气动肘杆式淬火压床与模具.pdf

墨 Q 兰 Z CN 411 1 4 8 ／ TH 轴承2 0 1 0 年2 期 B e a ti n g 2 01 0， N o ． 2 1 51 6． 2 8 ． ． _ 工艺与装备 气动肘杆式淬火压床与模具 张光荣 宁夏机械研究院， 银川7 5 0 0 0 1 摘要 分析了气动肘杆滑块式淬火压床的特点与优势， 探讨了适用于渗碳钢和高碳钢轴承套圈淬火的模具结构 及其工作原理。 关键词 滚动轴承； 套圈； 淬火压床 ； 模具 中图分类号 T H1 3 3 ． 3 3 ； T G 1 5 5 ． 3 2 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 03 7 6 2 2 0 1 0 0 2 0 0 1 5 0 2 P n e u ma t i c T o g g l e T y p e Qu e n c h i n g P r e s s a n d Di e s ZHANG Gua n gr o n g N i n g x i a Ma c h i n e r y R e s e a r c h I n s t i t u t e ， Y i n c h u a n 7 5 0 0 0 1 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e c h a r a c t e r i s t i c s a n d s u p e ri o rit y o f p n e u ma t i c t o g g l e s l i d i n g b l o c k t y p e q u e n c h i n g p r e s s a r c a n a l y z e d，a n d t h e s t r u c t u r e a n d o p e r a t i o n p ri n c i p l e o f d i e s a r e d i s c u s s e d f o r q u e n c h i n g b e a r i n g r i n g 8 ma d e o f e a r b u ri z i n g s t e e l an d h i g h c a r b o n s t e e 1 ． Ke y wo r d swi l i n g b e a ri n g；ri n g ；q u e n c h i n g p r e s s ；d i e 四工位肘杆式淬火压床是借鉴 国外类似机型 的工作方式 ， 按照不 同产 品的淬火要求而设计 的 一 种新型产品， 其可安装不 同类型 的模具 ， 对各种 形状的渗碳 钢、 高碳钢轴承套 圈进行淬火。该压 床设计为四工位独立工作 ， 单工位程序 自动控制 ， 是一种应用范围较广的淬火设备。 1 压床 1 ． 1 结构及 其 工作原理 压床的结构如图 1 所示。压床采用了框架立 柱机身结构 ， 3个立柱和贯穿于其中的拉杆是主要 的承载部件 ； 中间铰链摆动式气缸通过肘杆直接 带动滑块上、 下移动 ， 在与活塞杆铰接 的肘节处采 用关节轴承， 保证肘杆工作 的平顺性 ； 滑块的两侧 设有可调 V形滑动导轨 ， 考虑到机身高和肘 杆机 构磨损 的不均匀性 ， 全部 的运动偶件和关 节点均 配置了润滑口， 由油泵定时供油集中润滑； 在每个 滑块上配备有通用的模具接杆 ， 适合于各种不同 收稿E t 期 2 0 0 9 0 4 0 9； 修回日期 2 0 0 9 0 8 0 5 作者简介 张光荣， 宁夏机械研究院院长， 正高职高级工程 师。Em a i l g c h z g r 2 6 3 ． n e t 。 9 1 一 回油管 ； 2 进油管 ； 3 一工作台 ； 4 一淬透钢淬火 模具 ； 5 一渗碳 钢淬火模具； 6 一模具接杆 ； 7 一滑块； 8 一气缸； 9 一肘杆机构 图1 气动肘杆式淬火压床 模具的安装 和调整 ； 冷却油 的进 口从 工作台下方 引入 ， 在人口处配有分配阀， 可 以调整 工件 内、 外 面的供油量， 实现被淬工件外径喷油、 内径流动油 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 轴承 2 0 1 0 ． №． 2 液冷却， 内、 外径冷却流量可调， 淬火完成后喷油 圈内的残余油液快排， 淬火油经过导流槽流回油 池 ； 设有接油盘以免飞溅油液污染地面 ； 更换被淬 工件时， 不同的淬火模具和冷却罩可 以方便地安 装在工作 台面上 ， 以满足工件淬火时的工艺要求； 还设置有防击打工 件功能， 在发生误操作击打工 件时滑块自动返回， 保护机床和模具不被损坏。 压床采用气动肘杆滑块式传动机构， 气缸为 原动件， 滑块为从动件， 淬火模具通过接杆与滑块 连接。在此机构 中， 力 的放大率和速度 因连杆位 置变化而改变很大 ， 在模具闭合行程的最初阶段 ， 力的放大率小而速度快 ， 接近闭模行程终了时， 力 的放大率大而速度慢， 符合压床的工作要求。在 肘杆将近完全伸直之前 ， 产生最大合模力 ， 在此位 置闭合模具的反力接近无穷大， 安装在滑块上的 上模具便可用无穷大的力抵抗被淬工件的淬火变 形反力 ， 也就是说 ， 尽管气缸的作用力可逆 ， 但工 件的变形抗力不会通过模具反推气缸， 造 成淬火 尺寸改变。 1 ． 2 主要技术参数 压床选用无润滑气动元件， 在公称压力下 ， 每 个滑块最大压力可达 3 0 t ， 总压力可达 1 2 0 t ； 一次 可对 1 4件零件进行淬火 ； 淬火时间范围为 0 9 9 m i n连续可调 ； 油循环冷却时问手动控制， 每工 位 可 单 独 设 定；可 对 G C r l 5 系 列 高 碳 钢、 G 2 0 C r N i 2 M o A系列渗碳钢制单锥、 双锥结构的轴 承内、 外圈进 行淬火处理； 被淬工件尺寸直径为 1 5 0 3 2 0 m m， 高度为 1 5～1 8 5 h i m。设备 的主 要技术参数见表 1 。 表 I 压床主参数 参数 数值 立柱间距／ m ln 4 8 0 滑块行程／ m m 4 4 0 工作面离地高度／ ra m 1 3 o o 模具安装空间／ mm q 4 8 0 夕 形尺寸 LWH ／ m m 2 3 0 01 2 o 0 x3 8 5 0 冷却油流量 内、 外 圈 ／ L ra i n I 1 最大 1 3 0 0 工作气压／ M P a 0 ． 4～ O ． 6 动力部分 气缸直径／ 行程／ mm 2 5 O ／ 4 8 0 2 模具 高碳轴承钢和渗碳轴承钢在淬火时的变形倾 向相反， 前者淬火变形倾向于胀大， 后者则为收 缩 ， 因此使用模具结构不同， 冷却方式也有很大差 异。无论材料和模具结构是否相同， 模压淬火均 为通过机床的运动 ， 用不同结构的模具 ， 对工件的 外圈和端面同时施加作用力， 既要阻止淬火变形 又不能因机械力过大压坏热工件， 与此同时， 在被 淬工件的内、 外全方位快速急冷， 完成对工件的淬 火处理。 2 ． 1 渗碳钢淬火模具 渗碳钢淬火模具结构如图2所示， 其工作原 理为 工件达到淬火温度后出炉， 由人工放在下模 上， 启动控制阀， 在气缸的作用下通过连接杆带动 滑块与上模具下降 ， 压紧下模具平面时为模具的 调定尺寸， 上模具平面压住轴承套圈端面， 冷却油 通过阀门、 管道开始向罩内工件喷油， 同时也流向 模具与工件接触的内表面油道， 工件冷却收缩， 在 模具保持下继续淬火。淬火完成后， 上模具随滑 块上升释放工件 ， 人工将工件从下模上夹出， 完成 一 个工作循环。 1 一连接杆 ； 2 一上模具 ； 3 一 喷袖罩 ； 4 一 F 模具； 5 一模具底座 图2 渗碳钢淬火模具 2 ． 2 淬透钢淬火模具 淬透钢淬火模具的结构如图3 所示， 其工作原 理为 启动按钮， 气缸带动滑块下降、 与连接杆一体 的油罩与上模具下降， 油罩的下锥面推动下模具收 缩， 箍住轴承套圈的外径 ， 同时上模具平面压住轴 承套圈端面， 压紧定型后开始罩 内浸油淬火。淬火 完成后， 油罩、 上模具随主轴上升 ， 下模具释放工件， 人工将工件夹出， 完成一个工作循环。 1 一连接杆； 2 一油罩； 3 一 E 模具； 4 一工件； 5 一下模具； 6 一模具底座 图3 淬透钢淬 火模具 下转第 2 8页 1 2 3 4 5 l 2 3 4 5 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 轴承 2 0 1 0 ． N o ． 2 进给速度参数、 外圈毛坯尺寸、 导向辊推延时间、 最 终产品尺寸和整圆时间。将设备空循环一次， 若没 有问题， 则放人外圈毛坯， 启动设备进行辗扩。芯 辊进给速度选择模拟优化数值0 ． 8 1,13 m ／ 。 图 6 芯 辊 实物 图 选择优化 的工艺参数 ， 成功地使用矩形截面 毛坯辗扩出双沟球轴 承外 圈。外 圈成形状况 良 好 ， 沟道区域充型饱满 ， 尺寸基本符合标准 ， 表面 光洁度高。辗扩成形的一组外圈试验数据见表 5 。 外圈实物图如图7所示。 表 5 试验数据与标准尺寸对比 外圈外径 外 圈内径 轴向宽度 沟槽宽度 编号 试验值 误差 试验值 误差 试验值 误差 试验值 误差 ／ ram ／％ ／ ram ／％ ／mm ／％ ／ ram ／ ％ 1 61 ． 7 O 一0 ． 4 8 5 2 ． 45 一O ． 1 O 2 O ． 2 0 1 ． 0 o 5 ． 5 5 1 ． 4 2 2 61 ． 6 5 一O ． 5 6 5 2 ． 3 5 一O ． 2 8 2 0 ． 0 5 O． 2 5 5 ． 6 0 一O ． 5 3 3 6 2 ． 1 5 0 ． 2 4 5 2 ． 6 0 0 ． 1 9 2 0． 3 5 1 ． 7 5 5 ． 6 5 0 ． 3 6 4 61 ． 6 0 0 ． 6 5 5 2 ． 5 5 O ． 1 O 2 O． 2 5 1 ． 2 5 5 ． 5 0 2 ． 3 图7 外圈实物 图 3 结束语 从理论上推导了双沟球轴承外圈毛坯尺寸设 计公式， 设计了一组不同宽径比的毛坯及芯辊进 给速度， 分别建立相对应的有限元模型进行数值 模拟 ， 综合各方面因素， 优化了工艺参数。采用优 化工艺参数在 D 5 6 G g 0精密冷辗环机上进行试验， 得到了合格 的双沟球轴承外圈产 品， 验证 了方案 的可行性及模拟优化结果的正确性。 参考文献 [ 1 ] 华林， 黄兴高， 朱春东． 环件轧制理论和技术[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 1 ． [ 2 ] 李华， 王斌 ， 曹铁珍． 环件宽径比对环件冷辗扩 工艺的影响规律研究[ J ] ． 机械设计与制造， 2 0 0 8 8 1 4 41 4 6 ． [ 3 ] 李兰云， 杨合， 郭良刚， 等． 芯辊进给速度对环件冷 轧工艺的影响规律[ J ] ． 机械科学与技术， 2 0 0 5 7 8 0 881 1 ． [ 4 ] 李华， 张洛平． 芯辊进给速度对环件冷辗扩工艺的 影响规律研究 [ J ] ． 煤矿机械， 2 0 0 7 ， 2 8 5 1 0 1 1 0 3 ． [ 5 ] 张利斌， 张洛平， 彭晓南． 双沟道球轴承外圈冷辗扩 变形规律有限元分析[ J ] ． 轴承， 2 0 0 8 1 0 91 2 ． [ 6 ] 张利斌， 张洛平， 彭晓南． 双沟球截面环件冷辗扩过程 三维动态数值模拟[ J ] ． 煤矿机械， 2 0 0 8 1 1 4 4 4 6 ． [ 7 ] Y A N G H e ， G U O L i a n gg a n g ， Z H A N Me i ， e t a1 ． R e s e a r c h o n t h e l nfl u e n c e o f Ma t e r i a l P r o p e r t i e s o n C o l d R i n g R o l l i n g P r o c e s s e s b y 3 D - F EM Nu me r i c al S i mu l a -- t i o n [ J ] ． J o u rnal o f Ma t e r i a l s P r o c e s s i n g T e c h n o l o g y ， 2 0 0 6， 1 7 7 6 3 4～6 3 8 ． 编辑 赵金库 上接第 l 6页 由于工件为淬透钢， 对始淬温度要求较严格 ， 工件尺寸小热容量小， 因此必须要在最短的时间 合模、 进入冷却液才能保证淬火硬度。这就要求 机床的运动速度要快， 工件放人模具后立即定位、 保持、 喷油淬火。另外， 由于小批量轮番生产， 压 床也要求模具具有更换快速， 调整方便等特点。 根据渗碳钢、 淬透钢淬火模具的形式与结构， 上模具及油罩具有一定的通用性， 下模具须按不 同的尺寸， 配备相应的模块， 因此， 模块的用量较 大， 但由于模具结构与其他压床有一定的互换和 通用性 ， 且调整容易 ， 尺寸较小 ， 模具 的成本相对 较低。另外 ， 受机床与模具结构的限制， 进 出件的 自动化较难实现， 但由于工件较小， 人工进 出件较 方便 、 快捷。 3 结束 语 气动肘杆式淬火压床结构紧凑， 自动化程度 高， 淬火工件质量稳定， 可靠性强， 很适合直径和高 度不大的环类零件的淬火， 能有效阻止薄壁环类零 件的淬火变形， 保证淬火后工件的尺寸稳定性。 编辑 李超强 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m