一種薄壁環形零件壓淬回火一體化工具機的製作方法

2023-06-01 19:51:46

本發明涉及一種模壓淬火工具機，尤其涉及一種薄壁環形零件壓淬回火一體化工具機。

背景技術：

淬火畸變是熱處理過程中最為常見的問題，對於批量生產的零件，控制淬火畸變是提高產品內在質量與使用壽命的有效手段，採用模壓淬火技術是阻止淬火畸變、提高合格率的直接有效措施，依據畸變趨勢，修正限形模具的結構與形狀，應用於淬火系統，最終實現不同種類模壓淬火工具機都能滿足不同產品的最小淬火畸變、最高淬火質量的要求。

薄壁環形零件模壓淬火時，為了減小薄壁環形零件的淬火畸變，需要在零件的中間加上限形的芯軸，而且為了保證芯軸在淬火過程中對薄壁環形零件的限形效果，同時提高芯軸的耐磨性，須在芯軸表面進行鍍鉻處理，然而在淬火完成後，芯軸與薄壁環形零件間會產生很大的抱緊力，導致在薄壁環形零件取出過程中會造成芯軸嚴重磨損，使得芯軸的維護成本一直居高不下，每年每臺設備芯軸的維護保養費用高達數十萬元。

回火一般緊接著淬火進行，其目的是：消除工件淬火時產生的殘留應力，防止變形和開裂；調整工件的硬度、強度、塑性和韌性，達到使用性能要求；穩定組織與尺寸，保證精度；改善和提高加工性能。因此，回火是工件獲得所需性能的重要工序，通過淬火和回火的相配合，才可以獲得所需的力學性能，現有的模壓淬火工具機和回火工具機是分開的，在淬火完成後還需要把零件搬運到回火工具機上進行回火，這就使生產的工藝流程加長，產生了不必要的儲運成本。

為了減少企業的生產成本，提高生產效率，亟需發明一種集加熱、淬火和回火工藝於一體壓淬回火工具機，該工具機還應減小淬火完成後芯軸與薄壁環形零件間產生的抱緊力，從而減小薄壁環形零件在取出過程中對芯軸的磨損，進而減少芯軸的維護成本。

技術實現要素：

(1)要解決的技術問題

為了克服現有模壓淬火工具機在薄壁環形零件淬火完成後對限形芯軸磨損嚴重，使芯軸的維護保養成本偏高；淬火與回火分不同工具機加工，使工藝流程加長、儲運成本增加的缺點，本發明要解決的技術問題是提供一種集加熱、淬火和回火工藝於一體的壓淬回火工具機，工具機在模壓淬火之後馬上進行回火加熱，回火加熱能使薄壁環形零件膨脹，抵消淬火後薄壁環形零件的收縮，從而減小了薄壁環形零件對芯軸的抱緊力，使薄壁環形零件對芯軸的磨損小；零件淬火和回火在一臺工具機上完成，能夠提高加工效率，減少儲運成本。

(2)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了這樣一種薄壁環形零件壓淬回火一體化工具機，包括有機架、上模、上模滑塊、下模、導軌、上模升降組件和淬火加熱組件；下模、導軌、上模升降組件和淬火加熱組件安裝在機架上，上模滑塊設置在導軌上，上模滑塊與上模升降組件連接，上模安裝在上模滑塊上，下模上端設置有芯軸；還包括有噴液環、噴液環滑塊、回火加熱感應器、回火變壓組件和噴液環升降組件；噴液環滑塊設置在導軌上，並與噴液環升降組件連接，噴液環升降組件安裝在機架上，噴液環滑塊上安裝有噴液環和回火變壓組件，回火變壓組件連接有回火加熱感應器。

優選地，噴液環包括有噴液環內圈、噴液環外圈和淬火液接頭；噴液環外圈安裝在噴液環內圈上，噴液環外圈與噴液環內圈之間形成噴液腔，噴液環內圈上開有噴液口，噴液環外圈上安裝有淬火液接頭。

優選地，還包括有上模旋轉驅動組件和下模旋轉驅動組件，上模旋轉驅動組件包括電機ⅰ和聯軸器ⅰ，電機ⅰ通過聯軸器ⅰ與上模連接，電機ⅰ安裝在上模滑塊上；下模旋轉驅動組件包括電機ⅱ和帶輪傳動組件，電機ⅱ通過帶輪傳動組件與下模連接，電機ⅱ安裝在機架上。

優選地，淬火加熱組件包括有淬火加熱感應器升降組件、淬火變壓組件、淬火加熱感應器、淬火加熱託盤、電機ⅲ和聯軸器ⅱ，淬火加熱感應器升降組件安裝在機架上，淬火加熱感應器升降組件上安裝有淬火變壓組件，淬火變壓組件與淬火加熱感應器連接，淬火加熱感應器下方設置有淬火加熱託盤，淬火加熱託盤通過聯軸器ⅱ與電機ⅲ連接，電機ⅲ安裝在機架上。

優選地，還包括有上料機械手、六軸機械手、下料機械手、雷射傳感器、高壓氣槍和工具機外殼；上料機械手、六軸機械手、下料機械手和工具機外殼安裝在機架上，上料機械手上設置有雷射傳感器，下料機械手上設置有高壓氣槍。

優選地，還包括有輸送料機、儲液冷卻循環組件和控制櫃總成，輸送料機設置在機架一側，儲液冷卻循環組件設置在機架另一側，儲液冷卻循環組件通過管道與噴液環連接，控制櫃總成設置在機架側面。

優選地，噴液環升降組件通過螺栓連接安裝在機架上，噴液環和回火變壓組件通過螺栓連接安裝在噴液環滑塊上，噴液環外圈通過螺栓連接安裝在噴液環內圈上，噴液環外圈通過螺紋連接有淬火液接頭，電機ⅰ通過螺栓連接安裝在上模滑塊上。

工作原理：當本發明工作時，上料機械手從輸送料機上取得薄壁環形零件，六軸機械手從上料機械手上接過薄壁環形零件，並在雷射傳感器的配合下，利用六軸機械手第六軸的旋轉功能將薄壁環形零件內圈輪廓的方向調整到與芯軸外圈輪廓相對應的位置，然後六軸機械手把薄壁環形零件放置在淬火加熱託盤上，淬火加熱感應器升降組件帶動淬火加熱感應器向下移動到與薄壁環形零件相應位置，同時電機ⅲ通過聯軸器ⅱ帶動淬火加熱託盤勻速轉動，從而帶動薄壁環形零件一起勻速轉動，薄壁環形零件勻速轉動可以使加熱更加均勻，提高淬火質量，淬火變壓組件控制淬火加熱感應器開始給薄壁環形零件加熱。

加熱完成後，六軸機械手從淬火加熱託盤上取出薄壁環形零件，並放置在芯軸上，噴液環升降組件帶動噴液環與回火加熱感應器上移，使薄壁環形零件位於噴液環內，同時上模升降組件帶動上模向下移動至壓緊薄壁環形零件，控制淬火時薄壁環形零件端面的形變量，儲液冷卻循環組件通過噴液環向薄壁環形零件噴射淬火液，從而對薄壁環形零件進行淬火處理，同時電機ⅰ與電機ⅱ開始同步轉動，電機ⅰ通過聯軸器ⅰ帶動上模同步轉動，電機ⅱ通過帶輪傳動組件帶動下模同步轉動，從而帶動上模與下模之間的薄壁環形零件轉動，使得淬火與回火加熱更加均勻，提升淬火質量，因淬火液是噴射出去，所以淬火液與薄壁環形零件是相對流動的，這就避免了傳統淬火工藝中將高溫零件浸入低溫淬火液中，因淬火液不流動，在零件周圍形成一層高溫淬火液層，影響淬火效果的問題。

淬火完成後，上模升降組件帶動上模回到原來的位置，電機ⅰ停轉，噴液環升降組件帶動噴液環與回火加熱感應器下移，使得回火加熱感應器與薄壁環形零件對應，回火加熱感應器開始對薄壁環形零件進行回火加熱，加熱完成後，電機ⅱ停轉，因回火加熱能使薄壁環形零件受熱膨脹，從而抵消淬火後薄壁環形零件的收縮變形，使薄壁環形零件對芯軸的抱緊力很小，六軸機械手可以輕鬆地把零件從芯軸上取出來，所以薄壁環形零件對芯軸的磨損非常小，有效減少了芯軸的維護成本。

然後六軸機械手將薄壁環形零件放在下料機械手上，啟動高壓氣槍並利用其噴出的高壓氣體對薄壁環形零件進行風冷處理，可以防止薄壁環形零件過熱傷人或對輸送料機造成損傷，風冷完成後，下料機械手將零件放於輸送料機上，完成了薄壁環形零的壓淬回火處理。

因為噴液環結構為噴液環外圈安裝在噴液環內圈上，噴液環外圈與噴液環內圈之間形成噴液腔，噴液環內圈上開有噴液口，噴液環外圈上裝有淬火液接頭；所以在噴淬火液時，可以使淬火液與薄壁環形零件的外環面和上端面充分接觸，使淬火更加均勻，充分保證淬火時零件的端面跳動和徑向跳動。

因為六軸機械手置身於工具機內部，負責儲運工作，減少了人力成本，增加了產品裝夾的一致性，外部有工具機外殼保護，所以淬火液不會濺射到工具機外部，保護了工作現場環境的乾淨整潔，增加了工具機的安全性能，提高了工具機整體的美觀。

導軌、滑塊、旋轉組件、加熱感應器以及儲液冷卻循環等為所屬領域現有技術，在此不再贅述。

(3)有益效果

本發明克服了現有模壓淬火工具機在薄壁環形零件淬火完成後對限形芯軸磨損嚴重，使芯軸的維護保養成本偏高，淬火與回火分不同工具機加工，使工藝流程加長、儲運成本增加的缺點，在淬火完成後立即進行回火工序，因回火加熱能使薄壁環形零件受熱膨脹，從而抵消淬火後薄壁環形零件的收縮變形，使零件取出時零件與芯軸之間的抱緊力很小，有效減小了芯軸的磨損，進而減小了每年每臺設備數十萬元的芯軸維護保養費用；淬火與回火在一臺工具機上完成，節省了中間的儲運成本以及工具機安裝的廠房空間；因為有工具機外殼的保護，所以工具機淬火液不會濺射到工具機外部，使工作環境得以改善；工具機生產的整個過程為自動化完成，有效地節省了人力資源，提高了工廠的自動化水平；本發明集加熱、淬火和回火工藝於一體，從而達到了零件對芯軸的磨損小、防水措施完善、自動上下料的效果。

附圖說明

圖1為本發明的立體結構圖。

圖2為本發明的立體爆炸圖。

圖3為本發明的噴液環的結構圖。

圖4為本發明的俯視圖。

圖5為本發明的主視圖。

圖6為本發明的整機立體圖。

附圖中的標記為：1-機架，2-上模，21-電機ⅰ，22-聯軸器ⅰ，23-上模滑塊，3-下模，31-芯軸，32-電機ⅱ，33-帶輪傳動組件，4-導軌，5-上模升降組件，6-噴液環，61-噴液環內圈，62-噴液環外圈，63-噴液腔，64-淬火液接頭，65-噴液口，66-噴液環滑塊，7-回火加熱感應器，8-回火變壓組件，9-噴液環升降組件，10-淬火加熱組件，101-淬火加熱感應器升降組件，102-淬火變壓組件，103-淬火加熱感應器，104-淬火加熱託盤，105-電機ⅲ，106-聯軸器ⅱ，11-上料機械手，12-六軸機械手，13-下料機械手，14-雷射傳感器，15-高壓氣槍，16-工具機外殼，17-輸送料機，18-儲液冷卻循環組件，19-控制櫃總成。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。

實施例1

一種薄壁環形零件壓淬回火一體化工具機，如圖1-圖5所示，包括有機架1、上模2、上模滑塊23、下模3、導軌4、上模升降組件5、噴液環6、噴液環滑塊66、回火加熱感應器7、回火變壓組件8、噴液環升降組件9、淬火加熱組件10、上模旋轉驅動組件和下模旋轉驅動組件；下模3、導軌4、上模升降組件5和淬火加熱組件10均通過螺栓連接安裝在機架1上；淬火加熱組件10包括有淬火加熱感應器升降組件101、淬火變壓組件102、淬火加熱感應器103、淬火加熱託盤104、電機ⅲ105和聯軸器ⅱ106，淬火加熱感應器升降組件101通過螺栓連接安裝在機架1上，淬火加熱感應器升降組件101上通過螺栓連接安裝有淬火變壓組件102，淬火變壓組件102與淬火加熱感應器103連接，淬火加熱感應器103下方設置有淬火加熱託盤104，淬火加熱託盤104通過聯軸器ⅱ106與電機ⅲ105連接，電機ⅲ105安裝在機架1上；上模滑塊23設置在導軌4上，上模升降組件5通過螺栓連接安裝在上模滑塊23上，上模2通過螺栓連接安裝在上模滑塊23上，下模3上端設置有芯軸31，噴液環滑塊66設置在導軌4上，噴液環升降組件9通過螺栓連接安裝在噴液環滑塊66上，噴液環升降組件9通過螺栓連接安裝在機架1上，噴液環滑塊66上通過螺栓連接安裝有噴液環6和回火變壓組件8，回火變壓組件8連接有回火加熱感應器7；噴液環(6)包括有噴液環內圈(61)、噴液環外圈(62)和淬火液接頭(64)，噴液環外圈62通過螺栓連接安裝在噴液環內圈61上，噴液環外圈62與噴液環內圈61之間形成噴液腔63，噴液環內圈61上開有噴液口65，噴液環外圈62上通過螺紋連接有淬火液接頭64；上模旋轉驅動組件包括電機ⅰ21和聯軸器ⅰ22，電機ⅰ21通過聯軸器ⅰ22與上模2連接，電機ⅰ21安裝在上模滑塊23上；下模旋轉驅動組件包括電機ⅱ32和帶輪傳動組件33，電機ⅱ32通過帶輪傳動組件33與下模3連接，電機ⅱ32安裝在機架1上。

本工具機工作時，首先把薄壁環形零件放置在淬火加熱託盤104上，淬火加熱感應器升降組件101帶動淬火加熱感應器103向下移動到與薄壁環形零件相應位置，同時電機ⅲ105通過聯軸器ⅱ106帶動淬火加熱託盤104勻速轉動，從而帶動薄壁環形零件一起勻速轉動，淬火變壓組件102控制淬火加熱感應器103開始給薄壁環形零件加熱；加熱完成後，從淬火加熱託盤104上取出薄壁環形零件，並放置在芯軸31上，噴液環升降組件9帶動噴液環6與回火加熱感應器7上移，使薄壁環形零件位於噴液環6內，同時上模升降組件5帶動上模2向下移動至壓緊薄壁環形零件，控制淬火時薄壁環形零件端面的形變量，噴液環6向薄壁環形零件噴射淬火液，從而對薄壁環形零件進行淬火處理，同時電機ⅰ21與電機ⅱ32開始同步轉動，從而電機ⅰ21通過聯軸器ⅰ22帶動上模2同步轉動，電機ⅱ32通過帶輪傳動組件33帶動下模3同步轉動，進一步帶動上模2與下模3之間的薄壁環形零件轉動；淬火完成後，上模升降組件5帶動上模2回到原來的位置，電機ⅰ21停轉，噴液環升降組件9帶動噴液環6與回火加熱感應器7下移，使得回火加熱感應器7與薄壁環形零件對應，回火加熱感應器7開始對薄壁環形零件進行回火加熱；加熱完成後，電機ⅱ32停轉，從芯軸31上取出薄壁環形零件，待薄壁環形零件冷卻後，即完成了薄壁環形零件的壓淬回火過程。

本工具機優點：(1)薄壁環形零件在淬火加熱和回火加熱過程中都勻速轉動，使薄壁環形零件加熱更加均勻，提高淬火和回火的質量，(2)淬火液為噴射，所以淬火液與薄壁環形零件是相對流動的，避免了傳統淬火工藝中將高溫零件浸入低溫淬火液中，因淬火液不流動，在零件周圍形成一層高溫淬火液層，影響淬火效果的問題，(3)因回火加熱能使薄壁環形零件受熱膨脹，從而抵消淬火後薄壁環形零件的收縮變形，使零件取出時零件與芯軸之間的抱緊力很小，因而薄壁環形零件對芯軸31的磨損非常小，有效減少了芯軸31的維護保養成本，(4)零件淬火和回火在一臺工具機上完成，能夠提高加工效率，減少儲運成本。

實施例2

一種薄壁環形零件壓淬回火一體化工具機，如圖1-圖6所示，包括有機架1、上模2、上模滑塊23、下模3、導軌4、上模升降組件5、噴液環6、噴液環滑塊66、回火加熱感應器7、回火變壓組件8、噴液環升降組件9、淬火加熱組件10、上料機械手11、六軸機械手12、下料機械手13、雷射傳感器14、高壓氣槍15、工具機外殼16、輸送料機17、儲液冷卻循環組件18和控制櫃總成19；下模3、導軌4、上模升降組件5、淬火加熱組件10、上料機械手11、六軸機械手12、下料機械手13和工具機外殼16均通過螺栓連接安裝在機架1上，上模滑塊23設置在導軌4上，上模升降組件5通過螺栓連接安裝在上模滑塊23上，上模2通過螺栓連接安裝在上模滑塊23上，下模3上端設置有芯軸31，噴液環滑塊66設置在導軌4上，噴液環升降組件9通過螺栓連接安裝在噴液環滑塊66上，噴液環升降組件9通過螺栓連接安裝在機架1上，噴液環滑塊66上通過螺栓連接安裝有噴液環6和回火變壓組件8，回火變壓組件8連接有回火加熱感應器7，上料機械手11上設置有雷射傳感器14，下料機械手13上設置有高壓氣槍15，輸送料機17設置在機架1一側，儲液冷卻循環組件18設置在機架1另一側，儲液冷卻循環組件18通過管道與噴液環6連接，控制櫃總成19設置在機架1側面。

本工具機工作時，上料機械手11從輸送料機17上取得薄壁環形零件，六軸機械手12從上料機械手11上接過薄壁環形零件，並在雷射傳感器14的配合下，利用六軸機械手12第六軸的旋轉功能將薄壁環形零件內圈輪廓的方向調整到與芯軸31外圈輪廓相對應的位置，然後六軸機械手12把薄壁環形零件放置在淬火加熱組件10上進行加熱；加熱完成後，六軸機械手12從淬火加熱組件10上取出薄壁環形零件，並放置在芯軸31上，噴液環升降組件9帶動噴液環6與回火加熱感應器7上移，使薄壁環形零件位於噴液環6內，同時上模升降組件5帶動上模2向下移動至壓緊薄壁環形零件，控制淬火時薄壁環形零件端面的形變量，儲液冷卻循環組件18通過噴液環6向薄壁環形零件噴射淬火液，從而對薄壁環形零件進行淬火處理；淬火完成後，上模升降組件5帶動上模2回到原來的位置，噴液環升降組件9帶動噴液環6與回火加熱感應器7下移，使得回火加熱感應器7與薄壁環形零件對應，回火加熱感應器7開始對薄壁環形零件進行回火加熱；加熱完成後，六軸機械手12把零件從芯軸31上取出來，並將薄壁環形零件放在下料機械手13上，啟動高壓氣槍15並利用其噴出的高壓氣體對薄壁環形零件進行風冷處理；風冷完成後，下料機械手13將零件放於輸送料機17上，完成了薄壁環形零的壓淬回火處理。

本工具機優點：(1)因回火加熱能使薄壁環形零件受熱膨脹，從而抵消淬火後薄壁環形零件的收縮變形，使零件取出時零件與芯軸之間的抱緊力很小，因而薄壁環形零件對芯軸31的磨損非常小，有效減少了芯軸31的維護保養成本，(2)零件淬火和回火在一臺工具機上完成，能夠提高加工效率，減少儲運成本，(3)六軸機械手置身於工具機內部，負責儲運工作，減少了人力成本，增加了產品裝夾的一致性，(4)外部有工具機外殼保護，所以淬火液不會濺射到工具機外部，保護了工作現場環境的乾淨整潔，增加了工具機的安全性能，提高了工具機整體的美觀，(5)對薄壁環形零件進行風冷處理，可以防止薄壁環形零件過熱傷人或對輸送料機造成損傷，(6)生產的整個過程為自動化完成，有效地節省了人力資源，提高了工廠的自動化水平。

以上所述實施例僅表達了本發明的優選實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形、改進及替代，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。