全[Quan]自動鐵路軸承[Cheng]内外圈淬火(Huo)壓床
 張光榮
（甯夏[Xia]機械研[Yan]究院，甯夏 銀川 750001）
摘[Zhai]要
本[Ben]文分析了由外(Wai)圈淬火壓床(Chuang)、内圈淬火機組、液(Ye)壓脫(Tuo)模式死模具、上(Shang)下料機械(Xie)手(Shou)及進[Jin]出件機構組成的全自(Zi)動鐵[Tie]路軸(Zhou)承淬火壓床系(Xi)統的[De]特點(Dian)與優勢，探[Tan]讨[Tao]了适用于大批量(Liang)、專業化鐵[Tie]
路軸承模[Mo]具保[Bao]持淬火系統的(De)結構優勢與适合于自動化淬(Cui)火的模具以及抓[Zhua]取工件(Jian)的機[Ji]械手結構。介紹了該淬火系統每循環完(Wan)成兩個外圈、四個内[Nei]圈淬火的套裝(Zhuang)加熱(Re)、套裝出件[Jian]的工藝過程。本淬火系統時目前世界上淬火效率最高、淬火零件尺寸(Cun)保持最好[Hao]、應用最為[Wei]成熟的自動化[Hua]淬火工藝裝備。本文介紹(Shao)的淬火設備(Bei)及工藝(Yi)獲得了國[Guo]家發明專利授權，内圈淬火設備[Bei]和[He]液壓脫模式死[Si]模具獲得了國家實[Shi]用新型專利。

關鍵詞

鐵路(Lu)軸承 外圈淬火壓床 液壓脫(Tuo)模死模具[Ju] 内圈淬(Cui)火機組 機械手 智(Zhi)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(Yong)滾動軸承替代滑動(Dong)軸承是鐵路運輸向[Xiang]高速化發展的重(Zhong)要改進之一(Yi)。我國[Guo]目前已具有[You]年産 300 萬[Wan]套鐵(Tie)路軸(Zhou)承(Cheng)的生産能力，發展速度很快，除生産 352226X2-2RZ、
353130X2-2RZ 及新改型的 352226B2-2RZ 外，還為國外軸承廠(Chang)家供應重載鐵(Tie)路軸(Zhou)承内外圈。鐵路軸承的内(Nei)外圈材料均為滲碳軸承鋼(G20CrNi2MoA)，成品要[Yao]求滲碳(Tan)層厚度 1．5～2．3mm，工作(Zuo)表面(Mian)淬[Cui]火回火後硬(Ying)度 60～64HRC，心部硬度(Du) 32～45HRC。由于 G20CrNi2MoA 鋼[Gang]滲碳(Tan)時間(Jian)長，1淬火[Huo]畸變大[Da]、收縮嚴重[Zhong]，采用[Yong]自由淬火或簡單的[De]模具保[Bao]持[Chi]淬火，不僅[Jin]硬度和(He)金相組織保[Bao]證不了，而且由[You]于變[Bian]形大，以緻在後續加工中造成滲碳層偏(Pian)淺甚至[Zhi]被加工掉、或者因為變形不均勻、部分區域黑皮加工不掉而導緻批量報(Bao)廢(Fei)的情況[Kuang]時有發生。我院的[De]鐵路軸承内[Nei]外圈淬火壓(Ya)床分為兩種産品：一種是更換模具後，每循環可(Ke)以分别完成二(Er)件外圈或二件内圈的淬火工[Gong]作（ZCY-1 型）；一種是内(Nei)圈淬火機組和淬火[Huo]壓床配合，每循環可以同[Tong]時完成二件外[Wai]圈和四件内圈(Quan)的全[Quan]自動淬火工作（ZCY-2 型）。限于篇幅，本文以 ZCY-2型産(Chan)品為主，ZCY-1 型包含在其中一并介[Jie]紹。為簡便，在下(Xia)文中，整機簡稱(Cheng)為機床，外圈(Quan)淬(Cui)火壓床簡(Jian)稱為壓床，内(Nei)圈淬火機組簡稱為機[Ji]組。

1淬火(Huo)壓床
由(You)圖一（ZCY-2 型鐵路(Lu)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9 和清洗滾道、清[Qing]洗爐 7 的左側的[De] 2 為外圈淬[Cui]火壓床，内圈淬火機組[Zu] 8 位于加熱爐(Lu)和清洗爐之間，機械手 1 在壓床和機[Ji]組[Zu]之間傳遞工件(Jian)。12 為[Wei]液壓站，13 為程控[Kong]櫃，14 為冷卻油池，與高[Gao]位油箱上下分體，油池在[Zai]地下，高(Gao)位油箱離地面有[You]一定高度，通過[Guo]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(You)箱中，淬火後[Hou]的油液返回油(You)池，油池(Chi)配備有油溫(Wen)控制裝置，油液溫度低(Di)時加熱、高時換熱[Re]以保證淬[Cui]火油液溫(Wen)度控制在工藝(Yi)規定的範[Fan]圍内。淬(Cui)火後的[De]工件送上[Shang]清[Qing]洗滾道 7，進入清洗[Xi]機中清洗。4 是機床的就地控制[Zhi]箱，6 是一端固定在壓床的上(Shang)橫梁上、一端支承(Cheng)在立柱上(Shang)的跨過輥(Gun)道線上(Shang)方的機械手橫向移動導軌，10 是位于機組中間、沉[Chen]置在(Zai)快速移動輥道平面下的進(Jin)出件拖(Tuo)動裝置，11 為内圈淬(Cui)火模具。
該機床與加熱爐配套，在[Zai]每[Mei]工作循環中(Zhong)，加熱(Re)出爐套裝、疊放的二組六件工件被(Bei)進出件拖動裝(Zhuang)置拉[La]入機(Ji)組且定位，四件内圈在原[Yuan]地沉入機組(Zu)，淬(Cui)火後推出(Chu)；二件外圈由機械手(Shou)抓取，送入[Ru]壓床，淬火(Huo)後再送回[Hui]原位，套入先期(Qi)已經完成淬火的内圈，沉置在快速移動輥道平[Ping]面下的(De)進出(Chu)件拖動裝置啟[Qi]動，快速将(Jiang)淬[Cui]火(Huo)後的工件拖出[Chu]機組，送入清洗滾棒線。一個淬(Cui)火循環過程結束，進入(Ru)下[Xia]一循環等待，循[Xun]環節[Jie]拍 0～99min 可調。

 
1．機械手2．淬火壓床3．進油(You)管4．機床控制箱5．回油管6．機(Ji)械手橫向移動導軌、7．清洗滾道、清洗爐8．内圈淬[Cui]火機[Ji]組9．快速移動(Dong)輥(Gun)道、滾底加[Jia]熱爐(Lu)10．進出件

拖動裝置11．内圈淬火模具12、液壓站13、程控[Kong]櫃14、高位油箱15、油泵
 
ZCY-2 型鐵路(Lu)軸承内外圈淬火壓床是為德[De]國 FAG 甯夏公司、瓦軸集(Ji)團公司的要求進行設計的自動機床[Chuang]。該機床與在西軸公司[Si]、洛[Luo]軸公司使用(Yong)的ZCY-1 型淬火壓[Ya]床(Chuang)不同的是(Shi)：連續加[Jia]熱爐采用套裝加熱，即每個外[Wai]圈中套有兩[Liang]個内圈，同時加熱同時出爐，使加熱爐效率大大提[Ti]高，與此加熱方式相适應，淬火設備也[Ye]必須承擔(Dan)一次出爐的[De]二個外圈和四個内圈從紅(Hong)熱件淬火到[Dao]送上清洗軌道的(De)全部工作程序，即要求在一個循(Xun)環節拍中[Zhong]，同[Tong]時完成二個外圈和四個内圈的模具保持淬火，淬(Cui)火的效率也(Ye)超出了 ZCY—1 型壓床的二倍以(Yi)上，在效率提高的同時，六(Liu)個被(Bei)淬工件達到了所有(You)的技術要求。淬火設備由淬火壓床、内[Nei]圈[Quan]機組和機械手及進出件裝置組成，整體[Ti]平面[Mian]布局如圖一。圖(Tu)中的布局為機(Ji)床中心線與加(Jia)熱爐出(Chu)件[Jian]中心[Xin]線平行，加熱爐為(Wei)棍棒爐。根據生産線的布(Bu)局[Ju]及配套設備(Bei)的不同，可以靈活[Huo]的布置機械手和壓床的位置，與轉底爐(Lu)配套時，壓床的中心線則與加熱爐的出(Chu)件中心線垂直。

壓床主機結構如圖二。
圖中：1．框架式機身2．機床控(Kong)制箱3．動(Dong)橫梁(Liang)4．淬(Cui)火模具5．移[Yi]出式工作台(Tai)6．冷卻油集配[Pei]箱(Xiang)7．底座壓床(Chuang)機身[Shen]采用闆焊結構，是[Shi]全(Quan)機床的承載[Zai]框架。動橫梁工作(Zuo)油缸固定在上橫梁[Liang]上，動[Dong]橫梁設計有導[Dao]向裝置。在動橫梁上(Shang)裝有卸料(Liao)油缸，下平面裝(Zhuang)有淬火上模具、冷卻油(You)罩，油罩内的(De)溢油[You]通過立柱流回油池[Chi]。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)驅動，完成工作台的伸出和[He]回位，工作台面上配置着[Zhe]下模具，冷卻[Que]油流可以(Yi)通過工作台對工件機械冷卻，就地控制[Zhi]箱安裝在機身(Shen)的同[Tong]向側面，便于操(Cao)作。
該(Gai)機床是一[Yi]種封閉浸沒式(Shi)流[Liu]動油液[Ye]冷卻[Que]、自動脫料式固定模[Mo]具壓淬的自動淬火壓床。工作時壓床的工作台向(Xiang)外伸(Shen)出，停在待料位置。由加熱爐加熱(Re)的工件經快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[Zhua]取工件套入工[Gong]作(Zuo)台台面上的下模具，工[Gong]作台退回到[Dao]位後發信号，動橫[Heng]梁快速向下移動，在[Zai]接近工作台面(Mian)時減速，使(Shi)油罩下沿與工作台面密[Mi]閉，與油罩下移同[Tong]步，上模具插人工件、定[Ding]心并用事先[Xian]調[Diao]定的力使上下(Xia)模具同時壓緊工件，此力既不[Bu]能使紅熱工件變形(Xing)，又要有足夠的支撐力阻止淬火過程[Cheng]中(Zhong)工件收縮。動橫(Heng)梁到位後發信(Xin)号，冷卻油(You)液按最大流量接通[Tong]，此時，油液經配油箱、工作台、模[Mo]具内腔、工件内外周等以很快的速度浸沒冷卻(Que)工件并形成液(Ye)流(Liu)，當油[You]面高(Gao)出旁溢口時[Shi]，溢油經過機身立柱流向(Xiang)底座，再經洩油管[Guan]流回油池。自冷卻開始，電控系統(Tong)進入冷卻記計時，到總冷[Leng]卻時間(Jian)的某一中段，如(Ru) 2min，由計時器發[Fa]令關閉配油閥[Fa]之一，使最大(Da)油流[Liu]減弱為維持冷(Leng)卻油流，直到預置的冷卻時間[Jian]為 0(采用倒計時[Shi]法)，冷卻油[You]流關[Guan]閉，停止冷卻供油，回流洩油閥開啟，延時使油罩内的餘油[You]回[Hui]流幹淨[Jing]，發(Fa)信号(Hao)，動橫梁上升，油(You)罩提起，與[Yu]此同[Tong]步，脫模油缸工(Gong)作使工件與模具分離。油罩上升到位後[Hou]發信(Xin)号，工作台移出[Chu]，由(You)機械手取出淬火後的工件并送人清洗輥[Gun]道，一個[Ge]淬火過程循環結束，工作台停留在移出待料(Liao)位置。根[Gen]據配套情況，上[Shang]述過程也可以按單[Dan]機自動循(Xun)環執行。
淬火壓床(Chuang)工作循環如圖三。

 

 
機床的主動作采用液壓驅動(Dong)，如動橫梁、工作台、脫模等(Deng)，輔助動作采(Cai)用氣壓傳動，如機械(Xie)手、冷卻配油閥等(Deng)，電控系統(Tong)主機采用進口[Kou] PLC 加擴展，設有(You)多重保護和誤[Wu]操作聲光報警功[Gong]能，兼有點動、單(Dan)程序運動和程(Cheng)序自動運行，可在總程控箱和(He)主機旁就地操(Cao)作，各控制點均設[She]有循環和急[Ji]停單鍵控制(Zhi)按鈕，方便、安全，動作靈敏、可靠。紅熱件從[Cong]出爐到冷卻油液浸沒[Mei]時間≤8s。
2内圈淬火機組[Zu]（參見圖一）
機組安裝[Zhuang]在出爐(Lu)棍棒線和清(Qing)洗滾[Gun]棒線之間(Jian)，機組内部有[You]液壓驅動的(De)漲縮模具、接入及推[Tui]出機構，油循環冷(Leng)卻系統，進出件[Jian]拖動裝置等(Deng)。加熱出爐[Lu]的内圈二件(Jian)一組，大端向下疊[Die]放在(Zai)外(Wai)圈内，随[Sui]棍棒(Bang)移動到預定的(De)位置，啟動自動循環按鈕後，進出件(Jian)拖動(Dong)裝置啟動，将(Jiang)套裝的(De)工件一起拖到[Dao]預定(Ding)的位置，在機械手抓走外圈的同時，機組承(Cheng)接内圈的裝置下(Xia)移，将二組四件内圈送入機組的可漲縮模具。模具工作的同時，冷卻系[Xi]統向機組供油，循[Xun]環冷卻[Que]淬火。淬火後[Hou]機組洩油，模[Mo]具收縮，機構[Gou]将工件[Jian]推出[Chu]到進料平面上[Shang]，等外圈套[Tao]入後(Hou)，進出件拖動裝置将(Jiang)它們一起送(Song)上清洗輥棒(Bang)線。
機組(Zu)采用[Yong]的是工件固(Gu)定、油液噴淋浸沒淬火的方式。模具的徑向尺寸可變，但模具與工(Gong)件的(De)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[De]模具上，模(Mo)具油
缸[Gang]活塞杆下拉使模(Mo)具在工件内漲開至設定(Ding)的直徑尺[Chi]寸，漲開的模具(Ju)撐住(Zhu)工件内壁，同時冷卻油湧出淬火，模具強制限[Xian]制了(Le)工件在冷卻過[Guo]程中的收縮，以保證(Zheng)工件(Jian)的淬[Cui]火尺寸。淬(Cui)火後，模具油缸[Gang]活塞杆先釋放模具張力，模具收縮[Suo]，使模具與工件(Jian)分離，之後(Hou)承[Cheng]接裝置上升(Sheng)，推出淬火工件，完成了四個内(Nei)圈淬火工藝循環[Huan]。模具的外徑尺寸可以(Yi)做微量調整，以控
制[Zhi]工件的淬(Cui)火尺寸。
經[Jing]數萬件成品檢[Jian]測，滲碳淬火回火後工件(Jian) 的表面 硬度[Du]達 HRC 62～ 65，心 部硬度HRC32～37.5,硬度(Du)值的分(Fen)布均勻，離散性很小。工件内表面的(De)圓[Yuan]周跳動不超過 0．12mm，
外圈中部(Bu)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[Li]散性≤0.15mm，淬火後的合格率保持在 99％以上。
3機(Ji)械手（參見圖四）

圖中：1、導軌(Gui)2、滑座3、升降氣缸4、導向座5、手臂6、手指氣缸7、手指手指通過氣缸滑塊(Kuai)機構移動使(Shi)兩對手指得[De]以同時夾緊，松開[Kai]，抓取兩個工件的兩對手指是(Shi)同[Tong]步運動的，當手指抓取工(Gong)件時，手指上部的[De] V 型面留有适當的(De)間[Jian]隙，既防止工件(Jian)脫落又避(Bi)免使抓取工件變形。手指[Zhi]相對于滑塊的位置[Zhi]可以[Yi]調整和更換[Huan]，以适應重載[Zai]和普通軸承圈[Quan]的抓(Zhua)取。手臂和導向座[Zuo]相連，升[Sheng]降氣缸通過導向(Xiang)座作用于手[Shou]臂，用于手臂(Bi)的(De)提升(Sheng)；手臂上裝有[You]導柱，防止手臂轉動，并增加(Jia)手(Shou)臂剛性。滑座在導軌座(Zuo)的滾動導軌上(Shang)可[Ke]以[Yi]輕松滑動，實現(Xian)手臂[Bi]及抓取的工[Gong]件的長距離[Li]送進(Jin)，滑座[Zuo]的運動是由氣缸來[Lai]推動的(De)，為保證滑座的運動[Dong]平穩，氣缸的[De]速度通過調整氣缸換向閥上(Shang)的螺釘調節，在氣缸的兩端有緩沖裝置，可以調節(Jie)行程末端的(De)沖擊。

4外圈淬火模具
模具(Ju)是機床成功(Gong)工作的關鍵[Jian]部件，全自動淬火[Huo]壓(Ya)床對[Dui]模具的要求很高，既要承受淬[Cui]火過程中的高溫(Wen)和[He]變形力，又要保(Bao)證長期工作尺寸的穩定性(Xing)，還要确保每工作循環即淬火後的徹底脫模，否則自動機床[Chuang]不僅不能正常[Chang]工作，還可能造成重大事故。本壓床外[Wai]圈配套[Tao]的是固定式可脫模模具，内圈配套的(De)是活動(Dong)模具，每台淬火(Huo)壓床裝有兩套外圈(Quan)淬火模具和兩套内(Nei)圈淬(Cui)火模具，可同時對六(Liu)件鐵路軸(Zhou)承内、外套進行淬火處理，現(Xian)隻對外圈淬火模[Mo]具作一介紹。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、工件（外圈） 5、下模具(Ju)

 

6、下脫模裝

置等[Deng]部(Bu)分組成，見圖[Tu]五[Wu]當(Dang)工件達到(Dao)淬火溫度後，被機械手夾(Jia)放在(Zai)下模上，工[Gong]件[Jian]與下模随工作台[Tai]進入工作位置，這[Zhe]時活動橫梁[Liang]下降，安裝(Zhuang)在活動橫梁(Liang)底面的上模與下模經軸心定位，并(Bing)将(Jiang)工件内撐、壓緊(Jin)定型後開始浸油淬火(Huo)。淬火完成後，由安裝在動梁上的脫模(Mo)油缸驅動脫模機構工作(Zuo)，将工件與(Yu)上、下模分[Fen]離。脫模後上模随[Sui]活動橫粱上[Shang]升，工作台退回到起始[Shi]位置，由機械手将工件從下模上取出，完(Wan)成一個模具(Ju)定型(Xing)淬火的工作循環。機(Ji)床兼容了鍛[Duan]壓機床、金屬切削機床[Chuang]及自[Zi]動生産線(Xian)傳輸、機械手[Shou]抓取等優點(Dian)，産品(Pin)設計别具一格[Ge]，各系(Xi)統的匹配組合協調，經過(Guo)十多年的不(Bu)斷改進，産品結構、控制、性能等趨于成(Cheng)熟，機床的(De)可靠性接受了[Le]南北不同生産環境(Jing)的考驗，實現了軸[Zhou]承成套(Tao)零件的自動淬(Cui)火機床的功能。
5設備的特點
(1)與不同加熱[Re]爐匹配，二外圈、四内圈同時同步淬火，實現[Xian]了加熱的高效率和淬火的個效率的(De)結合，大大提高[Gao]了生産效率；
(2)壓床(Chuang)采用框[Kuang]架機[Ji]身配合移出[Chu]工作台裝(Zhuang)卸料，機床結構簡(Jian)單，工藝适[Shi]應性好，裝配(Pei)調整容易，運(Yun)動件定位準确，人工或機(Ji)械手上下[Xia]料(Liao)輕松、省力。封(Feng)閉油罩内冷卻油液自下而上[Shang]的浸沒循環流動卻[Que]，且在整個冷[Leng]卻過程中油流定向流(Liu)動，冷卻效果好(Hao)，被淬件硬度均勻，變形小。
(3)外圈(Quan)采用液壓脫[Tuo]料式固定模具，脫模可靠，裝卸件容易，便于機械[Xie]手工作。内(Nei)圈采用液壓(Ya)驅動漲縮式活模具，能适[Shi]應疊放加熱(Re)後二件内圈同時模(Mo)具保[Bao]持淬火的工[Gong]況，二種模具[Ju]
都能滿足(Zu)工(Gong)件内外周同時快(Kuai)速冷卻的要求，工件(Jian)形狀(Zhuang)保持好，淬火件[Jian]尺寸穩定。
(4)上懸挂式氣動機械[Xie]手，動作敏(Min)捷[Jie]、準[Zhun]确，适合于連續(Xu)生産線[Xian]，空間利用率高。占地面[Mian]積小。
(5)高位(Wei)貯液(Ye)箱分别向壓床[Chuang]和機組供冷卻油，淬火過程中自流冷卻，由小功率電泵(Beng)向高[Gao]位貯液箱補[Bu]液儲存，淬火(Huo)流量按淬火過程需要配流，冷卻油流量穩定，平穩(Wen)無沖擊飛濺(Jian)，不僅