軸承套圈冷輾擴(kuò)成形過(guò)程的數(shù)值模擬研究.pdf

1、環(huán)件冷輾擴(kuò)是常溫下借助于輾環(huán)機(jī)使環(huán)件產(chǎn)生壁厚減小、直徑擴(kuò)大、截面輪廓成形的塑性加工工藝。環(huán)件輾擴(kuò)是軋制技術(shù)與機(jī)械零件制造技術(shù)的交叉和結(jié)合，具有材料利用率高、減少加工工序、提高工件質(zhì)量和精度、降低零件的制造成本、節(jié)能和改善工作環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)加工工藝相比，具有重大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。 本文針對(duì)目前冷輾擴(kuò)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，以深溝球軸承套圈的冷輾擴(kuò)成形加工為研究對(duì)象，建立了環(huán)形件冷輾擴(kuò)成形過(guò)程工藝仿真模型。研究了模具結(jié)構(gòu)、進(jìn)給

2、速度、驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)速以及材料參數(shù)等對(duì)環(huán)件冷輾擴(kuò)的成形質(zhì)量、力能參數(shù)以及軸向展寬等的影響規(guī)律，為環(huán)件冷輾擴(kuò)生產(chǎn)工藝參數(shù)的合理確定提供了理論基礎(chǔ)。本文的主要內(nèi)容和得到的主要結(jié)論如下： (1)有限元模型的建立。以大型非線性模擬軟件ABAQUS為平臺(tái)，采用彈塑性力學(xué)理論、大變形數(shù)值模擬技術(shù)，充分考慮環(huán)形件冷輾擴(kuò)過(guò)程的三維變形、連續(xù)漸變、非對(duì)稱、時(shí)變、非穩(wěn)態(tài)等特征，有效處理環(huán)形件冷輾擴(kuò)過(guò)程中的幾何、物理和邊界三重非線性的多參數(shù)耦合交互作用問(wèn)題

3、，建立了軸承套圈冷輾擴(kuò)成形過(guò)程的有限元數(shù)值模擬模型。 (2)研究給出了軸承套圈冷輾擴(kuò)成形過(guò)程有限元數(shù)值模擬中合理的進(jìn)給速度、導(dǎo)向輥運(yùn)動(dòng)軌跡的確定與控制方法。根據(jù)咬入條件和鍛透條件確定了軸承套圈冷輾擴(kuò)成形過(guò)程中進(jìn)給速度的設(shè)計(jì)公式。在模擬中采用隨動(dòng)式的導(dǎo)向輥，其運(yùn)動(dòng)軌跡為一段以驅(qū)動(dòng)輥軸線為中心的圓弧。通過(guò)研究不同質(zhì)量縮放系數(shù)對(duì)模擬結(jié)果的影響，確定了模擬中合理的質(zhì)量縮放系數(shù)為10。 (3)研究了模具結(jié)構(gòu)和加工工藝參數(shù)對(duì)軸承套圈

4、成形的影響。合理的模具結(jié)構(gòu)可以避免工件端面出現(xiàn)魚(yú)尾現(xiàn)象，使套圈獲得較好的端面質(zhì)量，減小輾壓成形后工件的機(jī)加工量。在成形初始階段采用較大的進(jìn)給速度，而在加工后期階段采用較小的進(jìn)給速度，有利于加工的穩(wěn)定、提高成形的質(zhì)量。隨著驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)速增大，所需的成形輾擴(kuò)力減小，成形效果提高，但是易出現(xiàn)打滑，加工所需的冷輾機(jī)的功率增大，所以要根據(jù)生產(chǎn)的要求合理設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)輥轉(zhuǎn)速。 (4)研究了材料性能參數(shù)與進(jìn)給速度及其耦合作用對(duì)軸承套圈成形的影響。在模具

5、加限制展寬結(jié)構(gòu)情況下，研究了硬化指數(shù)、彈性模量和屈服強(qiáng)度等材料性能參數(shù)分別在0.10-0.40、100 GPa-400 GPa、50 MPa-400 MPa，均勻進(jìn)給速度在1.0-4.0mm/s范圍內(nèi)時(shí)，材料性能參數(shù)和進(jìn)給速度對(duì)成形的耦合影響。 1)輾擴(kuò)力隨著進(jìn)給速度的增大而增大；硬化指數(shù)對(duì)輾擴(kuò)力的影響規(guī)律與不同硬化指數(shù)下材料的真實(shí)應(yīng)力．應(yīng)變曲線的變化規(guī)律基本一致；屈服強(qiáng)度在加工前期對(duì)輾擴(kuò)力影響較大，后期影響較小；彈性模量對(duì)輾擴(kuò)

6、力的影響很小。 2)隨著進(jìn)給速度增大，材料在芯輥凹槽處成形的形狀變差；隨著硬化指數(shù)和彈性模量增大，軸承套圈端面的軸向展寬減小，隨著進(jìn)給速度增大，硬化指數(shù)和彈性模量對(duì)軸承套圈端面軸向展寬的影響減小；屈服強(qiáng)度對(duì)軸承套圈端面軸向展寬的影響較小。 3)進(jìn)給速度越小，工件的最終形狀越好，但隨著進(jìn)給速度增大，工件成形的不均勻程度得到改善；隨著硬化指數(shù)增大，工件成形的最大變形量減小，變形均勻性提高。隨著進(jìn)給速度增大，硬化指數(shù)對(duì)工件內(nèi)不

7、均勻成形的影響減小；隨著彈性模量增大，工件成形的最大等效塑性應(yīng)變值增大，不均勻變形程度增大；屈服強(qiáng)度對(duì)工件成形的不均勻程度影響無(wú)明顯規(guī)律。 4)進(jìn)給速度對(duì)靠近內(nèi)徑處端面的變形量影響較大，隨著進(jìn)給速度增大，工件端面的等效塑性應(yīng)變減??；隨著硬化指數(shù)增大，工件端面的等效塑性應(yīng)變減小，彈性模量和屈服強(qiáng)度對(duì)靠近外徑處端面的應(yīng)變量影響較大；隨著進(jìn)給速度增大，硬化指數(shù)、彈性模量和屈服強(qiáng)度對(duì)工件端面等效塑性應(yīng)變影響減小。 5)進(jìn)給速度增