圆柱滚子轴承内圈在冷辗扩有限元分析中毛坯形状及尺寸的确定.pdf

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1、。◆机．◆械。◆设。．t计。．●与。，．，制I．●造。+第8期，26MachineryDesign&Manufacture2010年8月文章编号：1001—3997(2010)08—0026—02圆柱滚予轴承内圈在冷辗扩有限元分析中毛坯形状及尺寸的确定闰素倩杨伯原张洛平(河南科技大学机电工程学院，洛阳471003)Tofixtheroughcast’shapesandsizesinsimulationforcylindricalrollerbearingYANSu—qian，YANGBo—yuan，ZhANGLuo—ping(CollegeofMechatroni

2、csEngineering，He’nanUniversityofScienceandTechnology，Luoyang471003，China)中图分类号：TH12文献标识码：A件径向尺寸不断变化，最终达到要求的形状。1前言环件轧制又称为轧环、辗环或者环件辗扩，它是借助于辗扩机(又称为轧环机或辗环机)使环形毛坯反复通过驱动辊与芯辊构成的轧制孔型产生连续局部塑性变形，进而使环形毛坯产生壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形的塑性加工工艺。而环件冷辗扩则是指在常温下对坯料进行辗扩，其实质是金属镦粗与延伸变形。【t呤辗扩应用最广的是轴承套圈，其优点为可以降低原材料的消耗、可

3、以大幅度提高劳动生产率、可以提高零件的机械性能、可以降低零件的制造成本、可以加工形状复杂的零件以及获得较高图1环件轧制原理1．驱动器2．环件3．导向辊4．芯辊5．信号辊的尺寸精度。在对金属环件冷辗扩的有限元模拟分析中，毛坯的设计是模拟成功的关键。如果毛坯设计不合理，产品将达不到要4毛坯的设计求。早在95年武汉理工的华林就给出了一般环件毛坯的计算方4．1环件毛坯的设计原理法，但是对圆柱滚子轴承内圈毛坯的设计及优化还需要进行研环件毛坯设计的依据是：环形锻件图和环件轧制的金属流动究。通过有限元分析来确定毛坯的最佳形状及尺寸。规律。设计原理为：基于环件轧制体积不变厉_贝U

4、，确定环件毛坯的形状尺寸以及轧制变形程度I3】。合理的环件毛坯可以使环件轧制2环件轧制成形特点变形获得要求的截面轮廓和几何尺寸的环件锻件。因为不同尺寸工艺流程如下：下料一加热一冲孔～轧环机扩孔—修整。使的毛坯只要符合毛坯设计原理都可以轧制成为同一个环件锻件，用立式轧环机进行轧制，在驱动辊的作用下，环件通过驱动辊与那就要找到一个最合理的现状和尺寸。锻造零件图，如图2所示。芯辊构成的轧制孔型产生局部塑性变形，使环件壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形。当环件经过多转轧制变形且直径扩大到预定尺寸时，环件外圆表面与信号辊接触，轧制停止，如图1所示。3环件轧制成形特点(1)受用

5、封闭孔型以保证轧制后环件的截面形状。(2)受封闭孑L型限制，轧制中环件的轴向尺寸不变。(3)受芯辊圆柱工作面的限制，轧制中环件的内表面始终保持为圆柱面。(4)随着轧制中环图2锻造零件图A-来稿日期：2009—10—11第8期闫素倩等：圆柱滚子轴承内圈在冷辗扩有限元分析中毛坯形状及尺寸的确定274．2毛坯的形状的选择辊和芯辊构成的孔型处为高应力区，这是由于辗扩过程的实现是由于不同形状的毛坯可以轧制成同一个零件，但是在圆柱滚依靠金属材料不断通过咬入孔型而产生塑性变形，最终成形．另子轴承内圈冷辗扩中，由于零件分为大小两个部分，跟矩形截面外，在环件外表面有应力集中现象存在

6、，这是由于导向辊在运动的环件的外轮廓为定值的情况不同，零件的外轮廓半径不是单一过程中始终紧靠着环件，会对其产生一定的压力而造成的。图示值，而是多值的，这就要求毛坯的形状不能为单一的圆柱体，通过4表面应力集中现象较轻，说明该毛坯得到控制效果最为理想。有限元模拟可以验证只要毛坯尺寸设计合理毛坯就可以获得较通过在云图上比较，毛坯1圆度误差也最小，说明该毛坯不理想的环件，如图3所示。管是形状还是尺寸都符合要求。还可以从芯辊的反作用力来说明为什么选择毛坯1。[X103~r／，／r／；已，／芸目一口lH璺蛊拿呈量图3毛坯形状图4．3毛坯尺寸及其他工艺参数相应的毛坯内外径尺寸，

7、如表1所示。工艺参数，如表2所示。Time表1两组毛坯尺寸图6毛坯1芯辊反作用力主量一口‘__表2冷辗扩工艺参数垦驱动辊大端半径／(mm)140量驱动辊小端半径／(mm)l38导向辊半径／(mm)16芯辊半径／(mm)28l'ime图7毛坯2芯辊的反作用力5有限元模拟分析可以看到毛坯辗扩成形时，芯辊反作用力随时间变化的曲根据现有环件辗扩理论，对芯辊主运动采用进给速度为常数线，如图6、图7所示。随着时间的增加，芯辊反作用力越来越大，的速度进给规范．导向辊采用单辊随动导向，利用MatLab软件计材料加工硬化效果越显著。芯辊反作用力先快速增大，随后平缓算并控制其运动轨迹

8、，借助与A