细长轴表面滚压加工有限元分析及工艺参数研究
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摘要
细长轴特别是特细长轴的表面精加工，一直是机加工的难题。不锈钢细长轴不仅具有细长轴的一些特点，自身由于含碳量低，韧性大，切削性能差等特点，使得不锈钢细长轴的表面精加工更加困难。滚压加工是一种高效的无屑光整加工方法，并且能改善工件的表面硬度，提高细长轴的疲劳强度，降低轴的表面粗糙度。
本文采用滚压加工的方法对不锈钢细长轴表面进行加工，克服了不锈钢特细长轴在加工过程中表现出的柔性大、塑性大的缺点，并且加工的细长轴的长径比不再受到细长轴缺点的限制，使得高速有效的加工细长轴成为可能。在滚压加工工艺中，滚压套的压下量大小决定了滚压力的大小并决定了细长轴表面发生弹塑性变形的状况，从而决定了细长轴的加工质量。用ansys有限元分析软件可以方便的设置压下量和滚压力，并能直观的显示细长轴的应力状态，为揭示细长轴在加工过程中应力状态的变化提供了有效的途径。本文利用有限元的方法对压下量的选取作了详细的研究，并结合滚压加工的理论对细长轴的加工过程进行了有限元模拟，确定了滚压力的范围，并对不同滚压套压下量的选取作了具体的研究；对滚压加工过程中的工艺参数进行了分析研究；并用有限元模拟的方法对细长轴加工过程中的应力变化进行了分析，为实际生产中工艺参数的确定打下了理论基础。并从理论上分析了细长轴在经过滚压加工后性能变化。
在理论分析和计算的基础上，在φ9／16型不锈钢滚压机上进行了调试和试验，基本达到了预期的效果。
Spindly shaft facade finishing machining is always a difficult problem because of its negative characters, stainless steel spindly shaft not only have the character of common spindly shaft, but also have its own characters, such as low carbon containing, lower toughness, bad cutting capability. These make the stainless steel spindly shaft even more difficult to be machined. Rolling method is a high effective facade finishing machining method. It can improve the fa9ade rigidity, fatigue intensity and smooth degree of the work pieces.
In this dissertation we adopted the rolling method to machine the stainless steel spindly shaft, overcomed the negative characters of spindly shaft, and the proportion of spindly shaft's diameter and height is no longer constrained by ite negetive characters. Makes it possible to machining the spindly shaft in high speed and effectively. In the process of rolling, the movement of rolling sets decide the rolling pressure, the deformation of the spindly shaft and consequently the rolling quality. With the ANSYS analysis software, we can set the movement of the rolling sets and the rolling pressure,and it can display the stress status of the spindly shaft during its rolling process. In this dissertation we studied the moving of the rolling sets in detail, and simulated the rolling process with the ANSYS software combined with the theory of rolling, defined the range of rolling pressure. Also analysis the parameters of the rolling machine, and analysis the stress status change of the spindly shaft during its rolling process with the finite element method. All these works make a basic for the practical producing. Finally we analysis the spindly shaft's capability change theorily.
On the basic of theory analysis and caculating, we adjusted the temple and achieved the expective effect.
本文采用滚压加工的方法对不锈钢细长轴表面进行加工，克服了不锈钢特细长轴在加工过程中表现出的柔性大、塑性大的缺点，并且加工的细长轴的长径比不再受到细长轴缺点的限制，使得高速有效的加工细长轴成为可能。在滚压加工工艺中，滚压套的压下量大小决定了滚压力的大小并决定了细长轴表面发生弹塑性变形的状况，从而决定了细长轴的加工质量。用ansys有限元分析软件可以方便的设置压下量和滚压力，并能直观的显示细长轴的应力状态，为揭示细长轴在加工过程中应力状态的变化提供了有效的途径。本文利用有限元的方法对压下量的选取作了详细的研究，并结合滚压加工的理论对细长轴的加工过程进行了有限元模拟，确定了滚压力的范围，并对不同滚压套压下量的选取作了具体的研究；对滚压加工过程中的工艺参数进行了分析研究；并用有限元模拟的方法对细长轴加工过程中的应力变化进行了分析，为实际生产中工艺参数的确定打下了理论基础。并从理论上分析了细长轴在经过滚压加工后性能变化。
在理论分析和计算的基础上，在φ9／16型不锈钢滚压机上进行了调试和试验，基本达到了预期的效果。
Spindly shaft facade finishing machining is always a difficult problem because of its negative characters, stainless steel spindly shaft not only have the character of common spindly shaft, but also have its own characters, such as low carbon containing, lower toughness, bad cutting capability. These make the stainless steel spindly shaft even more difficult to be machined. Rolling method is a high effective facade finishing machining method. It can improve the fa9ade rigidity, fatigue intensity and smooth degree of the work pieces.
In this dissertation we adopted the rolling method to machine the stainless steel spindly shaft, overcomed the negative characters of spindly shaft, and the proportion of spindly shaft's diameter and height is no longer constrained by ite negetive characters. Makes it possible to machining the spindly shaft in high speed and effectively. In the process of rolling, the movement of rolling sets decide the rolling pressure, the deformation of the spindly shaft and consequently the rolling quality. With the ANSYS analysis software, we can set the movement of the rolling sets and the rolling pressure,and it can display the stress status of the spindly shaft during its rolling process. In this dissertation we studied the moving of the rolling sets in detail, and simulated the rolling process with the ANSYS software combined with the theory of rolling, defined the range of rolling pressure. Also analysis the parameters of the rolling machine, and analysis the stress status change of the spindly shaft during its rolling process with the finite element method. All these works make a basic for the practical producing. Finally we analysis the spindly shaft's capability change theorily.
On the basic of theory analysis and caculating, we adjusted the temple and achieved the expective effect.
引文
1 陈昭莲．细长轴在机械加工中常见问题及处理措施．机械工程师，2000，17(5)：30-31
2 于建业．细长轴加工精度问题的探讨．盐缄工学院学报，2000，5(2)：31-33
3 黄日晶．不锈钢1Cr18Ni9Ti 细长轴的超精加工．电子机械工程，1999，(5)：61-64
4 Sant. Y.N. On the Strength of Metals and Alloys. Canada Montreal.1985:12-16
5 王永明，刘力健．无心磨削加工细长轴的方法和设备．新技术新工艺，1995，7(5)：34-36
6 胡明辉，姜永．金属的滚压加工．国外机械，1962，(8)：33-40
7 汤晓燕，云忠．滚压加工质量及其质量影响因素．第二届精加工学术会议论文集．昆明，1993：319-320
8 程通模．滚压和挤压光整加工．北京：机械工业出版社，1989：1-2 78-79
9 A.Y. Ne.Precision,Limitations and Applications of the Ballizing Process. Precision Engineering, 1982,(4):23-25
10 冯忠信，张建中，陈新增．ZM1Mg 合金的表面滚压强化．金属学报，1994，18(9)：45-48
11 B．A．别劳夫．铸铁表面滚压强化．国外机械，1968，(6)：33-36
12 胡明辉，姜湧．以滚(或挤)压代替磨削加工工艺．机械工程师，1993，(3)：25-26
13 Fujita,Takeo,Fukui,Takashi. Influences of Finish-Machining Method on Rolling Contact Fatigue. 1993:45-57
14 A.Y. Ne.A study on the bore finishing of cylinders by burnishing. Proc ICPE,1977:156-161
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16 M.O.Lai, J.Mater. Effect of residual stress on thefatigue performance of the surface od a ballised hole. Proc Tech, 1992,(29):301-309
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18 N.H.Loh, J.Mech. Work. A study of the effects fo ball burnishing parameters on surface roughness using factorial design. Tech, 1989, (18):53-61
19 赵亚东．工件表面滚压加工应用研究．机床与液压，2000，33(2)：81
20 仇启源．金属零件的精加工技术．上海：上海科学技术出版社，1983：199-202
21 胡宁静，胡蓉蓉，胡道秋．滚压工艺国内外发展动向．湘潭大学自然科学学报，1994，(2)：98-103
22 Daoqiu Hu, LiMing. Transformation of science and technology into productive power. BeiJing:china machine press, 1991: 1023-1028
23 N.H.Loh.,J.Mech. Optimisation of the surface finish produced by ball burning. Working Tech, 1989,(19):101-107
24 Vakaramoyev I Ya, Balyura P G. Nonlinear phenomena in materials scienceⅡ.Sov J Opt Techonl, 1974,(10): 45-48
25 Loh N H,Tam S C,Mtyazawa S A.Residual stresses in wire parts after after straightening and bending. Journal of Mechqnical Working Technology, 1989,(2):35-38
26 李春德．深孔的滚压加工．机械工艺师，1997，23(7)：45
27 盛达信．大直径内孔的滚压加工．上海机械，1972，(5)：19-24
28 陈永福，杨成贞．钛合金对接螺栓螺纹滚压加工．航空精密制造技术，1998，(3)：13
29 姬晶．油缸体内孔光整精加工工艺．煤矿机械，1999，(7)：25-26
30 Gazan G.A. How to Make a Good Hole Better. SME Technical Paper, 1977:77-96
31 王虹，房宇杰，牟忠凯．滚压强化技术在铁路中的应用．机械工程师，2000，(3)：40-41
32 陆丽芳，张丽丽．立柱油缸的滚压加工．中州煤炭，1998，(3)：25
33 姜英，王友林，马智英．齿轮轮齿滚压加工技术．新技术新工艺，2001，(4)：27
34 张学泳，李明文，孙盛丽．240 柴油机汽缸内孔的滚压加工．汽轮机技术，1999，(1)：12
35 莜萍．内孔滚压加工方法的研究．农业机械学报，1997，(3)：36
36 ANSYS 公司．Ansys5．5用户手册．1998：20-24
37 Belytschko T, Wong. B.L, Chiang.H.Advanced in One Point Quadrature Shell Elements.Comput Methods Appl Mech Engrg, 1992,96(3):93-107
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43 钱存济，黄宏生，赵朝兰．航空机轮滚压力分析与计算．西安工业学院学报，1994，(1)：77-79
44 M.O.Lai, J.Mater. A Review of ballishing:Cold working and its effect on fatigue life. Proc tech, 1990,(23):165-176
45 陈家南．陀螺式滚压光整加工理论分析与试验研究．[华南理工大学硕士学位论文]．1995：39-47
46 第一重型机械厂．重型机械工艺手册．齐齐哈尔，1978：199-212
47 冠军．冷滚压工艺及工具的选用．机械工艺师，1998，18(1)：15-27
48 钱伟峰，冷国伟．计算机图形学．北京：机械工业出版社，1994：43-45
49 Rudolf Bruhl. Effect of the straightening process on the characteristic of wire. Wire World International,1981,23(4): 101-102
50 勇德．试析钢管矫直机的发展．上海：宝钢技术．1995，(8)：54-56
51 杨桂通．弹塑性力学．北京：人民教育出版社，1989：56-58
52 崔甫．矫直理论与参数设计．第二版．北京：机械工业出版社，1994：95-100
53 S．铁摩辛柯，J．盖尔．材料力学．胡仁礼译．北京：科学出版社，1979：75-77
54 黄华清．轧钢机械．北京：冶金工业出版社，1979：104-108
55 W. Olszak, Z.Mron, P. Perzyna. Recent trends in the development of the theory of plasticity. Pergamon press-PWN,1963:24-28
56 严宗达．塑性力学．天津：天津大学出版社，1988：58-110
57 赵祖武．塑性力学导论．北京：人民教育出版社，1989：45-60
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51 杨桂通．弹塑性力学．北京：人民教育出版社，1989：56-58
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56 严宗达．塑性力学．天津：天津大学出版社，1988：58-110
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