ZCY-2G全自動(dòng)全封閉鐵路軸承內(nèi)外圈淬火壓床的設(shè)計(jì)與開發(fā)

柳燕

摘 要：鐵路軸承是每一輛鐵路客運(yùn)機(jī)車和貨運(yùn)機(jī)車不可缺少的零部件，客車質(zhì)量是關(guān)系到每一位客人是否安全到達(dá)目的地的重要因素，我們的鐵路軸承內(nèi)外圈淬火壓床就是用來控制鐵路客車和貨車軸承熱處理淬火過程中的硬度和變形量，從而保證鐵路軸承的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：淬火壓床;鐵路軸承;變形量

一、概述

該淬火壓床是鐵路高鐵軸承內(nèi)、外圈零件淬火的專用設(shè)備。在壓床內(nèi)被淬火零件的冷卻過程中，采用適合的淬火模具能有效地阻止零件收縮，減小變形，保證工件的熱處理質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定。該壓床配備有抓取工件的機(jī)械手，完成自上料—淬火—出料的全自動(dòng)全封閉循環(huán)過程。設(shè)備具有自動(dòng)化程度高、運(yùn)動(dòng)定位精度準(zhǔn)確、工作可靠性好、淬火工件質(zhì)量穩(wěn)定、占地面積小等顯著特點(diǎn)。采用該設(shè)備可大大提高淬火工作效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，降低廢品率，促進(jìn)工廠熱處理工藝水平上臺(tái)階。

二、淬火壓床的技術(shù)性能及設(shè)備結(jié)構(gòu)

（一）整機(jī)性能

（1）全自動(dòng)無人操作、無人干預(yù)。

（2）整機(jī)為封閉式成套集成結(jié)構(gòu)，整個(gè)淬火過程在全封閉的環(huán)境中進(jìn)行，沒有明火，沒有油煙，工作環(huán)境干凈、整潔，符合環(huán)保要求。

（3）整機(jī)為兩個(gè)接口，進(jìn)口為紅熱工件，出口為淬火后工件。

（4）內(nèi)外套淬火部分采用獨(dú)立的排油煙口。

（5）提高液壓系統(tǒng)工作壓力，保證工件可靠脫模。

（6）注重內(nèi)外套模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，節(jié)約模具更換時(shí)間。

（7）對淬火工件進(jìn)行分班計(jì)數(shù)和累加計(jì)數(shù)處理。

（8）各主要運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用伺服驅(qū)動(dòng)、伺服控制，各部分動(dòng)作精確、安全、可靠、自動(dòng)化程度高。

（9）具有外套工件脫模檢測功能。

（10）具有內(nèi)套工件異位矯正及探測功能。

（11）和加熱爐進(jìn)行多點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)通訊，具有物料跟蹤和故障自診斷及聲光報(bào)警功能。

（12）采用人機(jī)工程學(xué)理念進(jìn)行整機(jī)設(shè)計(jì)，力求做到美觀大方、簡便實(shí)用。

（13）出廠前做連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)，保證各運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)精度和高可靠性。

（二）設(shè)備結(jié)構(gòu)

（1）壓床主體正立在爐體的一邊，工作臺(tái)移動(dòng)中心線與爐門中心線垂直。移出式工作臺(tái)位于進(jìn)料輥棒線的一側(cè)，便于機(jī)械手上下料。

（2）機(jī)床的控制箱配置在主機(jī)的外側(cè)，便于機(jī)床調(diào)整和調(diào)試操作。就地控制按鈕站安裝在便于操作的地方，機(jī)床在正常工作時(shí)用就地按鈕站操作。

（3）集煙罩位于設(shè)備的上方，和主機(jī)采用可拆卸式連接，便于整機(jī)的安裝和維修。

（4）在機(jī)床的主機(jī)身下部適當(dāng)?shù)牡胤皆O(shè)計(jì)有人工孔，便于維修和排除故障等。

（5）外套淬火機(jī)組的工作臺(tái)上部和動(dòng)橫梁下部安裝有二套帶有液壓脫模裝置的固定式淬火模具，在淬火過程中對工件施加保持力，以克服工件的應(yīng)力變形。

（6）外套淬火采用封閉式活動(dòng)油罩、淬火油自下而上流過工件內(nèi)外表面直至浸沒工件的循環(huán)冷卻形式。

（7）內(nèi)圈淬火機(jī)組采用活動(dòng)油罩，內(nèi)撐脹縮式模具、工件內(nèi)外表面噴淋加流動(dòng)油液浸沒冷卻，自動(dòng)進(jìn)出工件結(jié)構(gòu)的工作方式。

（8）外套模具的更換：上模具的安裝和更換采用快換接頭，氣動(dòng)控制，只要按下夾緊或松開按鈕就可以實(shí)現(xiàn)模具的安裝和更換;下模具由于操作方便，采用人工安裝和更換。該部分在以前的基礎(chǔ)上進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，省時(shí)、省力，方便可靠。

（9）內(nèi)套淬火方式和模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，其主要特點(diǎn)是在工作臺(tái)的上方進(jìn)行模具的安裝和更換（模具可上下移動(dòng)），省時(shí)、省力，方便可靠。

（10）機(jī)床上下料機(jī)械手的移動(dòng)導(dǎo)軌中心線和機(jī)床的中心線平行，導(dǎo)軌的兩端分別固定在外套淬火系統(tǒng)的上橫梁和主機(jī)架上，從而使機(jī)械手完成從內(nèi)套箱上抓取紅熱外圈套入淬火模具的上方，再從模具上取出已淬火的工件放回內(nèi)套箱上的出料過程。

（11）淬火后的工件由拉料裝置、出料輥棒線送至機(jī)床的出口，經(jīng)出料輥棒線和轉(zhuǎn)料機(jī)械手將工件送至清洗機(jī)入口。

（12）液壓系統(tǒng)采用一體式結(jié)構(gòu)，即液壓油泵機(jī)組與閥板為一體。液壓油冷卻采用風(fēng)冷卻器，保證工作時(shí)液壓油溫度保持在正常范圍內(nèi)。液壓系統(tǒng)采用水冷，用獨(dú)立的油泵對液壓油進(jìn)行冷卻循環(huán)，并加大換熱面積，冷卻泵可根據(jù)設(shè)定溫度自動(dòng)啟停。

（13）外套淬火和內(nèi)套淬火采用獨(dú)立的液壓系統(tǒng)，避免淬火時(shí)模具保持力的相互干擾。液壓元件選用名牌產(chǎn)品，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

（14）油缸的內(nèi)密封圈采用耐熱密封材料制作（耐熱溫度>100℃），確保液壓系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性、耐高溫性和可靠性。

（15）進(jìn)出料機(jī)械手的平移采用滾珠絲杠加直線導(dǎo)軌傳動(dòng)和導(dǎo)向，伺服驅(qū)動(dòng)、伺服控制，夾緊和提升部分采用氣壓驅(qū)動(dòng)。

（16）進(jìn)出料機(jī)械手夾緊及提升部分采用封閉結(jié)構(gòu)，避免壓縮空氣管路及電纜電線在淬火過程中損壞。

（17）拉料裝置的平移采用滾珠絲杠加直線導(dǎo)軌傳動(dòng)和導(dǎo)向，伺服驅(qū)動(dòng)、伺服控制，提升部分采用氣壓驅(qū)動(dòng)。

（18）冷卻系統(tǒng)由地下油池、熱油泵、離心泵、風(fēng)冷式冷卻器及冷卻配流閥等組成。地下油池的冷卻油由離心油泵注入風(fēng)冷卻器冷卻后再返回，實(shí)現(xiàn)自循環(huán)冷卻。工作時(shí)熱油泵將冷卻油泵入管道，再經(jīng)管道和配流氣動(dòng)閥按設(shè)計(jì)好的程序向冷卻系統(tǒng)供油冷卻工件，完成淬火工作過程。循環(huán)溢出的冷卻油經(jīng)回流通道流回地下油池。

（19）電控系統(tǒng)由程控柜、加熱柜、機(jī)床控制箱和就地控制按鈕站組成。程控柜除裝有PLC主機(jī)及擴(kuò)展、一次執(zhí)行器件外，柜門上還設(shè)有控制按鈕及觸摸屏等。機(jī)床控制箱上設(shè)計(jì)有操作、控制按鈕，可進(jìn)行調(diào)整、調(diào)試、單動(dòng)、自動(dòng)等各項(xiàng)操作和控制。就地按鈕站設(shè)有待料就緒指示、急停等操作按鈕和一個(gè)指示燈。除此之外，在控制點(diǎn)設(shè)有單程點(diǎn)動(dòng)“循環(huán)”和“急?！卑粹o，便于機(jī)床操作和調(diào)整。設(shè)備配有聲光報(bào)警系統(tǒng)，便于安全生產(chǎn)和故障排查。

（20）作為專用淬火機(jī)床，該設(shè)備可完成從上料到淬火完成后工件出料的全自動(dòng)過程，保證淬火工件達(dá)到所期望的工藝要求和尺寸精度。淬火壓床的電信號(hào)傳輸、機(jī)械連接等與淬火生產(chǎn)線完全配套，使生產(chǎn)線形成閉合的整體，全自動(dòng)聯(lián)鎖控制。

（21）設(shè)備工作過程中產(chǎn)生的油煙經(jīng)收集處理后排放到大氣，符合環(huán)保要求。

（三）控制方式

（1）淬火介質(zhì)溫度采用電加熱，風(fēng)冷卻，用高精度溫度傳感器和溫度控制器進(jìn)行溫度的調(diào)節(jié)和控制，控制精度為±5%。

（2）內(nèi)外套淬火機(jī)組淬火介質(zhì)的流量可分別顯示。每一種外套工件配備相應(yīng)的流量通道，可根據(jù)不同型號(hào)的工件自動(dòng)切換。每臺(tái)油泵流量控制由流量監(jiān)測開關(guān)和數(shù)顯流量計(jì)組成。

（3）每一種內(nèi)套工件的流量由手動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。

（4）內(nèi)外套工件的淬火保持力可手動(dòng)調(diào)節(jié)，并在觸摸屏和計(jì)算機(jī)上顯示和報(bào)警。

（5）本淬火壓床與軸承熱處理生產(chǎn)線上的加熱爐及清洗機(jī)等進(jìn)行無縫對接，組成一條整體的淬火生產(chǎn)線，使整個(gè)淬火過程實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)程序控制。

（6）壓床和加熱爐進(jìn)行多點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)通訊，雙重安全連鎖控制，具有故障自診斷及聲光報(bào)警功能。

（7）各點(diǎn)的工作狀態(tài)可顯示、監(jiān)測。

（8）壓床的各項(xiàng)參數(shù)及數(shù)據(jù)可以記錄、儲(chǔ)存、傳輸?shù)皆猩衔粰C(jī)。

（9）具有低氣壓、低流量、低壓力報(bào)警功能。

（10）淬火油冷卻泵根據(jù)工藝要求電機(jī)采用變頻器控制。

（四）設(shè)備的主要用途

本設(shè)備是鐵路高鐵軸承淬火生產(chǎn)線的配套設(shè)備，配備相應(yīng)的模具后，完全適用于重載和普通型鐵路機(jī)車軸承內(nèi)、外圈淬火。

（五）工作原理

加熱到工藝要求溫度的工件（每次2件外套、4件內(nèi)套），由上料機(jī)構(gòu)推至壓床的進(jìn)料輥棒線上，并由壓床的進(jìn)/出料機(jī)械手拉到內(nèi)套淬火箱的正上方，此時(shí)，活動(dòng)工作臺(tái)上升將內(nèi)套工件套入內(nèi)套模具，活動(dòng)油罩下降到位對內(nèi)套工件進(jìn)行壓模淬火。外套工件由機(jī)械手抓取并放到外套淬火機(jī)組的移出工作臺(tái)上，工作臺(tái)回位，油罩下降，開始對外套工件進(jìn)行壓模淬火。淬火完成后，內(nèi)套模具下降到位，內(nèi)套工件位于工作臺(tái)板上方，外套工件由機(jī)械手抓取套放在內(nèi)套工件外，進(jìn)/出料機(jī)械手將套放好的內(nèi)外套工件推至出料輥棒線上，經(jīng)出料輥棒線和轉(zhuǎn)料機(jī)械手送至清洗機(jī)入口，完成一個(gè)循環(huán)的全自動(dòng)淬火過程，之后，等待下一組工件的到來。

（六）壓床工作圖示

三、結(jié)語

該淬火壓床適用于外套最大直徑Φ310mm，高度200mm的鐵路高鐵軸承的冷卻淬火，是全國最大、也是全國唯一能夠?qū)崿F(xiàn)高鐵軸承淬火的專用設(shè)備，給高鐵軸承生產(chǎn)企業(yè)提供了質(zhì)量保障，贏得了經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)取得了不同凡響的社會(huì)效益，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

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