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圆柱滚子轴承内圈冷辗扩过程中的变形规律研究

作　者: 闫素倩
导　师: 杨伯原；张洛平
学　校: 河南科技大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 冷辗扩轴承内圈弹塑性有限元数值模拟
分类号: TG376
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

环件冷辗扩是一种先进的回转塑性成形工艺,具有节能、节材、高效等优点,符合现代塑性加工技术精密、低耗、清洁的发展趋势,具有极大的社会和经济效益。它是借助于辗扩机使环件产生连续局部塑性变形,从而实现壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形的塑性成形工艺。本文根据辗扩理论,分析了圆柱滚子轴承内圈冷辗扩的工艺特点,设计了冷辗扩毛坯,计算了圆柱滚子轴承内圈冷辗扩相关工艺参数,研究了圆柱滚子轴承内圈冷辗扩成形规律,并在此基础上,制定了比较合理的冷辗扩工艺。本课题基于弹塑性有限元理论,以ABAQUS软件为平台,建立了圆柱滚子轴承内圈冷辗扩过程的有限元分析模型。利用大型通用有限元软件ABAQUS所提供的ABAQUS/Explicit模块对其成形过程进行模拟分析。研究了相关工艺参数对冷辗扩成形结果的影响规律,对冷辗扩过程中不同时刻的应力与等效应变关系进行分析,对冷辗扩过程中的金属流动特性进行分析,并通过分析优化了圆柱滚子轴承内圈冷辗扩毛坯、芯辊直线进给速度等相关工艺参数。通过冷辗扩实验,对有限元分析结果进行了验证,最终得到了合格的环件。实验表明,本文提出的工艺是可行的,有限元模拟结果是正确的,为今后同类型环件的冷辗扩工艺制定和工艺参数选取提供了有价值的参考。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-8
第1章绪论  8-16
  1.1 课题研究背景及意义  8-9
  1.2 环件辗扩成形概述  9-10
    1.2.1 环件辗扩的分类  9
    1.2.2 环件冷辗扩特点  9-10
  1.3 环件辗扩国内外研究现状及发展趋势  10-13
    1.3.1 环件辗扩的发展历史  10
    1.3.2 环件辗扩理论研究  10-12
    1.3.3 环件辗扩应用研究  12-13
    1.3.4 环件辗扩技术的发展趋势  13
  1.4 本文的主要研究内容  13-16
第2章环件辗扩理论和技术  16-26
  2.1 实现环件辗扩的条件  16-24
    2.1.1 咬入条件  16-21
    2.1.2 锻透条件  21-22
    2.1.3 刚度条件  22-24
  2.2 辗扩过程中的成形特点  24
  2.3 环件辗扩力的计算  24-25
    2.3.1 驱动辊旋转辗扩速度  24
    2.3.2 芯辊进给速度  24-25
    2.3.3 导向辊的速度  25
  2.4 本章小结  25-26
第3章弹塑性有限元法理论基础  26-36
  3.1 引言  26
  3.2 弹塑性有限元理论基础  26-30
    3.2.1 弹塑性增量理论  26-30
  3.3 弹塑性有限元方程的建立  30-31
  3.4 弹塑性有限元方程的求解  31-32
    3.4.1 静力隐式积分算法  31-32
    3.4.2 动力显式积分算法  32
  3.5 动力显式有限元基本理论  32-34
    3.5.1 动力显式有限元方程  32-33
    3.5.2 动力显式方法的条件稳定性  33-34
  3.6 有限元分析中必须注意的几个问题  34-35
    3.6.1 力学模型的简化  34
    3.6.2 结构离散化和单元选用  34
    3.6.3 边界约束处理  34-35
    3.6.4 载荷处理  35
  3.7 本章小结  35-36
第4章圆柱滚子轴承内圈冷辗扩工艺分析和相关工艺参数计算  36-46
  4.1 圆柱滚子轴承内圈冷辗扩工艺分析  36-37
  4.2 圆柱滚子轴承内圈冷辗扩工艺参数设计  37-45
    4.2.1 辗扩工具设计  37-38
    4.2.2 毛坯设计  38-39
    4.2.3 毛坯进给量的极限值计算  39-40
    4.2.4 芯辊直线进给运动的极限速度  40-41
    4.2.5 导向辊圆心运动轨迹计算  41-43
    4.2.6 圆柱滚子轴承内圈在冷辗扩过程中半径变化计算  43-45
  4.3 本章小结  45-46
第5章圆柱滚子轴承内圈冷辗扩有限元模型建立  46-54
  5.1 有限元软件的介绍  46-48
  5.2 圆柱滚子轴承内圈冷辗扩过程建模  48-53
    5.2.1 创建部件  48
    5.2.2 材料特性  48-49
    5.2.3 几何体装配  49
    5.2.4 设置分析步  49-50
    5.2.5 接触设置  50-51
    5.2.6 边界条件和载荷设置  51-52
    5.2.7 网格划分  52-53
    5.2.8 分析作业提交  53
    5.2.9 分析结果后处理  53
  5.3 本章小结  53-54
第6章模拟结果分析及冷辗扩实验  54-64
  6.1 模拟结果分析  54-61
    6.1.1 毛坯辗扩比对圆柱滚子轴承内圈成形的影响规律  54-56
    6.1.2 驱动辊转速对圆柱滚子轴承内圈成形的影响规律  56-58
    6.1.3 芯辊直线进给速度对环件成形的影响规律  58-59
    6.1.4 芯辊的反作用力对圆柱滚子轴承内圈成形的影响规律  59
    6.1.5 成形过程中金属流动情况分析  59-61
  6.2 实验验证  61-63
  6.3 本章小结  63-64
第7章结论与展望  64-65
  7.1 研究结论  64
  7.2 展望  64-65
参考文献  65-68
致谢  68-69
攻读硕士学位期间的研究成果  69

圆柱滚子轴承内圈冷辗扩过程中的变形规律研究

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