Finite element analysis of deformation characteristics in cold helical rolling of bearing steel-balls

Due to the complexity of investigating deformation mechanisms in helical rolling(HR) process with traditional analytical method, it is significant to develop a 3D finite element(FE) model of HR process. The key forming conditions of cold HR of bearing steel-balls were detailedly described. Then, by taking steel-ball rolling elements of the B7008 C angular contact ball bearing as an example, a completed 3D elastic-plastic FE model of cold HR forming process was established under SIMUFACT software environment. Furthermore, the deformation characteristics in HR process were discovered, including the forming process, evolution and distribution laws of strain, stress and damage based on Lemaitre relative damage model. The results reveal that the central loosening and cavity defects in HR process may have a combined effect of large negative hydrostatic pressure(positive mean stress)caused by multi-dimensional tensile stresses, high level transverse tensile stress, and circular-alternating shear stress in cross section.

提高大红山铜矿铜回收率及降低介耗的研究

针对玉溪矿业有限公司大红山铜矿一选厂浮选给矿产品中合格粒级含量过低、过磨粒级含量较高、铜选别回收率较低等问题,在研究选厂给矿性质的基础上,基于球径半理论公式推导了该段磨矿作业中钢球的最佳配比,并将该方案分别在实验室和现场进行验证。对于推导出的一段球磨机初装方案m(Φ70 mm)︰m(Φ50 mm)︰m(Φ40 mm)︰m(Φ30 mm)=15︰25︰35︰25,在实验室试验和工业试验中进行验证,结果表明:该方案能够提高-0.020+0.010 mm可选粒级及-0.074+0.018 mm易选粒级的含量,有效减少了过粉碎现象,降低了介质消耗,提高了铜精矿回收率,实现了降本增效。

联合载荷作用下精密轴系角接触球轴承钢球与保持架动力学行为分析

针对联合载荷作用下精密轴系角接触球轴承钢球与保持架的相互作用行为,基于滚动轴承动力学理论建立了精密轴系动力学分析模型,分析了转速、载荷、轴承结构参数对钢球与保持架动力学行为的影响,并通过保持架转速试验验证了模型的准确性,结果表明:力矩载荷对钢球与保持架动力学行为的影响程度较径向载荷明显;在径向载荷作用下,当转速小于40000 r/min时钢球与保持架的作用力随轴向预紧力增大而增大,当转速大于40000 r/min时钢球与保持架的作用力随轴向预紧力增大先减小后增大;在力矩载荷作用下,钢球与保持架的作用力随着力矩载荷的增大先增大再减小而后急剧增大;增大保持架兜孔间隙与外沟曲率半径系数有利于减小钢球与保持架的作用力。

聚氨酯复合金属空心球的阻尼性能研究

将聚氨酯树脂(P6)与316 L不锈钢空心球(316L HS)通过浇注法制备金属聚氨酯/空心球复合材料,进行DMA测试,储能模量与温度关系表明聚氨酯P6/316L HS的初始储能模量相对于纯聚氨酯P6的初始储能模量高出近3倍,随着温度升高,聚氨酯P6/316L HS储能模量变化较大。阻尼损耗因子tanδ-温度关系表明纯聚氨酯P6的玻璃化转变温度为88℃,有效阻尼温域为30℃(67℃~97℃),而聚氨酯P6/316L HS玻璃化转变温度为82℃,有效阻尼温域为33℃(72℃~105℃),纯聚氨酯P6相对于聚氨酯P6/316L HS的有效阻尼温度向高温区偏移。热分解性能测试表明聚氨酯P6的热分解主要分为3个阶段,起始分解温度为109.30℃,热分解速率最快的峰值温度为338.37℃,失重百分比为63.69%,终止分解温度为480.43℃,最后在700℃下残余率为6.19%。

风电轴承大尺寸钢球光球加工技术

针对国内现有风电轴承大尺寸钢球光球机加工精度低,加工效率低的问题,对钢球在光球机动、静磨盘沟道内的运动规律、受力特点和磨削机理进行分析,光球时钢球受到的磨削力与动、静磨盘沟道深度比有关,并基于ADAMS仿真得到最佳动、静磨盘沟道深度比为7∶3,去两极和环带、成形、走圆工序最佳动磨盘转速分别为90,120,90 r/min。样机试验结果表明,改进后光球机的光球效率提高了30%,球形误差至少提高了0.2 mm,表面粗糙度Ra值至少减小了0.03 mm。

未紧固到位钢网架螺栓球节点外加钢板加固试验研究

螺栓球节点网架中,螺栓为主要受力零件,高强螺栓的连接质量对网架的承载能力有着很重要的影响。现有的工程实践中,经常出现高强螺栓未紧固到位的情况,导致连接处出现套筒有间隙、松动等质量缺陷,降低了节点承载能力,且易造成结构挠度较大,影响网架安装质量。为保证节点处的受力,针对高强螺栓未紧固到位的情况,提出了用外加钢板进行加固的方法,并对加固试件进行了单向拉伸试验,研究了试件的破坏模式、承载能力、应变发展等,探讨了加固方法的可行性,并提出了加固设计计算方法。

纳米复合瓷球作磁铁矿细磨介质磨矿特征研究

三段磨矿工艺通常采用钢锻或钢球作为细磨介质,存在高能耗、高球耗和粒度分布特性差等问题。以尖山铁矿三段球磨机给矿作为研究对象,进行了批次磨矿试验,研究了钢锻和瓷球作为细磨介质下的磨矿动力学特征以及瓷球磨矿工艺参数对产品粒度特性的影响。结果表明:超细粒级磁铁矿磨矿动力学线性特征不明显,更倾向于一阶磨矿动力学特征,且瓷球的细磨能力优于钢锻。瓷球磨矿工业应用后,在相同溢流细度和铁精矿品位下,球耗降幅达17.52%,节电幅度达42.37%,综合磨矿成本下降32.11%。瓷球可作为新型介质完全替代钢锻磨矿。

球压痕法获取不同变形率下316L不锈钢的力学性能

核电焊接结构由于在加工过程中受到冷作硬化导致局部区域力学性能发生改变且难以准确获取,利用ABAQUS有限元分析软件建立了弹塑性材料下的压痕实验三维模型进行数值模拟,通过识别载荷-深度曲线中的相关参数,结合量纲分析法理论计算316L奥氏体不锈钢材料在不同变形率下的力学性能参量。结果表明,随着变形率的不断增大,材料的塑性降低,硬度增大,且力学性能参数如屈服强度、抗拉强度及硬化指数均相应增大。

泥石流排导槽混凝土材料磨蚀特性研究

我国泥石流灾害频发多发,危害十分严重。排导槽在防治泥石流的实践中扮演了至关重要的作用,但也出现了很多冲磨破坏的情况,极大地影响排导槽安全功能及运行寿命。排导槽的冲刷磨蚀问题是泥石流减灾亟需解决的关键技术难题之一。针对排导槽工程中混凝土过流表面的冲磨破坏现象,本文通过向混凝土中复掺不同材料(纳米二氧化硅、微硅粉、聚丙烯纤维和引气剂)和涂抹聚脲保护层两种途径,提高混凝土的抗冲耐磨性能。为此,采取水下钢球法的磨蚀实验方法,研究两种混凝土试件的抗冲磨强度、磨损率、磨损系数和平均磨蚀深度等参数指标,综合比较其抗冲耐磨性能。结果表明,两者都能提高混凝土的抗冲耐磨性,聚脲的抗冲磨强度比复掺材料混凝土提高了约5~18倍,磨损率和磨损系数均降低约78%~98%,平均磨蚀深度减小了一个数量级,并且弹性聚脲抗冲磨性能远大于刚性聚脲。分析其抗冲磨机制,认为复掺材料主要通过增加集料与水泥石的接触面积、改善混凝土内微结构、增强黏结性等来增强抗冲耐磨性能。聚脲材料则依靠自身大量氢键的断裂-新生循环、强活动性链段的松弛型变、以及自由基团氧化反应的胶黏层显著提高耐磨性。因此,建议在泥石流排导槽磨损修复加固措施中,优先考虑涂抹聚脲保护层来延长排导槽的使用寿命。

钢球堵塞引起S30432屏式过热器爆管的失效特征分析

以试运行阶段就发生因钢球堵塞造成过热蠕变爆管的某600MW超超临界锅炉屏式过热器为例,通过宏观检查、尺寸测量、化学成分分析、力学性能分析、金相分析、维氏硬度试验和扫描电镜观察等方法,并与相邻管子进行对比,得出了钢球堵塞引起S30432爆管失效的特征。结果表明:爆口部位的管径、壁厚、蠕变孔洞、蠕变裂纹及老化程度等方面存在明显特征,除爆口部位及弯管部位外的各项试验结果均符合标准对新管的要求,但其材质状态已明显差于相邻管子。

一种考虑球体变形的钨球侵彻低碳钢深度计算模型

为了研究钨球在高速撞击下的变形行为对侵彻效果的影响,对钨球侵彻半无限低碳钢靶进行试验研究,得到<1600 m/s冲击速度下钨球变形特征和靶板侵彻深度随冲击速度的变化规律。在此基础上构建钨球侵彻塑性变形模型。将钨球变形模型和球形空腔膨胀阻力模型相结合,建立钨球变形侵彻深度计算模型。对比不同撞击速度下钨球变形侵彻模型、刚性侵彻模型的计算结果。对比结果表明,变形侵彻模型能够更加准确地计算钨球对半无限靶的侵彻深度,计算结果与试验相比最大误差20%(正误差15%,负误差5%),精度较刚性侵彻模型提升42.86%。

基于直线扫描的引信钢球分层成像检测算法

针对现有的火药引信装配正确性检测方法中存在的无法准确检测遮挡严重的零件的问题,提出了引信中钢球分层成像定位检测算法。将X射线源直线移动扫描待测物体形成多个虚拟的小孔径,结合光学合成孔径原理对所有小孔径进行合成,将合成的虚拟大孔径成像在不同距离深度的平面上,实现对目标的定位和检测。试验结果表明:所提算法能够在火药引信钢球相互重叠的情况下利用深度信息进行分层成像,提供待测物体的深度信息,能够对不同层次的目标进行检测,确定待检测物体的数量,解决了现有的检测方法在检测过程中出现的漏检问题。

基于AlexNet-SVM模型微型钢球表面缺陷快速识别方法

微型钢球由于高反射、球体需要全覆盖的特点,其表面缺陷的质量控制尤为困难。针对人工检测方法效率低且准确度不足的问题,文章提出一种改进的AlexNet的卷积神经网络和SVM模型的钢球表面缺陷快速识别方法。该模型删减了后3个卷积层,保留全连接层FC7提取的特征,采用SVM代替原始Softmax分类器以防止过拟合,提高模型泛化能力。此外,研究了基于K-CV的改进网络搜索算法确定分类器最佳参数。实验采用混淆矩阵对提出模型的识别结果进行性能评估,结果表明,该方法平均准确率达到99.43%,运算时间为17.2 ms。对比原模型及其他网络模型,具有较高的准确度和推理速度,能够满足工业现场检测的需求。

陶瓷球与钢球介质在塔磨机中的对比试验研究

针对四川攀枝花某铁矿选厂磨矿产品细度不达标,铁回收率低的问题,提出在现场KLM-1250塔磨机中使用陶瓷球替代钢球作为磨矿介质进行生产的方案。首先在只改变钢球与陶瓷球磨矿介质的情况下,在JM-260型塔磨机中进行实验室磨矿试验,比较使用不同材质磨矿介质的情况下磨矿产品的粒度特性。接着对影响磨矿效果的重要因素(介质充填率和磨矿浓度)进行探索,设置介质充填率分别为61.86%、74.23%、80.42%及86.60%条件下的磨矿对比试验和磨矿浓度分别为78%、73%、68%及63%条件下的磨矿对比试验,试验结果分析以磨矿产品粒度特性为基准,重点分析比较磨矿产品细度、中间粒级含量及过粉碎粒级含量等指标,确定最佳的介质充填率和最佳的磨矿浓度范围。研究结果表明,在只改变磨矿介质材质的情况下,钢球介质与陶瓷球介质具有相类似的磨矿行为。但在JM-260型塔磨机中,陶瓷球介质不仅可有效减轻过磨,而且可提高后续选别所需的可选及易选细粒级含量。因此,在立式螺旋搅拌磨机中,使用陶瓷球作为磨矿介质的磨矿效果略优于钢球介质。由介质充填率对比试验和磨矿浓度对比试验可知,JM-260型塔磨机适用的最佳介质充填率为80.42%,最佳磨矿浓度范围为68%~73%。实验室试验所得到的最佳参数组合可用于指导选厂工业试验开展。

基于V形槽磨损状态预测的精研参数多目标优化

目的预测精研过程中V形槽的磨损,并联合多目标求解出不同状态下的最佳工艺参数,提高精研质量。方法以直径3.175 mm的440C轴承钢球为研究对象,基于磨损指标转换结果采集工况数据,建立BPNN磨损状态预测模型,通过BBD试验拟合精研质量指标与影响因素间的量化关系,构建钢球精研参数多目标模型,并基于MOPSO优化求解得到最佳工艺参数组合,并进行试验验证。结果成功构建磨损状态预测模型,相关性系数达0.9998,得到了多目标模型的Pareto最优边界,解集均匀分散在整个磨损周期,并且当压力为2485 N、转速为13.7 r/min、磨损值为1.37 mm时的最优尺寸、球形误差和表面粗糙度分别为3.1759 mm、0.108μm和0.0141μm。验证试验的成品尺寸和球形误差标准达到G5级,球表面粗糙度及表面缺陷标准达到G10级,对质量指标的预测精度均大于94%。结论所构建的模型能够实现磨损状态的准确预测和因素与指标间的量化表达,通过参数多目标模型求解出不同磨损状态的最佳工艺参数,能够有效提高全磨损周期的精研加工质量。

AISI-304不锈钢薄壁管滚珠旋压工艺参数的正交优化研究

针对小直径不锈钢薄壁管滚珠旋压参数不当引发的一系列问题,选取φ6 mm×0.5 mm×10 mm的AISI-304不锈钢管为研究对象,建立其有限元模型,运用Abaqus软件对其成形过程进行仿真,分析了不同工艺参数(减薄量、进给比、旋压角)对其等效应力和均匀塑性应变的影响,最后运用正交试验法对工艺参数进行优化。结果表明:优化后的工艺参数组合为:减薄量0.2 mm、进给比0.05 mm/r、旋压角25°。在此工艺参数组合下,AISI-304不锈钢管的等效应力值和均匀塑性应变值达到最优,其值分别为642.22 MPa和0.06。

基于球磨机放大数学模型的钢球与钢锻磨矿效率对比研究——以某钨矿石为例

钢球与钢锻作为磨矿介质在磨矿效率上的差异长期存在争议,基于实验室试验和磨矿流程模拟,对钢球和钢锻在实验室球磨机和工业磨矿回路的表现进行了对比。对云南某钨矿石进行了增强型邦德球磨功指数试验,并采用理想混合模型对2种磨矿介质在实验室试验中的破碎率参数(r/d)进行了计算。根据实验室试验获得的破碎率参数,采用球磨机放大数学模型预测了工业规模球磨磨矿回路的循环倍率和产品粒度。结果表明,尽管2种介质可以在实验室试验中获得相近的邦德球磨功指数,但在粗粒端钢锻产生的破碎率参数比钢球更大,在细粒端则相反。在工业规模球磨磨矿回路中,当循环倍率接近时,2种介质产生的旋流器溢流产品粒度分布总体较接近,但相比于钢球介质,钢锻的产品粒度分布更均匀,粗颗粒含量和细颗粒含量均少于对应的钢球产品。由于最终产品粒度分布曲线形状上的差异,对钢球与钢锻磨矿效率进行比较时,可能会受到所选磨矿细度衡量指标(P80或-0.075 mm含量)的影响。因此,应当结合矿石的实际解离特征和浮选作业的具体需求,来决定采用哪种磨矿细度衡量指标进行评估。

米拉多铜矿球磨机钢球配比优化研究

针对米拉多铜矿磨矿产品粒度特性较差,导致粗选尾矿中+0.15mm粒级含铜较高,致使该粒级铜损失占全部铜损失40%以上的问题,在矿石力学强度的基础上,基于球径半理论公式和精确化装补球原理,推导出了一段磨矿作业中钢球的最佳配比,即推荐钢球初装配比方案为m(Φ80 mm)︰m(Φ60 mm)︰m(Φ50 mm)︰m(Φ40 mm)︰m(Φ30 mm)=15︰20︰25︰20︰20,并设计了现场钢球初装配比方案、偏大钢球初装配比方案和偏小钢球初装配比方案3种方案作为对照组。将4种方案分别在实验室Φ240 mm×300 mm球磨机和Φ450 mm×450 mm球磨机中进行试验。研究结果表明:推荐钢球初装配比方案可提高-0.15 mm粒级产率,且该方案下的-0.15 mm粒级产率最高,分别达到78.24%和81.48%,与现场钢球初装配比方案相比,该粒级产率分别提高了13.39和13.35个百分点,达到了理想的实验结果。

基于碎磨参数的介质优化及降低半自磨顽石积累实验研究

针对某大型钼矿存在半自磨机顽石积累、产能提升幅度有限等问题,在综合考虑不同测试方法下的碎磨参数及通过压载实验获得顽石粒级的基础上,运用修正后的Azzaroni公式进行钢球直径精确计算,并通过实验室实验进行合理性验证。研究结果表明:(1)三种测试方法获得的碎磨参数结果均表明了该矿石的难磨剥特性但在描述矿石抗冲击性能上仍有区别;(2)该矿石的顽石粒级为-80+20 mm;(3)半自磨机的最佳钢球方案为m(Φ130 mm)∶m(Φ110 mm)=1∶1。单一球径Φ130mm中+100 mm充当自磨介质的矿石磨矿产品较选厂Φ120 mm钢球方案提高了11.17百分点,顽石含量降低了1.67百分点;混合球径m(Φ130 mm)∶m(Φ110 mm)=1∶1的+100 mm含量较单一球径Φ130 mm提高了1百分点,顽石含量降低了3.41百分点,验证了所计算的最大钢球直径方案的合理性,并采用混合球径方案获得了更优的磨矿效果。

新型防落梁、抗倾覆球钢支座力学性能分析及应用

针对桥梁在地震和极端偏载条件下的落梁与倾覆问题,提出了一种新型防落梁、抗倾覆球钢支座装置。传统防落梁措施如挡块和防落链存在结构可靠性差、易损伤、施工费用高及影响美观等问题,而现有支座研究多集中于防落梁性能,对抗倾覆性能研究较少。为解决这些问题,以典型城市超宽大悬臂钢梁为案例,在结构地震和抗倾覆分析的基础上,设计了一种集防落梁与抗倾覆功能于一体的新型球钢支座。该支座在传统球钢支座基础上增设了抗剪销、侧向钢挡块和锚固拉杆,通过多道防线设计提升防落梁性能,并利用柔性缓冲和水平抗力可定制设计等特点,确保支座在地震和极端偏载作用下的稳定性和安全性。研究通过参数敏感性分析、抗震防落梁性能分析及抗倾覆性能分析,验证了新型支座在控制主梁位移、减小墩底内力及提升抗倾覆能力方面的显著效果。研究结果表明,采用新型防落梁球钢支座后,主梁位移和主墩内力均控制在合理区间,避免了落梁与相邻联碰撞的风险,同时显著提升了桥梁的抗倾覆性能。此外,该支座还具有结构简单、易维护、更换及成本适中等优点,已获实用新型专利并成功应用于实际工程,为桥梁工程的安全性和耐久性提供了有力保障。