控系統進入冷卻(què)記計時，到總冷卻時間的某(mǒu)一中段，如 2min，由計時器發令關閉配油閥之(zhī)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(zhǐ)冷卻供(gòng)油，回流洩油(yóu)閥(fá)開啟(qǐ)，延時使油罩内(nèi)的(de)餘油回流(liú)幹淨，發信号，動橫梁上升，油(yóu)罩提起，與(yǔ)此同步，脫模油缸工(gōng)作使工件與模具分離(lí)。油(yóu)罩上升到位後發信号，工(gōng)作台移出，由機械手(shǒu)取出淬火後的工件并送人清(qīng)洗輥(gǔn)道，一個(gè)淬火過(guò)程循環結束，工(gōng)作台(tái)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(sān)。

 

 
機床的主動作采用液壓(yā)驅動，如動(dòng)橫梁、工作台(tái)、脫模等(děng)，輔助動作采用氣壓傳動，如機械手、冷(lěng)卻(què)配油閥等(děng)，電控系統(tǒng)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(yǒu)點動、單程序(xù)運動和程(chéng)序自(zì)動運行，可在總程控箱和主機旁就地操作，各(gè)控制點均設有循環和急停單鍵控制按(àn)鈕，方便、安全，動作靈(líng)敏(mǐn)、可靠。紅熱件從出(chū)爐到(dào)冷卻(què)油液(yè)浸沒(méi)時間≤8s。
2内圈淬火機組（參見圖一(yī)）
機組安裝在出爐棍(gùn)棒線和清洗滾棒線之間，機組内部有液壓驅動的(de)漲縮模具、接入及推出機構，油循環冷卻(què)系統，進出件拖動裝(zhuāng)置等。加熱(rè)出爐(lú)的内圈二件(jiàn)一組，大端向下疊(dié)放在外圈内，随棍棒(bàng)移動到預定的位置，啟動自動循環按鈕後，進出件(jiàn)拖動裝置啟動，将套裝的工件一起拖到預定(dìng)的位置，在機械手抓(zhuā)走外圈的同時，機組(zǔ)承接内圈的裝置下(xià)移，将二(èr)組四件内圈送入機組的可漲縮模具。模具工作的同(tóng)時(shí)，冷卻系統向機組(zǔ)供油，循環冷卻淬火。淬火後機組洩油，模(mó)具收縮，機構将工件推出到進料平面上(shàng)，等外圈(quān)套入(rù)後，進出件拖動裝置将它們一起送上清洗輥棒線。
機組采用的是工(gōng)件固定、油液噴淋浸沒(méi)淬火的方式。模具(jù)的徑向尺寸可變，但模具與工件的相對位置是固定的。工作(zuò)時，承接機(jī)構下行，将紅熱工件套入在收縮的(de)模具上，模(mó)具油(yóu)
缸活塞杆下拉使模(mó)具在工件内漲開至設定的直徑尺寸，漲開的模具撐住工件内壁，同時(shí)冷卻油湧出淬火，模具強制限(xiàn)制了工件在冷卻過程中的收縮，以保證(zhèng)工件的淬火尺寸。淬火後，模具油缸活塞杆先釋放(fàng)模(mó)具張力，模具收縮(suō)，使模具與(yǔ)工件(jiàn)分(fèn)離，之後承接裝置上升，推出淬火工件，完成了四個内圈淬火工藝循環(huán)。模具的外徑尺寸可以做微量(liàng)調整，以控
制工件的淬火尺寸。
經數萬件成(chéng)品檢測，滲碳淬火回火後工件 的表面 硬度達 HRC 62～ 65，心 部硬度(dù)HRC32～37.5,硬度(dù)值的分布均勻，離散性很小。工件内表(biǎo)面的圓周跳動不超過 0．12mm，
外圈中部沒有塌腰，内圈的密封口收縮量控制在工藝留量之内，尺寸離散性≤0.15mm，淬火後的(de)合(hé)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(zuò)5、手臂6、手指氣缸7、手指手(shǒu)指通(tōng)過氣缸滑塊機構(gòu)移動使兩對手指得以(yǐ)同時夾緊，松開，抓取(qǔ)兩個工件的兩對手指是(shì)同步運動的，當手指抓取工件(jiàn)時，手指上部的 V 型面留有适當的間(jiān)隙，既防止工件脫落又避免使抓(zhuā)取工件變形。手指相對于滑塊的位置可以調整和更(gèng)換，以适應重載和普通軸承圈(quān)的抓取。手臂和導向座相連，升(shēng)降氣缸(gāng)通過導向座(zuò)作用于(yú)手(shǒu)臂，用于手臂的提升；手臂(bì)上裝有導柱，防止手(shǒu)臂轉動，并增加手臂剛性。滑座在導軌座的滾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(yóu)氣缸來推動的，為(wéi)保證滑座的運動平(píng)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(yǐ)調節(jiē)行程末端的沖擊。

4外圈淬(cuì)火模具
模具是機床成功工作的關鍵部件，全自動(dòng)淬火壓床對模具的要求很高，既要承(chéng)受淬(cuì)火過程中的高(gāo)溫和變形力，又要保證長(zhǎng)期工作尺寸的穩定性，還要(yào)确保每工作循環即(jí)淬火後的徹底脫模，否則自動機床不僅不能正常工作，還可能造成重(zhòng)大事故。本壓床外圈配套的是固定式可脫模模具(jù)，内圈(quān)配套的是活動模具，每台淬火(huǒ)壓床裝有兩套外圈(quān)淬火模具和兩套内圈淬(cuì)火模具，可同時對六件鐵路軸承内、外套進行淬火處理(lǐ)，現隻對外圈淬火模具作(zuò)一(yī)介紹。外圈淬(cuì)火模具由 1、脫模機構(gòu) 2、模具接盤 3、上模具 4、工件(jiàn)（外圈） 5、下模具

 

6、下脫模裝

置等部分組成，見圖(tú)五當工件達(dá)到(dào)淬火溫(wēn)度後，被機械手夾(jiá)放在(zài)下模上，工件與下模(mó)随工作台(tái)進入工作位置，這時活動橫梁下降，安裝在活動橫梁底面的(de)上模與下模經軸心定位，并将工件内撐、壓緊(jǐn)定型後開始浸油淬火。淬火完成後，由安裝在(zài)動梁(liáng)上的脫模油缸驅動脫模機構工(gōng)作，将工件與上、下模分離。脫模後上模随活動橫粱上(shàng)升，工(gōng)作台退回到起始(shǐ)位置，由機械手将(jiāng)工件從下(xià)模上取出，完成一個模具定型淬火的工作循環。機床兼容了(le)鍛壓機床、金屬(shǔ)切削機床及自動生産線傳輸、機械手抓取等優點，産品(pǐn)設計别具一格，各系統的匹配組合協調，經過十多年的不斷(duàn)改進，産(chǎn)品(pǐn)結構、控制(zhì)、性能等趨(qū)于成熟，機床的可靠性接受了南(nán)北不同生産環境的考驗，實現了軸(zhóu)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(pǐ)配，二外圈、四内圈同(tóng)時同步淬火，實現(xiàn)了加熱(rè)的高效率和淬火的個效率的(de)結合，大大提高(gāo)了生産效率；
(2)壓床采用框(kuàng)架(jià)機身配合移出工(gōng)作台裝卸料，機床結(jié)構簡單，工藝适應性(xìng)好，裝配調整容易，運動件定位準确，人工或機(jī)械手上下料輕松、省力。封閉油罩内冷卻油液自下(xià)而上的浸沒(méi)循環流動卻，且在(zài)整個冷卻過程(chéng)中(zhōng)油流定向流動，冷卻效果好，被淬件硬(yìng)度均勻，變形小。
(3)外圈采用液壓脫料式固定模具，脫模可靠，裝卸件容易，便于機械手工(gōng)作。内圈采用(yòng)液壓驅動漲縮式活模(mó)具，能适應疊放加熱後二件(jiàn)内圈同時模具(jù)保持淬火的工況，二種模具
都能滿足工件内外周同時快速冷(lěng)卻的要求，工件形狀保持好，淬火件尺寸穩定。
(4)上懸挂式氣動機械手，動作敏捷、準确，适合(hé)于(yú)連續(xù)生産線，空間利用率高。占地面(miàn)積小。
(5)高位(wèi)貯液(yè)箱分别向壓床和(hé)機組供冷卻油，淬火過程中自流冷卻，由(yóu)小功率電(diàn)泵向高(gāo)位貯液箱補液(yè)儲存，淬火流量(liàng)按淬火過程需要配流，冷卻油(yóu)流量(liàng)穩定，平穩無沖擊飛濺，不僅