科创中国

行业领域

高端装备制造产业

需求背景

高铁轴承是保障高铁长期安全运行的最关键基础件之一，国内市场每年需求量在50亿元左右，目前全部依赖进口。国外四大轴承公司（SKF、NSK、FAG、TIMKEN）的高铁轴承有成熟的制造(含热处理)工艺，质量优良可靠，一直垄断着高铁轴承市场。高铁轴承内外套圈采用低碳合金钢材料，其表面渗碳后的二次淬火是高铁轴承制造的最关键工序。采用智能化模压淬火装备，把智能控制与满足淬火要求的功能装备组合为一体，解决二次淬火出现的变形量过大、硬度不一致等诸多问题。

本课题通过工业计算机与执行系统的协同，将机械与人工智能组合，在满足淬火技术要求、保持尺寸一致性同时，打通高铁轴承内在质量保证的通道，保证高铁轴承规模化、高质量、稳定生产，实现国产化。

需解决的主要技术难题

主要针对高铁轴承热处理过程中二次淬火出现的变形量过大、硬度不一致等诸多问题。通过项目的实施，在满足淬火技术要求、保持尺寸一致性同时，保证高铁轴承规模化、高质量、稳定生产。

研究铁路轴承淬火入油时间、方式、冷却强度与金相组织及硬度之间的关系；将实际经验作为本课题研究的专家系统，设计智能化系统整体方案，提供实现淬火工艺过程的淬火装备。特征是：根据工件的实际情况，装备的参数与模具可以保障反变形措施的实施；内、外压模或内孔胀模的施力以及模具尺寸的校正和控制可以抵御淬火变形；各阶段冷却介质流量、流速、流向与分布能够保证相变按预期进行、减小应力变形。

通过多年的研制、调试及生产考核，将淬火工艺的专家系统通过工控机与执行系统协同，将机械与人工智能组合，依据仿真结果与实际变形对比，掌握影响因素引起变形趋势，调整模具结构、流道形状、模具尺寸、脱模方式、脱模检测与反馈，调整施加外力大小、时间、频率、频次，控制冷却液的流量、方向、方式，使之与反变形过程相适应，从而保证工件的总体尺寸、变形量及内在质量。

期望实现的主要技术目标

1.高铁轴承每套由1个外圈、2个内圈组合而成，规格型号包括: 352226X2-2RZ、353130B、352132A；工件材料：渗碳钢（G20Cr2Ni4A、G20CrNi2MoA、G20CrNiMo）；

2.工件变形及硬度要求：

表面硬度：60～64HRC；心部硬度：35～48HRC；直径变化量≤***—***（直径160—400mm）；母线直线性：***—***（高度120—250mm）；尺寸离散性：***—***；内径锥度：≤***—***.

3.压模淬火后同件产品硬度均匀度：

工件直径：200～320           均匀度≤2HRC。

工件直径：100≤直径＜200：   均匀度≤***。

工件直径：＜100              均匀度≤1HRC。

4.心部硬度符合国家现行标准，同批次硬度均匀度≤5HRC。

    5.每次二外圈、四内圈同时同步淬火；生产节拍3~5分钟（可调）。

    6.全自动无人操作、无人干预。

    7.整机为封闭式成套集成结构，整个淬火过程在全封闭的环境中进行，没有明火，没有油烟，工作环境干净、整洁，符合环保要求。

    8.整机为两个接口，进口为红热工件，出口为淬火后工件。

    9.内外套淬火部分采用独立的排油烟口。

    10.提高液压系统工作压力，保证工件可靠脱模。

    11.改进内外套模具结构设计，节约换模时间约60%。

    12.对淬火工件进行分班计数和累加计数处理。

    13.各主要运动机构采用伺服驱动、伺服控制，各部分动作精确、安全、可靠、自动化程度高。

    14.具有外套工件脱模检测与反馈功能。

   15.具有内套工件异位矫正及探测与反馈功能。

   16.和加热炉进行多点联网通讯，具有物料跟踪和故障自诊断及声光报警功能。具有远程故障诊断与运维功能。

   17.采用人机工程学理念进行整机设计，力求做到美观大方、简便实用。

需求解析

解析单位：“科创中国”宁夏科技服务团（宁夏回族自治区科学技术协会） 解析时间：2024-04-23

王解生

宁夏机械工程学会

秘书长

综合评价

此需求描述已足够清晰。高铁轴承是保障高铁长期安全运行的最关键基础件之一，国内市场每年需求量在50亿元左右，目前全部依赖进口。项目成功的实施，在打破国外技术垄断的同时，高铁轴承价格至少降至进口同类产品的1/3以上，也让我国的轴承市场摆脱了国外厂商的价格控制，促进了市场的健康发展。 此需求需要跨行业专家共同解决。在设计设备前，做好各项准备工作。然后召集机械、模具设计、电控等领域的技术人员开展联合设计，确定最终设计图和技术文件；根据设计图和技术文件加工制造、装配、检验、测试；测试合格后发货到到用户使用。

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