高铁轴承滚动体精密孔型斜轧成形理论与工艺方法研究

摘要

高铁轴承除了要满足支撑、传递载荷、定位精度以及保证运动等基本要求外,还要满足较长的服役寿命、低振动、和高稳定性等更进一步的要求。圆锥滚动体作为高铁承的核心部件，其在高铁轴承服役过程中的性能表现直接影响着高铁轴承的整体性能。孔型斜轧是一种生产圆锥滚动体等回转体零件的先进塑性成形工艺。但是现阶段圆锥滚动体斜轧过程中金属流动规律、变形机理和心部缺陷成因还不明了，严重制约了孔型斜轧在圆锥滚动体实际生产中的应用。 本文以高铁轴承滚动体为研究对象，基于高铁轴承滚动体孔型斜轧的工艺原理以及成形过程中的变形特点，构建精确反映圆锥滚动体斜轧宏微变形规律的三维模拟仿真有限元模型。分析圆锥滚动体斜轧成形过程中宏微观变形规律和微观组织演变规律。并分析不同工艺参数对微观组织与性能的作用机制。 针对轧制过程中滚子毛坯的应力状态分布特点以及应力演变规律，分析了滚子斜轧过程中容易产生损伤的机理。基于改进的Lemaitre损伤模型，通过子程序的二次开发，创建了圆锥滚动体孔型斜轧损伤预测模型。并根据模拟结果分析了滚子毛坯的心部相对损伤分布以及演化规律。并对比分析出不同成形参数对心部相对损伤分布的影响。 探究单腔孔型斜轧工艺设计，采用参数化建模的的方法，利用PROE软件精确地创建了轧辊的三维模型，并基于SIMUFACT软件建立单腔孔型斜轧工艺的三维有限元仿真模型。基于有限元模拟结果分析了这种新的斜轧工艺对成形精度以及变形和组织均匀性的影响。 高铁轴承滚动体孔型斜轧三维有限元模型的分析结果研究表明：滚子毛坯发生塑性变形的区域主要为滚子毛坯的表面两侧区域以及靠近连接颈区域，滚子毛坯小端塑性变形大于滚子大端。轧制结束后，滚子毛坯表面区域温度降幅较大，心部区域温度降幅较小，靠近连接颈的大变形区域温度有小幅上升。毛坯各区域晶粒尺寸均有不同程度的降低，晶粒细化作用比较明显。滚子毛坯心部区域在轧制过程中始终为三向受拉状态，且不断承受正负变化的剪切应力。在此状态下，使缺陷容易在心部区域产生和扩展。

目录

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第1章 绪论

1.1引言

1.2高铁轴承滚动体及其成形工艺

1.3斜轧技术研究现状

1.4课题来源、目的和意义

1.5课题主要研究内容

第2章 高铁轴承滚动体孔型斜轧第三维有限元建模

2.1斜轧螺旋孔型设计准则

2.2孔型斜轧工艺设计

2.3孔型斜轧数值建模

2.4有限元模型验证

2.5本章总结

第3章 高铁轴承滚动体孔型斜轧成形规律

3.1孔型斜轧宏观变形规律

3.2孔型斜轧微观组织演变规律

3.3孔型斜轧成形参数影响规律

3.4本章总结

第4章 高铁轴承滚动体孔型斜轧心部损伤行为

4.1圆锥滚动体孔型斜轧应力状态及损伤机理

4.2基于lemaitre损伤模型的孔型斜轧心部损伤预测

4.3不同工艺参数对心部损伤的影响

4.4本章小结

第5章 高铁轴承滚动体单腔孔型斜轧工艺方法

5.1单腔孔型斜轧工艺特点

5.2 单腔孔型斜轧工艺设计

5.3单腔斜轧有限元模型

5.4单腔与双腔孔型斜轧成形效果对比

5.5本章小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间科研成果