一种用于大型套圈类轴承零件压淬的模具

许军晓

摘要：本文介绍一种在涨缩式淬火模具基础上发展的、适用于较大尺寸轴承套圈类零件的拼装组合模具，通过与传统模具的对比，突出其在做特定零件时的优势。

关键词：淬火模具 涨缩模具 拼装组合模具 组合模具

在轴承和齿轮行业中，通过淬火提高零件的心部和表面硬度，是一种很常见的手段。但零件在淬火过程中，其变形是很难精确控制的，而且这种变形是不可避免的。我们所能做的就是给这种变形一种外力的约束，尽可能的减小这种变形。其中一种有效的、通常采用的手段就是采用特定的模具来控制。模具的形式一般有固定式和涨缩式等。而在我们实际运用过程中发现，在做大型零件时，一套模具做一种工的话，模具费用相当高。这就需要一种更为理想的结构模具来适应。于是，在之前普遍采用的模具结构形式的基础上，我们取长补短，设计出一种适用于特大型零件的淬火模具，在达到尺寸控制目的基础上，节约成本、提高模具利用率。

在轴承行业，轴承的内、外圈的热处理是一个很关键的步骤。处理不好，就会影响轴承的使用寿命，甚至发生重大的安全事故。其在热处理环节中，一个主要环节就是淬火，提高其表面及心部组织硬度。而在淬火过程中，零件在高温状态下急速冷却、收缩变形，导致零件尺寸发生较大变化，这样就会使后期磨削量增加，从而增加磨削加工成本。磨削量的增加，必然要求前期渗碳层厚度增加，从而增加渗碳成本和周期。并且，由于其渗碳层厚度很小，如果磨削量过大，就会导致渗碳层的破坏，产生废品。为了保持零件尺寸不发生太大变化，一般都要用模具来保持。由于对零件尺寸要求不同，控制尺寸的方法也不尽相同，有控制端面、有控制内径、也有控制外径，但大多都是要求控制内径。

对于控制内径的模具形式，无外乎有固定式模具（或者叫拔芯式模具）和涨缩式模具（或者叫分瓣式模具）。固定式模具主要由芯轴、底座和拉拔油缸组成，如图1，把圆柱内孔工件套在芯轴上后喷油淬火，淬火结束，通过油缸的拉力（或者其他外力）把芯轴拔出来，达到模具与工件的分离。这种模具的特点是结构简单、尺寸稳定，但一般一种模具只能对应一种内径尺寸的工件，模具量比较大。且由于是直接拔出，模具和工件内孔直接摩擦，模具磨损较快，对脱模力要求比较大，一般适用于孔径较小的工件淬火。

涨缩式模具主要由分瓣式模具体、锥体、弹簧和压力（或拉力）源构成，如图2。拉簧抱在分瓣式模具体外围。锥体在上面时，模具体在拉簧力量下，处于收缩状态，外径尺寸小，当把工件套上模具后，锥体下压，把模具撑开，达到所要求的尺寸后淬火。淬火结束后，锥体在弹簧的收缩作用力（或者其他方式的外力）下上移，模具收缩，工件与模具脱离。这种模具由于模具是在一定范围内可收缩和涨开的，所以，可通过调整锥体下移量的多少，达到适应不同尺寸内径控制的要求。所以，这种模具一套模具能适用于一定尺寸范围内的工件的淬火，可减小模具数量，节约成本。并且脱模容易，不会产生粘模现象。目前被广泛应用于轴承、齿轮等零件的淬火。

但是，对于特大型工件来说，比如1米左右直径的工件，如果按照传统模具来做，由于模具非常大、用料多、加工难，所需要的成本就非常高。并且如果是小批量多品种的生产，模具的存放就需要很大的空间。这就需要一种更能节约成本、较少的模具数量适应较多品种的工件的模具，来达到用最少的成本实现最大化的适用工件范围的目的。本文提到的这种拼装式组合模具，即可实现这一目的。

这种模具我们称之为拼装式组合模具，它是在涨缩式模具的基础上，通过在模具基体外环部分加装模瓣，配合调整垫来适应较大范围尺寸工件的淬火要求。模具的土体结构如图3。

模具的结构。本套模具机构由锥体，模具基体，上、下模瓣，连接螺钉，弹簧、调整垫和拉（或压）力源组成。模具基体是由一个整体的圆柱毛坯经过加工后切割成若干瓣，每一瓣上都预留有螺钉孔，用于安装拼装模瓣。切割后的分瓣模具基体要严格按照没有切割之前的顺序安装，否则对工件圆柱度有影响。在模具基体没有切割之前，锥体必须与模具基体的内锥孔配磨，这样才能保证锥体与模具基体锥面之间接触良好。上、下模瓣也是由一个带内孔圆柱体加工后切瓣而成，切割完成后，通过螺钉及定位件按照顺序固定在基体上。最后，将拼装好的多瓣模具用弹簧捆绑固定在一起。由于上、下模瓣是可拆卸更换的，所以，当我们可以在基体的基础上，通过更换不同外径的模瓣，并通过调整掉正垫的厚度，来达到适应不同尺寸工件的要求。

模具的调整。由于弹簧式可收缩拉长的，当锥体往下移时，模具就撑开，反之模具就收缩。我们可以在一定范围内通过更换不同高度的调整垫，来达到我们想要达到的模具外径尺寸，这一点是和普通分瓣模具的调整是一样的。而当我们所要求的尺寸过大，超出通过更换调整垫所能达到的尺寸范围时，如果按照普通分瓣模具，我们就只能更换整套模具，以适应所要求的尺寸。而本套模具由于上、下模瓣是可拆卸的，所以我们只需要更换外径更大一点的模瓣，就又能调整出一个尺寸范围，来适应更大的一个尺寸段工件的淬火要求。

另外，这种结构的模具还有一个特点是，能调整淬火工件内孔的锥度。我们知道，对于如图所示的工件，由于上、下两端厚度不同，在冷卻过程中，其收缩量和收缩速度也是不同的，这样，出来的工件内孔就容易产生锥度。为了弥补这种锥度，我们可以通过在上（或者下）模瓣与模具基体之间增加调整片，来使模具本身上下产生一个锥度，比如，如果工件淬火后发现内径下端尺寸大，上端尺寸小，那么我们就可以把模具调整成一个上端稍大、下端稍小的尺寸状态。这样，在淬火过程中，就能弥补由于工件厚度不同所带来的内径锥度问题，使内径尺寸达到一个更加理想的状态。

模具的工作过程。本模具的工作过程与普通涨缩式模具的工作过程一样，如下：①待料位置时，油缸和锥体都处于上位，弹簧收缩、模具收缩，此时模具外径比工件内径要小的多，使其能够顺利套在模具上。②当加热后的工件套在模具上之后，油缸带动锥体下移，锥体碰到调整垫后停止，油缸保持施力状态。此时模具涨开后的外径尺寸与工件内径尺寸匹配。之后，开始冷却淬火。在此过程中，由于模具涨开的尺寸固定，油缸提供足够大的力保持这个状态，工件在受冷收缩过程中，受到模具限制，其内径尺寸达到模具尺寸后，就不能够再收缩，所以其尺寸就能保证一个比较好的范围。③淬火结束后，油缸推动锥体上移，模具在弹簧收缩力作用下收缩，与工件分离，回到待料状态，再由人工或者其他设备将工件取走。一个工件淬火完成，转入热处理的下一个环节。

基于上面阐述，可以看出，这种拼装式的组合模具除具有普通涨缩模具可调大小、容易脱模的优点外，还具有以下几种优点：①可调尺寸范围更大；②可以根据需要调节上、下模瓣来调整淬火后零件内孔锥度；③模具数量减少、投入成本低、占用空间小。

所以，对于大型套圈类轴承零件来说，这种拼装式的组合模具相对于其他结构的模具，是一种更加理想的模具结构形式。

参考文献：

[1]张光荣.全自动铁路轴承套圈淬火压床[J].轴承，2009（7）.

[2]张光荣.渗碳钢轴承套圈液压二工位淬火压床与模具[J].轴承，2010（4）.