CN107385170B - 一种轮体淬火装置及淬火方法 - Google Patents

Abstract

一种轮体淬火装置及淬火方法，属于轮体加工领域，包括机床和电机；其特征在于：还包括定轴、动轴、轴承、轴承座、喷水圈和齿轮；轴承包括滑动轴承和单向平底推力球轴承；动轴的内壁与定轴的外壁间设置滑动轴承；轴承座固定于机床上；齿轮套接于动轴的外壁上，并与电机相连接；单向平底推力球轴承套设于定轴外壁上；动轴的前端设置有淬火托盘；定轴的前端套设有内喷水圈；所述外喷水圈设置于机床上。实现了轮体外径、内径同时淬火，对合金钢特别是碳钢芯部和内径面硬度的提高及硬度的均匀性的改善，得到了良好的效果，通过轮体旋转，外、内喷水圈保持静止喷水，实现轮体外径面、内径面与喷水圈之间的相对运动，保证淬火的均匀性。

Description

一种轮体淬火装置及淬火方法

技术领域

本发明属于轮体加工领域，尤其涉及一种轮体淬火装置及淬火方法。

背景技术

目前，工程机械底盘件轮体淬火，分表面中频淬火和整体加热表面淬火两种，本发明仅针对轮体整体加热表面淬火进行阐述。现在国内中、大型吨位支重轮采用合金钢整体加热外表面淬火的方法，获得设计要求的表面硬度及淬硬层深度，对轮体芯部及内径面表面的硬度，通过延长喷水时间来满足，这样一方面增加了轮体淬硬层深度，造成质量过剩，增加了轮体开裂的危险系数；另一方面降低了生产效率。同时由于轮体厚度的不均匀性，造成内径面硬度的不均匀。当轮体采用碳钢（45#）时，由于材料淬透性因素的影响，延长喷水时间无法提高轮体芯部和内径面硬度，使轮体整体机械性能下降。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供一种轮体整体在通过式炉中加热后，轮体外径、内径经过喷淋淬火的淬火装置及淬火方法。

本发明所述的轮体淬火装置，包括机床和电机；还包括定轴、动轴、轴承、轴承座、喷水圈和齿轮；所述轴承包括滑动轴承和单向平底推力球轴承；所述定轴为一中空管体；所述动轴为一中空管体，动轴套设于定轴上；所述动轴的内壁与定轴的外壁之间设置有滑动轴承；所述动轴套接于轴承座内，动轴外壁与轴承座之间设置有滑动轴承；所述轴承座固定于机床上；所述齿轮套接于动轴的外壁上，并与电机相电连接；所述单向平底推力球轴承套设于定轴外壁上；所述动轴的前端设置有淬火托盘；所述喷水圈包括内喷水圈和外喷水圈；所述定轴的前端套设有内喷水圈；所述外喷水圈设置于机床上。

本发明所述的轮体淬火装置，所述滑动轴承包括内滑动轴承和外滑动轴承；所述内滑动轴承设置于动轴与定轴之间；所述外滑动轴承设置于轴承座与动轴之间；所述内滑动轴承包括前置内滑动轴承和后置内滑动轴承；所述外滑动轴承包括前置外滑动轴承和后置外滑动轴承；所述轴承座包括前置轴承座和后置轴承座；所述前置内滑动轴承设置于动轴前端，后置内滑动轴承设置于动滑动轴承的尾端，同时位于前述单向平底推力球轴承与动轴之间；所述前置外滑动轴承设置于前置轴承座与动轴之间，所述后置外滑动轴承设置于后置轴承座与动轴之间；所述齿轮位于前置轴承座与后置轴承座之间；所述动轴尾端的外壁上套设有锁母，锁母用于防止动轴的右移。

本发明所述的轮体淬火装置，所述定轴的尾端外壁上套设有定位板；所述定位板通过限位套与后置轴承座固定连接。通过定位板防止定轴左移及旋转，同时用于固定单向平底推力球轴承。

本发明所述的轮体淬火装置，所述动轴的前端设置一圆盘，动轴的纵截面呈“T”型；前述淬火托盘包括前托盘和后托盘；所述前托盘固定设置于圆盘的盘面上；所述后托盘中间设置有开孔。后托盘与夹紧气缸相连，通过气缸推动后托盘加紧工件。

本发明所述的轮体淬火装置，所述动轴前端与定轴之间设置有封水盖；所述封水盖套设于定轴外壁上；所述前置轴承座的前端设置有骨架油封；所述骨架油封套设于动轴外壁上；所述骨架油封与前置轴承座之间设置有骨架油封支架。

本发明所述的轮体淬火装置，所述内喷水圈上设置有螺旋状的喷水孔；所述喷水孔的孔径为1.5mm，在不改变总喷水面积的前提下，增加喷水孔的密度，使喷水更加均匀。

本发明所述的轮体淬火装置，所述内喷水圈的中间位置设置有流量调整销。通过调整其在内喷水圈中径向插入深度来实现两端流量的调整。

本发明所述的轮体淬火方法，包括如下步骤：

1）设备调整：根据淬火的轮体规格选择相应规格的淬火托盘、内喷水圈和外喷水圈；调整喷水圈的位置，使其正对轮体需要淬火的部位；使外喷水圈、轮体和内喷水圈同轴，使外喷水圈、内喷水圈到轮体的垂直距离在圆周方向均等；根据淬火的轮体调整机械手抓取与放置的位置及行走轨迹；

2）数据初始化：根据工艺要求在PLC控制系统内设定该轮体淬火所需要的参数，包括：轮体内径面淬火压力、外径面淬火压力；轮体内径面淬火流量、外径面淬火流量、内径面喷淋时间、外径面喷淋时间；调整内喷水圈中间的流量调整销，使内喷水圈两端的喷水压力、流量相同；

3）淬火：启动机床，由手动转换为自动，轮体从淬火炉到淬火机床，机械手抓取轮体，并将其放置于内喷水圈、前托盘上，前托盘、轮体、内喷水圈、由立位旋转为卧位，外喷水圈、后托盘自动行走到淬火位置，同时后托盘加紧轮体，动轴通过前置外滑动轴承、后置外滑动轴承及定轴上的前置内滑动轴承、后置内滑动轴承及单向推力球轴承来支撑，其通过电机带动齿轮来实现旋转；外喷水圈喷水，通过红外线测温仪测定内径面温度降到540℃～600℃以后，内径面延时时间结束，内喷水圈喷水，实现轮体外径面、内径面喷淋淬火；外喷水圈、内喷水圈喷淋结束，轮体旋转停止，后托盘、外喷水圈退出；轮体、内喷水圈、前托盘由卧位旋转为立位，机械手抓取轮体，运行至回火炉快滚位置，放下工件，进回火炉回火，淬火工艺结束。

本发明所述的轮体淬火方法，所述淬火过程中使用的水温度为15～35℃。

本发明的有益效果是：实现了轮体外径、内径同时淬火，对合金钢特别是碳钢芯部和内径面硬度的提高及硬度的均匀性的改善，得到了良好的效果，通过轮体旋转，外、内喷水圈保持静止喷水，实现轮体外径面、内径面与喷水圈之间的相对运动，保证淬火的均匀性；通过淬火工艺研究，针对不同材料对外经面、内径面的淬火温度、时间、压力、流量根据需要分别控制，保证轮体的淬火质量。

附图说明

图1为本发明所述轮体淬火装置结构示意图；

图2为本发明所述轮体淬火装置工作示意图；

图3为本发明所述内喷水圈结构示意图；

图4为本发明所述内径面延时时间-温度曲线图；

图5为采用本发明所述淬火装置与未采用淬火装置内孔硬度对比图；

图6为本发明所述轮体结构示意图；

其中1-限位套、2-定位板、3-单向平底推力球轴承、4-焊道、5-后置内滑动轴承、6-锁母、7-后置外滑动轴承、8-齿轮、9-动轴、10-定轴、11-前置外滑动轴承、12-骨架油封、13-前置内滑动轴承、14-封水盖、15-骨架油封支架、16-前置轴承座、17-箱体、18-后置轴承座、19-前托盘、20-轮体、21-内喷水圈、22-外喷水圈、23-后托盘、24-夹紧气缸。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明所述的轮体淬火装置及淬火方法进行详细说明。

实施例一

如图1、图2所示，本发明所述的轮体20淬火装置，包括机床和电机；机床配备有气缸及机械手；还包括定轴10、动轴9、轴承、轴承座、喷水圈和齿轮8；所述轴承包括滑动轴承和单向平底推力球轴承3；所述定轴10为一中空管体；所述动轴9为一中空管体，动轴9套设于定轴10上；所述动轴9的内壁与定轴10的外壁之间设置有滑动轴承；所述动轴9套接于轴承座内，动轴9外壁与轴承座之间设置有滑动轴承；所述轴承座通过箱体17固定于机床上；所述齿轮8套接于动轴9的外壁上，并与电机相电连接；所述单向平底推力球轴承3套设于定轴10外壁上；所述动轴9的前端设置有淬火托盘；所述喷水圈包括内喷水圈21和外喷水圈22；所述定轴10的前端套设有内喷水圈21；所述外喷水圈22设置于机床上。

所述滑动轴承包括内滑动轴承和外滑动轴承；所述内滑动轴承设置于动轴9与定轴10之间；所述外滑动轴承设置于轴承座与动轴9之间；所述内滑动轴承包括前置内滑动轴承13和后置内滑动轴承5；所述外滑动轴承包括前置外滑动轴承11和后置外滑动轴承7；所述轴承座包括前置轴承座16和后置轴承座18；所述前置内滑动轴承13设置于动轴9前端，后置内滑动轴承5设置于动轴9的尾端，同时位于前述单向平底推力球轴承3与动轴9之间；所述前置外滑动轴承11设置于前置轴承座16与动轴9之间，所述后置外滑动轴承7设置于后置轴承座18与动轴9之间；所述齿轮8位于前置轴承座16与后置轴承座18之间；所述动轴9尾端的外壁上套设有锁母6。所述定轴10的尾端外壁上经焊道4套设于定位板2；所述定位板2通过限位套1与后置轴承座18固定连接。通过焊道4使得定轴10与定位板2连为一体，防止定轴10左移及旋转，同时用于固定单向平底推力球轴承3。所述动轴9的前端设置一圆盘，动轴9的纵截面呈“T”型；前述淬火托盘包括前托盘19和后托盘23；所述前托盘19固定设置于圆盘的盘面上；所述后托盘23中间设置有开孔，用于轮体20内径面喷水的排出。后托盘23与夹紧气缸24相连，通过气缸推动后托盘23加紧工件。

本发明所述的轮体20淬火装置，所述动轴9前端与定轴10之间设置有封水盖14；所述封水盖14套设于定轴10外壁上；所述前置轴承座16的前端设置有骨架油封12；所述骨架油封12套设于动轴9外壁上；所述骨架油封12与前置轴承座16之间设置有骨架油封支架15。如图3所示，所述内喷水圈21上设置有螺旋状的喷水孔；所述喷水孔的孔径为1.5mm。所述内喷水圈21的中间位置设置有流量调整销，通过调整其在内喷水圈21中径向插入深度来实现两端流量的调整。

使用前述轮体淬火装置的淬火方法，通过定轴10其尾部为M20管螺纹与水管相连，并固定与箱体17；动轴9前端用M40的螺纹连接内喷水圈21，前托盘19通过沉头螺栓与动轴9的圆盘连接，外喷水圈22固定于机床的滑动部分，轮体20结构如图6所示，具体包括如下步骤：

1）设备调整：根据淬火的轮体20规格选择相应规格的淬火托盘、内喷水圈21和外喷水圈22；调整喷水圈的位置，使其正对轮体20需要淬火的部位；使外喷水圈22、轮体20和内喷水圈21同轴，使外喷水圈22、内喷水圈21到轮体20的垂直距离在圆周方向均等；根据淬火的轮体20调整机械手抓取与放置的位置及行走轨迹；

2）数据初始化：根据工艺要求在PLC控制系统内设定该轮体20淬火所需要的参数，包括：淬火温度、轮体20内径面淬火压力、外径面淬火压力；轮体20内径面淬火流量、外径面淬火流量、内径面喷淋时间、外径面喷淋时间、保温时间及进料节拍；调整内喷水圈21中间的流量调整销，使内喷水圈两端的喷水压力、流量相同；所述淬火过程中使用的水温度为15～35℃；根据淬火轮体20的材质，设定淬火温度；通过调节淬火水路阀门观察淬火水路压力表控制淬火压力，根据材质、工件大小、喷水圈喷水孔总面积选定所需的淬火压力0.4～0.7MPa；根据轮体20工件大小通过调整控制淬火炉、回火炉运行电机速度的变频器的频率，设置相应的保温度时间；通过调节进料电机的变频器的频率并要求与淬火保温时间、回火保温时间相匹配，保证工件之间的间距，来设置进料节拍；根据淬火后使得外径面温度控制在100～250℃来设置外径面的喷淋时间；根据淬火后使得内径面温度控制在150～300℃来设置内径面的喷淋时间；通过电磁流量计设置外径面所需的淬火流量；安装好内喷水圈21，在未装轮体20工件前，进行喷水试验，测试向上的喷水高度及压力，确定内径面所需的淬火流量。

3）淬火：启动机床，由手动转换为自动，轮体20从淬火炉到淬火机床，机械手抓取轮体20，并将其放置于内喷水圈21、前托盘19上，前托盘19、轮体20、内喷水圈21、由立位旋转为卧位，外喷水圈22、后托盘23自动行走到淬火位置，同时后托盘23加紧轮体20，动轴9通过前置外滑动轴承11、后置外滑动轴承7及定轴10上的前置内滑动轴承13、后置内滑动轴承5及单向推力球轴承来支撑，其通过电机带动齿轮8来实现旋转；外喷水圈22喷水，通过红外线测温仪测定内径面温度降到540℃～600℃时所对应的时间便是内径面的延时时间，即内孔的空冷时间，此延时时间结束以后内喷水圈21喷水，实现轮体20外径面、内径面喷淋淬火；外喷水圈22、内喷水圈21喷淋结束，轮体20旋转停止，后托盘23、外喷水圈22退出；轮体20、内喷水圈21、前托盘19由卧位旋转为立位，机械手抓取轮体20，运行至回火炉快滚位置，放下工件，进回火炉回火，淬火工艺结束。

因为轮体20是整体加热，如果外径面、内径面同步开始喷水，那么内径面硬度过高，一方面造成冷加工困难，另一方面内径面也易造成淬火裂纹。针对此问题，如图4所示，横轴表示内孔延时的时间，即空冷时间，纵轴表示与内孔空冷时间相对应的温度。图中曲线表示随着内孔空冷时间的延长，内孔温度的变化趋势，即随着内孔延时时间的延长，内孔温度逐渐降低。通过该试验确认当内孔温度降低为540～600℃时所对应的延时时间即内孔的空冷时间，此延时时间结束后，内孔开始喷水，以保证内孔硬度HRC21～36。图5所示，横轴表示轮体内孔打硬度点到轮体内端面的距离，纵轴表示对应点的硬度值；图示曲线表示轮体内孔从外到里硬度变化趋势，即内径面硬度的分布。当延时间为15～30S时，内径面温度为540～600℃，此时内径面喷淋淬火，硬度可控制在HRC21～36。

实施例二

在实施例一的基础上，本实施以VOLVO支重轮EC210（中碳合金钢、45#支重轮）为例，参数设定：在淬火炉（辊底式淬火炉）中加热温度及保温时间，淬火温度840±10℃；保温时间2h±10min；进料节拍5min；喷水压力0.5～0.8Mpa；流量：外经面20～25m³/h；内径面0.8～1.2m³/h ；内径面预冷淬火预冷时间：15～17S；外径面喷水时间：65～70S；内径面喷水时间：25～30S。由于外径面、内径面喷水可分别控制，所以对于中碳钢（淬透性差）轮体20的淬火不仅满足外径面硬度（HRC48～62）及淬硬层深度的要求，而且对内径面及芯部淬火硬度（HRC21～36）也达到了图纸及使用要求。提高了经济效益；同时也防止了由于淬火时间过长（合金钢为了保证芯部及内径面硬度）而存在淬裂的潜在因素。

Claims (9)

1.一种轮体淬火装置，包括机床和电机；其特征在于：还包括定轴（10）、动轴（9）、轴承、轴承座、喷水圈和齿轮（8）；所述轴承包括滑动轴承和单向平底推力球轴承（3）；所述定轴（10）为一中空管体；所述动轴（9）为一中空管体，动轴（9）套设于定轴（10）上；所述动轴（9）的内壁与定轴（10）的外壁之间设置有滑动轴承；所述动轴（9）套接于轴承座内，动轴（9）外壁与轴承座之间设置有滑动轴承；所述轴承座固定于机床上；所述齿轮（8）套接于动轴（9）的外壁上，并与电机相连接；所述单向平底推力球轴承（3）套设于定轴（10）外壁上；所述动轴（9）的前端设置有淬火托盘；所述喷水圈包括内喷水圈（21）和外喷水圈（22）；所述定轴（10）的前端套设有内喷水圈（21）；所述外喷水圈（22）设置于机床上。

2.根据权利要求1所述的轮体淬火装置，其特征在于：所述滑动轴承包括内滑动轴承和外滑动轴承；所述内滑动轴承设置于动轴（9）与定轴（10）之间；所述外滑动轴承设置于轴承座与动轴（9）之间；所述内滑动轴承包括前置内滑动轴承（13）和后置内滑动轴承（5）；所述外滑动轴承包括前置外滑动轴承（11）和后置外滑动轴承（7）；所述轴承座包括前置轴承座（16）和后置轴承座（18）；所述前置内滑动轴承（13）设置于动轴（9）前端，后置内滑动轴承（5）设置于动滑动轴承的尾端，同时位于前述单向平底推力球轴承（3）与动轴（9）之间；所述前置外滑动轴承（11）设置于前置轴承座（16）与动轴（9）之间，所述后置外滑动轴承（7）设置于后置轴承座（18）与动轴（9）之间；所述齿轮（8）位于前置轴承座（16）与后置轴承座（18）之间；所述动轴（9）尾端的外壁上套设有锁母（6）。

3.根据权利要求2所述的轮体淬火装置，其特征在于：所述定轴（10）的尾端外壁上套设有定位板（2）；所述定位板（2）通过限位套（1）与后置轴承座（18）固定连接。

4.根据权利要求2或3 所述的轮体淬火装置，其特征在于：所述动轴（9）的前端设置一圆盘，动轴（9）的纵截面呈“T”型；前述淬火托盘包括前托盘（19）和后托盘（23）；所述前托盘（19）固定设置于圆盘的盘面上；所述后托盘（23）中间设置有开孔；所述后托盘（23）与夹紧气缸（24）相连。

5.根据权利要求4所述的轮体淬火装置，其特征在于：所述动轴（9）前端与定轴（10）之间设置有封水盖（14）；所述封水盖（14）套设于定轴（10）外壁上；所述前置轴承座（16）的前端设置有骨架油封（12）；所述骨架油封（12）套设于动轴（9）外壁上；所述骨架油封（12）与前置轴承座（16）之间设置有骨架油封支架（15）。

6.根据权利要求5所述的轮体淬火装置，其特征在于：所述内喷水圈（21）上设置有螺旋状的喷水孔；所述喷水孔的孔径为1.5mm。

7.根据权利要求6所述的轮体淬火装置，其特征在于：所述内喷水圈（21）的中间位置设置有流量调整销。

8.一种根据权利要求7所述轮体淬火装置的轮体淬火方法，其特征在于包括如下步骤：

1）设备调整：根据淬火的轮体（20）规格选择相应规格的淬火托盘、内喷水圈（21）和外喷水圈（22）；调整喷水圈的位置，使其正对轮体（20）需要淬火的部位；使外喷水圈（22）、轮体（20）和内喷水圈（21）同轴，使外喷水圈（22）、内喷水圈（21）到轮体（20）的垂直距离在圆周方向均等；根据淬火的轮体（20）调整机械手抓取与放置的位置及行走轨迹；

2）数据初始化：根据工艺要求在PLC控制系统内设定该轮体（20）淬火所需要的参数，包括：轮体（20）内径面淬火压力、外径面淬火压力；轮体（20）内径面淬火流量、外径面淬火流量、内径面喷淋时间、外径面喷淋时间；内径面延时喷淋时间；调整内喷水圈（21）中间的流量调整销，使内喷水圈两端的喷水压力、流量相同；

3）淬火：启动机床，由手动转换为自动，轮体（20）从淬火炉到淬火机床，机械手抓取轮体（20），并将其放置于内喷水圈（21）、前托盘（19）上，前托盘（19）、轮体（20）、内喷水圈（21）、由立位旋转为卧位，外喷水圈（22）、后托盘（23）自动行走到淬火位置，同时后托盘（23）加紧轮体（20），动轴（9）通过前置外滑动轴承（11）、后置外滑动轴承（7）及定轴（10）上的前置内滑动轴承（13）、后置内滑动轴承（5）及单向推力球轴承来支撑，其通过电机带动齿轮（8）来实现旋转；外喷水圈（22）喷水，内径面温度降到540℃～600℃以后内喷水圈（21）喷水，实现轮体（20）外径面、内径面喷淋淬火；外喷水圈（22）、内喷水圈（21）喷淋结束，轮体（20）旋转停止，后托盘（23）、外喷水圈（22）退出；轮体（20）、内喷水圈（21）、前托盘（19）由卧位旋转为立位，机械手抓取轮体（20），运行至回火炉快滚位置，放下工件，进回火炉回火，淬火工艺结束。

9.根据权利要求8所述的轮体淬火方法，其特征在于：所述淬火过程中使用的水温度为15～35℃。