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專業機械設計制造及其自動化課題名稱鋼球冷鐓試驗裝置三維建模與結構設計閱讀文獻情

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20篇開題日期2020/03/25國外文獻

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1.

文獻綜述與調研報告：（闡述課題研究的現狀及發展趨勢，本課題研究的意義和價值、參考文獻）1.1課題研究意義：

近幾年來，隨著汽車工業、航天工業、煤炭行業等的快速發展，國內的鋼球需求量達到了2000萬億顆以上，所以我們可以認為鋼球市場潛力巨大。鋼球是軸承的關鍵元件,它的質量好壞在很大程度上影響到軸承的動態性能和使用壽命。不銹耐酸鋼球因其大量使用在酸液環境下,又對其耐酸精度保持有要求,還需要大量的進口,嚴重制約我國制造業和國防建設。冷鐓工藝是鋼球生產的第一道工序,其加工的質量至關重要。冷鐓成形的球坯的尺寸精度、表面質量對鋼球加工生產效率以及生產成本有著很大的影響。因此對鋼球的制造工藝以及模具的研究，以此來提高鋼球生產質量和生產效率是有經濟效益的。本課題設計的軸承鋼球生產過程在線監控系統，實現冷鐓工序球坯成形質量在線監測功能、光球設備壓力自動控制并且。致力于解決了現階段鋼球生產過程中的主要問題，緩解了鋼球生產設備缺乏在線監測系統所帶來的一系列問題，提高了鋼球生產質量。其中冷鐓成形質量在線監測系統是在冷鐓設備上進行技術改造,對冷鐓過程進行在線監測，保證冷鐓球坯的加工質量，提高加工效率;光球設備壓力自動控制系統是對光球設備進行技術改造，在現有設備上設計壓力自動控制裝置，達到節約勞動力、精確控制以及提高產品質量穩定性的目的;基于WiFi技術的車間生產過程監控管理軟件是以鋼球生產的冷鐓車間及光球車間中的所有加工設備為監控對象，可以通過無線網絡技術實時監控所有設備的工作。1.2我國鋼球生產的的現狀及發展我國鋼球生產發展源自上世紀60年代后期。由于熱處理保護氣氛淬火工藝、光球替代銼球軟磨工藝、大循環精研工藝等新技術的不斷應用，以及高速高精度自動冷鐓機、高精度磨球機、高精度研球機等先進設備的開發使用，鋼球生產的工藝裝備水平和產品質量飛速提高。上世紀80年代，我國先后從發達國家引進鋼球專用加工設備近200臺、大中小規格的鋼球加工生產線6條以及部分軟件技術，生產線軟硬件技術達到80年代中期國際水平，這為我國鋼球生產趕上世界先進水平起到了較大的推動作用。雖然我國鋼球行業在工藝、裝備水平上有了較大突破，但同國外先進水平相比還有不少差距。首先，鋼球原材料供應質量差，氧化脫碳嚴重，這是導致國內鋼球生產留量大、效益不高的主要因素之一。由于冷撥盤料質量不好，國內生產效益與國外相比低30%左右。受盤料規格的限制，國內大規格的高速冷鐓機不能研制生產，仍使用五六十年代水平的開式切料冷鐓機。其次，先進工藝及技術的使用在中小企業特別是非鋼球專業廠還未全面推廣，使得國內鋼球生產技術水平很不均衡、兩極分化。第三，國產鋼球生產設備的型號規格繁多，裝球量不統一配套，這給國產設備連線節拍生產造成一定的困難。光球機、研球機和清洗機等關鍵設備的加工穩定性還有待進一步提高。第四，相關技術的研究推廣有待進一步加強，例如水劑懸浮磨液、氧化鋁磨料、細粒度樹脂砂輪、人造金剛石修整塊、砂輪自動修整自動平衡技術等。這些技術的推廣應用將是提高產品質量和經濟效益的基礎。國內冷鐓設備以低速開式切料冷鐓機Z32系列為主，高速冷鐓機還未能普遍采用。中小型鋼球普遍為冷鐓工藝，采用硬質合金冷鐓模、切料套筒和切料刀板;大尺寸鋼球為熱鐓或熱軋工藝，采用耐熱鋼模具。冷鐓球坯主要為球形坯，也有采用錐鼓形球坯，基本滿足工藝要求，留量為0.4mm左右。冷鐓是鋼球生產相對薄弱的工序，主要問題是高速冷鐓機數量較少，冷鐓球坯留量大，尺寸精度不高?？偟膩碚f鋼球的光、磨工序仍處于高能耗、高噪聲及低環保狀況，已不符合國家的環保發展要求。高效能、低噪聲的鋼球光、磨設備應是今后設備制造企業的努力方向，研球機的加工要求采用CNC技術、智能化遠程控制技術和在線測量技術，以實現自動控制，將鋼球加工精度穩定提高到G3水平。大致分為以下幾個方面：(1)高速自動冷鐓機的穩定批量生產;(2)渦流探傷機的研制;(3)光學外觀機的研制;(4)鋼球清洗機的研制;(5)鋼球加工設備的聯線合理配置;(6)鋼球加工設備在線測量和數控技術的研制。1.3鋼球生產的發展期望“十二五”期間，我國軸承鋼球生產總的發展目標是進一步振興、發展、超越國際先進水平。首先，鋼球質量進一步上等級，能穩定生產G5、G3級精密鋼球，以滿足國內高精度軸承配套需要；其次，鋼球制造工藝向少工藝、短周期、高效率、高質量方向發展；第三，鋼球生產組織形式將從以工序為單位的機群式生產逐步向以產品規格為單位的連線生產發展；第四，鋼球是適合專業化、大批量生產的產品，鋼球生產需要進一步加強宏觀調控，合理規劃布局；第五，全面推廣高速鋼球冷鐓成形工藝，進一步精化鋼球毛坯，減少加工留量，提高材料利用率，降低加工成本；第六，逐步采用以細粒度樹脂砂輪精磨代替目前初研工藝，趕上國際先進工藝的發展步伐；第七，熱處理將逐步過渡到全部使用保護氣氛淬火工藝；第八，成系列開發裝備，改造更新老設備，用具有國際先進水平的設備武裝行業，提高整個行業裝備水平；第九，加強鋼球相關技術的開發、研制工作，組織相關企業開發、研制出適應G5、G3級精密鋼球生產的砂輪、光球板、磨球板、冷鐓模具、研磨液等；第十，研制新型的檢測儀器，提供科學的檢測手段，線上測量將成為主要的測量手段，質量控制更嚴，生產節奏性更強；第十一，加強宏觀管理，提高工藝裝備水平，穩定產品質量，使我國鋼球生產在“十二五”期間再上一個新臺階，趕上或超過世界先進水平，搶占更多的國際市場份額。球坯外形上以前我國一直沿用球形球坯,而國外逐步采用錐鼓型球坯,因為錐鼓形球坯成形更容易,金屬的流動也更容易,環帶和兩極縮小了,可以減小后續銼削去環帶的時間。1.4冷鐓機的種類：Z12系列雙擊整模自動冷鐓機本機采用盤料及直棒料，利用二次鐓鍛原理，生產各種元頭、沉頭、半沉頭，內六角及其它非標頭形的螺栓和機械零件，該設備操作方便，工藝簡單，并可定作陽模推出細長規格保護裝置及拉出機構。Z41-24多工位自動螺母冷鐓機該機是生產六角螺母坯料的專用冷鐓設備，在棒料上的料經過輥輪進料，然后依次進行切斷、壓球、壓角、沖孔、成型等五道工序，一機可以自動完成，適用于成批或專業生產化生產螺帽標準件廠家和大量使用標準件螺帽的大中型企業。注：可根據用戶要求特約生產六工位、七工位等非標成型自動冷鐓機。Z41-30多工位自動螺母冷鐓機該機是生產六角螺母坯料的專用冷鐓設備，在棒料上的料經過輥輪進料，然后依次進行切斷、壓球、壓角、沖孔形成四道序，一機可以自動完成，適用于成批或專業生產化生產螺帽標準件廠家和大量使用標準件螺帽的大中型企業。ZS308多工位高速自動冷鐓機ZS308型多工位高速自動冷鐓機是用于制造螺釘（螺栓）的高效自動設備。本機床的鐓鍛工位采用水平排列。采用冷拔盤（棒）料經切斷、初沖、精沖、搓絲等工序。連續制造螺釘（螺栓）成品。1.5鋼球制造工藝：冷(熱)鐓→(銼削光磨軟磨1、2)→熱處理→強化處理→初研→選別→精研→清洗防銹→成品包裝→成品檢查錐鼓形鋼球冷鐓成形時的變形的特點是先出兩極,后出環帶。出現兩極的原因是沖模有孔,這些孔是為了裝推桿和在加工中排氣防止沖模充不滿金屬。出現環帶的原因,一是擠出多余的體積;二是為了防止兩沖模直接碰撞。1.6冷鐓機模具優化①有限元模型：采用有限元軟件DE-FORM-3D作為平臺進行模擬分析,將模具設定為剛體,鋼球球坯材料為軸承鋼52100(美國牌號),模具的運動采用曲柄壓力機的方式(成形過程中速度變化),噸位為1000t。坯料采用四面體單元,總量為20000個,材料為彈塑性模型。模擬過程分兩步,第一步模具下壓至設定行程,計算冷鐓過程,第二步模具向上返回,計算球坯回彈過程。②正交試驗設計：設計參數包括d、R、R1、L、D2、F和L1等共7個因素。其中模具參數包括圓角R、R1,頂出孔直徑d,錐形區底面直徑F;毛坯參數包括坯料底面直徑D2和坯料長L;以及合模間距L1。將上述7個因素分別采用3個水平，模具球窩直徑D=12.95mm,不考慮圓角及圓錐,初步估算球窩體積1136mm3,因此取坯料體積范圍為1120mm3～1278mm3,模具尺寸主要依據經驗給出變動范圍,合模間距的最小值L1為2倍的球窩偏心距E。對于錐形球坯,采用合理的冷鐓工藝和模具設計,球坯成形過程可以是首先形成兩極然后形成環帶,因此可以通過合理的模具設計得到無環帶球坯。冷鐓結束后球坯會產生回彈,回彈過程中,鋼球首先整體向外膨脹,隨后極柱和環帶附近的材料仍然向外流動,而極柱和環帶之間的材料則流向鋼球球面內法向?；貜椇?鋼球球坯表面還有較大的殘余應力。2.參考文獻：[1]許莎,吳小勇.基于DOE的鍛造企業過程質量分析[J].裝備制造技術,2010(09):4-6.[2]申志剛,何寧,李亮.具備自動特征提取能力的智能監測系統[J].哈爾濱工業大學學報,2010,42(09):1495-1499.[3]揭琳鋒,朱曉鋒,王國林,袁銀良.PVDF的大拉伸變形測試機理研究[J].傳感技術學報,2010,23(06):896-898.[4]傅蔡安,華新鋒,王賢.基于DEFORM的軸承鋼球冷鐓模具優化[J].軸承,2010(05):16-19.[5]傅蔡安,王賢.

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本課題的基本內容，預計解決的難題研究內容：本試驗裝置主要由兩組帶傳動、曲柄滑塊機構，兩組凸輪機構組合而成，從而實現鋼球的冷鐓、送料、頂料等工藝過程。研究目標：實時監測鋼球在生產時的質量，實現鋼球在線質量監測。關鍵問題：試驗裝置的傳動方案選型與優化。3.

課題的研究方法、技術路線1.學習和借鑒國內外產品已有技術；2.查找相關資料并閱讀，初步擬定機構方案，并進一步優化，并最終確定結構方案；3.根據任務書要求和原始資料進行初步的計算；4.計算并設計傳動部分的主要零部件；5.利用三維軟件對零件進行建模并裝配；6.生成裝配二維圖和零件二維圖；4.

研究工作條件和基礎畢業設計中所用儀器設備、計算機等軟硬件條