基于deform的轴承钢球冷镦工艺的优化设计

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1、基于Deform的轴承钢球冷镦工艺的优化设计摘要：目前的钢球冷镦工艺生产具有较低的材料利用率、较大的两极以及钢球环带等一系列的问题，这样除了使后续的加工时间变得更长之外，还导致了非常严重的浪费现象。为了能够有效地控制球坯余量，并且实现提升生产效率和节约材料的目的，本文研究了锥鼓形球坯冷镦工艺，并且将一系列的评价指标建立了起来，最终将合理的球坯工艺参数得出。中国4/vie　　关键词：Deform；冷镦模具；正交试验　　中图分类号：F407.42文献标识码：A：1673-1069（2016）32-172-2　　

2、0引言　　作为球轴承的关键零件，钢球的质量会对轴承的使用性能产生�O大影响。在钢球生产中冷镦属于一个关键的步骤，其会对后续加工产生直接影响。现阶段国外主要采用生产试验的方式进行钢球球坯参数研究，很少从塑性理论方面出发进行研究。我国之前在球坯外形方面大多都是采用球形球坯，而锥鼓型球坯则在国外得到了广泛的应用，这是由于锥鼓形球坯在成形的时候更加简单，而且金属也更加容易流动，缩小了两级和环带，并且能够有效地降低后续锉削去环带的时间。本文选择锥鼓形球坯，在对正交试验进行设计并且对Deform软件仿真进行应用之后，最

3、终将比较合理的球坯参数得出。采用这种球坯参数除了能够使钢球冷镦质量得以提升之外，还可以将大量的材料节约下来，有效地控制各项生产成本。　　1冷镦球坯成形的工艺分析　　由于生产条件、钢球等级和毛坯材料的形状的差异，因此在制造钢球的工艺方面也存在着差异，但是其具有基本相同的工艺路线，详情见图1。　　锥鼓形钢球冷镦成形的过程中具有两极先出、环带后出的特点。冲模有孔是出现两极的原因，而这些孔主要是为了在加工和装推杆的过程中排气，避免冲模无法将金属充满。之所以会形成环带，最为主要的原因就是要将多余的体积挤出，并且避免两

4、冲模出现直接碰撞的问题[1]。通过塑性变形理论分析，我们可以发现，在出现塑性变形的时候金属会沿着具有最小阻力的方向流动。由于环带处的阻力与其他部位阻力相比远远要低，因此金属首先会向环带处流动，从而形成环带。在两冲模端面间距值不断减小的同时，环带金属向外流动的阻力会变得越来越大。在该阻力大于金属向钢球两极流动阻力的一刻，金属就会充满球坯。　　2球坯的理论计算分析　　2.1对球坯体积进行计算　　在公式中，球坯直径用Dm3的范围之内。共设计了4个水平和试验因素。　　4建模及仿真研究　　作为一个高度集成化和模块化的

5、有限元模拟系统，商用软件Deform主要包括三个大模块，也就是前处理器、后处理器和模拟器。前处理器主要是负责坯料和模具的几何信息、材料信息的输入、成型条件的输入等，同时将边界条件建立起来，其还配备有有限元网格自动生成器。作为一种有限元求解器，模拟器具备热传导、刚塑性、弹塑性和弹性等一系列的功能，而后处理器则可以确保模拟结果实现可视化，并且还可以对OPGL图形模式进行支持，将用户需要的各种模拟数据输出出去。Deform支持用户操作自己的数据库，并且修改系统的设置，对自己的材料模型等进行定义。首先可以通过三维软

6、件CATIA将棒料和上下模的三维模型建立起来，*.stl文件为导出扩展名，并且利用Deform将上述的模型导出。随后采用扩展名对棒料材料进行定义，划分棒料网格，使其成为5万个。上模具有50mm・s-1的运动速度，0.035mm的最小步长，将停止距离设置成环带厚度K。　　5球坯参数的确定和冷镦力的比较　　5.1建立评价标准　　通过对生产实践和后续工序受到的球坯的影响的研究，将评价体系提出来。通过正交试验能够将以下评价体系得出：首先，饱满度：所谓的饱满度主要是指冷镦球坯的两极必须要明显，其主要是对材料是否充满模

7、具进行评价。其次，体积：其主要的评价内容就是节省材料，减少体积，并且减少环带体积，从而进一步缩短后续的光磨时间。再次，冷镦力：通过对体积、压缩比和两极大小进行改善的方式降低冷镦力，并且使模具的寿命得以进一步提升。最后，圆度：为了确保在厚度的光磨工艺中更加方便地进行磨削，这时候需要使钢球毛坯具有相近的三向尺寸。所以，在这里将一个圆度的概念提了出来，利用圆度就能够对钢球毛坯的三向尺寸进行有效的评价。　　5.2确定参数　　通过观察发现，在某些冷镦球坯的试验品种不存在着明显的环带和两极，也就是说其并未完全填充满，所

8、以无法达到工艺要求。采用圆度分析的方式对其他试验进行分析，从而将不同试验的圆度情况定量的得到。通过对试验的冷镦力进行分析，可以发现其中有一些试验品具有比较小的冷镦力，再加上对前面圆度的考虑，最终确定最为理想的为1.62×105N的冷镦力。　　5.3冷镦力的比较　　通过对锥鼓形实物球坯和锥鼓形球坯仿真结果进行比较，结果发现，锥鼓形实物球坯和锥鼓形球坯仿真结果两者基本上具有吻合的外形。这一结果证实，Deform仿真与