开题报告-钢球冷镦试验装置三维建模与结构设计

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专业机械设计制造及其自动化课题名称钢球冷镦试验装置三维建模与结构设计阅读文献情

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20篇开题日期2020/03/25国外文献

5篇开题地点

1.

文献综述与调研报告：（阐述课题研究的现状及发展趋势，本课题研究的意义和价值、参考文献）1.1课题研究意义：

近几年来，随着汽车工业、航天工业、煤炭行业等的快速发展，国内的钢球需求量达到了2000万亿颗以上，所以我们可以认为钢球市场潜力巨大。钢球是轴承的关键元件,它的质量好坏在很大程度上影响到轴承的动态性能和使用寿命。不锈耐酸钢球因其大量使用在酸液环境下,又对其耐酸精度保持有要求,还需要大量的进口,严重制约我国制造业和国防建设。冷镦工艺是钢球生产的第一道工序,其加工的质量至关重要。冷镦成形的球坯的尺寸精度、表面质量对钢球加工生产效率以及生产成本有着很大的影响。因此对钢球的制造工艺以及模具的研究，以此来提高钢球生产质量和生产效率是有经济效益的。本课题设计的轴承钢球生产过程在线监控系统，实现冷镦工序球坯成形质量在线监测功能、光球设备压力自动控制并且。致力于解决了现阶段钢球生产过程中的主要问题，缓解了钢球生产设备缺乏在线监测系统所带来的一系列问题，提高了钢球生产质量。其中冷镦成形质量在线监测系统是在冷镦设备上进行技术改造,对冷镦过程进行在线监测，保证冷镦球坯的加工质量，提高加工效率;光球设备压力自动控制系统是对光球设备进行技术改造，在现有设备上设计压力自动控制装置，达到节约劳动力、精确控制以及提高产品质量稳定性的目的;基于WiFi技术的车间生产过程监控管理软件是以钢球生产的冷镦车间及光球车间中的所有加工设备为监控对象，可以通过无线网络技术实时监控所有设备的工作。1.2我国钢球生产的的现状及发展我国钢球生产发展源自上世纪60年代后期。由于热处理保护气氛淬火工艺、光球替代锉球软磨工艺、大循环精研工艺等新技术的不断应用，以及高速高精度自动冷镦机、高精度磨球机、高精度研球机等先进设备的开发使用，钢球生产的工艺装备水平和产品质量飞速提高。上世纪80年代，我国先后从发达国家引进钢球专用加工设备近200台、大中小规格的钢球加工生产线6条以及部分软件技术，生产线软硬件技术达到80年代中期国际水平，这为我国钢球生产赶上世界先进水平起到了较大的推动作用。虽然我国钢球行业在工艺、装备水平上有了较大突破，但同国外先进水平相比还有不少差距。首先，钢球原材料供应质量差，氧化脱碳严重，这是导致国内钢球生产留量大、效益不高的主要因素之一。由于冷拨盘料质量不好，国内生产效益与国外相比低30%左右。受盘料规格的限制，国内大规格的高速冷镦机不能研制生产，仍使用五六十年代水平的开式切料冷镦机。其次，先进工艺及技术的使用在中小企业特别是非钢球专业厂还未全面推广，使得国内钢球生产技术水平很不均衡、两极分化。第三，国产钢球生产设备的型号规格繁多，装球量不统一配套，这给国产设备连线节拍生产造成一定的困难。光球机、研球机和清洗机等关键设备的加工稳定性还有待进一步提高。第四，相关技术的研究推广有待进一步加强，例如水剂悬浮磨液、氧化铝磨料、细粒度树脂砂轮、人造金刚石修整块、砂轮自动修整自动平衡技术等。这些技术的推广应用将是提高产品质量和经济效益的基础。国内冷镦设备以低速开式切料冷镦机Z32系列为主，高速冷镦机还未能普遍采用。中小型钢球普遍为冷镦工艺，采用硬质合金冷镦模、切料套筒和切料刀板;大尺寸钢球为热镦或热轧工艺，采用耐热钢模具。冷镦球坯主要为球形坯，也有采用锥鼓形球坯，基本满足工艺要求，留量为0.4mm左右。冷镦是钢球生产相对薄弱的工序，主要问题是高速冷镦机数量较少，冷镦球坯留量大，尺寸精度不高。总的来说钢球的光、磨工序仍处于高能耗、高噪声及低环保状况，已不符合国家的环保发展要求。高效能、低噪声的钢球光、磨设备应是今后设备制造企业的努力方向，研球机的加工要求采用CNC技术、智能化远程控制技术和在线测量技术，以实现自动控制，将钢球加工精度稳定提高到G3水平。大致分为以下几个方面：(1)高速自动冷镦机的稳定批量生产;(2)涡流探伤机的研制;(3)光学外观机的研制;(4)钢球清洗机的研制;(5)钢球加工设备的联线合理配置;(6)钢球加工设备在线测量和数控技术的研制。1.3钢球生产的发展期望“十二五”期间，我国轴承钢球生产总的发展目标是进一步振兴、发展、超越国际先进水平。首先，钢球质量进一步上等级，能稳定生产G5、G3级精密钢球，以满足国内高精度轴承配套需要；其次，钢球制造工艺向少工艺、短周期、高效率、高质量方向发展；第三，钢球生产组织形式将从以工序为单位的机群式生产逐步向以产品规格为单位的连线生产发展；第四，钢球是适合专业化、大批量生产的产品，钢球生产需要进一步加强宏观调控，合理规划布局；第五，全面推广高速钢球冷镦成形工艺，进一步精化钢球毛坯，减少加工留量，提高材料利用率，降低加工成本；第六，逐步采用以细粒度树脂砂轮精磨代替目前初研工艺，赶上国际先进工艺的发展步伐；第七，热处理将逐步过渡到全部使用保护气氛淬火工艺；第八，成系列开发装备，改造更新老设备，用具有国际先进水平的设备武装行业，提高整个行业装备水平；第九，加强钢球相关技术的开发、研制工作，组织相关企业开发、研制出适应G5、G3级精密钢球生产的砂轮、光球板、磨球板、冷镦模具、研磨液等；第十，研制新型的检测仪器，提供科学的检测手段，线上测量将成为主要的测量手段，质量控制更严，生产节奏性更强；第十一，加强宏观管理，提高工艺装备水平，稳定产品质量，使我国钢球生产在“十二五”期间再上一个新台阶，赶上或超过世界先进水平，抢占更多的国际市场份额。球坯外形上以前我国一直沿用球形球坯,而国外逐步采用锥鼓型球坯,因为锥鼓形球坯成形更容易,金属的流动也更容易,环带和两极缩小了,可以减小后续锉削去环带的时间。1.4冷镦机的种类：Z12系列双击整模自动冷镦机本机采用盘料及直棒料，利用二次镦锻原理，生产各种元头、沉头、半沉头，内六角及其它非标头形的螺栓和机械零件，该设备操作方便，工艺简单，并可定作阳模推出细长规格保护装置及拉出机构。Z41-24多工位自动螺母冷镦机该机是生产六角螺母坯料的专用冷镦设备，在棒料上的料经过辊轮进料，然后依次进行切断、压球、压角、冲孔、成型等五道工序，一机可以自动完成，适用于成批或专业生产化生产螺帽标准件厂家和大量使用标准件螺帽的大中型企业。注：可根据用户要求特约生产六工位、七工位等非标成型自动冷镦机。Z41-30多工位自动螺母冷镦机该机是生产六角螺母坯料的专用冷镦设备，在棒料上的料经过辊轮进料，然后依次进行切断、压球、压角、冲孔形成四道序，一机可以自动完成，适用于成批或专业生产化生产螺帽标准件厂家和大量使用标准件螺帽的大中型企业。ZS308多工位高速自动冷镦机ZS308型多工位高速自动冷镦机是用于制造螺钉（螺栓）的高效自动设备。本机床的镦锻工位采用水平排列。采用冷拔盘（棒）料经切断、初冲、精冲、搓丝等工序。连续制造螺钉（螺栓）成品。1.5钢球制造工艺：冷(热)镦→(锉削光磨软磨1、2)→热处理→强化处理→初研→选别→精研→清洗防锈→成品包装→成品检查锥鼓形钢球冷镦成形时的变形的特点是先出两极,后出环带。出现两极的原因是冲模有孔,这些孔是为了装推杆和在加工中排气防止冲模充不满金属。出现环带的原因,一是挤出多余的体积;二是为了防止两冲模直接碰撞。1.6冷镦机模具优化①有限元模型：采用有限元软件DE-FORM-3D作为平台进行模拟分析,将模具设定为刚体,钢球球坯材料为轴承钢52100(美国牌号),模具的运动采用曲柄压力机的方式(成形过程中速度变化),吨位为1000t。坯料采用四面体单元,总量为20000个,材料为弹塑性模型。模拟过程分两步,第一步模具下压至设定行程,计算冷镦过程,第二步模具向上返回,计算球坯回弹过程。②正交试验设计：设计参数包括d、R、R1、L、D2、F和L1等共7个因素。其中模具参数包括圆角R、R1,顶出孔直径d,锥形区底面直径F;毛坯参数包括坯料底面直径D2和坯料长L;以及合模间距L1。将上述7个因素分别采用3个水平，模具球窝直径D=12.95mm,不考虑圆角及圆锥,初步估算球窝体积1136mm3,因此取坯料体积范围为1120mm3～1278mm3,模具尺寸主要依据经验给出变动范围,合模间距的最小值L1为2倍的球窝偏心距E。对于锥形球坯,采用合理的冷镦工艺和模具设计,球坯成形过程可以是首先形成两极然后形成环带,因此可以通过合理的模具设计得到无环带球坯。冷镦结束后球坯会产生回弹,回弹过程中,钢球首先整体向外膨胀,随后极柱和环带附近的材料仍然向外流动,而极柱和环带之间的材料则流向钢球球面内法向。回弹后,钢球球坯表面还有较大的残余应力。2.参考文献：[1]许莎,吴小勇.基于DOE的锻造企业过程质量分析[J].装备制造技术,2010(09):4-6.[2]申志刚,何宁,李亮.具备自动特征提取能力的智能监测系统[J].哈尔滨工业大学学报,2010,42(09):1495-1499.[3]揭琳锋,朱晓锋,王国林,袁银良.PVDF的大拉伸变形测试机理研究[J].传感技术学报,2010,23(06):896-898.[4]傅蔡安,华新锋,王贤.基于DEFORM的轴承钢球冷镦模具优化[J].轴承,2010(05):16-19.[5]傅蔡安,王贤.

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本课题的基本内容，预计解决的难题研究内容：本试验装置主要由两组带传动、曲柄滑块机构，两组凸轮机构组合而成，从而实现钢球的冷镦、送料、顶料等工艺过程。研究目标：实时监测钢球在生产时的质量，实现钢球在线质量监测。关键问题：试验装置的传动方案选型与优化。3.

课题的研究方法、技术路线1.学习和借鉴国内外产品已有技术；2.查找相关资料并阅读，初步拟定机构方案，并进一步优化，并最终确定结构方案；3.根据任务书要求和原始资料进行初步的计算；4.计算并设计传动部分的主要零部件；5.利用三维软件对零件进行建模并装配；6.生成装配二维图和零件二维图；4.

研究工作条件和基础毕业设计中所用仪器设备、计算机等软硬件条