轴承钢晶粒细化设备的设计与安装

咸长城，牟林新，朱绍金

（1. 哈尔滨轴承集团公司 热处理分厂 黑龙江 哈尔滨 150036 ；2. 哈尔滨轴承集团公司 南直轴承分厂，黑龙江 哈尔滨150036）

1 前言

为使轴承钢套圈锻压成型后晶粒细化、碳化物分布均匀；抑制网状碳化物的形成，降低其对后续切削加工性的影响；消除残余应力、减少变形与裂纹倾向；实现细化晶粒、提高机械性能及工艺性能、使成品产品质量稳定可靠，设计了一套能够满足锻压成型后加工工艺要求及加工过程自动化的设备（见图1），同时，此设备降低了人为因素对产品质量的影响并起到改善工作环境的效果。

图1 晶粒细化设备实物图

2 动作过程描述及机械装置方案

2.1 动作过程描述

以某轴承内套为例，说明该晶粒细化装置的动作过程，其锻件产品尺寸见图2 所示。

（1）打开压缩空气开关；启动水箱的冷却机构；

（2）将细化工件放置在提升机工件平台上；按设备自动启动按钮，总计时器开始计时；

（3）提升机开始下降，到达升降台下位置，串动下位，需1.0～2.0s；

（4）第一次水浸计时器开始计时，计时时间到提升机上升到升降台上位置，从第一次水浸到升降台上位置需3.5～4.5s，开始第一次工件泛红，第一次泛红计时器计时；

图2 某轴承内套锻件产品尺寸图

（5）泛红计时到时，重复（3）（4）动作，至少串动2次，串动总时间9～11s；

（6）计时完成后，拨料机构将工件推出至下料滑道，然后拨料机构返回原始位置，此时电气控制系统会完成自动复位；再进行下批工件细化。

若加工其他尺寸和形状的产品，根据工件尺寸调整工艺，选择是否二次水浸，需要就在第一次水浸计时器计时时间到时再次下降至升降台下位置，二次水浸开始，二次水浸计时器计时；时间到时提升机上升至升降台上位置，工件开始二次泛红，二次泛红计时器开始计时；若工艺要求需要三次水浸，反复（3）（4）的动作，三次水浸计时器开始计时。

2.2 机械装置设计方案

该装置主要由以下几部分组成：升降台机构、工件平台、拨料机构、冷却机构，如图3 所示。机械部件的设计如下。

2.2.1 升降台机构

升降台应满足如下要求：

（1）工件平台运行平稳，

（2）结构安装方便维护，

（3）操作者操作简便。

所以设备的机械装置选用由气压系统来完成，选配适宜的气动元件。

根据套圈进入水浸池中的深度要求，确定升降台升降行程所需的气缸为气缸型号为STNC（索诺天工）TGC-63×250-S-LB。该气缸采用含油轴承，使活塞杆无需加油润滑；除带固定缓冲外，气缸终端还带可调缓冲，使气缸带动工件平台换向时平稳无冲击；气缸活塞上装有一个永久磁铁，它可触发安装在气缸上的磁性开关感测气缸的运动位置。

气动管路控制装置由气动三联件TC5000-06U及消声器，三联件由过滤器、调压器及油雾器组成，能任意分解、组合、装卸容易、维护操作使用方便，从而满足气动系统的要求。

采用“三位五通”中封式双电控气动电磁阀TG3532A-10C-AC220V，能够使实现升降台自动运行任意位置停止，继而使工件到达设定的水浸和泛红工位，满足晶粒细化的工艺温度和时间。

选择型材槽钢作为升降台上下运行的导轨，可以方便制造安装；同时，标准型材也易于以后的维修更换。根据槽钢内尺寸设计的导轨滚动轮、轮轴的结构及导轨调整座。选用深沟球轴承有：结构简易、使用维护方便、主要用来承受径向负荷、也可承受一定的轴向负荷，极限转速高、双列球轴承，更适用于重载工况，如图3 所示。

图3 晶粒细化设备主视图

2.2.2 工件平台的结构

（1）工件与平台接触面减少，使工件水浸冷却均匀。

（2）工件底部与工件平台为线接触，减少摩擦阻力（见图1）。

2.2.3 拨料机构

工件加工完后，仍有比较高的温度，需合理的机械拨料机构推出工件。

拨料机构的推料头位置可以根据加工件的尺寸大小调整，使工件推出时不被碰伤。推料架、推料头、运行导轨（见图1）。将细化后的工件计时平稳推出工位，选用STNCTGC-40×400-SLB型气缸。

2.2.4 冷却机构

原轴承钢套圈锻压的冷却方式为：冷却水经压缩空气雾化后直接喷射到锻件表面，在此过程中，空压机不断持续开放式喷射，水、气耗量大。同时，喷射的水珠落到1000℃以上工件表面，会瞬间产生大量蒸气，噪音又大，且使厂房内工作环境潮湿，冬季的影响尤为严重。

首先，池冷却易于控制水温，可实现冷却均匀，解决瞬间水蒸气雾化、空气潮湿及能耗大的问题。工件浸入水箱后，工件底部配有水管冷却的喷浴装置，能有效的保证降温速率。冷却箱内设有两套加工工位，可提高小时产量。

该装置适用于加工外径Φ120mm～Φ350mm，幅高小于150mm的产品。

3 结束语

采用该装置可以运动平稳且定位准确、操作简便、能耗低并能改善工作环境、降低人为因素对产品质量的影响。投入生产使用后，改善和调整轴承钢套圈的机械性能、工艺性能，为后续的车削加工及随后的热处理做好组织准备，实现了成品产品质量稳定可靠。