全自動鐵路軸承[Cheng]内[Nei]外圈淬火壓床
張光榮
(甯夏[Xia]機械研究院,甯夏 銀川 750001)
摘要
本文分析了由[You]外[Wai]圈淬火壓床、内圈淬火機組、液壓[Ya]脫(Tuo)模式死模具、上下料機械[Xie]手及進出件機構組成的(De)全自動鐵路軸承淬火壓床系(Xi)統的(De)特點與優勢,探[Tan]讨了适用于大批量、專業化鐵
路軸承模具保持淬火(Huo)系統的[De]結構優勢與(Yu)适合于自動化淬[Cui]火的模具以及抓取工件的機械手(Shou)結(Jie)構。介紹(Shao)了該淬[Cui]火系統每(Mei)循環完成兩個外圈、四個内圈淬火的套裝[Zhuang]加熱、套(Tao)裝出件的工藝過程。本淬火系統時目[Mu]前世界上淬火(Huo)效率最高[Gao]、淬火(Huo)零件尺寸(Cun)保持最好、應用最為(Wei)成熟的自動化淬火[Huo]工藝裝備。本文介紹[Shao]的淬火設備(Bei)及工藝獲得了國家發明專[Zhuan]利授權,内(Nei)圈淬火設備和(He)液壓脫模[Mo]式死[Si]模[Mo]具獲得了國家實(Shi)用新型專利。
關鍵詞
鐵路軸承 外圈[Quan]淬火壓床 液壓脫(Tuo)模(Mo)死模具[Ju] 内圈淬(Cui)火機(Ji)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(Che)采用滾動軸承替代滑(Hua)動軸承是鐵路(Lu)運輸向高速[Su]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(Cheng)的生産能力(Li),發展速度[Du]很快,除生産 352226X2-2RZ、
353130X2-2RZ 及新改型的 352226B2-2RZ 外[Wai],還為國外軸(Zhou)承廠(Chang)家供應重載鐵路軸(Zhou)承内外圈[Quan]。鐵路軸承的内外圈材[Cai]料均為(Wei)滲碳軸承[Cheng]鋼(G20CrNi2MoA),成(Cheng)品要求滲碳[Tan]層厚度(Du) 1.5~2.3mm,工作[Zuo]表面淬火回火後硬[Ying]度 60~64HRC,心部硬度 32~45HRC。由于 G20CrNi2MoA 鋼滲碳時間長,1淬火[Huo]畸變大、收縮嚴重[Zhong],采用自由淬火或簡單的模具保持淬火,不僅(Jin)硬度[Du]和金相組織保[Bao]證不(Bu)了,而且由于變形大,以緻在後續加(Jia)工中造成滲碳層偏淺甚至被加工(Gong)掉、或[Huo]者因為變[Bian]形[Xing]不均勻(Yun)、部分區域黑皮加(Jia)工[Gong]不掉而[Er]導緻批量報廢[Fei]的情況[Kuang]時有[You]發生。我院的鐵路軸承内[Nei]外圈淬火壓床分為兩種産品:一種是更換模具後(Hou),每循環可[Ke]以分别完(Wan)成二件外圈或二件内圈的淬火工作(ZCY-1 型);一(Yi)種是内圈淬火機組和淬火[Huo]壓床配合,每循環[Huan]可(Ke)以同時完成二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(Chan)品為主,ZCY-1 型(Xing)包含[Han]在其中一并介紹。為簡便(Bian),在下[Xia]文中,整機簡稱[Cheng]為機床,外圈淬(Cui)火壓床簡稱為壓床,内圈淬火機組簡稱為機[Ji]組。
1淬火壓床
由[You]圖一(ZCY-2 型鐵(Tie)路軸承内外圈(Quan)淬火壓床)可以看出[Chu],在快速移動輥道、滾底加熱爐(Lu)9 和清洗滾道[Dao]、清洗爐 7 的左側的[De] 2 為外圈淬火壓床,内(Nei)圈淬火機組(Zu) 8 位于加熱爐(Lu)和清洗爐之間[Jian],機械手 1 在壓床和機[Ji]組(Zu)之間傳遞工件。12 為液壓站,13 為程控櫃,14 為(Wei)冷卻油池,與高位油箱上[Shang]下分(Fen)體,油池在地下(Xia),高位油箱離地面有[You]一定高度,通過進油管 3 和(He)回油管 4 及(Ji)閥門組構成(Cheng)冷卻油回路,泵 15 将油池油液(Ye)泵入高位油箱中,淬火[Huo]後的油液返回油池,油池[Chi]配備有油溫(Wen)控制裝置,油液溫度低時加熱、高時換熱[Re]以保證淬火油液溫度(Du)控制在(Zai)工藝[Yi]規定[Ding]的範圍内。淬火後的(De)工件送上清洗滾道 7,進入清洗機中清洗[Xi]。4 是機(Ji)床的就地控制箱(Xiang),6 是一端固定在壓(Ya)床的上橫[Heng]梁上、一端(Duan)支承在立柱(Zhu)上(Shang)的跨[Kua]過輥(Gun)道線上方的[De]機械手橫向[Xiang]移動導軌,10 是位于機組中間、沉(Chen)置在(Zai)快速移動輥道(Dao)平面下的進出件拖動裝置,11 為内圈淬(Cui)火模具。
該機床與(Yu)加熱爐配套,在每(Mei)工作循環中[Zhong],加熱出爐套裝、疊放的二組(Zu)六件工[Gong]件被進出件拖動裝置拉入機組且定位(Wei),四[Si]件内圈在原地沉入機組[Zu],淬火後推出;二件外圈由機械手抓取(Qu),送入壓床,淬火後再送回原位,套入先期(Qi)已經完成淬火的内圈,沉置在快速[Su]移動輥道平[Ping]面下的[De]進出件拖動裝置啟(Qi)動,快速将淬火後的(De)工件拖出機組,送入清洗滾棒線。一個淬[Cui]火循環過程(Cheng)結束,進(Jin)入下一循環等待,循(Xun)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[Xiang]5.回油管6.機械手(Shou)橫向移[Yi]動導軌(Gui)、7.清洗滾道、清洗(Xi)爐8.内圈淬火機[Ji]組9.快速移動輥[Gun]道、滾底加熱爐(Lu)10.進出件
拖動裝置11.内(Nei)圈淬火模具12、液壓站[Zhan]13、程控櫃14、高位[Wei]油箱15、油泵
ZCY-2 型鐵路軸承(Cheng)内外圈淬火[Huo]壓(Ya)床是為德國 FAG 甯[Ning]夏公司、瓦軸集[Ji]團公司的要求進行(Hang)設計的自動機床(Chuang)。該機床(Chuang)與在西軸公司、洛軸公司使用[Yong]的ZCY-1 型淬火壓床[Chuang]不同的是(Shi):連續[Xu]加熱爐采用套(Tao)裝加[Jia]熱,即每個(Ge)外圈[Quan]中[Zhong]套有兩(Liang)個内圈,同時(Shi)加(Jia)熱同時出爐,使[Shi]加熱爐(Lu)效率大大提(Ti)高,與此加熱方式相(Xiang)适應(Ying),淬火設備也必[Bi]須承擔一次出爐的二個[Ge]外圈和四(Si)個内圈(Quan)從紅熱件淬火到[Dao]送上清洗軌道的全部工作程序,即要求在一個循環節拍中[Zhong],同時完成二個(Ge)外圈和四個内圈的模具[Ju]保持(Chi)淬火,淬火的效率也超出了 ZCY—1 型壓床的二倍以上,在效(Xiao)率提(Ti)高的同時,六(Liu)個被(Bei)淬工件達到(Dao)了[Le]所有[You]的技術要[Yao]求。淬火設備由淬(Cui)火壓床、内(Nei)圈(Quan)機組和機械手及進出件裝置[Zhi]組成[Cheng],整體平面布局如圖一。圖中的布局為[Wei]機[Ji]床中[Zhong]心線與加[Jia]熱[Re]爐出件(Jian)中心線平行,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[Huo]的布[Bu]置機械手和(He)壓床的位置,與轉底爐配套時,壓床的中心[Xin]線則與加熱爐的出(Chu)件中心線垂直。
壓床主機[Ji]結構如圖二[Er]。
圖[Tu]中:1.框架式(Shi)機身2.機床(Chuang)控(Kong)制箱3.動橫梁4.淬火(Huo)模具5.移出式工作台6.冷卻油集配箱7.底座壓床機身采用闆焊[Han]結構,是全機床的承[Cheng]載(Zai)框架。動橫梁工作油缸固定在上橫梁上,動橫梁設計有[You]導向裝置。在動橫(Heng)梁上裝有卸料(Liao)油缸,下平面裝(Zhuang)有淬火上模具、冷卻油[You]罩,油罩[Zhao]内的(De)溢油通過立柱流回[Hui]油(You)池。工作台及其支撐導軌裝(Zhuang)在機(Ji)身底[Di]座上,工作台由水平油缸驅[Qu]動,完成工作台的伸出和回位,工作台(Tai)面上配置着[Zhe]下模具,冷卻油流可以通過工作台對[Dui]工件機械冷卻,就地控制(Zhi)箱安裝在機身的同(Tong)向側面,便于(Yu)操[Cao]作。
該機床是一[Yi]種封閉浸(Jin)沒式流(Liu)動油液冷卻、自動脫料式固定模[Mo]具壓淬的自動淬火壓床。工作時壓床(Chuang)的工作台向外伸[Shen]出,停在待料位置。由[You]加熱爐加熱[Re]的[De]工件經快(Kuai)出件機構傳輸到位後
發[Fa]信号,淬火自動循環開始,機械手抓取工件套入工作台台面上的下模具,工(Gong)作台退回到(Dao)位後發(Fa)信号,動橫梁快速(Su)向下移動,在(Zai)接近工作[Zuo]台面時減速,使油罩下沿與工作台(Tai)面密(Mi)閉,與油罩下移同(Tong)步,上模具插人工件、定心并用事[Shi]先[Xian]調(Diao)定的力使上下模具(Ju)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(Cheng)力阻止淬火過程中(Zhong)工件收縮。動橫[Heng]梁到位後發信(Xin)号,冷卻油液按最大[Da]流[Liu]量接通,此時(Shi),油[You]液經配油(You)箱、工作台、模具内腔、工件内[Nei]外周等以很快(Kuai)的速度浸沒冷卻工[Gong]件并形成液流,當油面高出旁溢口時,溢油經過機[Ji]身立柱流[Liu]向(Xiang)底座(Zuo),再(Zai)經洩油管流回油池。自冷卻開始,電控系統進[Jin]入冷卻記計時[Shi],到總冷卻[Que]時間的某一中段,如 2min,由[You]計時器發令關閉[Bi]配油閥之[Zhi]一,使最大[Da]油流減弱為[Wei]維持冷卻油流,直到預(Yu)置的[De]冷卻時間為 0(采用倒[Dao]計時法),冷卻油流關(Guan)閉,停止冷卻供油,回(Hui)流洩油閥(Fa)開啟,延時使油罩内的餘油回(Hui)流幹淨(Jing),發信号,動橫梁上升,油罩提[Ti]起,與此(Ci)同步[Bu],脫模油缸工[Gong]作使工件與模具分離。油[You]罩上升到位後發信号,工作台移出[Chu],由機械手取出(Chu)淬火後的工件[Jian]并送人清[Qing]洗輥道,一個淬火過(Guo)程循(Xun)環結束,工作台[Tai]停留在移出待料位置。根據配套情[Qing]況,上述過程[Cheng]也可以按單(Dan)機自動循(Xun)環(Huan)執行。
淬火壓[Ya]床工作循環如(Ru)圖三[San]。
機床的主[Zhu]動作[Zuo]采[Cai]用液壓驅動[Dong],如動橫梁、工[Gong]作台、脫模等[Deng],輔助動作采用[Yong]氣壓傳動,如機械手、冷卻配油(You)閥等,電控系統(Tong)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[Jian]有點動、單程(Cheng)序運動和程序自動運行,可在總程控箱和主機旁就地操[Cao]作,各控制點[Dian]均[Jun]設[She]有循環和急(Ji)停單鍵控制按[An]鈕,方便、安[An]全,動(Dong)作靈[Ling]敏、可靠。紅熱件(Jian)從[Cong]出[Chu]爐到[Dao]冷卻油液[Ye]浸沒[Mei]時間≤8s。
2内圈淬火機組(Zu)(參見(Jian)圖一)
機組安[An]裝(Zhuang)在出爐棍[Gun]棒線和清(Qing)洗滾棒線之間,機組内部有(You)液[Ye]壓驅動的漲縮模具、接(Jie)入及(Ji)推出機構,油循環冷卻[Que]系統,進出件(Jian)拖動裝置(Zhi)等(Deng)。加熱出爐的内(Nei)圈二件一組,大[Da]端向(Xiang)下疊放在外圈内,随(Sui)棍棒(Bang)移動到預定的位置,啟動自動[Dong]循環按鈕後,進出件[Jian]拖動[Dong]裝置[Zhi]啟(Qi)動,将套裝的工件一起拖到(Dao)預定的位置,在機械手抓[Zhua]走外[Wai]圈的同時,機組[Zu]承接内圈的裝置下移,将二組四件内圈送入機組的可[Ke]漲縮模具。模具工作(Zuo)的[De]同[Tong]時,冷卻系(Xi)統向機組供油,循(Xun)環冷卻淬火。淬火後機組洩油,模具(Ju)收縮,機構将工件推出(Chu)到進料平面(Mian)上,等外圈套入後,進出件拖動裝置将它們[Men]一起送(Song)上[Shang]清洗輥棒(Bang)線。
機組采用[Yong]的是工件固[Gu]定、油[You]液噴淋浸(Jin)沒淬火的方式。模具的徑向尺寸可變(Bian),但模具與工件的相對位置(Zhi)是固定(Ding)的。工作時,承接機構下行(Hang),将紅熱工件(Jian)套入在收縮[Suo]的模具上,模[Mo]具油[You]
缸活塞(Sai)杆下拉(La)使模[Mo]具在工件内漲開[Kai]至[Zhi]設定的直徑尺寸,漲[Zhang]開的模具撐住(Zhu)工件内壁,同時冷卻油湧出淬火,模具強制限(Xian)制了工件在冷[Leng]卻過程中的收縮,以保證[Zheng]工件[Jian]的淬(Cui)火尺寸。淬[Cui]火(Huo)後,模具油缸活塞(Sai)杆先釋(Shi)放模具張力,模具收縮[Suo],使模具與工件分[Fen]離,之後承接裝置上升,推出淬火工件,完成了四個内[Nei]圈淬火工藝循[Xun]環。模具的外徑尺寸可以做微(Wei)量調整,以控
制工件的淬[Cui]火尺寸。
經(Jing)數萬件[Jian]成品檢測,滲碳淬(Cui)火回火後工件 的[De]表面 硬度達 HRC 62~ 65,心 部[Bu]硬度(Du)HRC32~37.5,硬度[Du]值的分布[Bu]均勻,離散[San]性很小。工[Gong]件内表面的圓[Yuan]周跳(Tiao)動不超過 0.12mm,
外圈中部沒有塌腰,内圈的密(Mi)封口(Kou)收縮量控制(Zhi)在工藝留量之内,尺寸離散[San]性≤0.15mm,淬火後[Hou]的合格率保持在 99%以(Yi)上。
3機械手(參見圖[Tu]四)
圖中:1、導軌2、滑座[Zuo]3、升降氣缸(Gang)4、導向座5、手(Shou)臂6、手指氣[Qi]缸[Gang]7、手指手指通過氣缸滑(Hua)塊機構移動使(Shi)兩對手指得以同時夾緊[Jin],松開,抓取兩(Liang)個工件的兩[Liang]對手指是[Shi]同步運動(Dong)的,當手指(Zhi)抓取工(Gong)件時,手指上[Shang]部的[De] V 型面留有适當的間隙,既防止工(Gong)件(Jian)脫落又避(Bi)免使抓(Zhua)取工件變形。手指[Zhi]相對于滑塊的位置可以(Yi)調整和更(Geng)換,以适應重載和普通軸承圈(Quan)的抓取。手臂和導向座(Zuo)相連,升降氣[Qi]缸通過導向座作用于手(Shou)臂,用于手臂(Bi)的提升;手臂[Bi]上裝有導柱,防止手臂轉動,并增加手臂剛[Gang]性。滑座(Zuo)在導軌座(Zuo)的滾(Gun)動導軌上[Shang]可以輕松滑動,實現(Xian)手臂及抓取的工(Gong)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[Du]通過調整氣缸換向閥上(Shang)的螺釘調節,在氣缸[Gang]的兩端有緩沖(Chong)裝(Zhuang)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[Guan]鍵部[Bu]件,全自動(Dong)淬火壓(Ya)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(Yao)保證長期工作[Zuo]尺寸[Cun]的穩定性[Xing],還要确保每工(Gong)作循(Xun)環即淬火後(Hou)的徹底脫(Tuo)模,否則自動機床[Chuang]不僅不能正常工[Gong]作(Zuo),還可能造成重[Zhong]大事故。本壓床外圈配套的是固定式可(Ke)脫模模具(Ju),内圈(Quan)配套的[De]是[Shi]活動[Dong]模具[Ju],每台淬火(Huo)壓[Ya]床裝有兩套外圈淬火模具和兩套内圈淬火模具[Ju],可同時對六件鐵路[Lu]軸承内(Nei)、外套進行[Hang]淬火處理,現隻(Zhi)對外圈淬火模具作一[Yi]介紹。外圈淬[Cui]火模具由 1、脫模機構(Gou) 2、模具接盤 3、上模具[Ju] 4、工(Gong)件(外圈) 5、下模具[Ju]
6、下脫[Tuo]模裝
置等部分組成[Cheng],見圖(Tu)五(Wu)當工件達到(Dao)淬火溫度後,被機械手夾放在下模上,工(Gong)件與下模随工作台[Tai]進入工作位置(Zhi),這時活動橫梁[Liang]下降,安裝在活動橫梁(Liang)底面的(De)上模與下模經[Jing]軸心定位,并将工件内撐、壓[Ya]緊[Jin]定型後開始浸[Jin]油淬火[Huo]。淬火完成後,由安裝在動梁上[Shang]的脫模[Mo]油缸驅動脫模(Mo)機構工作,将工件與(Yu)上、下模分離。脫模後上模随活動橫粱上(Shang)升,工作台退回到起始位(Wei)置,由(You)機械手将[Jiang]工件從下模上取(Qu)出[Chu],完成一個模具(Ju)定型淬火的工作(Zuo)循環。機(Ji)床兼容了鍛壓機床、金屬[Shu]切削機床[Chuang]及[Ji]自[Zi]動生産線[Xian]傳輸、機械(Xie)手[Shou]抓取等優點,産品(Pin)設計别具一格(Ge),各系統的匹配(Pei)組合協調,經過(Guo)十多年的不(Bu)斷改進,産品[Pin]結構、控制、性能等趨于成熟,機(Ji)床的[De]可靠性接受了(Le)南北不同生産環境[Jing]的考驗,實現了軸承成套[Tao]零件的自動淬火機床的功能。
5設備[Bei]的特點
(1)與不同加熱爐匹配,二外圈、四内[Nei]圈同時同步淬火,實現[Xian]了加熱(Re)的高效率(Lü)和淬火的個效率的結合,大(Da)大提高了生産效率;
(2)壓床(Chuang)采用框架機(Ji)身配合移出(Chu)工作台裝卸[Xie]料,機床結構(Gou)簡單,工藝适應性好,裝配調整容易,運(Yun)動件定位準确(Que),人工或機械手上下料輕松、省力。封閉[Bi]油罩内(Nei)冷卻油液[Ye]自下而上的浸沒(Mei)循環流動卻[Que],且在[Zai]整個冷[Leng]卻過程[Cheng]中(Zhong)油(You)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,脫模可靠,裝卸件(Jian)容易,便于機械手工(Gong)作。内[Nei]圈采用液(Ye)壓驅動漲縮式活模具,能适應疊放加[Jia]熱(Re)後二件内圈同時模[Mo]具保持淬火的工況,二種模具
都能滿足(Zu)工件内(Nei)外周同(Tong)時快速冷卻的要求,工件(Jian)形狀保持好,淬火件(Jian)尺寸穩定。
(4)上懸挂(Gua)式氣動機械[Xie]手,動作敏捷、準确,适合于連續生産線,空(Kong)間利用率(Lü)高。占地面[Mian]積[Ji]小。
(5)高位貯液(Ye)箱分别向壓床和機組供冷卻油,淬火(Huo)過程中自流冷(Leng)卻,由小[Xiao]功率電泵向高[Gao]位貯液箱補[Bu]液[Ye]儲存,淬火流量按淬火過程需(Xu)要[Yao]配(Pei)流,冷卻油[You]流(Liu)量穩定,平穩[Wen]無沖(Chong)擊飛濺[Jian],不僅
明顯降[Jiang]低了冷卻油泵功耗(Hao),延長油泵壽命(Ming),而(Er)且減少了油液攪動,有(You)利于雜渣沉澱,減少了油液發熱。 .
(6)雙(Shuang) PLC 加擴展程(Cheng)序自動控制,設有多重保護、故障自(Zi)診斷和故障報(Bao)警(Jing)功能,可按不同的[De]淬火(Huo)工藝設計程序,擴大(Da)機床的應用範(Fan)圍;控制、執行元氣件選用進口(Kou)産品[Pin],具有很高的[De]可靠性。
(7)配有(You)總程[Cheng]序控制櫃和就地控制箱[Xiang],可以進[Jin]行多位(Wei)置多點操作,方便、安[An]全、靈敏、可(Ke)靠。該機床通過了生産應用考驗,機床[Chuang]在 FAG 公司、洛軸公司、瓦軸公司等企業成[Cheng]功在線應用,效率和質量大幅度提高,可靠性得到了驗證,工作[Zuo]環境大大改(Gai)善,可以達到無人值守,淬火件抽檢率 1--2/100。應用前後的結果對照,僅[Jin]淬火設備本身,一年節約的可計(Ji)算資金在300--460 萬元,具[Ju]有良好的經濟和社會效益。
該機床的[De]淬火工藝、淬[Cui]火[Huo]設備、淬火模具[Ju]均已獲得了國家發(Fa)明專利和實用新型專利(Li)授權。
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