ZCJ―4SZ―400型四工位兼容型轴承淬火压机的设计

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摘要：轴承是最关键的基础件之一，轴承套圈类零件的热处理是轴承制造的关键工序。传统的热处理多采用自由淬火的方式，由于淬火变形过大，必须增大磨削余量，使磨削加工时间变长，同时带来了轴承材料的无为消耗。因此，国外轴承行业普遍采用模压淬火，用内撑式或外夹式淬火模具控制淬火工件，强行阻止热工件淬火变形，把淬火质量控制在最佳水平，提高生产效率，将废品率降至最低，在满足硬度和金相要求的同时，解决了淬火带来的一系列问题。我们研制的zcj-4sz-400型四工位兼容型轴承淬火压机，它可以完成外径Φ70-400mm范围内不同形状、不同材料工件的淬火，在本行业有着结构紧凑、技术领先、经济效益显著等优点。

Abstract： The bearing is one of the key basic parts， and heat treatment of bearing ring parts is a key process for bearing manufacturing. The traditional heat treatment uses free quenching. As the quenching deformation is too large， the grinding allowance must be increased， so that the grinding time becomes longer， and the bearing material is consumed. Therefore， the foreign bearing industries generally use press quenching. The inner bracing or outer clamping quenching tools are used to control the quenching piece， forcibly protect hot pieces from quenching deformation， control the quenching quality at the best level， improve production efficiency， reduce the scrap rate to a minimum， meet the hardness and metallographic requirements and solve the problems caused by quenching. We developed ZCJ-4SZ-400 four-position compatible bearing quenching press machine. It can complete the quenching of the different shapes and different materials pieces whose outside diameter range is in 70-400mm and it has compact structure， advanced technology， advanced economic benefits and other advantages.

关键词：轴承淬火；兼容型；模具；变形

Key words： bearing quenching；compatible；mould；deformation

中图分类号：TG155.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）34-0118-02

1 概述

ZCJ-4SZ-400型四工位兼容性轴承淬火压机是为轴承的内、外圈套工件进行淬火的专用设备。淬火时，为了避免工件变形，采用压机与相对应的模具配套。淬火时，先对工件加热到淬火温度，再用提前设定压紧力的专用压机将工件压紧，并且使其垂直进入流动的淬火油液中，待工件彻底冷却，使模具和工件同步出油，释放工件，完成模具保持淬火过程，以防止工件在淬火中变形，确保热处理质量以及工件尺寸达到设计要求。

整个加热淬火过程必须是在该设备和转底加热炉配套使用的条件下才能顺利完成。淬火工件包括圆柱滚子轴承内外圈、圆锥滚子轴承的内外圈。该压机采用四工位设计，单工位除了采用自动化控制程序以外，也必须可以手动控制。压机采用自动化机械结构设计，型式新颖，工作原理简单独特，适用于多种型号的工件的淬火加工，作业可靠性强，经由该压机淬火处理的工件质量和耐用性都能达到使用要求，并且能够有效节约空间。使用该压机可以很大程度提高淬火工作效率，大大减少人工作业量，人为误操作所导致的废品率也大幅度降低，这对于提高热处理工艺水平和生产效率大有裨益。

2 设备具有的关键技术

①油箱、工作台、立柱、上横梁等四个工位一体化设计。②将透淬钢和渗碳钢两种不同材料的轴承套圈的模压淬火功能融合为一体，使一台设备具备了多种功能，为用户节约了投资和生产成本。③压机具有四个淬火工位，每个工位的机身与其运动部件、自动控制系统、油冷却系统自成一体，互不干涉，单个工位可既能独立作业，也可以同步作业。按照不同工件的直径选择相应大小的模具，可实现不同直径、不同材料轴承套圈的淬火需要。④淬火冷却过程可智能控制。⑤本压机可实现透淬钢和渗碳钢两类工件的淬火，因此模具安装座具有两种模具安装的可靠性和互换性。⑥产品在机床功能、机床结构、加载方式、淬火模具及系统控制方式等方面具有很强的创新性。⑦该淬火设备与轴承热处理生产线配套的高可靠性和适应性。

3 压机结构特点

①该设备设计为四工位压机，四个工位均可同时满足透淬钢轴承或渗碳钢轴承的淬火。②设备采用框架式四立柱焊接机身，为人工作业留出更多的空间；采用钢板焊接机身和底座，确保机身无论是在强度上还是在刚度上都足够承担淬火作业。③四个工位机身与其对应的机械元件、自动控制系统、油冷却系统共同组成了一个自动化控制机体。四个工位可单独作业，也能同步作业。只需按照不同工件的直径选择相对应尺寸的模具即可顺利完成整个淬火过程。④模具装在滑块的安装座上，滑块在固定的直线导轨上运动，以此确保在自动化操作过程中，模具位置的准确度和运动精度。另外，需要更换不同尺寸的模具时，模具安装座的接口也能满足使用需要。⑤透淬钢轴承淬火时，可以根据具体工况适当调整小油缸的工作压力，以此设定模具对淬火工件压紧力。⑥透淬钢轴承淬火时，上、下模具分别装在上、下滑块的模具安装座上，上、下滑块同时在一个直线导轨上运动，可以严格保持上、下模具的高同轴度，从而保证了淬火工件的高椭圆度。⑦渗碳钢轴承淬火时，采用主油缸拖动滑块下行、通过安装在滑块上的模具对工件施加压力进行淬火。⑧渗碳钢轴承淬火时，模具对淬火工件压紧力可通过调整主油缸的工作压力来进行调整和设定。⑨淬火盘组件通过管道、蝶阀与地下油池中的淬火冷却油泵相连，淬火油经过油泵输送到被淬火工件所在喷油圈，并形成中心喷油和周边喷油，以保证被加热工件均匀冷却，淬火后的油液直接由喷油圈溢流到油箱。⑩每个工位具有独立的调整或自动循环程序控制。在调整位置，设有上升、下降按钮，便于设备调整和更换模具；在自动循环位置，只需要按启动循环按钮，压机会按照已经设定好的程序自动循环工作，需要中途停止运行时，操作人员按下急停按钮，设备一切运行停止。{11}压机具有各种故障的监控和报警功能。

4 结构简述

本设备集机械、电气、气动、液压为一体，在成熟技术基础上，采用了多项创新设计与集成。透淬钢轴承淬火设计采用上、下伞形模具支撑工件，小油缸上加压，工件内外圈同时喷油冷却的淬火方式，模具更换采用检具对中，螺栓连接，快捷方便、准确可靠。渗碳钢轴承淬火设计成主油缸上加压、喷油圈向工件内外圈同时喷油的淬火方式。两种材质轴承的淬火方式均采用淬火油液强制循环冷却、执行动作程序控制、触摸屏显示、操控等为一体，力争达到模具安装调整时间最短、操作人员工作量最小、操作过程最简单、产品合格率最高的要求。

①压机工作过程。

接料盘上升待料―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。

②压机工作原理。

1）透淬钢工件淬火工作原理：透淬钢工件淬火采用伞形上下对压模具，由操作者手动将加热到要求的红热工件放置到压机的各工位接料盘上，按下压机淬火循环按钮，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模具一起向下运动，这时小油缸活塞杆伸出，当上下模具与淬火工件充分接触时，由小油缸带动上模具加压，进油气动球阀打开，淬火油经过管道由油泵驱动对工件进行充分冷却淬火，直到淬火工件完全冷却，进油气动球阀关闭，上下模具与工件同时上升，小油缸活塞杆收缩，上模具与工件分离，操作工取出工件，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至下料台。

2）渗碳钢工件淬火工作原理：渗碳钢工件淬火采用涨缩式一体模具，由操作者手动将加热到要求的红热工件放置到压机的各工位接料盘上，启动压机淬火循环按钮，接料气缸带动工件下行，主油缸带动上模具同时下行，这时小油缸活塞杆保持不动，当工件下行至淬火盘，并且模具和工件充分接触时，由主油缸带动上模具加压，进油气动球阀打开，淬火油经过管道由油泵驱动对工件进行冷却淬火，待工件彻底冷却后关闭进油气动球阀，主油缸带动上模具上行，使模具和工件分离，接料气缸带动工件同时上升，再由作业人员将工件取出，完成一次模具保持淬火过程。淬火后的工件由作业人员手动操作使之滑道至下料台。

3）结构简图（如图1）。

5 总结

本淬火压机是我们成功研制的国内首台兼容式轴承模压淬火机床，经过该院历时10个月的精心研发和调试，我们已经成功完成了压机样机制造，并已申报多项专利，现已作为产品销往全国各地。本产品的研制成功提高了该院在轴承模压淬火技术方面的水平，取得了预期的经济效益和社会效益。

参考文献：

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[4]GB/T25376-2010，金属切削机床机械加工件通用技术条件[S].

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