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42CrMo热斜轧钢球成形与成性技术研究

摘要

球磨机是工业生产中的高细磨机械设备，被广泛用于选矿、建材及火力发

电等行业。钢球是机械生产中的重要组成部分，粉碎工业的使用环境非常恶

劣，导致了钢球成为易损零部件之一。目前我国对于钢球的传统生产工艺主要

有：镦压、铸造、锻压、车削，但是这些传统生产工艺有着工艺步骤多、产品

质量差、材料利用率低、生产成本高等缺点。采用斜轧孔型工艺生产钢球有材

料利用率高、产品质量优、使用成本低和加工步骤简单等优点。本文基于钢球

孔型热斜轧工艺加工方法，主要研究加工工艺参数对钢球内部平均晶粒尺寸大

小和微观组织均匀性的影响，以此通过工艺参数的优化来提升钢球的使用性

能。主要研究内容有：

（1）基于有限元仿真软件SIMUFACT，根据42CrMo材料的本构模型和动

态再结晶数学模型，建立了钢球孔型热斜轧三维热力耦合有限元仿真模型。通

过数值模拟阐明了钢球成形机理，分析了钢球金属流动规律，探究了钢球成形

过程中位移场、速度场、温度场和微观组织的分布和演变规律。

（2）通过生产实践分析研究得出钢球轧制过程中主要工艺参数有：轧制温

度、轧辊转速和轧辊倾角。基于单因素分析法探究了工艺参数对钢球微观组织

演变规律。应用响应面分析法，得到了基于不同工艺参数的量化回归模型，考

虑了各工艺参数交互作用的影响，进行了工艺参数优化。

（3）在30钢球斜轧机上进行了钢球成形实验，通过对比实验仿真钢球直

径大小，验证了数值模拟的可靠性，实验结果表明钢球直径和数值模拟直径相

对误差在2%以内；对轧后钢球进行了金相实验，轧件内部晶粒尺寸大小与数值

模拟中的晶粒尺寸大小相对误差在11%以内，说明有限元模型的仿真结果可靠

性很高。

通过以上研究内容，本文为提高球磨钢球的使用性能提供了有效的理论参

考，为实际工厂生产钢球提供了可靠的理论指导。

关键词：斜轧，钢球，组织均匀性，工艺参数优化，响应面

StudyonFormingandMicrostructureTechnologyof

42CrMoHotSkewRollingBall

Abstract

Ballmillisakindofhigh-finegrindingmachineryinindustrialproduction,

whichiswidelyusedinmineralprocessing,buildingmaterials,thermalpower

generationandotherindustries.Steelballisanimportantpartofmechanical

production,andtheuseenvironmentofcrushingindustryisverybad,whichmakes

steelballbecomeoneofthevulnerableparts.Atpresent,thetraditionalproduction

processesforsteelballsinChinaare:upsetting,casting,forgingandturning,but

thesetraditionalproductionprocesseshavethedisadvantagesofmanytechnological

steps,poorproductquality,lowmaterialutilizationrateandhighproductioncost.

Theproductionofsteelballbyskewrollingpassprocesshastheadvantagesofhigh

materialutilization,excellentproductquality,lowcostandsimpleprocessingsteps.

Basedonthehotcrossrollingprocessofsteelb