ok3 6320軸承外圈冷碾擴成形機理研究5.3800
ok3 6320軸承外圈冷碾擴成形機理研究5.3800,ok3,6320軸承外圈冷碾擴成形機理研究5.3,800,軸承,外圈,冷碾擴,成形,機理,研究,鉆研
【任務書】6320軸承外圈冷碾擴成形機理研究 開題時間14-12-09 一、 主要任務與目標 研究環(huán)件軋制成形原理， 針對一種環(huán)形件（軸承套圈），應用Pro/E軟件、solidworks等三維設計軟件建立三維模型，應用有限元數(shù)值分析軟件DEFORM軟件，對軸承套圈輾擴成形過程進行計算機數(shù)值模擬，研究環(huán)件輾擴成形過程機理、應力場分布規(guī)律和軋制工藝參數(shù)優(yōu)化。 二、 主要內容與基本要求 1. 分析環(huán)件軋制成型原理； 2. 應用三維設計軟件建立三維數(shù)值模擬模型； 3. 導入三維模型，應用DEFORM軟件建立數(shù)值仿真模型，研究軸承套圈變形機理； 4. 研究工藝參數(shù)對輾擴過程中模具、套圈、輾擴輥的變形規(guī)律、應力場分布規(guī)律； 5. 撰寫論文一份（10000字，約40頁以上）。 三、 計劃進度 1-4周：完成文獻資料查閱、文獻綜述、兩篇英文翻譯、開題報告； 5周：總體研究方案設計； 6周： 建立三維數(shù)值模擬模型，研究軸承套圈環(huán)件軋制成型機理； 7-8周：導入三維模型，應用DEFORM軟件建立數(shù)值仿真模型，研究軸承套圈成形機理； 9-10周： 研究工藝參數(shù)對輾擴過程中模具、套圈、輾擴輥的變形規(guī)律； 1113周：總結研究結果，書寫論文一份。 四、 主要參考文獻 分 類 號 密 級 寧畢業(yè)設計(論文)6320軸承外圈冷碾擴成形機理研究所在學院機械與電氣工程學院專 業(yè)機械設計制造及其自動化班 級11機自x班姓 名學 號指導老師 2015 年 3 月 31 日摘 要精密冷輾是從傳統(tǒng)熱輾擴發(fā)展而來的。至少在六、七十年之前，人們就產生了實現(xiàn)精輾的愿望，并先后做過試驗，但受到多種條件的制約。近20年以來，由于精密冷輾工藝方面的突破性進展和現(xiàn)代工業(yè)控制技術、傳感器技術、微機技術、材料技術等的飛速發(fā)展，為精密冷輾技術的發(fā)展創(chuàng)造了條件，使其由試驗研究進入實用階段。當前精密冷輾技術在世界范圍內處于成長和上升時期。這一階段的主要標志是在應用中提高、完善、發(fā)展，在發(fā)展中擴大應用。在常溫下用軋制加工環(huán)形零件是軋制加工的又一種類型。近幾年來，我國軸承行業(yè)開始采用冷軋加工軸承套圈。它與冷軋絲杠或齒輪等零件的不同點在于軸承套圈毛坯在成形輥和芯輥之間經冷軋后截面縮小而工件直徑擴大。為了區(qū)別于一般的螺栓和齒輪這類零件的冷軋加工，我們把軸承套圈這類環(huán)形零件的冷軋加工稱為冷輾擴加工，把用來進行冷輾擴加工的設備稱為冷輾擴機。軸承套圈的冷輾擴工藝是上世紀80年代發(fā)展起來的新技術。最先采用這項技術的有德國、美國、日本和前蘇聯(lián)，在80年代末和90年代初開始受到我國軸承行業(yè)的重視，先后派員出國考察和洽談引進冷輾擴設備。就在國內軸承行業(yè)將進行一場轟轟烈烈的工藝革命的同時，天馬領導人高瞻遠矚，先后引進世界上最先進的由德國巴德杜本公司生產的冷輾機及技術 ，率先將軸承環(huán)(套圈)精密冷輾擴成型工藝及設備用于中大型號套圈大批量生產中，經過公司不斷地消化吸收，生產試制，現(xiàn)已成功地生產了幾十個品種，月產量50多萬套的大中型軸承套圈，技術、質量明顯地上了個新臺階。冷輾擴的工作理是由一個主驅動的模具（滾輪）來成形外表面形狀以及一個從動的旋轉模具（芯棒）來成形內表面形狀，他們由支撐輪將其擠壓成形，因此這種利用金屬材料的塑性變形來獲得所需的零件形狀和尺寸，沒有材料的切除，也沒有強烈的震動和噪聲，因而具有切屑加工所不可比擬的優(yōu)點。目前，國內軸承行業(yè)陸續(xù)從德國的巴德杜本公司和日本的共榮精工引進了一些冷輾擴冷輾擴機，德國的巴德杜本公司是研究開發(fā)軸承套圈冷輾擴設備較早的廠家，生產的冷輾擴機有立式的，也有臥式的，日本共榮精工生產的是臥式的。關鍵詞：冷碾擴成形冷碾擴成形；冷碾擴成形； 改進設計Abstract The development direction of harvester will be to high-tech direction, making out the applicability of harvester is the development of the market, is very promising for different regions developed different harvester. Thus, the corresponding manufacturing combine high performance is the development of foreign harvester. The rice combine harvester can complete harvesting, threshing, separation and bagging operations at one time. The machine has the advantages of small volume, light weight, flexible operation, through and good adaptability, can better solve the problem of big, medium-sized harvester to harvest in the hilly, mountainous and paddy field. Thus, the corresponding manufacturing combine high performance is the development of foreign harvester. The rice combine harvester can complete harvesting, threshing, separation and bagging operations at one time. The machine has the advantages of small volume, light weight, flexible operation, through and good adaptability, can better solve the problem of big, medium-sized harvester to harvest in the hilly, mountainous and paddy field.Thus, the corresponding manufacturing combine high performance is the development of foreign harvester. The rice combine harvester can complete harvesting, threshing, separation and bagging operations at one time. The machine has the advantages of small volume, light weight, flexible operation, through and good adaptability, can better solve the problem of big, medium-sized harvester to harvest in the hilly, mountainous and paddy field.Thus, the corresponding manufacturing combine high performance is the development of foreign harvester. The rice combine harvester can complete harvesting, threshing, separation and bagging operations at one time. The machine has the advantages of small volume, light weight, flexible operation, through and good adaptability, can better solve the problem of big, medium-sized harvester to harvest in the hilly, mountainous and paddy field.Thus, the corresponding manufacturing combine high performance is the development of foreign harvester. The rice combine harvester can complete harvesting, threshing, separation and bagging operations at one time. The machine has the advantages of small volume, light weight, flexible operation, through and good adaptability, can better solve the problem of big, medium-sized harvester to harvest in the hilly, mountainous and paddy field.Thus, the corresponding manufacturing combine high performance is the development of foreign harvester. The rice combine harvester can complete harvesting, threshing, separation and bagging operations at one time. The machine has the advantages of small volume, light weight, flexible operation, through and good adaptability, can better solve the problem of big, medium-sized harvester to harvest in the hilly, mountainous and paddy field.Key Words: rice thresher threshing; improved design;目 錄摘 要IIIAbstractIV目 錄V第1章 緒論1第2章 總體方案確定22.1 冷碾擴成形工作原理22.2 6320軸承外圈冷碾擴成形總體設計32.2.1軸承的特點52.2.2 冷碾擴成形的整機結構及選擇62.2.3 冷碾擴成形冷碾擴成形的工作流程8第3章 冷碾擴成形結構設計103.1 結構組成部分及功能113.2 結構設計中的主要內容123.3 成形機理介紹13第4章 成形機理研究154.1 有限元簡介174.2 模型導入204.3 材料設定214.4 網(wǎng)格劃分234.5 邊界條件設定254.6 分析結果284.6.1 軸承外圈分析結果304.6.2 套圈分析結果314.6.3 輾擴輥分析結果324.7 分析結論744.71 軸承外圈分析結論374.7.2 套圈分析結論384.7.3 輾擴輥分析結論39結論40參考文獻41致 謝42第1章 緒論精密冷輾是從傳統(tǒng)熱輾擴發(fā)展而來的。至少在六、七十年之前，人們就產生了實現(xiàn)精輾的愿望，并先后做過試驗，但受到多種條件的制約。近20年以來，由于精密冷輾工藝方面的突破性進展和現(xiàn)代工業(yè)控制技術、傳感器技術、微機技術、材料技術等的飛速發(fā)展，為精密冷輾技術的發(fā)展創(chuàng)造了條件，使其由試驗研究進入實用階段。當前精密冷輾技術在世界范圍內處于成長和上升時期。這一階段的主要標志是在應用中提高、完善、發(fā)展，在發(fā)展中擴大應用。在常溫下用軋制加工環(huán)形零件是軋制加工的又一種類型。近幾年來，我國軸承行業(yè)開始采用冷軋加工軸承套圈。它與冷軋絲杠或齒輪等零件的不同點在于軸承套圈毛坯在成形輥和芯輥之間經冷軋后截面縮小而工件直徑擴大。為了區(qū)別于一般的螺栓和齒輪這類零件的冷軋加工，我們把軸承套圈這類環(huán)形零件的冷軋加工稱為冷輾擴加工，把用來進行冷輾擴加工的設備稱為冷輾擴機。軸承套圈的冷輾擴工藝是上世紀80年代發(fā)展起來的新技術。最先采用這項技術的有德國、美國、日本和前蘇聯(lián)，在80年代末和90年代初開始受到我國軸承行業(yè)的重視，先后派員出國考察和洽談引進冷輾擴設備。就在國內軸承行業(yè)將進行一場轟轟烈烈的工藝革命的同時，天馬領導人高瞻遠矚，先后引進世界上最先進的由德國巴德杜本公司生產的冷輾機及技術 ，率先將軸承環(huán)(套圈)精密冷輾擴成型工藝及設備用于中大型號套圈大批量生產中，經過公司不斷地消化吸收，生產試制，現(xiàn)已成功地生產了幾十個品種，月產量50多萬套的大中型軸承套圈，技術、質量明顯地上了個新臺階。冷輾擴的工作理是由一個主驅動的模具（滾輪）來成形外表面形狀以及一個從動的旋轉模具（芯棒）來成形內表面形狀，他們由支撐輪將其擠壓成形，因此這種利用金屬材料的塑性變形來獲得所需的零件形狀和尺寸，沒有材料的切除，也沒有強烈的震動和噪聲，因而具有切屑加工所不可比擬的優(yōu)點。目前，國內軸承行業(yè)陸續(xù)從德國的巴德杜本公司和日本的共榮精工引進了一些冷輾擴冷輾擴機，德國的巴德杜本公司是研究開發(fā)軸承套圈冷輾擴設備較早的廠家，生產的冷輾擴機有立式的，也有臥式的，日本共榮精工生產的是臥式的。 第2章 總體方案確定2.1 冷碾擴成形工作原理精密冷輾是從傳統(tǒng)熱輾擴發(fā)展而來的。至少在六、七十年之前，人們就產生了實現(xiàn)精輾的愿望，并先后做過試驗，但受到多種條件的制約。近20年以來，由于精密冷輾工藝方面的突破性進展和現(xiàn)代工業(yè)控制技術、傳感器技術、微機技術、材料技術等的飛速發(fā)展，為精密冷輾技術的發(fā)展創(chuàng)造了條件，使其由試驗研究進入實用階段。當前精密冷輾技術在世界范圍內處于成長和上升時期。這一階段的主要標志是在應用中提高、完善、發(fā)展，在發(fā)展中擴大應用。在常溫下用軋制加工環(huán)形零件是軋制加工的又一種類型。近幾年來，我國軸承行業(yè)開始采用冷軋加工軸承套圈。它與冷軋絲杠或齒輪等零件的不同點在于軸承套圈毛坯在成形輥和芯輥之間經冷軋后截面縮小而工件直徑擴大。為了區(qū)別于一般的螺栓和齒輪這類零件的冷軋加工，我們把軸承套圈這類環(huán)形零件的冷軋加工稱為冷輾擴加工，把用來進行冷輾擴加工的設備稱為冷輾擴機。軸承套圈的冷輾擴工藝是上世紀80年代發(fā)展起來的新技術。最先采用這項技術的有德國、美國、日本和前蘇聯(lián)，在80年代末和90年代初開始受到我國軸承行業(yè)的重視，先后派員出國考察和洽談引進冷輾擴設備。就在國內軸承行業(yè)將進行一場轟轟烈烈的工藝革命的同時，天馬領導人高瞻遠矚，先后引進世界上最先進的由德國巴德杜本公司生產的冷輾機及技術 ，率先將軸承環(huán)(套圈)精密冷輾擴成型工藝及設備用于中大型號套圈大批量生產中，經過公司不斷地消化吸收，生產試制，現(xiàn)已成功地生產了幾十個品種，月產量50多萬套的大中型軸承套圈，技術、質量明顯地上了個新臺階。冷輾擴的工作理是由一個主驅動的模具（滾輪）來成形外表面形狀以及一個從動的旋轉模具（芯棒）來成形內表面形狀，他們由支撐輪將其擠壓成形，因此這種利用金屬材料的塑性變形來獲得所需的零件形狀和尺寸，沒有材料的切除，也沒有強烈的震動和噪聲，因而具有切屑加工所不可比擬的優(yōu)點。目前，國內軸承行業(yè)陸續(xù)從德國的巴德杜本公司和日本的共榮精工引進了一些冷輾擴冷輾擴機，德國的巴德杜本公司是研究開發(fā)軸承套圈冷輾擴設備較早的廠家，生產的冷輾擴機有立式的，也有臥式的，日本共榮精工生產的是臥式的。2.2 6320軸承外圈冷碾擴成形總體設計2.2.1軸承的特點軸承（Bearing）是當代機械設備中一種重要零部件。它的主要功能是支撐機械旋轉體，降低其運動過程中的摩擦系數(shù)，并保證其回轉精度。按運動元件摩擦性質的不同，軸承可分為滾動軸承和滑動軸承兩大類。其中滾動軸承已經標準化、系列化，但與滑動軸承相比它的徑向尺寸、振動和噪聲較大，價格也較高。滾動軸承一般由外圈、內圈、滾動體和保持架四部分組成。按滾動體的形狀，滾動軸承分為球軸承和滾子軸承兩大類。早期的直線運動軸承形式，就是在一排撬板下放置一排木桿。現(xiàn)代直線運動軸承使用的是同一種工作原理，只不過有時用球代替滾子。最簡單的旋轉軸承是軸套軸承，它只是一個夾在車輪和輪軸之間的襯套。這種設計隨后被滾動軸承替代，就是用很多圓柱形的滾子替代原先的襯套，每個滾動體就像一個單獨的車輪。在意大利奈米湖發(fā)現(xiàn)的一艘建造于公元前40年的古羅馬船只上，發(fā)現(xiàn)了早期的球軸承的實例：一個木制球軸承是用來支撐旋轉桌面。據(jù)說列昂納多達芬奇在1500年左右曾經對一種球軸承進行過描述。球軸承的各種不成熟因素中，有很重要的一點就是球之間會發(fā)生碰撞，造成額外的摩擦。但是可以通過把球放進一個個小籠里防止這種現(xiàn)象。17世紀，伽利略對“籠裝球”的球軸承做過最早的描述。十七世紀末，英國的C.瓦洛設計制造球軸承，并裝在郵車上試用以及英國的P.沃思取得球軸承的專利。最早投入實用的帶有保持架的滾動軸承是鐘表匠約翰哈里遜于1760年為制作H3計時計而發(fā)明的。十八世紀末德國的H.R.赫茲發(fā)表關于球軸承接觸應力的論文。在赫茲成就的基礎上，德國的R.施特里貝克、瑞典的A.帕姆格倫等人進行了大量的試驗，對發(fā)展?jié)L動軸承的設計理論和疲勞壽命計算作出了貢獻。隨后，俄國的N.P.彼得羅夫應用牛頓粘性定律計算軸承摩擦。第一個關于球溝道的專利是卡馬森的菲利普沃恩在1794年獲得的。1883年，弗里德里希費舍爾提出了使用合適的生產機器磨制大小相同、圓度準確的鋼球的主張，奠定了軸承工業(yè)的基礎。英國的O.雷諾對托爾的發(fā)現(xiàn)進行了數(shù)學分析，導出了雷諾方程，從此奠定了流體動壓潤滑理論的基礎。行業(yè)概況根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，2011年中國軸承制造行業(yè)規(guī)模(年銷售收入2000萬元以上)企業(yè)共有1416家企業(yè)，全年實現(xiàn)工業(yè)總產值1932.11億元，同比增長27.59%；銷售收入為1910.97億元，同比增長30.30%；利潤總額125.23億元，較上年增長為26.54%。預計到2015年，我國軸承產量有望超過280億套，主營業(yè)務收入有望達到2100億元，成為全球最大的軸承生產和銷售基地。當前我國軸承行業(yè)主要面臨三大突出問題：分別是行業(yè)生產集中度低、研發(fā)和創(chuàng)新能力低、制造技術水平低。第一，行業(yè)生產集中度低。在全世界軸承約300億美元的銷售額中，世界8大跨國公司占75%80%。德國兩大公司占其全國總量的90%，日本5家占其全國總量的90%，美國1家占其全國總量的56%。而我國瓦軸等10家最大的軸承企業(yè)，銷售額僅占全行業(yè)的24.7%，前30家的生產集中度也僅為37.4%。第二，研發(fā)和創(chuàng)新能力低。全行業(yè)基礎理論研究弱，參與國際標準制訂力度弱，少原創(chuàng)技術，少專利產品。當前我們的設計和制造技術基本上是模仿，產品開發(fā)能力低，表現(xiàn)在：雖然對國內主機的配套率達到80%，但高速鐵路客車、中高檔轎車、計算機、空調器、高水平軋機等重要主機的配套和維修軸承，基本上靠進口。第三，制造技術水平低。我國軸承工業(yè)制造工藝和工藝裝備技術發(fā)展緩慢，車加工數(shù)控率低，磨加工自動化水平低，全國僅有200多條自動生產線。對軸承壽命和可靠性至關重要的先進熱處理工藝和裝備，如控制氣氛保護加熱、雙細化、貝氏體淬火等覆蓋率低，許多技術難題攻關未能取得突破。軸承鋼新鋼種的研發(fā)，鋼材質量的提高，潤滑、冷卻、清洗和磨料磨具等相關技術的研發(fā)，尚不能適應軸承產品水平和質量提高的要求。因而造成工序能力指數(shù)低，一致性差，產品加工尺寸離散度大，產品內在質量不穩(wěn)定而影響軸承的精度、性能、壽命和可靠性。軸承參數(shù)壽命在一定載荷作用下，軸承在出現(xiàn)點蝕前所經歷的轉數(shù)或小時數(shù)，稱為軸承壽命。滾動軸承之壽命以轉數(shù)（或以一定轉速下的工作的小時數(shù)）定義：在此壽命以內的軸承，應在其任何軸承圈或滾動體上發(fā)生初步疲勞損壞（剝落或缺損）。然而無論在實驗室試驗或在實際使用中，都可明顯的看到，在同樣的工作條件下的外觀相同軸承，實際壽命大不相同。此外還有數(shù)種不同定義的軸承“壽命”，其中之一即所謂的“工作壽命”，它表示某一軸承在損壞之前可達到的實際壽命是由磨損、損壞通常并非由疲勞所致，而是由磨損、腐蝕、密封損壞等原因造成。為確定軸承壽命的標準，把軸承壽命與可靠性聯(lián)系起來。由于制造精度，材料均勻程度的差異，即使是同樣材料，同樣尺寸的同一批軸承，在同樣的工作條件下使用，其壽命長短也不相同。若以統(tǒng)計壽命為1單位，最長的相對壽命為4單位，最短的為0.1-0.2單位，最長與最短壽命之比為20-40倍。90%的軸承不產生點蝕，所經歷的轉數(shù)或小時數(shù)稱為軸承額定壽命。額定動載荷為比較軸承抗點蝕的承載能力，規(guī)定軸承的額定壽命為一百萬轉（106）時，所能承受的最大載荷為基本額定動載荷，以C表示。也就是軸承在額定動載荷C作用下，這種軸承工作一百萬轉（106）而不發(fā)生點蝕失效的可靠度為90%，C越大承載能力越高。對于基本額定動載荷1向心軸承是指純徑向載荷2推力球軸承是指純軸向載荷3向心推力軸承是指產生純徑向位移得徑向分量2.2.2 冷碾擴成形的整機結構及選擇輾擴是一種先進的精密成形技術，是利用輾環(huán)機使環(huán)件壁厚減薄、直徑擴大的塑性加工工藝。其具有節(jié)約材料、使環(huán)件金屬纖維連續(xù)、增強零件抗腐蝕能力和疲勞強度、降低成本、提高生產效率等優(yōu)點。因此，冷輾擴加工技術被廣泛應用于軸承套圈等環(huán)形零件的加工。目前矩形截面環(huán)件冷輾擴的研究成果比較豐富，而異型截面環(huán)件的冷輾擴研究尚處于起步階段。因此對異型截面環(huán)件冷輾擴的深入研究有著重要的理論意義和現(xiàn)實價值。 本文以深溝球軸承內圈為研究對象，分別利用理論分析、數(shù)值模擬、輾擴實驗等研究方法對其冷輾擴成形關鍵性技術進行了深入的研究。通過對冷輾擴過程中環(huán)件的咬入條件、鍛透條件等分析，得出了工藝參數(shù)的計算公式；利用剛塑性有限元理論，以有限元分析軟件DEFORM-3D為平臺，建立深溝球軸承內圈冷輾擴有限元模型；通過對深溝球軸承內圈冷輾擴過程有限元模擬，分析冷輾擴過程中內圈的應變場、應力場以及金屬流動規(guī)律，研究內圈冷輾擴變形機理，找出了缺陷產生的原因；研究了驅動輥轉速、芯輥進給速度以及寬徑比對寬展和直徑增長速度的影響規(guī)律，從而選擇合理的工藝參數(shù)，保證冷輾擴成形質量及穩(wěn)定性，為工藝參數(shù)的優(yōu)化提供理論基礎；研究了驅動輥轉速、芯輥進給速度以及寬徑比對輾擴力和輾擴力矩的影響規(guī)律，為輾環(huán)機的選擇或設計提供參考依據(jù)；進行了深溝球軸承內圈冷輾擴實驗，通過對數(shù)值模擬與實驗過程中的成形效果、直徑增長速度以及輾擴力矩的對比，驗證了深溝球軸承內圈冷輾擴有限元模擬的可靠性。 本論文通過對深溝球軸承內圈冷輾擴過程研究得到的成果，對提高冷輾擴的產品質量及生產效率、完善異型截面環(huán)件冷輾擴理論具有重要的科學意義和應用價值。冷輾擴的工作理是由一個主驅動的模具（滾輪）來成形外表面形狀以及一個從動的旋轉模具（芯棒）來成形內表面形狀，他們由支撐輪將其擠壓成形，因此這種利用金屬材料的塑性變形來獲得所需的零件形狀和尺寸，沒有材料的切除，也沒有強烈的震動和噪聲，因而具有切屑加工所不可比擬的優(yōu)點。2.2.3 冷碾擴成形冷碾擴成形的工作流程 利用冷輾擴加工能提高材料利用率，可以從以下兩方面來進行分析：（1） 在軸承套圈磨加工前全部采用車加工，需要在一個與成品工件相同直徑（指平均直徑）的毛坯表面切除金屬余量。而采用冷輾擴加工時，只需在一個小于成品工件的毛坯表面切除金屬余量。（2）由于冷輾擴加工是利用材料的塑性變形成形，工件原來要用車加工切除金屬來得到的溝槽和圓角等均可利用材料的塑性變形得到，因而減少了金屬材料的損耗。采用冷輾加工可節(jié)省鋼材；減少機械加工量。 傳統(tǒng)的球軸承套圈車加工工藝為：車內徑、端面、倒角 車外徑、端面、倒角平面無心精車車溝道車裝配倒角采用車-冷輾擴加工球軸承套圈的工藝為：車內徑與一端面、倒角車外徑與另一端面、倒角平面無心冷輾擴加工車-冷輾擴工藝不僅工序減少了，而且設備數(shù)量和占地面積也相應減少，同時也節(jié)省了人力。第3章 冷碾擴成形設計3.1 結構組成部分及功能1,外輥2，冷碾輥，3，軸承外圈4，壓輥5，小輥環(huán)件冷輾擴是一種先進的精密成形技術，是利用輾環(huán)機使環(huán)件壁厚減薄、直徑擴大的塑性加工工藝。其具有節(jié)約材料、使環(huán)件金屬纖維連續(xù)、增強零件抗腐蝕能力和疲勞強度、降低成本、提高生產效率等優(yōu)點。因此，冷輾擴加工技術被廣泛應用于軸承套圈等環(huán)形零件的加工。目前矩形截面環(huán)件冷輾擴的研究成果比較豐富，而異型截面環(huán)件的冷輾擴研究尚處于起步階段。因此對異型截面環(huán)件冷輾擴的深入研究有著重要的理論意義和現(xiàn)實價值。 本文以深溝球軸承內圈為研究對象，分別利用理論分析、數(shù)值模擬、輾擴實驗等研究方法對其冷輾擴成形關鍵性技術進行了深入的研究。通過對冷輾擴過程中環(huán)件的咬入條件、鍛透條件等分析，得出了工藝參數(shù)的計算公式；利用剛塑性有限元理論，以有限元分析軟件DEFORM-3D為平臺，建立深溝球軸承內圈冷輾擴有限元模型；通過對深溝球軸承內圈冷輾擴過程有限元模擬，分析冷輾擴過程中內圈的應變場、應力場以及金屬流動規(guī)律，研究內圈冷輾擴變形機理，找出了缺陷產生的原因；研究了驅動輥轉速、芯輥進給速度以及寬徑比對寬展和直徑增長速度的影響規(guī)律，從而選擇合理的工藝參數(shù)，保證冷輾擴成形質量及穩(wěn)定性，為工藝參數(shù)的優(yōu)化提供理論基礎；研究了驅動輥轉速、芯輥進給速度以及寬徑比對輾擴力和輾擴力矩的影響規(guī)律，為輾環(huán)機的選擇或設計提供參考依據(jù)；進行了深溝球軸承內圈冷輾擴實驗，通過對數(shù)值模擬與實驗過程中的成形效果、直徑增長速度以及輾擴力矩的對比，驗證了深溝球軸承內圈冷輾擴有限元模擬的可靠性。 本論文通過對深溝球軸承內圈冷輾擴過程研究得到的成果，對提高冷輾擴的產品質量及生產效率、完善異型截面環(huán)件冷輾擴理論具有重要的科學意義和應用價值。3.2 結構設計中的主要內容設計中需要針對軸承外圈成型有很好的了解。軸承是非常精密的元件，并且軸承是承載用，具有較好的力學性能，從而對模具材料要求更高。目前矩形截面環(huán)件冷輾擴的研究成果比較豐富，而異型截面環(huán)件的冷輾擴研究尚處于起步階段。因此對異型截面環(huán)件冷輾擴的深入研究有著重要的理論意義和現(xiàn)實價值。 本文以深溝球軸承內圈為研究對象，分別利用理論分析、數(shù)值模擬、輾擴實驗等研究方法對其冷輾擴成形關鍵性技術進行了深入的研究。通過對冷輾擴過程中環(huán)件的咬入條件、鍛透條件等分析，得出了工藝參數(shù)的計算公式；利用剛塑性有限元理論，以有限元分析軟件DEFORM-3D為平臺，建立深溝球軸承內圈冷輾擴有限元模型；通過對深溝球軸承內圈冷輾擴過程有限元模擬，分析冷輾擴過程中內圈的應變場、應力場以及金屬流動規(guī)律，研究內圈冷輾擴變形機理，找出了缺陷產生的原因；研究了驅動輥轉速、芯輥進給速度以及寬徑比對寬展和直徑增長速度的影響規(guī)律，從而選擇合理的工藝參數(shù)，保證冷輾擴成形質量及穩(wěn)定性，為工藝參數(shù)的優(yōu)化提供理論基礎；研究了驅動輥轉速、芯輥進給速度以及寬徑比對輾擴力和輾擴力矩的影響規(guī)律，為輾環(huán)機的選擇或設計提供參考依據(jù)；進行了深溝球軸承內圈冷輾擴實驗，通過對數(shù)值模擬與實驗過程中的成形效果、直徑增長速度以及輾擴力矩的對比，驗證了深溝球軸承內圈冷輾擴有限元模擬的可靠性。3.3 成形機理介紹 在常溫下用軋制加工環(huán)形零件是軋制加工的又一種類型。近幾年來，我國軸承行業(yè)開始采用冷軋加工軸承套圈。它與冷軋絲杠或齒輪等零件的不同點在于軸承套圈毛坯在成形輥和芯輥之間經冷軋后截面縮小而工件直徑擴大。為了區(qū)別于一般的螺栓和齒輪這類零件的冷軋加工，我們把軸承套圈這類環(huán)形零件的冷軋加工稱為冷輾擴加工，把用來進行冷輾擴加工的設備稱為冷輾擴機。軸承套圈的冷輾擴工藝是上世紀80年代發(fā)展起來的新技術。最先采用這項技術的有德國、美國、日本和前蘇聯(lián)，在80年代末和90年代初開始受到我國軸承行業(yè)的重視，先后派員出國考察和洽談引進冷輾擴設備。 就在國內軸承行業(yè)將進行一場轟轟烈烈的工藝革命的同時，天馬領導人高瞻遠矚，先后引進世界上最先進的由德國巴德杜本公司生產的冷輾機及技術 ，率先將軸承環(huán)(套圈)精密冷輾擴成型工藝及設備用于中大型號套圈大批量生產中，經過公司不斷地消化吸收，生產試制，現(xiàn)已成功地生產了幾十個品種，月產量50多萬套的大中型軸承套圈，技術、質量明顯地上了個新臺階。 冷輾擴的工作理是由一個主驅動的模具（滾輪）來成形外表面形狀以及一個從動的旋轉模具（芯棒）來成形內表面形狀，他們由支撐輪將其擠壓成形，因此這種利用金屬材料的塑性變形來獲得所需的零件形狀和尺寸，沒有材料的切除，也沒有強烈的震動和噪聲，因而具有切屑加工所不可比擬的優(yōu)點。參考文獻第4章 成形機理研究4.1 有限元簡介由于有限元法解題的規(guī)模越來越大，為了縮短解題周期，必須借助計算機實現(xiàn)30。從20世紀70年代開始，基于有限元法的結構線性分析已經成熟并被工程界廣泛采用，一批大型通用商業(yè)軟件(如ANSYS、MARC等)公開發(fā)行并應用。近30年來，大型通用軟件的功能由線性擴展到非線性，由結構擴展到非結構(流體、熱)，由分析計算擴展到優(yōu)化設計。現(xiàn)在大型通用軟件已為工程技術界廣泛應用，并成為CAD/CAM系統(tǒng)不可缺少的組成部分。對于復雜的流固耦合問題，各個軟件供應商也在開發(fā)新的求解方法。ANSYS軟件作為流行的大型商業(yè)有限元分析軟件，界面友好，能夠進行包括結構力學、熱力學、聲學、電磁學等多學科的研究，應用廣泛。可以用于結構靜強度分析31 (用于分析結構由靜載荷引起的變形、應力和應變)，包括線性和非線性的分析。也可用于結構動力學分析32 33 (用于分析隨時間變化的載荷對結構的影響)，包括瞬態(tài)分析、模態(tài)分析34、諧響應分析以及隨機振動響應分析35-37。ANSYS10.0以上版本為流固耦合38 (FSI)問題提供了較完善的解決方案。在多物理場模塊使用流體耦合單元可以利用直接耦合方法求解流固耦合的動態(tài)響應問題。4.2 模型導入打開ansys軟件，界面如圖所示點擊Geometry功能選項，將其拖入Project schematic界面，如上圖所示在Analysis Systems中點擊Static Structural功能選項，將其拖入到Geometry旋向框上面，如圖所示，自動生成分析選項界面。4.3 材料設定導入模型以后，需要對模型賦予材質。本結構中，零部件材質設定為結構鋼楊氏模量為2.1e13pa 泊松比為 0.3如下圖所示，分別對每個零部件進行材料設定4.4 網(wǎng)格劃分在劃分網(wǎng)格前，用戶首先需要對模型中將要用到的單元屬性進行定義。單元屬性主要包括：單元類型、實常數(shù)、材料常數(shù)。典型的實常數(shù)包括：厚度、橫截面面積、高度、梁的慣性矩等。材料屬性包括：彈性模量、泊松比、密度、熱膨脹系數(shù)等。ANSYS為用戶提供了兩種網(wǎng)格劃分類型：自由和映射所謂“自由”，體現(xiàn)在沒有特定的準則，對單元形狀無限制，生成的單元不規(guī)則，基本適用于所有的模型。自由網(wǎng)格生成的內部節(jié)點位置比較隨意，用戶無法控制。操作方式是打開MeshTool工具條上的Free選項。所用單元形狀依賴于是對面還是對體進行網(wǎng)格劃分。對于面，自由網(wǎng)格可以只由四邊形單元組成，也可以只由三角形單元組成，或兩者混合。對于體，自由網(wǎng)格一般限制為四面體單元。映射網(wǎng)格劃分要求面或體形狀滿足一定規(guī)則，且映射面網(wǎng)格只包括三角形單元或四邊形單元，映射體網(wǎng)格只包括六面體單元，它生成的單元形狀比較規(guī)則，適用于形狀規(guī)則的面和體。對于映射網(wǎng)格劃分，生成的單元尺寸依賴于當前DSIZE、ESIZE、KESIZE、LESIZE和ASIZE的設置。Smartsize不能用于映射網(wǎng)格劃分。當使用硬點時，不支持映射網(wǎng)格劃分。此面必須由3或4條線圍成，在對邊上必須有相等的單元劃分數(shù)。如果此面由3條線圍成，則三條邊上的單元劃分數(shù)必須相等且必須是偶數(shù)。對邊網(wǎng)格數(shù)之差相等，或者一對對邊網(wǎng)格數(shù)相等，另一對網(wǎng)格數(shù)之差為偶數(shù)，也可以進行映射網(wǎng)格劃分。如果一個面由多于4條的線圍成，則它不能直接采用映射網(wǎng)格進行劃分，然而，為了將總的線數(shù)減少到4，其中的某些線可以被加起來（add）或連接起來（concatenated，一種進行網(wǎng)格劃分時的操作）。代替進行連接操作（concatenation），可以用拾取一個面的3個或4個角點來進行面映射網(wǎng)格劃分，這種簡化的映射網(wǎng)格劃分方法將兩個關鍵點之間的多條線內部連接起來。為了得到映射網(wǎng)格，必須在面的對邊上指定相等的線的劃分數(shù)（或者定義線的劃分數(shù)對應于某種傳遞方式）。不需要在所有的線上指定劃分數(shù)，只要是采用映射網(wǎng)格劃分，程序會將線的劃分數(shù)由一條邊傳遞到對邊，傳遞所有相鄰的要劃分網(wǎng)格的面）體映射網(wǎng)格：為了給一個體劃分六面體單元，則必須滿足它必須是塊形（六面體），五面體或四面體形在對面和側邊上所定義的單元劃分數(shù)必須相等如果體是棱柱形或四面體形，在三角形面上的單元劃分數(shù)必須是偶數(shù)相對棱邊上劃分的單元數(shù)必須相等導入模型以后如上圖所示，打開主界面,對模型進行網(wǎng)格劃分，點擊mesh功能旋向，右擊插入mesh方法，選擇sizing，即設定網(wǎng)格大小。設定整體網(wǎng)格大小為1mm。點擊mesh，軟件對模型進行網(wǎng)格劃分，劃分結果如下圖所示：可以看到最終網(wǎng)格劃分效果，以及網(wǎng)格數(shù)量，如下圖：如圖所示，網(wǎng)格總數(shù)量為487658，節(jié)點數(shù)量為170523網(wǎng)格質量1004.5 邊界條件設定網(wǎng)格劃分完畢需要對整體裝置進行邊界條件設定，如下圖所示，為模型固定條件，即模型中某些零部件進行固定設定。設定軸承外圈上與小棍接觸部分為固定。即fixed support另外設定約束條件，即受力載荷或者位移載荷設定與軸承外圈接觸的冷碾輥部分以及外部受力打小為200N如上圖所示4.6 分析結果邊界條件設定完畢，可以進行分析計算，點擊solve按鈕，軟件進入計算狀態(tài)。4.6.1 軸承外圈分析結果軸承外圈唯一情況，TotalDeformation軸承外圈Equivalent Elastic Strain分析結果軸承外圈Equivalent Stress分析結果4.6.2 套圈分析結果軸承外圈唯一情況，TotalDeformation軸承外圈Equivalent Elastic Strain分析結果軸承外圈Equivalent Stress分析結果4.6.3 輾擴輥分析結果輾擴輥位移情況，TotalDeformation輾擴輥Equivalent Elastic Strain分析結果輾擴輥Equivalent Stress分析結果4.7 模型導入4.7.1 軸承外圈分析結論軸承外圈分析結果可知在冷碾過程中，受力狀況是由接觸部分，想外擴散的受力過程。從而對應著變形過程也是由中間向兩邊擴散的過程，在中間部分，應力最大，有著很大的變形、在多次的循環(huán)過程中，零件有胚料狀態(tài)到最終外圈結構。4.7.2 套圈分析結論軸承套圈分析結果可知在冷碾過程中，受力狀況是由接觸部分，想外擴散的受力過程。從而對應著變形過程也是由中間向兩邊擴散的過程，在中間部分，應力最大，有著很大的變形、在多次的循環(huán)過程中，零件有胚料狀態(tài)到最終外圈結構。4.7.3 輾擴輥分析結論輾擴輥分析結果可知在冷碾過程中，受力狀況是由接觸部分，想外擴散的受力過程。從而對應著變形過程也是由中間向兩邊擴散的過程，在中間部分，應力最大，有著很大的變形、在多次的循環(huán)過程中，零件有胚料狀態(tài)到最終外圈結構。冷輾擴的工作理是由一個主驅動的模具（滾輪）來成形外表面形狀以及一個從動的旋轉模具（芯棒）來成形內表面形狀，他們由支撐輪將其擠壓成形，因此這種利用金屬材料的塑性變形來獲得所需的零件形狀和尺寸，沒有材料的切除，也沒有強烈的震動和噪聲，因而具有切屑加工所不可比擬的優(yōu)點。經過冷輾擴加工，使工件金屬材料內部的晶粒按工件表面形狀延伸，而不象車削溝道那樣被切斷，同時也提高了材料的密度，使套圈表面的耐磨性和使用壽命大大提高，冷輾擴加工的套圈壽命一般至少提高50%，比一般車削加工的套圈高410倍。由于冷輾擴加工是利用模具成形,使工件的圓角溝道等結構尺寸穩(wěn)定。主要加工表面的尺度精度、粗糙度和形位公差能穩(wěn)定的達到甚至超過車加工水平，有利于后工序的加工。結論一、總結第一部分，文獻資料的搜集與整理。通過專利網(wǎng)、文獻庫和老師給的資料，了解了當前主流的幾種機車轉向架助推器類型。然后根據(jù)文獻資料，綜合分析每種助推器的優(yōu)劣，綜合比較借鑒，初步確定采用撬棍杠桿式助推方式。第二部分，確定局部和整體方案。進一步分析撬棍式助推器的助推方式，及需要哪些相配合的機構，將助推器分為執(zhí)行系統(tǒng)、系統(tǒng)和驅動系統(tǒng)三部分。然后先對執(zhí)行機構進行理論受力分析，分析其位移量。借此計算出部分齒輪減速的比和需要的電機的轉矩，從而確定電機選型，至此部分和驅動部分也同時確定下來。第四部分，各部件具體機構設計和校核。根據(jù)前面三章的內容，確定執(zhí)行系統(tǒng)、系統(tǒng)各部件的具體結構尺寸，確定軸上零件的定位和裝配方式，最后選擇合適的軸承并對各部件進行校核。二、設計的不足之處 這次的設計還只是階段性的，助推器的結構還可以進行局部優(yōu)化，中間的系統(tǒng)也有很多不同的方案可以選擇，比如選擇齒輪代替鏈傳， 三、個人體會畢業(yè)設計是大學四年期間最后一次正式的機構設計了，可以說是跨出大學校園的最后一步。需要考察自己大學期間學習的各項專業(yè)技能和課程知識，并且要綜合運用，對自己也是一次全面的提高。因為考研的關系，很多時間被占用了，所以畢業(yè)設計的時間比較緊，中間過程略顯倉促。剛開始做課題使并沒有什么頭緒，不知道從哪里下手。就像無頭的蒼蠅，這里做一些，那里做一些，其中受力分析就做了很多遍，事實證明這些都是無用功。后來跟指導老師溝通了很多次，確定下來步驟。先綜合分析助推器的總體結構，分成幾部分，比如驅動、執(zhí)行部分，這樣就有了一個大的方向。因此，我體會到初步設計必須確定每一部分的工作，由大到小，先分析結構，再對結構的運動和動力性能綜合分析，不斷的修正、不斷的改進，這樣才能做出完整的設計。參考文獻1楊穎萍，施俊俊，孫英彪.客車轉向架構架焊修工藝的探討A.第十四屆全國機械設計年會論文集C.中國機械工程學會，2008.2蒼松.動車組轉向架虛擬裝配技術的研究與應用D.遼寧：大連交通大學，20093Http:/www.easymover.it/en/pusher.php,5-20/2013-5-204Gregory James Newell. Materials handling device and system. P.U.S. Patent No.7168514B2,Jan.30,20075Http:/www.fetec-papier.de/Easy_Mover_-_Rllentransportger/Details_Easy_Mover/details_easy_mover.html,5-20/2013-5-206Http:/www.mastermover.com,5-20/2013-5-207. 黃志新，劉成柱ANSYS Workbench 14.0超級學習手冊 8. 劉鴻文材料力學 9. 胡小華；, 摩托車發(fā)動機連桿疲勞可靠性分析及壽命預測, 重慶大學碩士論文, 2014 10. 王立峰, 發(fā)動機曲軸連桿機構動力學仿真及疲勞分析,長安大學碩士論文, 2010 11. 龔立新，發(fā)動機連桿靜態(tài)與動態(tài)特性的有限元分析研究，哈爾濱工程大學碩士論文, 2007 致 謝 畢業(yè)設計也接近尾聲了，也意味我在大學的生活就要劃上一個句號。回過頭來看看自己做設計的過程，也有很多體會。助推器的助推方案不斷推倒，不斷重建。也讓我對專業(yè)技能有了更深的了解。 首先，誠摯感謝我的指導老師。每當我有不懂的問題的時候，老師總是耐心為我解答，而且解答地很詳細，讓我對下一步的工作有了清晰的認識。在我沒有頭緒的時候，老師總是適時地提出自己的建議，循循善誘，給我思考的空間，鍛煉了我的專業(yè)思維。老師總是抽出自己的時間來督促我論文的進度，這是很無私的。在此，向老師表示崇高的謝意！ 感謝四年來同學、老師的陪伴，感謝他們?yōu)槲姨岢龅挠幸娴暮蛯氋F的建議，有了他們的支持和鼓勵，才讓我度過了四年充實的大學生活。
收藏