环件冷辗扩技术现状和发展

简要地介绍了环件冷辗扩原理、冷辗扩工艺、冷辗设备、加工过程控制参数、模具寿命及有限元模拟技术的现状和发展,并指出了环件冷辗扩还缺乏精确而系统性的研究,弹塑性有限元研究才刚刚起步,通过模拟来优化加工过程参数在国际上也几乎没有公开发表的文献。因此,应该从理论、有限元模拟、材料、设备、热处理、模具等多学科联合攻关研究,才能使我国的环件冷辗扩技术跃上一个新的台阶。

环件冷辗扩中单辊随动导向运动规律研究

根据立式单导向辊随动导向冷辗环机的实际工况,建立了矩形截面环件和深沟球截面环件冷辗扩的运动学模型,分析两种环件的直径变化规律,研究了一定辗扩工艺条件下导向辊的运动规律。建立根据冷辗扩工艺来确定导向辊运动的一整套设计方法,并用MATLAB编写求解程序以求解所有的设计参数。精确地控制导向辊的运动规律有利于提高环件冷辗扩的精度。研究结果为冷辗环机的设计制造提供了依据。

环件冷辗扩芯辊进给速度规范设计

针对环件冷辗扩的特点,结合环件冷辗扩机的工作原理,提出了四种不同的芯辊进给速度设计规范。以矩形截面为分析对象,根据进给速度为常数、每转进给量为常数、环件外径增长速度为常数和随动导向辊圆心的旋转速度为常数这四种控制条件,提出了芯辊进给速度设计方法,推导出了直径的增长规律。根据试验数据,以Abaqus为平台,模拟了四种进给速度规范下的辗扩过程,分析了冷辗扩力和环件成形的圆度变化规律。总结了四种设计方案的优缺点,提出了在不同辗扩阶段采用不同的进给规范的设计思路,以期能为环件冷辗扩的工艺和控制设计提供新的理论依据。

混合硬化弹塑性本构关系及其在环件冷辗扩模拟中的应用

采用数值模拟方法和混合硬化弹塑性本构关系,提出了基于弹性张量的应力补偿更新算法,引入等向强化系数,给出了有限元计算步骤,基于ABAQUS/Explicit平台开发了子程序VUMAT,并在单个单元模型中验证了其可靠性。将其应用于环件冷辗扩过程模拟中,着重研究了等向强化系数对环件冷辗扩成形的影响规律。结果表明,随着等向强化系数的增大,辗扩力、辗扩力矩增大,鱼尾形状系数减小,环件外圈金属受各向异性硬化影响较大,进而从理论上进行了解释。研究结论指出该研究对环件冷辗扩成形工艺具有指导意义。

沟球断面环件冷辗扩三维有限元模拟与工艺设计

沟球断面环件冷辗扩是滚珠轴承套圈制造新工艺。以有限元软件Abaqus为平台,根据冷辗环机实际工作条件,建立从矩形断面毛坯冷辗扩成形沟球断面环件的三维弹塑性动力显式有限元模型。通过动力显式有限元数值模拟,研究沟球断面环件冷辗扩变形过程,揭示出该环件冷辗扩中直径增长和圆度变化规律。基于数值模拟结果,优化设计矩形断面环件毛坯尺寸和冷辗扩工艺参数。在D56G90冷辗环机上进行沟球断面环件冷辗扩试验,验证了数值模拟结果,并采用矩形断面环件毛坯成功冷辗扩出了沟球断面轴承套圈。

环件冷辗扩中宽展的实验研究

根据D56G90型环件冷辗扩机的工作原理和实际工作情况,选取了影响矩形截面环件冷辗扩宽展的2种主要因素:进给速度和宽径比来设计研究宽展变化的实验方案。通过对实验结果的分析表明:进给速度和宽径比的增加都可以在一定程度上减小环件的宽展,使环件端面平整。同时,也发现了环件内外侧的宽展率不相同。这些现象的本质是环件冷辗扩过程中的径向和轴向塑性区的分布不同。使用MATLAB编写了数值计算程序,采用二项式拟合的数值方法,总结归纳出了进给速度和宽径比与宽展率之间的解析公式。

材料参数对环件冷辗扩工艺的影响规律研究

基于ABAQUS软件环境,采用弹塑性动态显示有限元法,通过三维数值模拟研究揭示了几个重要的材料参数(硬化指数、屈服强度和弹性模量)对环件冷辗扩过程中环件端面质量、轴向宽展、辗扩力、辗扩力矩以及金属流动特性的影响规律,并从金属塑性成形原理和塑性加工力学等角度对这些规律进行了合理的解释,从而获得了何种材料性能适应冷辗扩成形的认识,为环件冷辗扩在实际应用中材料和设备的选择提供了依据,对揭示冷辗扩成形机理也具有十分重要的意义。

对称冷辗扩分体锥形套圈宽展研究

冷辗扩是生产高质量无缝环件的新工艺,圆锥套圈辗扩由于金属分布的不均匀导致辗扩过程会产生较大轴向力,同时端面出现拉凹。文章从理论与工艺入手,研究了对称面上的拉凹的产生机理,并提出了控制拉凹的措施,在试验中得到了验证。成功开发了圆锥套圈对称辗扩的新工艺。

工艺参数对高铁轴承外圈冷辗扩成形力能参数影响

为了实现高铁轴承外圈的精确成形,应用ABAQUS软件进行有限元模拟,系统分析了驱动辊转速、芯辊直线进给速度和轧制比对高铁轴承外圈冷辗扩成形力能参数的影响。结果显示,随驱动辊转速的提高,轧制力和轧制力矩逐渐减小;随芯辊直线进给速度的增加,轧制力逐渐增加,而轧制力矩先增加后减少;随坯料轧制比的增加,轧制力和轧制力矩逐渐增加。随后,进行了类比轧制力矩实验测试与验证,验证结果说明了本文所建立的模型的正确性。

高铁轴承外圈的冷辗扩变形机理研究

为了实现高铁轴承外圈的精确成形,基于冷辗扩基本理论,应用ABAQUS有限元软件,建立了高铁轴承外圈的冷辗扩轧制过程的仿真模型。并对其冷辗扩过程进行了数值模拟,分析了轧制过程应力应变场的演变规律,阐明了变形机理。研究结果为实现和推广高铁轴承冷辗扩轧制成形技术奠定理论基础。

金属环件冷辗扩数值模拟中圆度辊定位的研究

金属环件冷辗扩具有很好的发展潜力,而我国在该领域尚处于起步阶段。对金属环件冷辗扩数值模拟可以预测环件的塑性变形和受力情况,进而对工艺改进或者模具修改有参考作用。本文对辗扩中对圆度辊的定位问题进行了分析,并较好地实现了模拟效果。

冷辗扩技术在新时期的发展

随着现代工业技术水平的不断提高,对无缝环件的性能要求越来越高,特别是满足各种使用要求的高性能轴承的需求,其中冷辗扩技术就是制造高质量无缝环件的先进制造技术之一,但还存在许多问题,文章对国内外冷辗扩技术的研究开发情况作了总体概述。

阶梯形轴承内圈冷辗扩成形与模拟研究

通过对阶梯形环件的成形工艺进行研究,运用理论依据初步设计了模具和工艺参数,利用动力有限元法对阶梯形内圈的冷辗扩成形进行了模拟分析,为毛坯和部分工艺参数的优化设计提供了依据。

圆锥滚子轴承套圈成对冷辗扩工艺设计和试验

圆锥滚子轴承的套圈是重要的承载部件,对轴承的性能有着重要的影响。成对冷辗扩生产不仅能抵消因不对称变形产生的轴向力、提高制件精度、延长芯辊寿命,还能提高生产效率。通过对成对冷辗扩过程中圆锥套圈变形过程分析与受力分析,推导出圆锥套圈成对冷辗扩成型时咬入条件、锻透条件、冷辗扩力的计算方法,毛坯设计方法及模具设计方法,并对圆锥轴承329/32(ISO355系列2BD)圆锥套圈成对冷辗扩进行试验验证。

冷辗扩过程实时测控技术的发展状况

冷辗扩是一种生产高精度、高性能无缝环的技术,其过程具有很强的非线性。实时测量和在线控制是保证冷辗扩过程平稳,提高环件质量的手段,是冷辗扩技术的关键之一。介绍了冷辗扩机的工作原理,包括测控系统的组成与控制原理。详细叙述了冷辗环机的计算机控制系统、进给伺服系统、测量反馈系统、过程参数及控制规律的特征。比较了国内外冷辗环机的性能,指出冷辗扩工艺动力学模型、计算机工艺规划、冷辗扩机的自适应能力、伺服系统、圆度辊控制、过程监控是目前研究的重点。

环件冷辗扩弹塑性动力显式有限元分析

开发了冷辗扩弹塑性专用有限元分析程序RingForm,设计了中心差分求解动力显式有限元方程的算法。程序利用前后时间步屈服函数的值判断应变状态,采用径向返回法更新应力以减小弹塑性本构关系造成的累积误差。模拟了矩形截面环件的冷辗扩过程,与实验结果和有限元软件ABAQUS的模拟结果进行比较,证明了RingForm程序的精确性和稳定性。RingForm程序可以准确地分析开式冷辗扩过程并预测环件的宽展和端面平整度等参数。

环件宽径比对环件冷辗扩工艺的影响规律研究

基于Abaqus/Explicit提供的显式动力学有限元算法,对矩形截面环件冷辗扩进行了有限元数值模拟,揭示了环件宽径比对环件冷辗扩过程中环件端面质量、轴向宽展率、辗扩力、辗扩力矩以及金属流动特性的影响规律,并从金属塑性成形原理和塑性加工力学等角度对这些规律进行了合理的解释,从而获得了环件宽径比对冷辗扩成形的影响规律,为环件冷辗扩在实际应用中环件宽径比的选择提供了依据,对揭示冷辗扩成形机理也具有十分重要的意义。

高铁轴承内圈冷辗扩成形的数值模拟和试验研究

采用ABAQUS软件建立了高铁轴承内圈冷辗扩有限元模型,通过芯辊六工进进给方式下的模拟分析,利用单因素法研究了芯辊第1工进进给速度对冷辗扩过程中轧制力矩的变化及分布的影响;基于XS-160精密冷辗机进行了高铁轴承内圈冷辗扩试验研究,将数值模拟和试验所得内圈成形效果和内孔圆度进行了对比分析。结果表明,芯辊第1工进速度越大,辗扩力矩越大,冷辗扩过程越不稳定;当芯辊第1和第6工进进给速度分别为1.0和0.1 mm·s-1时,轴承内圈的成形质量和内孔圆度最好。

芯辊进给速度对环件冷辗扩工艺的影响规律研究

基于Abaqus/Explicit提供的显式动力学有限元算法,对矩形截面环件冷辗扩进行了有限元数值模拟,揭示了芯辊进给速度对环件冷辗扩过程中环件端面质量、轴向宽展率、辗扩力、辗扩力矩以及金属流动特性的影响规律,并从金属塑性成形原理和塑性加工力学等角度对这些规律进行了合理的解释,从而获得了进给速度对冷辗扩成形的影响规律,为环件冷辗扩在实际应用中进给速度的选择提供了依据,对揭示冷辗扩成形机理也具有十分重要的意义。

环件冷辗扩中材料的本构关系

对弹塑性材料拉伸试验进行假设,选取能够符合冷辗扩本构特征的兰伯-奥斯古简化模型,根据拉伸试验国家标准,对4组冷辗扩用轴承钢GCr15作拉伸试验,基于拉伸试验结果,采用数值拟合的方法得到了适合于环件冷辗扩弹塑性有限元计算的本构方程。