全(Quan)自[Zi]動[Dong]鐵路軸承[Cheng]内外圈淬火(Huo)壓[Ya]床
 張光榮[Rong]
（甯夏(Xia)機械研[Yan]究院，甯夏 銀川 750001）
摘要
本文分析了由外[Wai]圈淬火壓床[Chuang]、内圈淬火機組、液壓脫(Tuo)模[Mo]式死模(Mo)具、上[Shang]下料(Liao)機械[Xie]手及進出件機(Ji)構組成的全[Quan]自動鐵路軸承[Cheng]淬火壓床系統的[De]特點[Dian]與優勢，探讨了适用于大[Da]批量(Liang)、專業化(Hua)鐵
路軸承模具保[Bao]持淬火系[Xi]統的結構優勢與适(Shi)合于[Yu]自動化淬火的模具以及抓取工件(Jian)的機械手[Shou]結構。介紹(Shao)了該(Gai)淬火系統[Tong]每循環完成兩(Liang)個外圈、四個[Ge]内圈淬火的(De)套裝加熱、套裝出件的[De]工藝過程。本淬火[Huo]系統時目(Mu)前世界上淬火效率最高、淬火零件尺寸保持最好[Hao]、應用最為成熟的自動化(Hua)淬火工藝裝備。本文介紹的淬火設備[Bei]及工藝獲得了國(Guo)家發(Fa)明專利授權，内[Nei]圈淬火設備和液壓脫模[Mo]式死模具獲(Huo)得了國家實用新型專利(Li)。

關鍵詞

鐵路[Lu]軸承 外圈淬火壓床 液壓脫模死模具 内圈淬火機[Ji]組 機械手[Shou] 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(Cheng)替代滑動軸承(Cheng)是鐵路運[Yun]輸向[Xiang]高速化發展的[De]重要改進之一[Yi]。我國目前已具有年産 300 萬套鐵路軸承的生産能力(Li)，發(Fa)展速度很(Hen)快，除生産 352226X2-2RZ、
353130X2-2RZ 及新改型的(De) 352226B2-2RZ 外，還[Hai]為國外軸承廠(Chang)家供應重載鐵路軸承内外圈[Quan]。鐵路軸承[Cheng]的内(Nei)外圈材(Cai)料均為滲碳軸承鋼(G20CrNi2MoA)，成(Cheng)品要(Yao)求滲碳層厚度[Du] 1．5～2．3mm，工作表面淬(Cui)火回火後硬度 60～64HRC，心部硬度 32～45HRC。由于 G20CrNi2MoA 鋼(Gang)滲碳時間長，1淬火畸變大[Da]、收縮嚴重，采用(Yong)自(Zi)由淬火或簡[Jian]單的模具保(Bao)持淬火，不僅[Jin]硬度和金相組織保證不(Bu)了，而且由于變形大，以緻(Zhi)在後續加[Jia]工中造成滲碳(Tan)層[Ceng]偏淺甚至被加工掉、或(Huo)者因為變[Bian]形不均勻、部分區域[Yu]黑皮加(Jia)工不掉而(Er)導緻批(Pi)量報廢的情況時有發生。我院的鐵路軸承内[Nei]外圈淬火壓床[Chuang]分為兩種(Zhong)産品：一種是更換模具後[Hou]，每(Mei)循環可[Ke]以分别完成二[Er]件外(Wai)圈或二[Er]件[Jian]内圈的淬[Cui]火工[Gong]作（ZCY-1 型）；一種是内(Nei)圈淬火機組和淬火壓床配合(He)，每循環可以同時完成二[Er]件外圈和四件内圈的全自動淬火[Huo]工作（ZCY-2 型）。限于篇幅，本文以 ZCY-2型産品為(Wei)主，ZCY-1 型包含在其中一并介(Jie)紹。為簡便(Bian)，在下文中，整機簡[Jian]稱(Cheng)為機床，外圈淬火壓(Ya)床簡(Jian)稱為壓(Ya)床，内圈淬火機組簡稱為機[Ji]組[Zu]。

1淬火壓床
由圖一（ZCY-2 型鐵路軸承内外圈(Quan)淬火壓床）可以看出[Chu]，在快速移動輥道、滾[Gun]底加熱爐(Lu)9 和清洗滾道、清(Qing)洗爐 7 的左[Zuo]側的 2 為外圈淬火壓床，内[Nei]圈淬火機組 8 位于加熱爐(Lu)和清洗爐之間[Jian]，機械手 1 在[Zai]壓床和機組(Zu)之間傳遞工件。12 為液壓(Ya)站，13 為程控櫃，14 為(Wei)冷卻油池，與高位油(You)箱上(Shang)下分(Fen)體，油池在(Zai)地下(Xia)，高位油箱離地(Di)面(Mian)有一定高度，通過進(Jin)油管 3 和回油管 4 及(Ji)閥門組構成冷卻油回路，泵 15 将油池(Chi)油液泵入高位油箱中，淬火後的油(You)液返回油(You)池，油池配備有油溫(Wen)控制裝置[Zhi]，油(You)液溫度低時[Shi]加熱、高時換熱(Re)以保證淬火油液溫度[Du]控制在工藝[Yi]規定[Ding]的範(Fan)圍(Wei)内。淬火後的(De)工件送上清[Qing]洗[Xi]滾道 7，進入清洗(Xi)機中清洗。4 是機(Ji)床的就地控制[Zhi]箱，6 是一端固定在壓(Ya)床的上橫梁上、一端支承(Cheng)在立柱上(Shang)的跨(Kua)過輥[Gun]道線上方[Fang]的機械手橫向移動導軌，10 是位[Wei]于機組中間、沉置在快速移動[Dong]輥道平面下的進[Jin]出件拖[Tuo]動裝置，11 為内圈淬火[Huo]模具。
該機床與加熱爐配套，在每工作循(Xun)環中，加熱出爐套裝(Zhuang)、疊放的二組六件工[Gong]件被進出[Chu]件拖動(Dong)裝[Zhuang]置拉入機組且定位(Wei)，四件内圈在原[Yuan]地沉入機組，淬火後推出(Chu)；二件外圈由機械手[Shou]抓取，送入壓床[Chuang]，淬火後再送[Song]回原位，套入先期(Qi)已經完成淬火(Huo)的(De)内圈，沉置在快速[Su]移動輥道平面下的進出件拖動裝置啟[Qi]動，快速将(Jiang)淬火後的工件拖出[Chu]機組，送入[Ru]清洗(Xi)滾棒線。一個淬火循[Xun]環過程(Cheng)結束，進入[Ru]下(Xia)一循[Xun]環等待[Dai]，循環節拍 0～99min 可調。

 
1．機械(Xie)手2．淬火壓床3．進油[You]管4．機床控制箱5．回油管6．機械手[Shou]橫向移[Yi]動導軌、7．清洗滾(Gun)道、清洗爐8．内(Nei)圈淬火機組9．快速移動(Dong)輥道、滾底加熱爐10．進出件

拖動裝置11．内圈淬火模具[Ju]12、液壓站13、程控(Kong)櫃14、高位油箱15、油泵
 
ZCY-2 型鐵路[Lu]軸承内外圈(Quan)淬火壓[Ya]床是為德國 FAG 甯夏公司、瓦軸集[Ji]團[Tuan]公司的要求進行(Hang)設計的自動機床(Chuang)。該機床與在西軸公司[Si]、洛軸公司使用的ZCY-1 型淬火壓床不同的是(Shi)：連續加熱爐采用套裝加熱，即每個外圈中套有兩個内圈，同(Tong)時加(Jia)熱同時出爐，使加熱爐效率大大提高，與此加[Jia]熱[Re]方式相适應[Ying]，淬火設備也必須承擔一次出爐的二個外圈[Quan]和四個内(Nei)圈從紅熱件淬火到(Dao)送上清洗軌道的[De]全(Quan)部工[Gong]作程序，即要求在一個循環節拍中，同時完成二個[Ge]外圈和四個内圈的模具保持淬火，淬火的效[Xiao]率也(Ye)超出了 ZCY—1 型壓床的二倍以上，在效率[Lü]提(Ti)高的同時，六個被淬工件達到(Dao)了所有(You)的技術要求。淬火設(She)備由(You)淬火壓床、内圈[Quan]機組和機械手[Shou]及進出(Chu)件裝置組成(Cheng)，整體平面布(Bu)局如圖一。圖[Tu]中的布局為機床中[Zhong]心線與加熱爐出件中心(Xin)線平(Ping)行，加熱爐(Lu)為棍棒爐。根據(Ju)生産線的(De)布局及配套設備的不同，可(Ke)以靈活(Huo)的布置機械手和壓床的位置[Zhi]，與轉底爐(Lu)配套時，壓床的(De)中心(Xin)線則與(Yu)加(Jia)熱爐的出件中心線垂直。

壓床主機結構如圖二[Er]。
圖[Tu]中：1．框架式機身2．機床控[Kong]制箱3．動橫梁4．淬火模具5．移出式工作台[Tai]6．冷卻油集配箱7．底座壓床機身采用闆焊結構(Gou)，是全機床的承[Cheng]載框[Kuang]架。動橫梁工作油缸固(Gu)定在上橫梁上，動(Dong)橫梁設(She)計有導[Dao]向裝置。在動橫(Heng)梁上裝有卸料油缸，下平[Ping]面裝[Zhuang]有淬火上(Shang)模具、冷卻油罩，油罩内的溢油通過立柱流回油池。工作台及其支(Zhi)撐導軌裝在機身底座上，工作台由[You]水平油缸[Gang]驅[Qu]動，完成工作(Zuo)台的伸出和回位，工作台面上(Shang)配置着下模具(Ju)，冷卻油流可以[Yi]通(Tong)過工作台對工件機械冷卻[Que]，就地控制箱安(An)裝在機身的同(Tong)向側面，便于[Yu]操作。
該機床是一種封閉浸(Jin)沒[Mei]式流(Liu)動油液冷卻(Que)、自動(Dong)脫料式固定模具壓淬的自[Zi]動淬火[Huo]壓床[Chuang]。工作時壓床的[De]工作台向外伸出，停[Ting]在待料位置。由加熱[Re]爐加[Jia]熱[Re]的工件經快[Kuai]出件機構傳輸(Shu)到位後
發[Fa]信号(Hao)，淬火自動循環[Huan]開始，機械手抓[Zhua]取工件套入工作台台面上[Shang]的下模[Mo]具，工(Gong)作台退回到[Dao]位後發信号，動橫梁快速向下移動，在[Zai]接近工作台面(Mian)時減速，使油罩下[Xia]沿與工作台面密[Mi]閉，與油罩[Zhao]下[Xia]移同步，上模具插人工件、定心并用事先[Xian]調定的力使上下(Xia)模具同時[Shi]壓緊工件，此力既不能使紅熱工(Gong)件[Jian]變形，又[You]要(Yao)有足夠的支撐(Cheng)力阻[Zu]止淬火過程中工(Gong)件收縮。動橫[Heng]梁到位後發(Fa)信号，冷卻油液按(An)最大流[Liu]量接通[Tong]，此時(Shi)，油[You]液經配油箱[Xiang]、工作[Zuo]台、模具内腔、工件(Jian)内外周等以[Yi]很快的速度浸沒冷卻[Que]工(Gong)件并形成[Cheng]液[Ye]流，當油面高出旁溢口時，溢(Yi)油經過機身立[Li]柱流向底座，再經洩[Xie]油管流回[Hui]油[You]池。自冷卻開始，電控系統進入冷(Leng)卻記(Ji)計時，到總冷卻(Que)時間(Jian)的某一中段，如 2min，由計時器發令[Ling]關閉配油閥[Fa]之[Zhi]一，使最大油流減弱為維持冷卻油流，直到預置的冷卻時間(Jian)為 0(采用倒(Dao)計時法)，冷卻油(You)流關(Guan)閉，停止冷卻供[Gong]油，回(Hui)流洩油閥(Fa)開啟，延時(Shi)使油罩内(Nei)的餘油回[Hui]流幹淨，發(Fa)信号，動橫[Heng]梁上[Shang]升，油[You]罩提起，與此同步(Bu)，脫模油缸工(Gong)作使工件與模具分離。油罩上升到位(Wei)後發信号，工作台移出[Chu]，由機械手(Shou)取出淬火後的工件并送人清洗輥(Gun)道，一個(Ge)淬火過程(Cheng)循環結束，工作台[Tai]停留在移[Yi]出待料位置。根(Gen)據配套情[Qing]況，上述過程也可以[Yi]按單(Dan)機自動循環執行。
淬火壓床工作循環如(Ru)圖三(San)。

 

 
機床[Chuang]的主動作[Zuo]采[Cai]用液壓驅動，如動(Dong)橫梁、工作台、脫模等(Deng)，輔助動作采[Cai]用氣壓傳動，如機(Ji)械手、冷卻配油[You]閥等[Deng]，電控系統主機采用進口 PLC 加擴(Kuo)展，設有多(Duo)重保護和誤操[Cao]作聲光報警功(Gong)能，兼有點動、單[Dan]程[Cheng]序運動和程(Cheng)序自[Zi]動運行[Hang]，可(Ke)在總程控箱和(He)主機旁[Pang]就地操作，各(Ge)控制點均設有循環和急停單鍵控制按鈕，方便、安全，動作靈[Ling]敏、可靠。紅熱件從出(Chu)爐到冷卻油液浸沒[Mei]時間≤8s。
2内圈淬火機組（參見圖一[Yi]）
機組安裝在出[Chu]爐[Lu]棍棒線和清[Qing]洗滾棒線之間(Jian)，機組内部有液壓驅動的漲縮模具、接(Jie)入及推出機構，油循環[Huan]冷卻[Que]系統，進出[Chu]件[Jian]拖動裝置等[Deng]。加熱出爐的内圈二件一組，大端向[Xiang]下疊[Die]放在(Zai)外圈内，随棍(Gun)棒移動到預定的[De]位置，啟動(Dong)自動循環按鈕後，進出件(Jian)拖動裝置(Zhi)啟(Qi)動，将套裝的(De)工件一起拖到預定的位置，在(Zai)機械手抓[Zhua]走外圈的[De]同時，機組(Zu)承接内圈的裝置下(Xia)移，将二(Er)組四件内圈送入機組的可漲縮模具。模具工(Gong)作的(De)同時，冷卻系[Xi]統向機組供油[You]，循環冷卻淬火。淬火後(Hou)機組洩油，模具收縮，機構将工件[Jian]推出(Chu)到進料平面[Mian]上(Shang)，等外圈套入後(Hou)，進出件(Jian)拖動裝置将它們一起[Qi]送上清洗輥棒[Bang]線。
機組采用(Yong)的是工[Gong]件固定、油液噴淋浸沒淬[Cui]火的方式。模具(Ju)的徑向尺寸可(Ke)變，但模具與工件的相對位置是固定的。工作時，承接機(Ji)構下行，将[Jiang]紅熱工件套入在收縮的[De]模具上，模具油(You)
缸活塞(Sai)杆下拉使模(Mo)具在工件内漲開至設定[Ding]的直徑尺寸，漲開的模具撐住[Zhu]工件内壁，同時冷卻油湧出淬[Cui]火[Huo]，模具強制限(Xian)制了工件在冷卻過程[Cheng]中的收縮，以保(Bao)證工件[Jian]的淬(Cui)火尺寸。淬火後，模具油缸(Gang)活塞杆先釋放模具張力[Li]，模具[Ju]收縮[Suo]，使模具與(Yu)工件分離，之後承(Cheng)接裝置上升，推出淬火[Huo]工件[Jian]，完成了四個内(Nei)圈淬火工藝循環。模(Mo)具的外徑[Jing]尺寸可以做微[Wei]量調整，以控
制[Zhi]工件的淬(Cui)火尺(Chi)寸。
經[Jing]數萬件成品檢測，滲[Shen]碳淬(Cui)火回火後工件 的表面 硬度達 HRC 62～ 65，心 部[Bu]硬度HRC32～37.5,硬度[Du]值的分布均勻，離散性很(Hen)小。工件[Jian]内表面的圓[Yuan]周跳動不超[Chao]過 0．12mm，
外圈中部[Bu]沒有[You]塌腰，内(Nei)圈的密封口[Kou]收縮量控制在(Zai)工藝留量(Liang)之内，尺寸[Cun]離散性≤0.15mm，淬火後的[De]合格率保持在 99％以上。
3機[Ji]械手（參見圖[Tu]四）

圖中(Zhong)：1、導軌(Gui)2、滑座3、升降氣缸(Gang)4、導向座5、手臂6、手[Shou]指氣[Qi]缸7、手指手[Shou]指通過氣缸(Gang)滑塊機構移動使[Shi]兩對手指得(De)以同(Tong)時夾緊，松開，抓取兩(Liang)個工件的兩對[Dui]手指是(Shi)同[Tong]步運動的，當手指抓取工件時，手指上部的 V 型面留[Liu]有适當[Dang]的間[Jian]隙，既防止工[Gong]件[Jian]脫落又避免使抓取工[Gong]件變形。手指相對于滑塊[Kuai]的位置可以調整和更(Geng)換[Huan]，以适應重載和普通軸承圈(Quan)的抓取。手臂和[He]導向座(Zuo)相連，升(Sheng)降氣缸通(Tong)過導[Dao]向座作用于手(Shou)臂，用于手臂[Bi]的提升；手臂上裝有[You]導柱[Zhu]，防[Fang]止手臂轉動，并增加手臂剛性。滑座在導軌座的滾動導軌上可以[Yi]輕松滑動，實現手臂及抓取的工件[Jian]的長距離送進[Jin]，滑座[Zuo]的運(Yun)動是由氣缸來推動的，為[Wei]保證滑座(Zuo)的運動平(Ping)穩，氣缸的速度[Du]通過調整氣缸換向閥上的螺釘調(Diao)節[Jie]，在氣缸的兩端有(You)緩沖裝置，可以調節[Jie]行程末端的(De)沖擊。

4外圈淬火模[Mo]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(Gao)，既要承受淬火[Huo]過程中的高溫和變形力，又要保證長期工作尺寸(Cun)的穩定性(Xing)，還要确保每工作循[Xun]環即淬火後(Hou)的徹底脫模[Mo]，否則自動機床(Chuang)不僅不能正常(Chang)工作，還可能造成重大事[Shi]故。本壓床外圈配套(Tao)的是固定式可脫模模具[Ju]，内圈配套的是活動模具，每台淬火壓[Ya]床裝有兩套外圈淬火模具[Ju]和兩套内圈淬火模具，可同時對六件鐵路軸承内、外套進行淬火處理，現隻對外圈淬火模(Mo)具作一(Yi)介紹。外[Wai]圈淬(Cui)火[Huo]模具由 1、脫模機構 2、模具接盤 3、上模具 4、工(Gong)件（外圈） 5、下(Xia)模具

 

6、下脫模裝

置等(Deng)部(Bu)分組成，見圖五(Wu)當工件達到(Dao)淬火溫度後，被機械手夾放在(Zai)下模上，工件與下模随工作台(Tai)進入工作位置，這時[Shi]活動橫梁下降，安裝在活動橫梁底面的上模與下(Xia)模經軸[Zhou]心[Xin]定位，并将工件内撐(Cheng)、壓[Ya]緊定型後開[Kai]始浸油淬火。淬火完成後(Hou)，由安裝在(Zai)動梁上(Shang)的脫模[Mo]油缸驅動脫模機構工作，将工件與上、下模分(Fen)離。脫模後上模(Mo)随[Sui]活動橫粱上(Shang)升，工作台退[Tui]回[Hui]到起[Qi]始位置，由(You)機械手将工件從下模上取[Qu]出，完成一個模具(Ju)定型淬火的工作循環。機床兼容了[Le]鍛(Duan)壓機床(Chuang)、金屬切削機床及自(Zi)動生産線(Xian)傳輸、機械手抓取等優點，産品[Pin]設計别具一格[Ge]，各系統的匹配(Pei)組[Zu]合協調，經過十多年的不斷改進，産品(Pin)結構、控制、性能等趨[Qu]于成熟，機床的(De)可靠性接受了南北不同生(Sheng)産環境[Jing]的考驗，實現了軸承[Cheng]成套[Tao]零件的自動淬[Cui]火(Huo)機床的功能。
5設備[Bei]的特點
(1)與不同加熱爐匹[Pi]配，二外圈、四内[Nei]圈同時同步淬火，實現了加熱的高效率和(He)淬火的個效[Xiao]率的(De)結合，大大提高了生産效率；
(2)壓床采用框[Kuang]架機身配合移出工作台裝卸料，機床結構簡單，工藝适[Shi]應性好，裝配調整容易，運[Yun]動件定位準(Zhun)确，人[Ren]工或機(Ji)械手上下料輕松、省[Sheng]力。封閉油罩内冷卻油液自下(Xia)而上的浸沒循(Xun)環流動卻，且在[Zai]整個冷卻過程(Cheng)中(Zhong)油流定向流動，冷卻效果好[Hao]，被淬件硬度[Du]均勻，變形小[Xiao]。
(3)外圈[Quan]采用液壓脫(Tuo)料(Liao)式固[Gu]定模具，脫模[Mo]可靠，裝卸件[Jian]容易，便于機械手工作。内圈采用液壓[Ya]驅動漲(Zhang)縮式活模[Mo]具，能适應疊放加[Jia]熱[Re]後二件内圈同[Tong]時模[Mo]具保持淬火的工況，二種模具
都能滿足[Zu]工[Gong]件内[Nei]外周同時快速冷卻的要求，工件形狀保持好，淬火件(Jian)尺寸穩定。
(4)上懸挂[Gua]式氣動機械手，動作敏捷、準确，适合(He)于[Yu]連續(Xu)生産線[Xian]，空間利用率高。占地面[Mian]積小。
(5)高位貯液箱分别向壓床和機組供[Gong]冷卻油，淬火過程中自流冷卻，由小功(Gong)率電泵向高位貯液箱補(Bu)液儲存，淬火(Huo)流量(Liang)按淬火[Huo]過程需要配流，冷卻油流量穩定，平穩無沖擊飛濺(Jian)，不僅