新型輥底式軸承套圈熱處理生產線

上官同英，王在森，張波克

(1.中州大學 工程技術學院，鄭州 450044；2.中機十院國際工程有限公司，河南 洛陽 471003)

熱處理是軸承制造過程的關鍵工序，軸承零件熱處理質量的好壞直接關系到后續工序的加工質量，對軸承質量和使用壽命產生影響，因此，需嚴格控制軸承零件的熱處理質量。研究熱處理新技術、新工藝，提高熱處理質量，一直是國內、外軸承相關單位關注的課題。

熱處理設備是實現熱處理工藝的基礎和保證，其直接關系到熱處理技術水平的高低和工件質量的好壞[1]。目前，國內軸承套圈熱處理設備中，常用的有真空爐生產線、可控氣氛輥底式淬火爐生產線、網帶爐生產線等，基本上淘汰了鹽浴爐、井式爐、臺車爐等落后的高能耗設備。真空爐熱處理質量好，但產量較低，不適合大批量生產；輥底式淬火生產線產量高，適用范圍廣，但造價較高；網帶爐產量較高，但由于在該生產線上，上料機與淬火爐、淬火爐與淬火槽、淬火槽與清洗機、清洗機與回火爐之間都存在300～600 mm的落差，套圈落下易產生磕碰傷[2]，特別是在淬火前，套圈硬度低，易碰傷，并且由于套圈從網帶式淬火加熱爐進入淬火槽的過程中的無規律性，導致變形無規律，不易控制。因此，文中提出了一種新型輥底式保護氣氛軸承套圈連續式熱處理生產線，以克服現有幾種熱處理生產線存在的不足。

1 輥底式套圈熱處理生產線布局

新型輥底式軸承套圈熱處理生產線主要用于各類型碳鋼、合金鋼零件在可控氣氛下的加熱、淬火、清洗、回火等處理，其整體結構采用直線式前后布局，結構如圖1所示。

1—進料架；2—加熱爐；3—出料爐門裝置；4—淬火機構；5—淬火油槽；6—清洗機構；7—檢測平臺；8—撥料裝置；9—回火爐；10—出料架

裝機功率260 kW，生產能力300～420 kg/h，外形尺寸36460 mm×5200 mm×3360 mm，淬火工藝溫度800～850 ℃(連續可調)，回火工藝溫度150～200 ℃(連續可調)，加工工件規格：外徑(20～660) mm，寬度≤150 mm。

2 生產線結構特點

該生產線主要由輥底式可控氣氛加熱爐、淬火槽、清洗機、回火爐、液壓站及電氣控制系統組成。

2.1 輥底式淬火加熱爐

輥底式淬火加熱爐為整條生產線的核心[3]，其主要由爐殼、爐襯、爐蓋、電加熱輻射管、火簾裝置、爐門、傳動輥及傳動系統等組成。

(1)爐殼既要能承受吊裝力和爐內其他部件的壓力，同時對爐氣還要起到密封的作用，因此，由型鋼(L63#)加工成框架，框架外焊接帶有加強筋(δ=5 mm)的碳鋼板，整個爐殼全部密焊，且爐殼上部四周密焊有用于密封爐氣的砂封槽，槽內填滿重質細砂。

(2)爐膛內部四周及爐頂耐熱層采用硅酸鋁耐火纖維。由于爐底要承受制造、檢修時人體及器材的重量，所以用耐火磚砌筑而成。

(3)爐蓋為整體可拆卸式結構，其框架由6.3#角鋼焊接制成，底板為5 mm厚的碳鋼，鋼板與框架之間密焊加工。爐蓋隔熱保溫層為耐火纖維針刺毯模塊,采用專用方法錨固在鋼板上，全纖維爐蓋蓄熱量小、保溫性能好、使用壽命長。爐蓋框架四周焊接有砂封刀，可插入爐殼砂封槽內，用于爐氣密封。爐蓋后部設置有機液滴注口，滴注口下部裝有托盤，有機液在托盤內分解避免局部形成碳黑；為了維修的方便，爐蓋設置有備用滴注口；爐蓋前端的排氣口在工作時點燃，雙支式測溫熱電偶從爐頂部插入爐膛內，以及時向生產線控制系統發送爐內信息。

(4)生產線采用電輻射加熱方式，加熱爐共分4個加熱區，合理分配每區功率，保證爐溫精確控制，經生產驗證，本生產線淬火爐爐溫的均勻性為±10 ℃[3]。輻射管外管為耐熱不銹鋼管，電加熱器由爐蓋頂部垂直插入爐膛，通過凸緣、螺栓固定在爐蓋固定座上，此設計方法可以保證在使用中某一控溫區輻射管電加熱器在使用中出現故障時，只需要關閉該區電源，拆去固定螺栓抽出輻射管即可以進行維修或更換。

(5)爐前的火簾氣氛裝置由自動點火器、小火簾以及管路閥門流量計等組成。加熱爐工作時小火簾(長明火)自動點燃保持不熄，以防止外界空氣進入爐內。有機液體通過流量計、閥門滴入爐膛內高溫分解形成保護氣氛，控制系統保證在爐溫未達到760 ℃之前不把有機液滴入爐膛內。

(6)為了減少爐門在加熱過程中的變形，爐門框用鑄鐵鑄造而成，門框內砌有硅酸鋁耐火纖維氈。爐門框上裝有滾輪，滾輪在開啟和關閉的過程中沿軌道運行。關閉爐門時，爐門依自重使爐門面板緊貼在爐面板的突出耐火纖維上，密封爐氣；爐門開啟時，爐門面板脫離爐面板，爐門開啟由行程開關定位。

(7)加熱爐內的傳動輥平時慢速轉動，當料盤需要出爐時和淬火槽的淬火料架輥同步快速轉動。傳動輥中部為耐熱鋼管，兩端為耐熱鋼軸，爐外由帶水冷的密封軸承支承，裝鏈輪的一端為固定端，另一端在加熱過程中可以自由膨脹，電動機帶動鏈輪、套筒滾子鏈傳動。

2.2 淬火槽

為了保證工件在淬火槽內快速、均勻淬火，保持工件硬度的均勻性，工作臺在液壓油缸的作用下沉入淬火液中, 帶動料架在淬火液內上下振蕩，均勻淬火。達到設定工藝時間后，淬火料架升起，離合器合上，料盤由淬火料架傳送到轉移料架，立即沉入油底進行二次淬火，達到預定時間后轉移料架升起，將料盤由淬火槽傳送到清洗槽內。整個淬火過程由液壓站控制工件隨料架垂直進出淬火液，保證了工件淬火的均勻性，避免了工件下落到淬火槽內時出現磕碰傷而影響工件質量。

淬火槽與加熱爐出料端密封連接，淬火槽門由液壓油缸控制，爐門兩側裝有滾輪，關閉淬火槽門時在油缸的作用下使門板緊貼裝在門框槽內的密封盤根。淬火槽頂部有排氣口、自動點火監測裝置，保證爐內排到油槽內的廢氣及淬火槽內的油煙在排氣口自動點燃。在淬火槽的前方槽底部位(工件淬火正下方)裝有向上噴油裝置，工件淬火時向上噴淬火液使之均勻淬火；淬火槽內管狀電加熱器加熱淬火液，利用溫度控制器和液位器動態顯示淬火槽內淬火液的狀態，提醒操作者及時補充淬火液；當淬火液工作溫度升高時可以通過循環泵、板式冷凝器進行熱交換，保證正常工作溫度。淬火液溫度可在40～100 ℃內選擇，溫度可控，控溫精度為±1 ℃。

2.3 清洗吹干機

清洗機位于淬火槽后，由油水分離裝置、清洗液噴淋裝置、烘干裝置等組成。其內、外殼均為碳鋼密焊制成，內、外殼之間填充保溫材料，前、后門均為軟門。清洗槽液面上的浮油通過油水分離器分離，流到集液槽中集中排放；工件進入后由水泵將清洗液加壓通過噴咀沖洗工件，銅制噴咀分布在料盤四周，噴淋后經過裝在清洗機上部的烘干裝置烘干后再進回火爐處理；烘干裝置由低噪聲風機和電加熱箱組成，風機轉動將加熱箱內加熱器散發的熱量沿風道吹向工件將工件烘干。

2.4 回火爐

回火爐由爐殼、爐襯、風機風道、電加熱輻射管、爐內輥道和前后軟門組成。爐殼由1.5 mm厚的鋼板和5#角鋼焊接制成，外形美觀強度高；爐襯由兩層鋼板內填充巖棉制成；爐頂開有風機安裝孔，風機可以整體拆卸；測溫熱電偶從爐蓋頂部插入爐膛內。為了使爐內溫度均勻，在加熱爐每一溫區都裝有一臺風機，風機轉動將電加熱管散溢的熱量，通過風道送入工作區再由上部吸風口返回，構成爐內熱風循環以保證爐溫均勻性(回火爐爐溫均勻性達到±5 ℃)，使工件的回火組織均勻一致。

2.5 液壓站

液壓站為淬火加熱爐、淬火槽升降臺和各軟門開關提供動力，其油箱用碳鋼板密焊制成，油箱上裝有油標、油泵、電動機、溢流閥、壓力表、集成塊和電磁換向閥，各油缸的動作由電磁換向閥完成，液壓站壓力可達10 MPa。

2.6 電氣控制系統

生產線的整套自控系統包括保護氣氛(甲醇裂解)的燃燒及溫度控制系統、機械動作控制系統、顯示和故障報警系統及管理系統等。整套自控系統保證了生產線的全自動安全運行[4]。

溫度控制采用島電數顯溫控表，其具有人工智能PID調節功能，控制大功率固態繼電器，控制爐溫；采用大華長圖多點記錄表，記錄各溫區的溫度曲線，一旦爐溫超過設定的報警溫度，控制系統立即自動切斷主回路加熱電源，確保爐溫的穩定。加熱爐、回火爐每一個加熱區都有電流表，可以直觀地反映各加熱區加熱器的工作情況，遇到故障便于及時準確地處理。整個控制系統采用聲光報警，生產線中各電動機、加熱爐、回火爐風機、液壓站均采用斷路器作過電流、過熱保護。所有傳動輥均采用變頻調速器控制速度，系統控制采用一臺西門子S7-200可編程控制器，完成對生產線每一個工位工作狀態的控制。

3 結束語

設計的輥底式軸承套圈熱處理生產線的工藝流程、熱處理精度、自控操作水平達到了國內先進水平, 實現了軸承套圈大批量生產，且可以有效防止工件移動過程中的磕碰傷，提高了產品合格率。處理后的零件表面光亮清潔、無脫碳、組織均勻、質量穩定、變形量小，整條生產線具有造價低，自動化程度高，高效節能，安全可靠的特點。