1、濟(jì)南大學(xué)泉城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)6- -濟(jì)南大學(xué)泉城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)-I -/、八1前言11淬火壓床設(shè)計(jì)引言1.1.1鐵路貨車軸承現(xiàn)狀滾動(dòng)軸承作為鐵路貨車的關(guān)鍵部件， 直接關(guān)系到車輛運(yùn)行的安全，始終是中國(guó)鐵 路部門關(guān)注的重點(diǎn)。但過(guò)去多年來(lái)，軸承質(zhì)量由于受到密封裝置、軸承潤(rùn)滑脂、保持 架質(zhì)量的影響，不能滿足鐵路運(yùn)輸發(fā)展對(duì)貨車的需求， 每年均會(huì)發(fā)生幾起滾動(dòng)軸承熱 軸、切軸事故。近幾年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展以及中國(guó)鐵路跨越式的發(fā)展， 中國(guó)鐵路的滾動(dòng)軸承事業(yè)也步入了快車道， 在鐵路有關(guān)部門組織和各研究所的積極配 合下，解決了一系列制約著滾動(dòng)軸承發(fā)展的瓶頸問(wèn)題，可以說(shuō)，中國(guó)鐵路貨車滾動(dòng)軸承事業(yè)走過(guò)了一條極其不

2、平凡的道路， 并正在生機(jī)勃勃的快速向前發(fā)展?？v觀我國(guó)鐵 路貨車滾動(dòng)軸承的發(fā)展歷程，也就只是軸承結(jié)構(gòu)的變化、保持架材質(zhì)的變化、軸承密 封裝置的改進(jìn)以及軸承潤(rùn)滑脂的優(yōu)化和檢修技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善和發(fā)展的歷程。滾動(dòng)軸承在中國(guó)鐵路貨車的應(yīng)用比較晚， 載貨車滑動(dòng)軸承轉(zhuǎn)化的初期，滾動(dòng)軸承主要采用 進(jìn)口。1978年，滾動(dòng)軸承開(kāi)始在新造、廠修貨車上小批量裝車運(yùn)用、試驗(yàn)，當(dāng)時(shí)滾動(dòng) 軸承的型號(hào)主要有97720、197720、97726、197726和97730等；從1980年開(kāi)始在新造 貨車上大量裝車使用，當(dāng)年新造貨車滾動(dòng)軸承數(shù)量已達(dá)到4000輛。用滾動(dòng)軸承代替滑 動(dòng)軸承是鐵道部制定的一項(xiàng)重大技術(shù)政策，它可以減少列

3、車的啟動(dòng)阻力和運(yùn)行阻力， 增加列車牽引噸位，減少事故，保證行車安全，提高運(yùn)行數(shù)度，加快車輛周轉(zhuǎn)，節(jié)省 材料，降低運(yùn)營(yíng)成本，延長(zhǎng)貨車的檢修周期。鐵路貨車在裝用滾動(dòng)軸承后，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果是相當(dāng)明顯的。減小列車啟動(dòng)和運(yùn) 行阻力，增大列車的牽引重量。列車的運(yùn)行阻力是由輪軌間、軸承內(nèi)的摩擦阻力以及 風(fēng)力等組成。減小各項(xiàng)相對(duì)阻力，可明顯增大牽引重量，節(jié)約能源，提高運(yùn)輸效率。 鐵路貨車由裝用滑動(dòng)軸承改用滾動(dòng)軸承是取得明顯效果的重要途徑。一般情況下，滾動(dòng)摩擦系數(shù)比滑動(dòng)摩擦系數(shù)低得多，相差一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，滾動(dòng)軸承列車的啟動(dòng)和牽引阻力都將比滑動(dòng)軸承列車大大減小?；瑒?dòng)列車啟動(dòng)阻力大，列車在低速運(yùn)行時(shí)的 阻力也就大

4、，特別是在冬季更為顯著。列車啟動(dòng)困難，牽引重量受到限制。隨著列車 運(yùn)行速度的不斷提高，軸承摩擦阻力占列車總運(yùn)行阻力的比例減小。 節(jié)約能源和減少 材料的消耗，滾動(dòng)軸承化所節(jié)約的能源和材料也是相當(dāng)可觀的。由于滾動(dòng)軸承列車的啟動(dòng)阻力和運(yùn)行阻力都比較小，減小了機(jī)車的功率消耗，提高了機(jī)車的動(dòng)力利用效率， 因而能節(jié)約大量的能源。另一方面，由于裝用滾動(dòng)軸承，還可以節(jié)約大量的潤(rùn)滑油和 有色金屬，大大減少材料消耗。貨車裝用滾動(dòng)軸承后大大減少了潤(rùn)滑油的消耗量。此 外，由于滾動(dòng)軸承裝用潤(rùn)滑脂，很少漏油，也可消除因漏油玷污鋼軌而降低機(jī)車的牽 引力。裝用滾動(dòng)軸承后可以大量減少燃油事故，極大的提高運(yùn)營(yíng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

5、滾動(dòng)軸承比滑動(dòng)軸承具有優(yōu)良的技術(shù)性能。 裝用滾動(dòng)軸承的車輛，燃軸事故率大大減 少。根據(jù)每年進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)調(diào)查顯示，裝用滾動(dòng)軸承的火車運(yùn)營(yíng)過(guò)程中因軸承技術(shù)故障 而引發(fā)的事故大大減少。目前我國(guó)高鐵軸承仍然全部依靠進(jìn)口 ，未來(lái)三年我國(guó)高鐵軸承市場(chǎng)將超過(guò)20億元. 在總需求中,晉西車軸,輕軌等城市軌道交通車輛對(duì)軸承的急需，確定由軸研科技作為項(xiàng)目牽頭負(fù)責(zé)單位，但漲幅最大的均為所謂的高鐵概念，目前我國(guó)時(shí)速160公里以上客 車用軸承全部靠進(jìn)口，在軸承行業(yè)開(kāi)展高速鐵路軸承的研發(fā)工作.由于我國(guó)軸承產(chǎn)業(yè) 發(fā)展跟不上,可靠性低，目前時(shí)速在300公里以上高鐵所用車軸全部進(jìn)口 ，但不清楚結(jié)果 怎么樣.我國(guó)生產(chǎn)的軸承產(chǎn)品在性

6、能與價(jià)格比，中國(guó)軸承產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)開(kāi)展高速鐵路軸承會(huì) 商，如中國(guó)南車，可能幾年內(nèi)也無(wú)法大量生產(chǎn)出給高鐵配套的軸承.反映在市場(chǎng)上，軸承的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和仿真分析等工作。根據(jù)鐵道部相關(guān)人員表述，到2012年我國(guó)將建成1.3萬(wàn)公里客運(yùn)專線，時(shí)速350公 里的線路將達(dá)到8000公里，時(shí)速250公里的線路將達(dá)到5000公里。時(shí)速350公里的高 速動(dòng)車組將成為未來(lái)鐵路客運(yùn)專線的主力。 對(duì)中國(guó)北車和中國(guó)南車而言，只有提升動(dòng) 車組生產(chǎn)能力才能夠滿足中國(guó)高速動(dòng)車組的強(qiáng)勁需求。高速動(dòng)車組不僅在國(guó)內(nèi)方興未艾，而且國(guó)外相關(guān)國(guó)家均表現(xiàn)出了對(duì)中國(guó)高速動(dòng)車組的濃厚興趣，未來(lái)中國(guó)高速動(dòng)車組有望輸出產(chǎn)品和技術(shù)。動(dòng)車組和大功率機(jī)車的核心

7、技術(shù)已為我所有。高速動(dòng)車組的總成、車體、轉(zhuǎn)向 架、牽引變流、牽引控制、牽引變壓、牽引電機(jī)、列車網(wǎng)絡(luò)控制和制動(dòng)系統(tǒng)等核心技 術(shù)，大功率電力機(jī)車的總成、車體、轉(zhuǎn)向架、主變壓器、網(wǎng)絡(luò)控制、主變流器、驅(qū)動(dòng) 裝置、牽引電機(jī)、制動(dòng)系統(tǒng)等核心技術(shù)，大功率內(nèi)燃機(jī)車的柴油機(jī)、主輔發(fā)電機(jī)、交 流傳動(dòng)控制等核心技術(shù)，以及大量的配套技術(shù)，我們已經(jīng)掌握。運(yùn)用這些技術(shù)生產(chǎn)的 時(shí)速200公里及以上動(dòng)車組和大功率機(jī)車的國(guó)產(chǎn)化率可達(dá)到 70%以上。然而，雖然國(guó) 內(nèi)已經(jīng)能夠生產(chǎn)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高速鐵路動(dòng)車組整車，但在高速鐵路軸承的國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用方面仍處于空白。目前國(guó)內(nèi)動(dòng)車組軸承全部使用進(jìn)口軸承。因此大力發(fā)展高速鐵路軸承的國(guó)產(chǎn)化已

8、是勢(shì)在必行?？上攵?，前景也非常的廣闊。目前，鐵路貨車用滾動(dòng)軸承替代滑動(dòng)軸承已經(jīng)成為必然趨勢(shì)。在我國(guó)目前運(yùn)用的鐵路貨車上，裝用的滾動(dòng)軸承有幾種形式，但主要的型式是197726型無(wú)軸箱雙列圓錐 滾子軸承。鐵路軸承所用的的材料為滲碳軸承鋼(G20CrNiMoA )，其滲碳厚度為1.5mm2.3mm,工作表面的淬火回火硬度為 HRC6064,心部硬度為HRC3545。 由于軸承鋼在淬火時(shí)會(huì)畸變大，變形十分嚴(yán)重，進(jìn)而造成大量廢品。所以，軸承行業(yè) 普遍采用淬火模具來(lái)強(qiáng)行阻止其變形。目前，國(guó)外普遍采用淬火壓床來(lái)完成鐵路軸承的淬火工藝。國(guó)內(nèi)同行在淬火壓床模具設(shè)計(jì)方面也做了大量工作，并取得了一定成效。在此基礎(chǔ)

9、上，通過(guò)計(jì)算，設(shè)計(jì)了 一種外動(dòng)內(nèi)靜式的模具，即把模具分成為兩個(gè)模芯，模具內(nèi)芯是一個(gè)整體，外芯為 濟(jì)南大學(xué)泉城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)- -塊活動(dòng)塊，并與內(nèi)芯通過(guò)錐面配合。該設(shè)計(jì)既可進(jìn)退自如，通過(guò)錐面配合也便于脫模， 又使模具與軸承材料保持良好接觸， 從而既完成淬火工藝，保證了軸承的精度，又能 提高模具的使用壽命。1.1.2鐵路貨車滾動(dòng)軸承外圈簡(jiǎn)介鐵路貨車軸承的外圈是一個(gè)帶有兩個(gè)圓錐滾道的套筒，由于軸向力一般只是軸 載荷的30%,所以滾道母線與軸承中心線的夾角（即軸承接觸角）不大，一般的都在 1013范圍以內(nèi)。當(dāng)接觸角過(guò)小時(shí)，在軸向力的作用下，容易產(chǎn)生楔套作用，進(jìn) 而導(dǎo)致外圈和內(nèi)圈組件卡死。反之，接觸角過(guò)大

10、，會(huì)使軸承受力惡化，進(jìn)而降低軸承 使用壽命。197726軸承的接觸角為10，外圈的兩端設(shè)有牙口，用來(lái)安裝密封罩。為 了防止密封罩松動(dòng)而引起的油脂泄露， 應(yīng)使牙口的配合寬度盡量加大，一般牙口的寬 度為1215mm, 197726軸承為13mm，同時(shí)加工精度要高。由于外圈代替了軸箱， 因 此應(yīng)盡量提高外圈的剛性，減小使用中和壓裝密封罩時(shí)的變形， 外圈的壁厚應(yīng)盡可能 大一點(diǎn)為好。5為了降低外圈端面與承載鞍推力擋肩間接觸面單位面積壓力，并減少擋肩的磨 損，應(yīng)使外圈端面面積盡可能的加大。17外圈材料采用滲碳軸承鋼（197726軸承外圈材質(zhì)為20CrNi2MoA ），經(jīng)過(guò)滲碳淬 火熱處理之后，獲得表層硬心

11、部分的良好結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)鐵路貨車滾動(dòng)軸承惡劣使用條 件的要求。材料名稱：（滲碳）軸承鋼牌號(hào)：G20CrNiMoA標(biāo)準(zhǔn)： GB/T 3203-1982特性及適用范圍：滲碳軸承鋼是一種常用的優(yōu)質(zhì)合金滲碳鋼，滲碳處理后材料表面有相當(dāng)高的硬 度、耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度，同時(shí)其心部還保留良好的韌性，能承受高的沖擊負(fù)荷， 主要用于汽車軸承等耐沖擊、耐磨損零件的材料。13化學(xué)成份：碳C :0.170.23（允許偏差: 0.02）硅Si：0.150.40（允許偏差: 0.03）錳Mn :0.600.90（允許偏差: 0.04）硫S : 0.020（允許偏差:+0.005）磷P : 1176(120)伸長(zhǎng)率S 5

12、(%):9斷面收縮率 書(%):45沖擊韌性值 a kv (J/cm2): 78(8)試樣尺寸： 試樣尺寸為15mm熱處理規(guī)范：淬火，第一次溫度為880土 20 E，第二次溫度為790 20C,油冷;回火, 溫度為150200E ,空冷。金相組織：馬氏體。1.2淬火壓床技術(shù)現(xiàn)狀機(jī)床產(chǎn)業(yè)為機(jī)械制造業(yè)提供了制造裝備，從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)說(shuō)，機(jī)床產(chǎn)業(yè)對(duì)發(fā)展國(guó) 民經(jīng)濟(jì)，增強(qiáng)綜合國(guó)力和發(fā)展高新技術(shù)起到重要的作用。16我國(guó)機(jī)床產(chǎn)業(yè)的總體設(shè)計(jì) 制造水平與工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家相比，還有較大的差距，其主要表現(xiàn)為現(xiàn)在的設(shè)計(jì)方法落 后，設(shè)計(jì)資料老化，以及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不能和國(guó)際上的發(fā)達(dá)國(guó)家接軌。在我國(guó)加入WTO之后，為了使我國(guó)的機(jī)械

13、生產(chǎn)行業(yè)得以高速發(fā)展并且和國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家在經(jīng)濟(jì)和國(guó)力上 接軌，我國(guó)對(duì)機(jī)械行業(yè)的制造裝備(機(jī)床產(chǎn)品)給予了高度關(guān)注，加快促進(jìn)我國(guó)機(jī)床 設(shè)計(jì)制造水平的提高，增強(qiáng)機(jī)床產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，力求在機(jī)床設(shè)計(jì)方面做到：為機(jī) 床設(shè)計(jì)人員提供正確的設(shè)計(jì)思想，開(kāi)發(fā)科學(xué)的方法，提高資料的標(biāo)準(zhǔn)。1.3淬火壓床性能簡(jiǎn)介本淬火壓床為半自動(dòng)淬火壓床， 除了工件裝卸外，其它操作都是自動(dòng)的。機(jī)床的 傳動(dòng)全部采用電氣、液壓控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工作循環(huán)。這樣有助于被淬火零件的精度控 制和質(zhì)量的穩(wěn)定，又可減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。本機(jī)床上下模均采用液壓傳動(dòng)，可在上 料位置與工作位置間移動(dòng)。先把一批淬火零件加熱至淬火溫度，然后逐個(gè)放入本壓床， 在壓床

14、內(nèi)冷卻，進(jìn)而完成淬火工序。液壓運(yùn)動(dòng)控制裝置：該裝置與電氣配合以保證機(jī) 床自動(dòng)循環(huán)的完成?？刂普景澹和ㄟ^(guò)該控制站板，集中操縱機(jī)床的的全部動(dòng)作。冷卻 油量控制裝置：通過(guò)三個(gè)不同通徑電磁閥的相互結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)冷卻油量的控制。2鐵路貨車軸承外圈淬火壓床總體設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求首先，要滿足用戶的各種需求，確定機(jī)床的加工范圍、工件淬火精度和生產(chǎn)的經(jīng) 濟(jì)性等因素。其次，應(yīng)合理的安排工件的傳動(dòng)位置，盡量用較短的傳動(dòng)鏈，以簡(jiǎn)化機(jī)床的結(jié)構(gòu)， 并提高傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率。最后，通用機(jī)床必須滿足各種參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)和關(guān)于機(jī)床布局的規(guī)定，要求機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。2.2淬火壓床總體結(jié)構(gòu)布局本淬火壓床主體結(jié)構(gòu)主要由機(jī)床床身、控制箱、淬火模具、工

15、作臺(tái)、開(kāi)合油池、 液壓操縱板、冷卻油集配箱等結(jié)構(gòu)構(gòu)成。淬火壓床床身采用板焊結(jié)構(gòu)，是全機(jī)床的承 載框架。封閉油罩內(nèi)冷卻油液采用自下而上的浸沒(méi)循環(huán)流動(dòng)冷卻方式，垂直于工件入油，且在整個(gè)冷卻過(guò)程中冷卻油定向流 動(dòng)，冷卻效果好，被淬件硬度均勻，變形小。 模具采用液壓脫料，脫?？煽浚b卸件容易且便于工人操作。工件內(nèi)外周同時(shí)浸油冷 卻，模具材料采用GCr15鋼淬硬，耐磨壽命長(zhǎng)，工件形狀保持性好，淬火件的尺寸穩(wěn)定。機(jī)床的液壓系統(tǒng)主要由動(dòng)力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達(dá)）、控 制元件（各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。液壓油箱在液壓系統(tǒng)中的主 要作用是儲(chǔ)油、散熱、分離油中所含空氣及消除泡沫。選

16、用油箱時(shí)首先要考慮其容量， 一般的移動(dòng)式設(shè)備取泵最大流量的23倍，固定式設(shè)備取34倍；其次考慮油箱的油 位,當(dāng)系統(tǒng)全部液壓油缸伸出后油箱油面不得低于最低油位，當(dāng)油缸回縮以后油面不得高于最高油位；最后考慮油箱結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)油箱內(nèi)的隔板并不能起到沉淀臟物的作用， 應(yīng)沿油箱縱軸線安裝一個(gè)垂直隔板，此隔板一端和油箱端板之間留有空位使隔板兩邊 空間連通，液壓泵的進(jìn)出油口布置在不連通的一端隔板兩側(cè)， 使進(jìn)油和回油之間的距 離保持最遠(yuǎn)，從而使液壓油箱多起到一些散熱的作用。3鐵路貨車軸承外圈淬火壓床工藝分析3.1淬火壓床淬火過(guò)程簡(jiǎn)介鐵路貨車軸承外圈淬火壓床主要由加壓、淬火、退料等部分組成。3.1.1加壓部分該機(jī)床

17、是一種封閉油浸沒(méi)式的流動(dòng)油液冷卻、 自動(dòng)脫料式固定模具壓淬的自動(dòng)淬 火壓床。工作的時(shí)候壓床的工作臺(tái)向外伸出， 停在待料位置。加熱后的工件放入工作 臺(tái)后，開(kāi)合油池打開(kāi)，淬火循環(huán)開(kāi)始。動(dòng)橫梁快速向下移動(dòng)，在接近工作臺(tái)面時(shí)減速， 使油罩下沿與工作臺(tái)面密圭寸，與油罩下移同步，上模具插入工件，定心并用事先調(diào)定 的力使上下模具同時(shí)壓緊工件，此力既不能使紅熱工件變形，又要有足夠的支撐力阻 止工件淬火過(guò)程中的收縮。3.1.2淬火部分淬火上下模具加壓后，冷卻油液按最大的流量接通，此時(shí)冷卻油液經(jīng)過(guò)配油箱、 工作臺(tái)、模具內(nèi)腔、工件內(nèi)、外周等，并以很快的速度浸沒(méi)冷卻工件并形成液流，當(dāng) 油面高出旁溢口時(shí)，溢油經(jīng)過(guò)機(jī)身立

18、柱流向底座，再經(jīng)過(guò)泄油管道流回油池。自冷卻 開(kāi)始，電控系統(tǒng)就進(jìn)入冷卻倒記時(shí)，到總冷卻時(shí)間的某一中段，如3min，由計(jì)時(shí)器發(fā)令關(guān)閉配油閥，使最大油流減弱以維持冷卻油流，直到預(yù)置的冷卻時(shí)間為0 （采用倒計(jì)時(shí)法），冷卻油夜關(guān)閉，停止冷卻供油，回流泄油閥開(kāi)啟，延時(shí)數(shù)秒后，使油罩 內(nèi)的余油回流干凈，發(fā)出信號(hào)使動(dòng)橫梁上升，此時(shí)油罩提起，脫模油缸工作使工件與 模具分離。油罩上升到位后發(fā)出信號(hào)，使工作臺(tái)移出并由人工或機(jī)械手取出淬火后的工件并送入清洗輥道，一個(gè)淬火過(guò)程循環(huán)就結(jié)束了，工作臺(tái)最后停留在移出待料位 置。3.1.3退料部分工件淬火完成后，冷卻油回流入油箱，上下淬火模具分別退回，淬火模具的外芯 在彈簧收縮

19、力的作用下向中心收縮，使外圈易于脫模。3.2淬火壓床設(shè)計(jì)要點(diǎn)由于液壓缸工作時(shí)浸在油中及液壓膠圈許用溫度的限制，則淬火介質(zhì)的溫度需控制在60C以內(nèi)。這就要求淬火介質(zhì)的容積應(yīng)盡量大，并且選用較大換熱面積的換熱器 用以冷卻淬火介質(zhì)。工件加熱時(shí)表面形成氧化皮，淬火時(shí)沉浮在油中，因此液壓缸在 油中工作需加防塵結(jié)構(gòu)。壓模淬火冷卻時(shí)發(fā)生冷卻不充分，只有將冷卻油液通入到模 具內(nèi)部，由內(nèi)向外噴流，這樣才能使其冷卻能力成倍增加，使工件內(nèi)部同時(shí)冷卻。內(nèi)部通油不僅可以冷卻模具和工件，還可以將粘附在模具上的氧化皮沖掉，從而保證工 件淬火后尺寸的穩(wěn)定性。3.3淬火后達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)經(jīng)壓床淬火后，工件心部硬度達(dá)到3545HR

20、C,表面硬度達(dá)到6064HRC。心部 組織達(dá)到2-3級(jí)（1-3級(jí)為合格）。橢圓度最大不超過(guò)0.2mm。淬火后尺寸離散度小于 0.3m m。淬火后無(wú)裂紋，同一端面硬度差不超過(guò) 1HRC，可見(jiàn)淬火壓床的冷卻均勻性 好。采用本淬火壓床及解決了變形問(wèn)題，又使冷卻速度快，冷卻均勻性好。使工件既 能淬透淬硬，又不產(chǎn)生裂紋，因此大幅度提高了軸承套圈的淬火質(zhì)量。3.4淬火壓床液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介液壓傳動(dòng)控制是工業(yè)中經(jīng)常用到的一種控制方式，它采用液壓完成傳遞能量的過(guò) 程。因?yàn)橐簤簜鲃?dòng)控制方式的靈活性和便捷性，液壓控制在工業(yè)上受到廣泛的重視。 液壓傳動(dòng)是研究以有壓流體為能源介質(zhì)， 來(lái)實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械和自動(dòng)控制的學(xué)科。 液壓傳

21、 動(dòng)利用這種元件來(lái)組成所需要的各種控制回路，再由若干回路有機(jī)組合成為完成一定控制功能的傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)完成能量的傳遞、轉(zhuǎn)換和控制。從原理上來(lái)說(shuō)，液壓傳動(dòng)所基 于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是說(shuō)，液體各處的壓強(qiáng)是一致的，這樣，在平 衡的系統(tǒng)中，比較小的活塞上面施加的壓力比較小， 而大的活塞上施加的壓力也比較 大，這樣能夠保持液體的靜止。所以通過(guò)液體的傳遞，可以得到不同端上的不同的壓 力，這樣就可以達(dá)到一個(gè)變換的目的。 我們所常見(jiàn)到的液壓千斤頂就是利用了這個(gè)原 理來(lái)達(dá)到力的傳遞。該設(shè)備采用液壓傳動(dòng)控制，用三個(gè)液壓缸分別控制壓模、起模和淬火油池的開(kāi)合， 即將軸承外圈在加熱設(shè)備中加熱到800810C,再

22、裝入壓床中，通過(guò)模具控制其變形， 在通入4060C的淬火油進(jìn)行淬火冷卻。因此，淬火壓床中的油路設(shè)計(jì)特別是油缸設(shè) 計(jì)在本設(shè)備中是非常重要的，由于其特殊的工作環(huán)境，要求對(duì)工作的活塞、鋼筒、有 效的工作距離及油路的流量等都要做特別的考慮。93.4.1液壓系統(tǒng)的組成液壓系統(tǒng)主要由：動(dòng)力元件（油泵）、執(zhí)行元件（油缸或液壓馬達(dá)）、控制元件 （各種閥）、輔助元件和工作介質(zhì)等五部分組成。（1）能源裝置（或稱動(dòng)力元件）：液壓動(dòng)力元件是為液壓系統(tǒng)產(chǎn)生動(dòng)力的部件， 主要包括各種液壓泵。液壓泵依靠 容積變化原理來(lái)工作，所以一般也稱為容積液壓泵。齒輪泵是最常見(jiàn)的一種液壓泵， 它通過(guò)兩個(gè)嚙合的齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)使得液體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

23、其他的液壓泵還有葉片泵、柱塞泵， 在選擇液壓泵的時(shí)候主要需要注意的問(wèn)題包括消耗的能量、效率、降低噪音。它的作用是把液體利用原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓力能；是液壓傳動(dòng)中的動(dòng)力部分。常見(jiàn)的 是液壓泵。（2）執(zhí)行裝置（或稱執(zhí)行元件）：液壓執(zhí)行元件是用來(lái)執(zhí)行將液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的裝置，主要包括液壓缸和液壓馬達(dá)。液壓馬達(dá)是與液壓泵做相反的工作的裝置，也就是把液壓的能量 轉(zhuǎn)換稱為機(jī)械能，從而對(duì)外做功。把液體壓力能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的裝置，其中，油缸做直線運(yùn)動(dòng)，馬達(dá)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。一般常見(jiàn)的形式是液壓缸和液壓馬達(dá)。（3）控制調(diào)節(jié)裝置（或稱控制元件）：液壓控制元件用來(lái)控制液體流動(dòng)的方向、壓力的高低以及對(duì)流量的

24、大小進(jìn)行預(yù)期 的控制，以滿足特定的工作要求。正是因?yàn)橐簤嚎刂圃骷撵`活性，使得液壓控制 系統(tǒng)能夠完成不同的活動(dòng)。液壓控制元件按照用途可以分成壓力控制閥、 流量控制閥、 方向控制閥。按照操作方式可以分成人力操縱閥、機(jī)械操縱法、電動(dòng)操縱閥等。它們的作用是根據(jù)需要無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)液動(dòng)機(jī)的速度，并對(duì)液壓系統(tǒng)中工作液體的壓力、流 量和流向進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的裝置。這類元件主要包括各類控制閥或者由各種閥構(gòu)成的組 合裝置。這些元件的不同組合組成了能完成不同功能的液壓系統(tǒng)。（4）輔助裝置（或稱輔助元件）：除了上述的元件以外，液壓控制系統(tǒng)還需要液壓輔助元件。這些元件包括管路和 管接頭、油箱、過(guò)濾器、蓄能器和密封裝置。通過(guò)以

25、上的各個(gè)器件，我們就能夠建設(shè) 出一個(gè)液壓回路。所謂液壓回路就是通過(guò)各種液壓器件構(gòu)成的相應(yīng)的控制回路。根據(jù)不同的控制目標(biāo)，我們能夠設(shè)計(jì)不同的回路，比如壓力控制回路、速度控制回路、多 缸工作控制回路等。（5）傳動(dòng)介質(zhì)：傳動(dòng)介質(zhì)（即各種液壓工作介質(zhì)）是指各類液壓傳動(dòng)中的液壓油或乳化液， 它經(jīng) 過(guò)油泵和液動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。3.4.2液壓傳動(dòng)的基本特征（1）力比例關(guān)系液壓傳動(dòng)區(qū)別于其它傳動(dòng)方式的基本特征一：力（或力矩）的傳遞是靠液體壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)的，或者說(shuō)，力（或力矩）的傳遞是按帕斯卡原理（即靜壓傳遞原理）進(jìn)行 的。因此，有人把液壓傳動(dòng)稱為“靜壓傳動(dòng)”。帕斯卡原理（即靜壓傳遞原理）：“在密閉容器內(nèi)，施加于靜

26、止液體上的壓力將以等值同時(shí)傳到液體各點(diǎn)”。結(jié)論：在液壓傳動(dòng)中工作壓力取決于負(fù)載，而與流入的液體多少無(wú)關(guān)。注意：負(fù)載包括： 有效負(fù)載、無(wú)效負(fù)載（如摩擦力）以及液體的流動(dòng)阻力。（2）運(yùn)動(dòng)關(guān)系液壓傳動(dòng)區(qū)別于其它傳動(dòng)方式的基本特征二：運(yùn)動(dòng)速度（或轉(zhuǎn)速）的傳遞是按照“容積變化相等”的原則進(jìn)行的。基于此，有人把液壓傳動(dòng)成為“容積式液體傳動(dòng)”。在流體力學(xué)中，把單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)某一通流截面 A的流體體積稱為流量，則流量(3.1)q = v2 A結(jié)論：活塞移動(dòng)速度正比于流入液壓缸中油液流量 q,與負(fù)載無(wú)關(guān)。也就是說(shuō)，活塞 的運(yùn)動(dòng)速度可以通過(guò)改變流量的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)?；谶@一點(diǎn)，液壓傳動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí) 調(diào)速?；钊倪\(yùn)動(dòng)

27、速度反比于活塞面積，可以通過(guò)對(duì)活塞面積的控制來(lái)控制速度。（3）功率關(guān)系由前述可得：(3.2)P=Fv=Wv=pq上式說(shuō)明，在不計(jì)各種功率損失的條件下，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的輸出功率 Wv等于輸 入功率Fv,并且液壓傳動(dòng)中的功率可以用壓力p和流量q的乘積來(lái)表示?？偨Y(jié)上述：在 液壓傳動(dòng)中壓力p和流量q是最基本、最重要的兩個(gè)參數(shù)。343液壓系統(tǒng)的總體方案液壓工作過(guò)程：工作臺(tái)液壓缸：后退前進(jìn)；動(dòng)橫梁：下降一一上升；模具缸：下降一一上升；綜上所述，考慮到系統(tǒng)的流量很大，變量泵不好選，這種方案的經(jīng)濟(jì)性好，系統(tǒng) 效率高，因此從提高系統(tǒng)的效率，節(jié)省能源的角度考慮，采用單個(gè)定量泵的、供油方 式不太適，宜選用雙聯(lián)式定量葉

28、片泵作為油源。344液壓缸的各項(xiàng)參數(shù)分析根據(jù)分析此設(shè)備的負(fù)載，按類型屬組合機(jī)床類，所以初選液壓缸的工作壓力為4.0MPa計(jì)算液壓缸的尺寸動(dòng)橫梁(3.3)A =F/P =12086.90/400000 =0.003022( mm2)D = . 4A/ ：二 4 0.003022/3.1415926 = 0.0620(m)按標(biāo)準(zhǔn)取：D =63 (mm)工作臺(tái)A = F / P = 2484.45/400000 =0.000621 (mm2)D = 4AM - 4 0.000621/3.1415926 = 0.0281(m)按標(biāo)準(zhǔn)?。篋 =32 (mm)模具油缸：A 二 F/P = 27873.88

29、/400000 =0.0006968(mm2)D=4A/二=4 0.0006968/3.1415926 = 0.094(m)按標(biāo)準(zhǔn)?。篋 =100( mm)根據(jù)快上和快下的速度比值來(lái)確定活塞桿的直徑：橫梁：D2/(D2 -d2) =75/65得 d=23.00(mm)按標(biāo)準(zhǔn)?。篸=25(mm)無(wú)桿腔面積A=二 D2 /4 =3.1415926 63 63/4 = 3117.25 (mm2)有桿腔面積A (D2 -d2)/4=2626.37(m2)工作臺(tái)由于其前進(jìn)與后退速度相同(3.4)(3.5)(3.6)(3.7)根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)確定d/D=0.5-0.58所以：按標(biāo)準(zhǔn)?。篸=18 （mm2）無(wú)桿

30、腔面積 A fQ2/4 =3.1415926 32 32/4 =804.25 （mm2）有桿腔面積Am（ D2 -d2）/4 =3.1415926 （32 32-18 18）/4=549.78（ mm2）模具油缸：2 2 2 D /（D -d）=65/50d=48.04（mm）按標(biāo)準(zhǔn)?。篸 =50（mm）無(wú)桿腔面積2 2AmD /4 =3.1415926 100 100/4 =7853.98（mm ）有桿腔面積A=恵（D2 -d2）/4 =3.1415926 （100 100-50 50）/4=5890.49（mm2）活塞桿穩(wěn)定性校核動(dòng)橫梁因?yàn)榛钊麠U總行程為250（ mm）,而且活塞桿直徑25

31、（ mm）,d = 250/25=10,不需要進(jìn)行穩(wěn)定性校核。工作臺(tái)因?yàn)榛钊麠U總行程為500（ mm），而且活塞桿直徑18（ mm），d = 500/18=27.78,因?yàn)楣ぷ髋_(tái)液壓缸的活塞桿主要受力為水平方向，因此不需 要進(jìn)行穩(wěn)定性校核。模具油缸：因?yàn)榛钊麠U總行程為280（ mm），而且活塞桿直徑50（ mm），1 d = 280/50=5.610不需要進(jìn)行穩(wěn)定性校核。求液壓缸的最大流量動(dòng)橫梁q=Av=3117.25 0.0001 0.075 10 60=14.03（L/min）工作臺(tái)q=Av=804.251 0.0001 0.060 10 60=2.90（L/min）模具油缸：q=Av=7

32、853.98 0.0001 0.065 10 60 =30.63（L/min）鋼筒壁及法蘭的材料選45鋼，活塞桿材料選Q235。液壓缸其它參數(shù)的選擇活塞的最大行程L已由要求給定動(dòng)橫梁：L=250( mm)工作臺(tái)：L=500( mm)模具油缸：L=280( mm)小導(dǎo)向長(zhǎng)度當(dāng)活塞桿全部向外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱為最小 導(dǎo)向長(zhǎng)度H。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小，將使液壓缸的初始撓度值增大，影響液壓缸的穩(wěn)定， 因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保留有一最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。對(duì)于一般液壓缸，當(dāng)液壓缸的最大行程為L(zhǎng)， 缸筒直徑為D時(shí)，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度為：H亠220 2動(dòng)橫梁：H=250/20+63/2=12.5+32.5

33、=45(mm)所以取H=50mm工作臺(tái)：H=500/20+32/2=25+16=41(mm)所以取H=50mm模具油缸：H=280/20+100/2=14+50=64(mm)所以取H=70mm活塞的寬度的確定 取B=0.7D動(dòng)橫梁：B=0.7D=0.7 63=44.1(mm)取 B=45mm工作臺(tái)：B=0.7D=0.7 32=22.4(mm)取 B=25mm模具油缸：B=0.7d=0.7 100=70(mm)取 B=70mm活塞桿長(zhǎng)度的確定活塞桿的長(zhǎng)度L活塞桿長(zhǎng)度應(yīng)大于最大工作行程、導(dǎo)向長(zhǎng)度、缸頭、缸蓋四者長(zhǎng) 度之和。既ll+h+l蓋+ L頭但是為了使其能夠工作，必須和工作臺(tái)相連接，所以還 應(yīng)

34、支出一部分?？紤]實(shí)際工作環(huán)境和連接的需要，取這部分長(zhǎng)度動(dòng)橫梁與模具油缸為 50mm，工作臺(tái)為30mm。所以活塞桿的總長(zhǎng)動(dòng)橫梁L=250+50+84+77+50=511(mm)工作臺(tái)L=500+50+43+40+30=663(mm)模具油缸L=280+70+133+122+50=655(mm)液壓缸筒長(zhǎng)度的確定L=活塞最大行程+活塞寬度+活塞桿導(dǎo)向長(zhǎng)度+活塞桿密封長(zhǎng)度。動(dòng)橫梁L=250+45+50+10=355(mm)工作臺(tái)L=500+25+50+10=585(mm)模具油缸L=280+70+70+10=430(mm)3.4.5密封件的選擇液壓系統(tǒng)中密封件的作用是防止工作介質(zhì)的內(nèi)外泄漏，以及防止

35、灰塵，金屬屑等異物侵入液壓系統(tǒng)。能實(shí)現(xiàn)上述作用的裝置稱為密封裝置， 其中起密封作用的關(guān)鍵元 件密封元件，簡(jiǎn)稱密封件。系統(tǒng)的內(nèi)外泄漏均會(huì)使液壓系統(tǒng)容積效率下降，或達(dá)不到要求的工作壓力，甚至使液壓系統(tǒng)不能正常工作。外泄漏還會(huì)造成工作介質(zhì)的浪費(fèi)， 污染環(huán)境。異物的侵入會(huì)加劇液壓元件的磨損，或使液壓元件堵塞，卡死甚至損壞， 造成系統(tǒng)失靈。一般的液壓系統(tǒng)對(duì)密封件的主要要求是：1在一定的壓力，溫度范圍內(nèi)具有良好的密封性能；2有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，因密封件引起的摩擦應(yīng)盡量小，摩擦系數(shù)應(yīng)盡量穩(wěn)定；3耐腐蝕、耐摩性能好，不易老化，工作壽命長(zhǎng)，磨損后能在一定程度上自動(dòng)補(bǔ)償；4結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，成本低廉。4鐵路貨車軸承外

36、圈淬火壓床模具設(shè)計(jì)4.1模具材料的選擇模具材料可從模具鋼中進(jìn)行選擇， 模具鋼大致可分為冷作模具鋼、熱作模具鋼和 塑料模具鋼3類，用于鍛造、沖壓、切型、壓鑄等。鐵路軸承淬火機(jī)床模具所用的模 具鋼為熱作模具鋼。114.2熱作模具鋼二十世紀(jì)三十年代鋁合金壓鑄工藝迅速發(fā)展，急切需要發(fā)展具有良好耐熱性、耐熱疲勞和抵抗鋁液沖蝕的新型熱作模具鋼，美國(guó)開(kāi)發(fā)了一系列中鉻合金系熱作模具 鋼，其中H13鋼得到了最為廣泛的應(yīng)用。鋼主要含 Cr、Mo、V等合金元素，具有良好 的工藝性以及使用性能。由于其優(yōu)良的熱性和熱抗沖擊性能，H13目前已逐步替代因韌性和熱疲勞不足而引起失效的3Cr2W8V鋼來(lái)制造有色金屬壓鑄模；與傳

37、統(tǒng)得熱鍛 模用熱作鋼5CrNiMo、5CrMnMo鋼相比，H13鋼具有更好的熱強(qiáng)性。作為當(dāng)前世界范圍內(nèi)使用最為廣泛的熱作模具鋼，H13鋼除了常用于制作熱擠壓模、鋁合金壓鑄模、熱鍛模之外，還可用作冷擠壓模、塑料模等，是冷熱兼用的模用鋼。 據(jù)資料介紹,日本鋁合金壓鑄模的平均使用壽命在11萬(wàn)次左右,瑞典8407制造的鋁壓 鑄模的使用壽命達(dá)20萬(wàn)次，相比之下，我國(guó)鋁合金壓鑄模的平均使用壽命只有 6萬(wàn)次, 最差的僅幾千次模具就失效了 ，這與國(guó)產(chǎn)H13鋼的質(zhì)量有很大關(guān)系。我國(guó)自上世紀(jì)八 十年代引進(jìn)H13鋼，目前H13鋼已經(jīng)占據(jù)國(guó)內(nèi)熱作模具鋼的主導(dǎo)地位，許多鋼廠能生產(chǎn) H13鋼。但與進(jìn)口的優(yōu)質(zhì)H13鋼相比，

38、國(guó)產(chǎn)H13鋼的整體質(zhì)量存在明顯的差距。 因而盡 管進(jìn)口優(yōu)質(zhì)鋼的價(jià)格數(shù)倍于國(guó)產(chǎn) H13鋼，但高可靠性和高壽命的保證使得進(jìn)口H13鋼在國(guó)內(nèi)高檔熱作模具市場(chǎng)占有相當(dāng)大的份額。 現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展不斷地對(duì)熱作模具鋼 性能提出了更高的要求。世界各國(guó)主要采用以下兩種途徑提高模具鋼的性能以滿足工 業(yè)界的要求，一是優(yōu)化模具鋼的成分開(kāi)發(fā)新鋼種，二是改進(jìn)模具生產(chǎn)流程和工藝制技 術(shù)。4.3模具材料選擇模具材料應(yīng)該選用冷熱疲勞抗力、斷裂韌性、熱穩(wěn)定性高的熱作模具鋼。 H13(4Cr5MoV1Si)是目前應(yīng)用較廣泛的材料，據(jù)介紹，國(guó)外 80%的型腔均采用H13, 現(xiàn)在國(guó)內(nèi)仍大量使用3Cr2W8V，但3Cr2W8VT_藝性

39、能不好，導(dǎo)熱性很差，線膨脹系 數(shù)高，工作中產(chǎn)生很大熱應(yīng)力，導(dǎo)致模具產(chǎn)生龜裂甚至破裂，并且加熱時(shí)易脫碳，降 低模具抗磨損性能，因此屬于淘汰鋼種。馬氏體時(shí)效鋼適用于耐熱裂而對(duì)耐磨性和耐 蝕性要求不高的模具。鎢鉬等耐熱合金僅限于熱裂和腐蝕較嚴(yán)重的小型鑲塊，雖然這些合金即脆又有缺口敏感性，但其優(yōu)點(diǎn)是有良好的導(dǎo)熱性，對(duì)需要冷卻而又不能設(shè)置 水道的厚壓鑄件壓鑄模有良好的適應(yīng)性。因此，在合理的熱處理與生產(chǎn)管理下，H13仍具有滿意的使用性能。H13鋼的優(yōu)點(diǎn)H13鋼與傳統(tǒng)的3Cr2W8V鋼相比，它除了具有相當(dāng)高的強(qiáng)熱性和熱硬性外，其高溫韌性和熱疲勞抗力都更高。此外，H13鋼比3Cr2W8V鋼還具有更大導(dǎo)熱系數(shù)，

40、更小 的線膨脹系數(shù)，更低的淬火溫度，以及更小的密度，而且價(jià)格更便宜。這一系列優(yōu)點(diǎn) 使H13鋼比3Cr2W8V鋼在制造熱作模具鋼時(shí)內(nèi)在潛力更大。因此，本文決定以H13鋼作為研究對(duì)象，并對(duì)其進(jìn)行淬火、回火工藝研究，結(jié)果表明，H13鋼采用二級(jí)鹽浴分級(jí)淬火，比采用一級(jí)鹽浴分級(jí)淬火能使 H13鋼獲得更大的沖擊韌性。另外，對(duì) H13鋼 分別進(jìn)行了硫氮碳(SNC)共滲加氧化處理、稀土(RE)-SNC共滲處理及稀土(RE)-SNC 共滲加氧化處理等表面處理工藝試驗(yàn)； 并對(duì)處理試樣分別進(jìn)行了熱疲勞性能、耐磨性以及高溫抗氧性等方面的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，在空氣氧化條件下，添加稀土的SNC共滲加氧化復(fù)合處理試驗(yàn)的滲層

41、熱疲勞性能比未添加稀土(RE)的SNC共滲加氧化復(fù)合處理及隨后未經(jīng)氧化處理的(RE)-SNC共滲的試樣高，同時(shí)稀土 (RE)-SNC共滲加氧 化復(fù)合處理也能使H13鋼的耐磨性和高溫抗氧化性得到明顯提高。壓鑄模使用條件極為惡劣。以鋁壓鑄模為例，鋁的熔點(diǎn)為580-740 C，使用時(shí)，鋁液溫度控制在650-720C。在不對(duì)模具預(yù)熱情況下壓鑄，型腔表面溫度由室溫直升 至液溫，型腔表面承受極大拉應(yīng)力。開(kāi)模頂件時(shí)，型腔表面承受極大壓應(yīng)力。數(shù)千次 的壓鑄后，模具表面便產(chǎn)生龜裂等缺陷。由此可知，壓鑄使用條件屬于急熱急冷。模具材料應(yīng)選用冷熱疲勞抗力、斷裂韌 性、熱穩(wěn)定性高的熱作模具鋼。H13(4Cr5MoV1S

42、i)是目前應(yīng)用較廣泛的材料，據(jù)介紹， 國(guó)外80%的型腔均采用H13，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)仍大量使用3Cr2W8V，但3Cr2W8VT_藝性能 不好，導(dǎo)熱性很差，線膨脹系數(shù)高，工作中產(chǎn)生很大熱應(yīng)力，導(dǎo)致模具產(chǎn)生龜裂甚至 破裂，并且加熱時(shí)易脫碳，降低模具抗磨損性能，因此屬于淘汰鋼種。H13鋼的相關(guān)參數(shù)H13是美國(guó)的牌號(hào),國(guó)產(chǎn)的牌號(hào)為4cr5mosiv.其線膨脹系數(shù)是 溫度線膨脹系數(shù) TOC o 1-5 h z 20-20010.920-30011.420-40012.220-50012.820-60013.320-70013.6熱處理后的硬度為 回火溫度硬度(hrc)200553005340052500556

43、0050700304.6對(duì)模具強(qiáng)度和剛度的要求12模具由于受到較大的擠壓力，工作時(shí)就會(huì)產(chǎn)生彈性變形。為了提高工件的淬火精 度就必須增大橫截面積，從而提高模具的整體剛度，并進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的計(jì)算。為了 提高接觸剛度，可以增大結(jié)合面積，進(jìn)而降低應(yīng)力，并對(duì)模具錐面采用拋光處理等工 藝。強(qiáng)度要求主要為模具材料的變形強(qiáng)度，其應(yīng)力不得超過(guò)材料的屈服點(diǎn)，即二-二 0對(duì)于剛度要求，擠壓產(chǎn)生的變形量不得超過(guò)設(shè)計(jì)所要求的變形量，即yy，其中y為設(shè)計(jì)中所允許的變形量。4.7模具設(shè)計(jì)中相關(guān)系數(shù)的確定 4.7.1材料的成形膨脹系數(shù)一軸承外圈淬火前、后的溫度分別為800820r和6040C。即模具的工作溫度在 701000

44、 r之間，由此就可確定出材料的成形膨脹系數(shù)一。4.7.2合金的彈性模數(shù)E15根據(jù)有關(guān)資料可以查出，E=(1.5-2.8) 1011 Pa模具材料為H13，可取E=2.1 1011Pa 4.7.3軸承淬火前后的收縮量可通過(guò)線性膨脹量 L來(lái)確定收縮量：(4.1)AL = ctT X AT式中:敢模具材料成形的膨脹系數(shù);觀工件淬火前后的溫度差。H13其線膨脹系數(shù)是溫度線膨脹系數(shù) TOC o 1-5 h z 20-20010.920-30011.420-40012.220-50012.820-60013.31000-700 _ aj-18.6 700-200 _ 13.6-10.9fii= 2022

45、X 1嚴(yán)“：T=20.22 10 930=0.0188(mm2)A=Ji(D2 d2) = 3.14x(52900 37249)44=23659.5 10(mm2)(4.2)4.7.4鋼與鋼之間的摩擦系數(shù)為f.f=0.154.7.5模具受到的擠壓力在自然冷卻的情況下，軸承外圈的線性收縮量為厶1，而實(shí)際允許的線性收縮量為：1 =0.015mm。通過(guò)計(jì)算，確定l l，即模具能夠起到阻礙工件變形的作用，從而達(dá)到設(shè)計(jì)的有關(guān)要求。此時(shí)模具受到的擠壓力為：(4.3)F =ALEA/L式中： L模具阻礙工件變形量的大小;E工件（軸承外圈）的彈性模量；A工件形心處的橫切面積；L工件的線性長(zhǎng)度。AL =A1 A

46、l二 I =0.014mm2=0.0188-0.014=0.0048(mm )2 2A 二(D -d ) 3.14 (52900 -37249)6/2、A=23659.5 10(mm2)44F= LEA/L =0.0048 2.1 1011 3.14 (2302-1932) 10上/(3.14 230 4)=33022.4 (N)4.7.6模具接觸面錐度北圖4.1鐵路軸承外圈淬火機(jī)床模具內(nèi)芯鐵路軸承外圈淬火機(jī)床模具內(nèi)芯如圖4.1所示。由模具內(nèi)芯受力分析可知。擠壓力 F的豎直方向的分力F2=Fsin(水平分力對(duì)稱分布，相互抵消，這里不考慮)，則模具 正常工作的條件是：F -F2+ Ff (4.4

47、)式中：F外界的作用力；F2擠壓力的豎直分力；IFf模具內(nèi)芯圓錐面的摩擦力Ff的垂直分力，=Ffcos。Ff = Ff =33022.43 0.15=4953.4N則上式可寫成為：F ZF sina +F f cosa1.963 104 _33022.43 sin： +4953.4 cos：當(dāng):27時(shí)，上式成立。在鐵路軸承外圈淬火機(jī)床模具設(shè)計(jì)中取:-=20圖4.2鐵路軸承外圈淬火機(jī)床模具外芯組合4.8模具部件設(shè)計(jì)模具的部件包括抱緊彈簧、起模彈簧、導(dǎo)向板、擋塊、模具內(nèi)芯和6塊模具外芯等。4.8.1彈簧設(shè)計(jì)整個(gè)模具上有抱緊彈簧和起模彈簧兩個(gè)彈簧零部件。抱緊彈簧的作用是使模具外芯始終保持向中心收縮的

48、趨勢(shì)，并且通過(guò)抱緊彈簧的作用，將外芯緊箍在內(nèi)芯上，在 模具內(nèi)芯向外撤出時(shí)，能夠在虎克力的作用下使模具外芯沿徑向往里收縮。但是，抱緊彈簧的彈簧力又不能太大，當(dāng)內(nèi)芯插入外芯時(shí)，應(yīng)保證虎克力能夠被輕松克服，否 則就不能使外芯外圓柱面緊貼在軸承外圈的內(nèi)壁上了，從而無(wú)法保證工件的熱處理質(zhì)量。起模彈簧的作用是在起模時(shí)吊起模具的外芯，同定型底板共同作用，使模具外芯運(yùn)動(dòng)時(shí)能保持原來(lái)的形狀推出和進(jìn)入，而不至于產(chǎn)生過(guò)大的偏差。4.8.2模具上油槽的設(shè)計(jì)模具內(nèi)淬火油是從工作面板中部的油孔進(jìn)入的。為了使淬火油能夠順利的到達(dá)軸承外圈并對(duì)其進(jìn)行淬火，在模具內(nèi)芯與模具外芯對(duì)應(yīng)位置開(kāi)有12個(gè)油孔。為了提高淬火質(zhì)量，在模具外芯

49、的外壁上還開(kāi)了縱向油槽。4.8.3導(dǎo)向板的設(shè)計(jì)為了使模具外芯保持均布且在運(yùn)動(dòng)時(shí)保持徑向運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，在模具外芯的下部開(kāi) 了長(zhǎng)方形導(dǎo)向槽。槽的側(cè)面和下表面是工作表面可減輕淬火模具的重量，又可作為淬 火油的油路通道。4.9結(jié)果實(shí)踐證明壓模與工件一同浸于淬火油中，工件冷卻過(guò)程應(yīng)力分布均勻，這就保證了工件的 淬火精度。淬火模具外芯采用6塊活動(dòng)塊裝配，拆卸方便，磨損后可分別更換，降低 了成本，提高了模具的整體使用壽命。5總 結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們大學(xué)教育的一個(gè)重要環(huán)節(jié)， 是對(duì)大學(xué)這幾年所學(xué)知識(shí)，特別是機(jī) 械制圖、機(jī)械工程材料、機(jī)械設(shè)計(jì)、互換性與技術(shù)測(cè)量、模具制造 工藝學(xué)、沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)鐵路貨車滾

50、動(dòng)軸承等專業(yè) 知識(shí)的總結(jié)和檢驗(yàn)，也使我們提高了自己的設(shè)計(jì)能力，同時(shí)積累了寶貴的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過(guò)緊張的工作，畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我先通過(guò)查閱參考 資料對(duì)模具以及目前國(guó)內(nèi)外鐵路貨車滾動(dòng)軸承的發(fā)展現(xiàn)狀有了初步了解，通過(guò)翻譯外文文獻(xiàn)提高了自己專業(yè)英語(yǔ)的水平；然后通過(guò)到濟(jì)南國(guó)際機(jī)床展了解了機(jī)床以及模具 的最新發(fā)展動(dòng)向；最后根據(jù)零件尺寸和材料，分析其加工工藝性，計(jì)算相應(yīng)尺寸，選 擇相應(yīng)機(jī)床床身及模具零部件，繪制淬火壓床床身、開(kāi)合油池以及模具裝配圖和非標(biāo) 準(zhǔn)零件的零件圖。同時(shí)，我從畢業(yè)設(shè)計(jì)中還學(xué)習(xí)到了許多的課本中得不到的知識(shí)。這主要體現(xiàn)在一下幾個(gè)方面：1、鞏固了過(guò)去所學(xué)知識(shí)大學(xué)里所學(xué)的知識(shí)內(nèi)

51、容多，知識(shí)體系比較復(fù)雜，這使得同學(xué)們難于掌握基本的理 論基礎(chǔ)知識(shí)。而通過(guò)本次設(shè)計(jì)，可使我們更透徹的理解所學(xué)的知識(shí)， 并且鞏固自己的 已所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。2、提高了設(shè)計(jì)的能力本次設(shè)計(jì)中，從開(kāi)始的查閱資料，到后來(lái)的方案提出、論證和計(jì)算，再到最后的 裝配圖、零件圖設(shè)計(jì)。所有這些在老師和同學(xué)的指導(dǎo)下， 并通過(guò)自己的努力都有了較 好的結(jié)果。這些都實(shí)實(shí)在在的提高了我的設(shè)計(jì)能力。3、提高了繪圖能力本次設(shè)計(jì)中，我繪制了壓床床身、開(kāi)合油池、模具裝配圖和一些非標(biāo)準(zhǔn)零件的零 件圖。這些繪圖過(guò)程不僅鍛煉了我手工繪圖能力，同時(shí)也提高了我使用CAD和CAXA等繪圖軟件繪圖的能力。最后，通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我深刻的體會(huì)到理論知

52、識(shí)與實(shí)踐之間的差距，以及自己在專業(yè)知識(shí)上的不足。今后我一定會(huì)更加注重認(rèn)真學(xué)習(xí)和實(shí)踐，用實(shí)踐來(lái)指導(dǎo)自己。參考文獻(xiàn)王守仁，楊麗穎鐵路軸承淬火壓力機(jī)床模具設(shè)計(jì)機(jī)床與液壓，2004,5: 126-128.張光榮.CZY型鐵路軸承淬火壓床金屬熱處理，2000,10 : 35-37.李作田等臥式旋轉(zhuǎn)淬火壓床設(shè)計(jì)軸承2001,5 : 16-21.張光榮滲碳鋼軸承套圈液壓二工位淬火壓床與模具軸承.2010,3:57-61. 李作田，倪雅勤滲碳鋼雙列圓錐磙子軸承外圈淬火壓模設(shè)計(jì)軸承.2000,5: 35-38.武飚，樊玉福大型軸承套圈滲碳、淬火及模具設(shè)計(jì)應(yīng)用熱加工工藝.2002,2 : 61-63.張光榮氣動(dòng)肘

53、桿式淬火壓床與模具軸承.2010,2:15-19.張光榮四工位軸承套圈淬火機(jī)床軸承.2009,11:15-17.張光榮全自動(dòng)鐵路軸承套圈淬火壓床.2009,7:17-20.中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)，中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典委員會(huì)中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典M.江西：江西科學(xué)技術(shù)出 版社,2003,3:23-27.黃毅宏模具制造工藝M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004:29-32 馮柄亮等模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)M.上海：上?？萍紭I(yè)出版社，2002:78-109儲(chǔ)凱等主編機(jī)械工程材料M.重慶：重慶大學(xué)出版社，1998:33-56廖念創(chuàng)互換性與技術(shù)測(cè)量M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982:66-78許文越實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊(cè)M.

54、北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000.Departme nt of Mecha ni cal Engin eeri ng, Toyohashi Uni versity of Tech no logy, Toyohashi, Aichi 441-8580,Japa n.Merklein M, Lechler J, Geiger M (2006) Characterisation of the Flow Properties oftheQue nche nable Ultra-High Stre ngth Steel 22M nB5. CIRP Ann als Man ufacturi ng Techn ology55/1:229 t232.致 謝在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，因?yàn)橛辛死蠋焸冃燎诘闹笇?dǎo)和同學(xué)們熱心的幫助，所以我 才能夠順利圓滿的完成。在此，我要向他們表達(dá)我最真摯的謝意。首先，感謝我的導(dǎo)師王硯軍老師，沒(méi)有他孜孜不倦的教誨，我的設(shè)計(jì)工作肯定不 會(huì)順利完成的。在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，王老師對(duì)我的學(xué)習(xí)給予了極大的關(guān)懷和幫助，這使我學(xué)到很多從書本上是學(xué)不到的知識(shí)，把我四年的知識(shí)綜合應(yīng)用起來(lái)。王老師嚴(yán)謹(jǐn)求 實(shí)的治學(xué)