淬火機(jī)床

作者：張曉陽，王姍姍，李萍

單位：中國有色（沈陽）冶金機(jī)械有限公司

來源：《金屬加工（熱加工）》雜志

多功能數(shù)控雙工位淬火機(jī)床是制造廠家根據(jù)我公司產(chǎn)品多元化特點(diǎn)和對淬火機(jī)床的使用要求與我公司的技術(shù)人員共同研制和設(shè)計(jì)，最終制造出了這臺(tái)多功能數(shù)控雙工位淬火機(jī)床。該機(jī)床將三種專業(yè)淬火機(jī)床的功能有機(jī)的結(jié)合在一起，創(chuàng)新制造了一款功能齊全、操作方便、節(jié)省資源、節(jié)省占地空間、高效率的雙工位表面淬火機(jī)床，它的多功能、數(shù)控一體性屬國內(nèi)首創(chuàng)。

一、淬火機(jī)床的采購理念

遵循公司搬遷升級的要求，淘汰技術(shù)落后、效率低下的舊設(shè)備，引進(jìn)功能先進(jìn)、數(shù)控化、數(shù)字化、生產(chǎn)效率高、節(jié)約成本、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度的新機(jī)床。我公司是生產(chǎn)制造大型回轉(zhuǎn)窯、混合機(jī)等成臺(tái)套的廠家，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要表面淬火的零件多種多樣，而舊的淬火機(jī)床使用已有三十多年，結(jié)構(gòu)的單一性、機(jī)械落后性、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、無法滿足公司產(chǎn)品發(fā)展的需要。

搬遷采購時(shí)，技術(shù)人員結(jié)合公司的現(xiàn)有產(chǎn)品和公司五年內(nèi)發(fā)展的需要，對現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行了調(diào)研和總結(jié)，提出購買一款新型的淬火機(jī)床，不僅解決舊機(jī)床的短板，又能夠滿足所有產(chǎn)品的淬火條件，保證產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、降低采購成本，達(dá)到集團(tuán)公司要求采購的設(shè)備國內(nèi)領(lǐng)先，五年之內(nèi)不落后。

二、我公司的產(chǎn)品特點(diǎn)及要求

新購置的淬火機(jī)床放置于公司的熱處理車間，該機(jī)床的主要功能就是完成公司所有工件的表面淬火任務(wù)。這些工件具有多樣化、復(fù)雜化、技術(shù)要求高的特點(diǎn)，對機(jī)床的功能及精度要求較高，對工人的技術(shù)要求也較高。

機(jī)床需要實(shí)現(xiàn)所有產(chǎn)品范圍的全覆蓋，必須滿足這些典型零件的主要參數(shù)，主要的零部件類別如下：直齒輪、斜齒輪、一心傘齒輪、齒輪軸、齒圈、軸類、輪類及導(dǎo)軌、齒條、大型回轉(zhuǎn)類零件、車輪及套類零件等。其中典型零件為齒輪、齒輪軸、軸、輪、直線導(dǎo)軌，具體參數(shù)要求見附表。

典型零件主要參數(shù)表

三、多功能數(shù)控雙工位淬火機(jī)床的特點(diǎn)

這臺(tái)多功能數(shù)控雙工位淬火機(jī)床（見圖1），主要針對機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)、主體機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)、淬火冷卻循環(huán)系統(tǒng)這4大部分進(jìn)行了改革。主體機(jī)械結(jié)構(gòu)包括龍門大工位和立式小工位；電控系統(tǒng)采用世界上較為領(lǐng)先的數(shù)控系統(tǒng)，包括CNC西門子840DSL數(shù)控系統(tǒng)、S120伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、 ZTTP500kW全數(shù)字控制的IGBT中頻電源、西門子840DSL人機(jī)界面。配套的淬火冷卻循環(huán)系統(tǒng)具有冷卻和加熱淬火介質(zhì)的功能，具有壓力調(diào)節(jié)、壓力顯示、溫度控制、溫度顯示等功能，為實(shí)現(xiàn)冷卻介質(zhì)的精確控制提供了強(qiáng)大的硬件支持。

圖 1

多功能數(shù)控雙工位淬火機(jī)床比普通淬火機(jī)床有以下三方面的特點(diǎn)：

1.多功能雙工位

該設(shè)備采用“龍門+立式”的雙工位結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)機(jī)床達(dá)到多種功能的要求。市面上的普通淬火機(jī)床只是單一龍門式或者單一立式，而本淬火機(jī)床卻將兩種機(jī)床有機(jī)的結(jié)合在一起。每個(gè)工位都有一個(gè)變壓器，雖然兩個(gè)工位不能同時(shí)使用，但一個(gè)機(jī)床擁有兩個(gè)變壓器卻是國內(nèi)領(lǐng)先。

多功能雙工位的設(shè)計(jì)有以下兩個(gè)特點(diǎn)：特點(diǎn)一，大工位可對齒輪類、齒圈類、齒條、大型回轉(zhuǎn)類、直線導(dǎo)軌等類型的工件進(jìn)行淬火；特點(diǎn)二，小工位可對軸類、輪類、車輪、套類等工件進(jìn)行淬火，尤其對直徑范圍在700 mm內(nèi)、高度范圍在3500mm以內(nèi)的軸類表面淬火實(shí)現(xiàn)一次表淬無軟帶。采用雙工位共享一個(gè)加熱電源，通過PLC控制實(shí)現(xiàn)交替加熱，每個(gè)淬火工位參數(shù)可單獨(dú)調(diào)整，具有連續(xù)淬火的功能。

2.先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)

數(shù)控系統(tǒng)采用德國SIEMENS CNC數(shù)控系統(tǒng)，此系統(tǒng)具有定位精確，可靠性高，操作簡單等特點(diǎn)。它主要由如下幾部分組成：操作面板、控制面板、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（SIMODRIVE S120）、邏輯控制單元。

（1）通過編制數(shù)控程序，可以對淬火過程中的各項(xiàng)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，包括回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)速度、變壓器的6向動(dòng)作、加熱功率、淬火噴液的大小等。

（2）淬火程序編寫也非常方便，采用西門子840DSL數(shù)控系統(tǒng)，具備程序輸入、控制和監(jiān)測機(jī)床、冷卻系統(tǒng)以及淬火電源狀態(tài)的功能。允許操作者通過人機(jī)界面填入零件幾何參數(shù)和工藝數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)生成執(zhí)行程序進(jìn)行淬火處理，實(shí)現(xiàn)工藝自動(dòng)控制，工藝儲(chǔ)存和再現(xiàn)功能。大工位的旋轉(zhuǎn)速度以及電源輸出功率可以在一個(gè)程序中的不同的程序段中設(shè)置，以滿足某些零件淬火對不同的旋轉(zhuǎn)速度和加熱功率的要求。也可以通過編程實(shí)現(xiàn)不同的淬火方式，如連續(xù)淬火、同時(shí)淬火、分段連續(xù)淬火、分段同時(shí)淬火、反轉(zhuǎn)噴液等。

（3）為了確保淬火程序編寫正確，數(shù)控系統(tǒng)設(shè)置了程序復(fù)查功能，在工件淬火之前檢查淬火程序是否正確，如果程序編制錯(cuò)誤，機(jī)床將無法執(zhí)行任何一步動(dòng)作。例如，某個(gè)程序只設(shè)置了加熱啟動(dòng)，在淬火結(jié)束后，沒有停止加熱，系統(tǒng)會(huì)拒絕淬火，并給出錯(cuò)誤提示。錯(cuò)誤檢查還包括變壓器運(yùn)行位置和速度超限檢查、工件旋轉(zhuǎn)速度超限檢查、電源電壓輸出超限檢查、定時(shí)時(shí)間超限檢查、程序起始與結(jié)束檢查以及噴液啟動(dòng)與停止檢查等。

（4）數(shù)控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)兩種功能，通過電動(dòng)手脈可以手動(dòng)進(jìn)行各運(yùn)動(dòng)軸的任意運(yùn)動(dòng)控制和各開關(guān)量的按扭控制，自動(dòng)過程可以進(jìn)行整個(gè)工藝過程的動(dòng)作執(zhí)行以及水電氣淬火等開關(guān)量的控制。

3.數(shù)控機(jī)床精度高，淬火質(zhì)量穩(wěn)定

普通淬火機(jī)床主要靠操作者手動(dòng)調(diào)節(jié)變壓器的感應(yīng)器與工件之間的距離來使淬火表面硬度達(dá)到要求，由于手工調(diào)節(jié)，每個(gè)人的控制不同，造成一批工件淬火后的質(zhì)量難以達(dá)到同樣的標(biāo)準(zhǔn)，而且淬火接頭的部位如果控制不好還會(huì)發(fā)生淬裂的現(xiàn)象。多功能數(shù)控淬火機(jī)床實(shí)現(xiàn)了機(jī)械數(shù)控化以后，變壓器靠數(shù)控機(jī)械傳動(dòng)，按照指定程序做規(guī)定動(dòng)作，穩(wěn)定性好。機(jī)床的旋轉(zhuǎn)以及感應(yīng)器的移動(dòng)也依靠程序來控制，精確的控制淬火接頭的位置，使工件不易淬裂，提高了淬火工件效率，保證了淬火同批量工件和同型號(hào)尺寸的質(zhì)量。

以前的淬火機(jī)床沒有回轉(zhuǎn)臺(tái)，依靠單獨(dú)制作的減速機(jī)構(gòu)以及槽鋼焊接的支撐架作為回轉(zhuǎn)臺(tái)，這套機(jī)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)發(fā)生間歇性停頓的狀況，造成淬火工件在淬火過程中硬度不均的質(zhì)量差別。多功能數(shù)控淬火機(jī)床的大工位采用大小齒輪咬合結(jié)構(gòu)，不僅運(yùn)行十分平穩(wěn)，而且可以精確的提供工件所需的旋轉(zhuǎn)速度，最小速度可達(dá)到200mm/min，最大速度可達(dá)到4800mm/min，完全滿足公司所有回轉(zhuǎn)類工件的旋轉(zhuǎn)速度，確保所有工件的表淬質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短工件周轉(zhuǎn)周期，擴(kuò)大了表淬的能力。

四、節(jié)約成本和能源

1.節(jié)約采購資金

如果沒有這款多功能數(shù)控雙工位淬火機(jī)床，要實(shí)現(xiàn)公司所有產(chǎn)品的表面淬火，則需要采購三種（立式自動(dòng)分齒、大型回轉(zhuǎn)、直線型）不同功能的專業(yè)淬火機(jī)床，才能達(dá)到要求。而制造廠家根據(jù)我們的采購理念，制作出這款新型的淬火機(jī)床，只需輔助一些工裝治具，就完全可以實(shí)現(xiàn)這三種功能。節(jié)省了大量采購設(shè)備資金的投入，為公司降低了搬遷成本。

2.高效節(jié)能的電源冷卻系統(tǒng)和淬火液冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)包含電源冷卻和淬火液冷卻兩部分。該系統(tǒng)具有高效的冷卻能力，保證電源和淬火冷卻介質(zhì)連續(xù)工作8h且淬火冷卻介質(zhì)的溫度不超過40℃。冷卻電源部分采用風(fēng)冷冷卻機(jī)組，銅排管具有足夠大的換熱面積，冷卻量達(dá)到50m3/h。淬火液循環(huán)冷卻系統(tǒng)較為復(fù)雜，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)下方設(shè)計(jì)一個(gè)集液槽，用來收集淬火后的冷卻液，通過不銹鋼管道將其送回至地坑內(nèi)的積液坑內(nèi)，再通過過濾系統(tǒng)以及水泵將淬火液抽回到介質(zhì)存放箱內(nèi)。淬火介質(zhì)箱配置2套，每套的體積為2m3，淬火冷卻介質(zhì)回收到積液箱中，能自動(dòng)循環(huán)，箱內(nèi)介質(zhì)通過壓縮機(jī)制冷機(jī)組冷卻，冷卻能力達(dá)到使用要求。淬火冷卻介質(zhì)積液槽配置電加熱管和不銹鋼板式換熱器，具有加熱和冷卻系統(tǒng)，并具有壓力顯示、壓力調(diào)節(jié)、溫度顯示、溫度控制的功能。

3.提高電源利用率

雙工位結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，只提供了一套電源，兩個(gè)工位可以輪換使用，雖不能同時(shí)使用，但這卻有效的提高了電源的利用率，達(dá)到了降低成本的目的。高效的電源冷卻系統(tǒng)也為機(jī)床雙工位的連續(xù)作業(yè)提供堅(jiān)實(shí)的保障。

4.節(jié)省占地面積

機(jī)床雙工位的設(shè)計(jì)，節(jié)約了至少一倍的面積。兩個(gè)工位利用同一個(gè)電源，同一個(gè)介質(zhì)存放箱，同一套過濾系統(tǒng)。

5.自動(dòng)調(diào)整變形功能

配置位移傳感器，使感應(yīng)器可前后左右浮動(dòng)，在直線導(dǎo)軌類平面淬火時(shí)，對好位置后，系統(tǒng)自動(dòng)將相應(yīng)的上下移動(dòng)的Z伺服軸解開，讓其與位移傳感器閉環(huán)，感應(yīng)器可前后浮動(dòng)，前后跟蹤由機(jī)械靠模實(shí)現(xiàn)，感應(yīng)圈具備雙向跟蹤功能，保證感應(yīng)器與工件淬火間隙的一致性。

6.節(jié)省人力

普通淬火機(jī)床至少需要4人進(jìn)行操作，1人操作電控按鈕、1人控制淬火液的開關(guān)與流量、1人在淬火工位前控制感應(yīng)器與工件的間隙、1人輔助主操作者。采用多功能數(shù)控淬火機(jī)床后，以上4個(gè)人負(fù)責(zé)的工作都可以編入數(shù)控程序，在程序編制好后，機(jī)床的每個(gè)動(dòng)作都按照設(shè)定好的步驟執(zhí)行，這時(shí)只需1名操作者在旁邊看著機(jī)床，避免在運(yùn)行中出現(xiàn)意外情況即可，不僅節(jié)省了人力，而且大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

7.高效率

齒輪以及齒輪軸的表面淬火都要用專業(yè)的埋油或立式淬火機(jī)床來進(jìn)行，冷卻介質(zhì)為淬火油。該機(jī)床具有的一套自動(dòng)分齒機(jī)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)齒輪在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)感應(yīng)器直線橫向移動(dòng)。在大工位即可實(shí)現(xiàn)埋油淬火機(jī)床的功能，利用PAG淬火液代替油進(jìn)行冷卻，機(jī)床的數(shù)控功能可以實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的自動(dòng)分齒功能，不僅質(zhì)量穩(wěn)定，而且效率比埋油淬火機(jī)床提高了2倍。將埋油淬火機(jī)床和立式淬火機(jī)床合二為一。1個(gè)機(jī)床實(shí)現(xiàn)2個(gè)機(jī)床的功能，大大降低了采購、生產(chǎn)成本，節(jié)約了占地面積，而且解決了2種機(jī)床存在的不足之處，提高了表面淬火工件的效率，縮短了工件的生產(chǎn)周期。

五、應(yīng)用舉例

多功能數(shù)控雙工位淬火機(jī)床采用龍門+立式結(jié)構(gòu)，充分滿足單件小批量的軸類、齒輪類等生產(chǎn)要求，在確保產(chǎn)品力學(xué)性能可靠性的前提下，優(yōu)化了機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)、電器配置，做到操作簡便、工藝參數(shù)保留及重復(fù)利用、維修方便等。

圖2為龍門大工位對齒板進(jìn)行淬火，齒板不需旋轉(zhuǎn)，只需將仿型感應(yīng)器從下向上移動(dòng)對齒板進(jìn)行表面淬火，對一批同型號(hào)齒板，只要位置間隙找好，輸入工藝參數(shù)，就可獲得同樣硬度均勻的表面淬火質(zhì)量。

圖3是對頂蓋的上表面進(jìn)行表面淬火，工件固定在轉(zhuǎn)盤上勻速旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)器保持位置不動(dòng)，實(shí)現(xiàn)沿圓周進(jìn)行表面淬火，同一批量的工件一次找正就可完成。

圖2 齒板表面淬火

圖3 頂蓋表面淬火

圖4是對斜齒輪進(jìn)行表面淬火的圖片，在齒輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分齒，感應(yīng)器自下而上移動(dòng)進(jìn)行淬火，同樣模數(shù)、同樣齒數(shù)、直徑相同的齒輪，工藝參數(shù)輸入后，可保證齒面的硬度、質(zhì)量穩(wěn)定，可以消除人為手動(dòng)的不良因素。

圖4 斜齒輪表面淬火

六、結(jié)語

多功能數(shù)控雙工位淬火機(jī)床的采購，是我公司成立70多年以來，熱處理設(shè)備數(shù)控化的一個(gè)代表性的設(shè)備，它也是當(dāng)前國內(nèi)表面淬火最先進(jìn)的設(shè)備。它的購進(jìn)給我公司的現(xiàn)生產(chǎn)和五年之內(nèi)的產(chǎn)品開發(fā)都帶來了生產(chǎn)基礎(chǔ)和效益。

多功能數(shù)控雙工位淬火機(jī)床由先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)、優(yōu)化的機(jī)械結(jié)構(gòu)、智能的電氣控制系統(tǒng)以及實(shí)用的淬火冷卻循環(huán)系統(tǒng)這4大部分的組成，結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、根據(jù)工件的形狀易編制程序，便于保留、操作方便、生產(chǎn)效率高、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低、表面淬火質(zhì)量穩(wěn)定、減少了工件淬火裂紋的產(chǎn)生及人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，是國內(nèi)中小型企業(yè)發(fā)展引進(jìn)的首選設(shè)備。

暴點(diǎn)↓↓閱讀原文↙

全自動(dòng)淬火機(jī)床，主要由床身、滑臺(tái)、夾緊旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)、淬火液循環(huán)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成的，主要是對感應(yīng)加熱電源進(jìn)行淬火工藝的特殊機(jī)床設(shè)備，淬火機(jī)床從結(jié)構(gòu)上有立式和臥式兩大類，用戶可根據(jù)淬火工藝，來選擇合適自己的淬火機(jī)床。

全自動(dòng)淬火機(jī)床的作用：由淬火機(jī)床與感應(yīng)加熱電源配合，實(shí)現(xiàn)由程序控制的感應(yīng)淬火工藝，常用于齒輪、軸承、軸類零部件、氣門、缸套及各類機(jī)械零件的淬火及熱處理，具有可靠性好、省時(shí)省力等優(yōu)點(diǎn)，對于特殊零件或特殊工藝，可根據(jù)加熱工藝要求設(shè)計(jì)制造專用淬火機(jī)床。

鄭州星川感應(yīng)技術(shù)有限公司，主要研發(fā)、生產(chǎn)和銷售各系列超音頻/高頻、中頻感應(yīng)加熱設(shè)備，型號(hào)齊全，產(chǎn)品質(zhì)量非常穩(wěn)定，主要應(yīng)用于各種鋼材的中高頻淬火、透熱鍛造、焊接以及小金屬的熔煉、工件的退火、回火等感應(yīng)加熱，公司擁有多名感應(yīng)加熱技術(shù)工程師，擁有10年以上的感應(yīng)加熱技術(shù)研究與感應(yīng)加熱設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，如果您有任何的需求，可以隨時(shí)和我們聯(lián)系，我們將竭誠為您服務(wù)，期待與您的合作。