浮压法压实斜轧钢球内部空洞的条件.PDFVIP

第30卷第1期, 2017年1月 宁 波 大 学 学 报（理 工 版 ） 中国科技核心期刊 Vol.30 No.1, Jan. 2017 JOURNAL OF NINGBO UNIVERSITY ( NSEE ) 中国高校优秀科技期刊 浮压法压实斜轧钢球内部空洞的条件 束学道 1,2, 田端阳 1,2, 王 雨 1,2, 魏伊伦 1,2, 殷安民 1,2, 王 英 1,2 （1.宁波大学 机械工程与力学学院, 浙江 宁波 315211; 2.浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室, 浙江 宁波 315211） 摘要: 钢球斜轧成形工艺中容易出现心部疏松、空洞等质量问题, 为了能有效地消除钢球内部空 洞, 实现钢球高质量生产, 提出了利用高压气体压实钢球内部空洞的新方法, 简称浮压法. 利用 DEFORM-3D 有限元软件, 研究了浮压法压实钢球内部空洞的影响因素以及各因素的影响程度. 结果表明: 压实空洞的难度随空洞尺寸的增大而减小, 随空洞到球面距离的增大而增大, 随温度 的升高而减小, 随气压增长速度的提高而减小; 其影响因素的主次顺序为: 钢球温度、空洞尺寸、 空洞位置和气压增长速度. 研究结果为提高钢球质量与成品率提供了理论指导. 关键词: 斜轧钢球; 浮压法; 空洞; 压实难度 中图分类号: TG376.2 文献标志码: A 文章编号: 1001-5132（2017）01-0001-06 通过斜轧工艺生产出的钢球, 作为重要的基 础零部件已广泛应用于汽车、农业机械、航空等制 造领域, 尤其是高精密的钢球在国民经济发展中 起着重要作用[1]. 钢球工作时会不断地受到交变载 荷的作用, 工作环境极其恶劣, 要使钢球具备较好 的机械性能, 对其成形质量的要求必然严格. 实际 通过斜轧工艺生产钢球时, 钢球内部容易出现疏 松、空洞等缺陷[2], 主要原因是受到了工艺参数、 外部条件的影响. 在交变应力的作用下, 钢球内部 缺陷会进一步恶化, 很大程度上影响着钢球的工 作性能与服役寿命, 这类缺陷的存在一直制约着 我国斜轧技术的发展. 针对这类问题, 不少国内外学者进行了大量 的研究. 雷建中等[3]对热轧轴承钢球心部空洞进行 了形貌分析, 认为球内空洞近似为球状; 胡正寰 等[4]对斜轧工艺的基本原理、孔型设计、机械设备 以及工艺调整等进行了研究; 曹强等[5]对轴承钢球 毛坯热轧成形过程进行了仿真模拟, 认为钢球心 部缺陷的产生是由循环交变切应力、横向拉应力以 及多向拉应力引起的负静水压力共同作用的结果; 杜少杰等[6]研究了轧辊倾角、导板距和轧辊转速对 斜轧钢球质量的影响. 为了提高钢球质量, 前人主要从优化工艺参 数与控制成形条件两方面进行了相关研究, 但这 些措施都未能有效地消除钢球内部空洞, 因此有 必要寻求新的解决办法. 本文在参考文献[7-12]基 础上, 首次提出了浮压法, 即利用高温高压气体压 实钢球内部空洞的方法, 结合有限元模拟与单因 素分析法, 得到了钢球内部空洞变形的影响因素[12], 并综合分析了各因素的影响程度, 研究结果为提 高钢球质量提供了参考. 1 模拟条件建立 1.1 浮压原理及优势 图 1为浮压装备简化图. 浮压装备的工作原理 为: 利用超声波探伤技术从批量成品中筛选出内 部存在缺陷的钢球. 高温加热钢球后, 将其置于浮 压装备内的 V形定位架上, 关闭活动门, 向密闭装 置中充入氮气, 同时驱动活塞做压缩气体运动, 使 装置内部快速形成高温高压. 在高温高压的惰性 环境下, 高温钢球散热率低、金属流动性好、表面 不易被氧化、压实钢球内部空洞所需的气压较小, 收稿日期: 2016?09?22. 宁波大学学报（理工版）网址: / 基金项目: 国家自然科学基金; 浙江省科技计划项目（2016C31018）; 宁波市自然科学基金（2015A610099）. 第一作者: 束学道（1968－）, 男, 安徽舒城人, 教授, 主要研究方向: 塑性加工工艺. E-mail: shuxuedao@ 2 宁波大学学报（理工版） 2017 当压力超过其屈服强度时, 钢球开始发生塑性变 形, 施压一段时间后, 其内部空洞可被压实. 图 1 浮压装备简化图 浮压法具有钢球无需通过模具加压的优势 , 可避免因钢球受压不均匀而导致变形不均匀的问 题, 且其操作