一種用于大型套圈類軸承零件壓淬的模具

許軍曉

摘要：本文介紹一種在漲縮式淬火模具基礎上發展的、適用于較大尺寸軸承套圈類零件的拼裝組合模具，通過與傳統模具的對比，突出其在做特定零件時的優勢。

關鍵詞：淬火模具 漲縮模具 拼裝組合模具 組合模具

在軸承和齒輪行業中，通過淬火提高零件的心部和表面硬度，是一種很常見的手段。但零件在淬火過程中，其變形是很難精確控制的，而且這種變形是不可避免的。我們所能做的就是給這種變形一種外力的約束，盡可能的減小這種變形。其中一種有效的、通常采用的手段就是采用特定的模具來控制。模具的形式一般有固定式和漲縮式等。而在我們實際運用過程中發現，在做大型零件時，一套模具做一種工的話，模具費用相當高。這就需要一種更為理想的結構模具來適應。于是，在之前普遍采用的模具結構形式的基礎上，我們取長補短，設計出一種適用于特大型零件的淬火模具，在達到尺寸控制目的基礎上，節約成本、提高模具利用率。

在軸承行業，軸承的內、外圈的熱處理是一個很關鍵的步驟。處理不好，就會影響軸承的使用壽命，甚至發生重大的安全事故。其在熱處理環節中，一個主要環節就是淬火，提高其表面及心部組織硬度。而在淬火過程中，零件在高溫狀態下急速冷卻、收縮變形，導致零件尺寸發生較大變化，這樣就會使后期磨削量增加，從而增加磨削加工成本。磨削量的增加，必然要求前期滲碳層厚度增加，從而增加滲碳成本和周期。并且，由于其滲碳層厚度很小，如果磨削量過大，就會導致滲碳層的破壞，產生廢品。為了保持零件尺寸不發生太大變化，一般都要用模具來保持。由于對零件尺寸要求不同，控制尺寸的方法也不盡相同，有控制端面、有控制內徑、也有控制外徑，但大多都是要求控制內徑。

對于控制內徑的模具形式，無外乎有固定式模具（或者叫拔芯式模具）和漲縮式模具（或者叫分瓣式模具）。固定式模具主要由芯軸、底座和拉拔油缸組成，如圖1，把圓柱內孔工件套在芯軸上后噴油淬火，淬火結束，通過油缸的拉力（或者其他外力）把芯軸拔出來，達到模具與工件的分離。這種模具的特點是結構簡單、尺寸穩定，但一般一種模具只能對應一種內徑尺寸的工件，模具量比較大。且由于是直接拔出，模具和工件內孔直接摩擦，模具磨損較快，對脫模力要求比較大，一般適用于孔徑較小的工件淬火。

漲縮式模具主要由分瓣式模具體、錐體、彈簧和壓力（或拉力）源構成，如圖2。拉簧抱在分瓣式模具體外圍。錐體在上面時，模具體在拉簧力量下，處于收縮狀態，外徑尺寸小，當把工件套上模具后，錐體下壓，把模具撐開，達到所要求的尺寸后淬火。淬火結束后，錐體在彈簧的收縮作用力（或者其他方式的外力）下上移，模具收縮，工件與模具脫離。這種模具由于模具是在一定范圍內可收縮和漲開的，所以，可通過調整錐體下移量的多少，達到適應不同尺寸內徑控制的要求。所以，這種模具一套模具能適用于一定尺寸范圍內的工件的淬火，可減小模具數量，節約成本。并且脫模容易，不會產生粘模現象。目前被廣泛應用于軸承、齒輪等零件的淬火。

但是，對于特大型工件來說，比如1米左右直徑的工件，如果按照傳統模具來做，由于模具非常大、用料多、加工難，所需要的成本就非常高。并且如果是小批量多品種的生產，模具的存放就需要很大的空間。這就需要一種更能節約成本、較少的模具數量適應較多品種的工件的模具，來達到用最少的成本實現最大化的適用工件范圍的目的。本文提到的這種拼裝式組合模具，即可實現這一目的。

這種模具我們稱之為拼裝式組合模具，它是在漲縮式模具的基礎上，通過在模具基體外環部分加裝模瓣，配合調整墊來適應較大范圍尺寸工件的淬火要求。模具的土體結構如圖3。

模具的結構。本套模具機構由錐體，模具基體，上、下模瓣，連接螺釘，彈簧、調整墊和拉（或壓）力源組成。模具基體是由一個整體的圓柱毛坯經過加工后切割成若干瓣，每一瓣上都預留有螺釘孔，用于安裝拼裝模瓣。切割后的分瓣模具基體要嚴格按照沒有切割之前的順序安裝，否則對工件圓柱度有影響。在模具基體沒有切割之前，錐體必須與模具基體的內錐孔配磨，這樣才能保證錐體與模具基體錐面之間接觸良好。上、下模瓣也是由一個帶內孔圓柱體加工后切瓣而成，切割完成后，通過螺釘及定位件按照順序固定在基體上。最后，將拼裝好的多瓣模具用彈簧捆綁固定在一起。由于上、下模瓣是可拆卸更換的，所以，當我們可以在基體的基礎上，通過更換不同外徑的模瓣，并通過調整掉正墊的厚度，來達到適應不同尺寸工件的要求。

模具的調整。由于彈簧式可收縮拉長的，當錐體往下移時，模具就撐開，反之模具就收縮。我們可以在一定范圍內通過更換不同高度的調整墊，來達到我們想要達到的模具外徑尺寸，這一點是和普通分瓣模具的調整是一樣的。而當我們所要求的尺寸過大，超出通過更換調整墊所能達到的尺寸范圍時，如果按照普通分瓣模具，我們就只能更換整套模具，以適應所要求的尺寸。而本套模具由于上、下模瓣是可拆卸的，所以我們只需要更換外徑更大一點的模瓣，就又能調整出一個尺寸范圍，來適應更大的一個尺寸段工件的淬火要求。

另外，這種結構的模具還有一個特點是，能調整淬火工件內孔的錐度。我們知道，對于如圖所示的工件，由于上、下兩端厚度不同，在冷卻過程中，其收縮量和收縮速度也是不同的，這樣，出來的工件內孔就容易產生錐度。為了彌補這種錐度，我們可以通過在上（或者下）模瓣與模具基體之間增加調整片，來使模具本身上下產生一個錐度，比如，如果工件淬火后發現內徑下端尺寸大，上端尺寸小，那么我們就可以把模具調整成一個上端稍大、下端稍小的尺寸狀態。這樣，在淬火過程中，就能彌補由于工件厚度不同所帶來的內徑錐度問題，使內徑尺寸達到一個更加理想的狀態。

模具的工作過程。本模具的工作過程與普通漲縮式模具的工作過程一樣，如下：①待料位置時，油缸和錐體都處于上位，彈簧收縮、模具收縮，此時模具外徑比工件內徑要小的多，使其能夠順利套在模具上。②當加熱后的工件套在模具上之后，油缸帶動錐體下移，錐體碰到調整墊后停止，油缸保持施力狀態。此時模具漲開后的外徑尺寸與工件內徑尺寸匹配。之后，開始冷卻淬火。在此過程中，由于模具漲開的尺寸固定，油缸提供足夠大的力保持這個狀態，工件在受冷收縮過程中，受到模具限制，其內徑尺寸達到模具尺寸后，就不能夠再收縮，所以其尺寸就能保證一個比較好的范圍。③淬火結束后，油缸推動錐體上移，模具在彈簧收縮力作用下收縮，與工件分離，回到待料狀態，再由人工或者其他設備將工件取走。一個工件淬火完成，轉入熱處理的下一個環節。

基于上面闡述，可以看出，這種拼裝式的組合模具除具有普通漲縮模具可調大小、容易脫模的優點外，還具有以下幾種優點：①可調尺寸范圍更大；②可以根據需要調節上、下模瓣來調整淬火后零件內孔錐度；③模具數量減少、投入成本低、占用空間小。

所以，對于大型套圈類軸承零件來說，這種拼裝式的組合模具相對于其他結構的模具，是一種更加理想的模具結構形式。

參考文獻：

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[2]張光榮.滲碳鋼軸承套圈液壓二工位淬火壓床與模具[J].軸承，2010（4）.