一種用于大型套圈類軸承零件壓淬的模具

許軍曉

摘要：本文介紹一種在漲縮式淬火模具基礎(chǔ)上發(fā)展的、適用于較大尺寸軸承套圈類零件的拼裝組合模具，通過(guò)與傳統(tǒng)模具的對(duì)比，突出其在做特定零件時(shí)的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：淬火模具 漲縮模具 拼裝組合模具 組合模具

在軸承和齒輪行業(yè)中，通過(guò)淬火提高零件的心部和表面硬度，是一種很常見(jiàn)的手段。但零件在淬火過(guò)程中，其變形是很難精確控制的，而且這種變形是不可避免的。我們所能做的就是給這種變形一種外力的約束，盡可能的減小這種變形。其中一種有效的、通常采用的手段就是采用特定的模具來(lái)控制。模具的形式一般有固定式和漲縮式等。而在我們實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在做大型零件時(shí)，一套模具做一種工的話，模具費(fèi)用相當(dāng)高。這就需要一種更為理想的結(jié)構(gòu)模具來(lái)適應(yīng)。于是，在之前普遍采用的模具結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上，我們?nèi)￠L(zhǎng)補(bǔ)短，設(shè)計(jì)出一種適用于特大型零件的淬火模具，在達(dá)到尺寸控制目的基礎(chǔ)上，節(jié)約成本、提高模具利用率。

在軸承行業(yè)，軸承的內(nèi)、外圈的熱處理是一個(gè)很關(guān)鍵的步驟。處理不好，就會(huì)影響軸承的使用壽命，甚至發(fā)生重大的安全事故。其在熱處理環(huán)節(jié)中，一個(gè)主要環(huán)節(jié)就是淬火，提高其表面及心部組織硬度。而在淬火過(guò)程中，零件在高溫狀態(tài)下急速冷卻、收縮變形，導(dǎo)致零件尺寸發(fā)生較大變化，這樣就會(huì)使后期磨削量增加，從而增加磨削加工成本。磨削量的增加，必然要求前期滲碳層厚度增加，從而增加滲碳成本和周期。并且，由于其滲碳層厚度很小，如果磨削量過(guò)大，就會(huì)導(dǎo)致滲碳層的破壞，產(chǎn)生廢品。為了保持零件尺寸不發(fā)生太大變化，一般都要用模具來(lái)保持。由于對(duì)零件尺寸要求不同，控制尺寸的方法也不盡相同，有控制端面、有控制內(nèi)徑、也有控制外徑，但大多都是要求控制內(nèi)徑。

對(duì)于控制內(nèi)徑的模具形式，無(wú)外乎有固定式模具（或者叫拔芯式模具）和漲縮式模具（或者叫分瓣式模具）。固定式模具主要由芯軸、底座和拉拔油缸組成，如圖1，把圓柱內(nèi)孔工件套在芯軸上后噴油淬火，淬火結(jié)束，通過(guò)油缸的拉力（或者其他外力）把芯軸拔出來(lái)，達(dá)到模具與工件的分離。這種模具的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸穩(wěn)定，但一般一種模具只能對(duì)應(yīng)一種內(nèi)徑尺寸的工件，模具量比較大。且由于是直接拔出，模具和工件內(nèi)孔直接摩擦，模具磨損較快，對(duì)脫模力要求比較大，一般適用于孔徑較小的工件淬火。

漲縮式模具主要由分瓣式模具體、錐體、彈簧和壓力（或拉力）源構(gòu)成，如圖2。拉簧抱在分瓣式模具體外圍。錐體在上面時(shí)，模具體在拉簧力量下，處于收縮狀態(tài)，外徑尺寸小，當(dāng)把工件套上模具后，錐體下壓，把模具撐開(kāi)，達(dá)到所要求的尺寸后淬火。淬火結(jié)束后，錐體在彈簧的收縮作用力（或者其他方式的外力）下上移，模具收縮，工件與模具脫離。這種模具由于模具是在一定范圍內(nèi)可收縮和漲開(kāi)的，所以，可通過(guò)調(diào)整錐體下移量的多少，達(dá)到適應(yīng)不同尺寸內(nèi)徑控制的要求。所以，這種模具一套模具能適用于一定尺寸范圍內(nèi)的工件的淬火，可減小模具數(shù)量，節(jié)約成本。并且脫模容易，不會(huì)產(chǎn)生粘?，F(xiàn)象。目前被廣泛應(yīng)用于軸承、齒輪等零件的淬火。

但是，對(duì)于特大型工件來(lái)說(shuō)，比如1米左右直徑的工件，如果按照傳統(tǒng)模具來(lái)做，由于模具非常大、用料多、加工難，所需要的成本就非常高。并且如果是小批量多品種的生產(chǎn)，模具的存放就需要很大的空間。這就需要一種更能節(jié)約成本、較少的模具數(shù)量適應(yīng)較多品種的工件的模具，來(lái)達(dá)到用最少的成本實(shí)現(xiàn)最大化的適用工件范圍的目的。本文提到的這種拼裝式組合模具，即可實(shí)現(xiàn)這一目的。

這種模具我們稱之為拼裝式組合模具，它是在漲縮式模具的基礎(chǔ)上，通過(guò)在模具基體外環(huán)部分加裝模瓣，配合調(diào)整墊來(lái)適應(yīng)較大范圍尺寸工件的淬火要求。模具的土體結(jié)構(gòu)如圖3。

模具的結(jié)構(gòu)。本套模具機(jī)構(gòu)由錐體，模具基體，上、下模瓣，連接螺釘，彈簧、調(diào)整墊和拉（或壓）力源組成。模具基體是由一個(gè)整體的圓柱毛坯經(jīng)過(guò)加工后切割成若干瓣，每一瓣上都預(yù)留有螺釘孔，用于安裝拼裝模瓣。切割后的分瓣模具基體要嚴(yán)格按照沒(méi)有切割之前的順序安裝，否則對(duì)工件圓柱度有影響。在模具基體沒(méi)有切割之前，錐體必須與模具基體的內(nèi)錐孔配磨，這樣才能保證錐體與模具基體錐面之間接觸良好。上、下模瓣也是由一個(gè)帶內(nèi)孔圓柱體加工后切瓣而成，切割完成后，通過(guò)螺釘及定位件按照順序固定在基體上。最后，將拼裝好的多瓣模具用彈簧捆綁固定在一起。由于上、下模瓣是可拆卸更換的，所以，當(dāng)我們可以在基體的基礎(chǔ)上，通過(guò)更換不同外徑的模瓣，并通過(guò)調(diào)整掉正墊的厚度，來(lái)達(dá)到適應(yīng)不同尺寸工件的要求。

模具的調(diào)整。由于彈簧式可收縮拉長(zhǎng)的，當(dāng)錐體往下移時(shí)，模具就撐開(kāi)，反之模具就收縮。我們可以在一定范圍內(nèi)通過(guò)更換不同高度的調(diào)整墊，來(lái)達(dá)到我們想要達(dá)到的模具外徑尺寸，這一點(diǎn)是和普通分瓣模具的調(diào)整是一樣的。而當(dāng)我們所要求的尺寸過(guò)大，超出通過(guò)更換調(diào)整墊所能達(dá)到的尺寸范圍時(shí)，如果按照普通分瓣模具，我們就只能更換整套模具，以適應(yīng)所要求的尺寸。而本套模具由于上、下模瓣是可拆卸的，所以我們只需要更換外徑更大一點(diǎn)的模瓣，就又能調(diào)整出一個(gè)尺寸范圍，來(lái)適應(yīng)更大的一個(gè)尺寸段工件的淬火要求。

另外，這種結(jié)構(gòu)的模具還有一個(gè)特點(diǎn)是，能調(diào)整淬火工件內(nèi)孔的錐度。我們知道，對(duì)于如圖所示的工件，由于上、下兩端厚度不同，在冷卻過(guò)程中，其收縮量和收縮速度也是不同的，這樣，出來(lái)的工件內(nèi)孔就容易產(chǎn)生錐度。為了彌補(bǔ)這種錐度，我們可以通過(guò)在上（或者下）模瓣與模具基體之間增加調(diào)整片，來(lái)使模具本身上下產(chǎn)生一個(gè)錐度，比如，如果工件淬火后發(fā)現(xiàn)內(nèi)徑下端尺寸大，上端尺寸小，那么我們就可以把模具調(diào)整成一個(gè)上端稍大、下端稍小的尺寸狀態(tài)。這樣，在淬火過(guò)程中，就能彌補(bǔ)由于工件厚度不同所帶來(lái)的內(nèi)徑錐度問(wèn)題，使內(nèi)徑尺寸達(dá)到一個(gè)更加理想的狀態(tài)。

模具的工作過(guò)程。本模具的工作過(guò)程與普通漲縮式模具的工作過(guò)程一樣，如下：①待料位置時(shí)，油缸和錐體都處于上位，彈簧收縮、模具收縮，此時(shí)模具外徑比工件內(nèi)徑要小的多，使其能夠順利套在模具上。②當(dāng)加熱后的工件套在模具上之后，油缸帶動(dòng)錐體下移，錐體碰到調(diào)整墊后停止，油缸保持施力狀態(tài)。此時(shí)模具漲開(kāi)后的外徑尺寸與工件內(nèi)徑尺寸匹配。之后，開(kāi)始冷卻淬火。在此過(guò)程中，由于模具漲開(kāi)的尺寸固定，油缸提供足夠大的力保持這個(gè)狀態(tài)，工件在受冷收縮過(guò)程中，受到模具限制，其內(nèi)徑尺寸達(dá)到模具尺寸后，就不能夠再收縮，所以其尺寸就能保證一個(gè)比較好的范圍。③淬火結(jié)束后，油缸推動(dòng)錐體上移，模具在彈簧收縮力作用下收縮，與工件分離，回到待料狀態(tài)，再由人工或者其他設(shè)備將工件取走。一個(gè)工件淬火完成，轉(zhuǎn)入熱處理的下一個(gè)環(huán)節(jié)。

基于上面闡述，可以看出，這種拼裝式的組合模具除具有普通漲縮模具可調(diào)大小、容易脫模的優(yōu)點(diǎn)外，還具有以下幾種優(yōu)點(diǎn)：①可調(diào)尺寸范圍更大；②可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)上、下模瓣來(lái)調(diào)整淬火后零件內(nèi)孔錐度；③模具數(shù)量減少、投入成本低、占用空間小。

所以，對(duì)于大型套圈類軸承零件來(lái)說(shuō)，這種拼裝式的組合模具相對(duì)于其他結(jié)構(gòu)的模具，是一種更加理想的模具結(jié)構(gòu)形式。

參考文獻(xiàn)：

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