一種高精度細(xì)晶孔型斜軋軋輥設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高精度細(xì)晶孔型斜軋軋輥設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：S1、斜軋軋件和棒料尺寸設(shè)計(jì)：考慮加工余量和熱膨脹效應(yīng)，計(jì)算零件軋制尺寸；考慮成形過(guò)程中的擴(kuò)徑效應(yīng)，確定棒料直徑；S2、斜軋軋輥基本參數(shù)設(shè)計(jì)：基于已有工藝經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及關(guān)系式，確定軋輥基本參數(shù)；S3、斜軋軋輥凸棱高度變化特征設(shè)計(jì)：保證軋件穩(wěn)定咬入的前提下，基于協(xié)調(diào)材料均勻變形原則進(jìn)行設(shè)計(jì)；S4、斜軋軋輥凸棱寬度變化特征設(shè)計(jì)：基于與連接頸軸向延伸相適應(yīng)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)斜軋孔型凸棱高度和寬度的合理設(shè)計(jì)，利于軋件變形狀態(tài)與孔型相適應(yīng)，協(xié)調(diào)材料均勻變形，獲得更佳的成形精度和晶粒細(xì)化程度。
【專利說(shuō)明】
-種高精度細(xì)晶孔型斜$L$L撮設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于回轉(zhuǎn)塑性加工技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種高精度細(xì)晶孔型斜社社漉設(shè)計(jì) 方法，用于提高球形、圓柱形或圓錐形等回轉(zhuǎn)體零件螺旋孔型斜社成形精度和晶粒細(xì)化程 度。
【背景技術(shù)】
[0002] 螺旋孔型斜社工藝(簡(jiǎn)稱斜社)是一種球形、圓柱形、圓錐形等回轉(zhuǎn)體零件先進(jìn)回 轉(zhuǎn)塑性成形技術(shù)，相比于傳統(tǒng)鍛壓、鑄造和車削工藝，具有優(yōu)質(zhì)、節(jié)能、節(jié)材、高效等顯著優(yōu) 點(diǎn)，廣泛用于球磨鋼球、軸承鋼球和滾子等回轉(zhuǎn)體零件的成形制造。螺旋孔型斜社工藝中， 合理的社漉孔型設(shè)計(jì)是社制高精度合格產(chǎn)品的前提和重要保障。
[0003] 社漉孔型幾何結(jié)構(gòu)中，螺旋凸棱高度和寬度的變化特征決定著社件社制成形過(guò)程 中變形模式和金屬流動(dòng)充型能力，是社漉孔型設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。傳統(tǒng)的斜社社漉孔型設(shè)計(jì) 方法中，凸棱高度變化特征受限于社漉的加工技術(shù)，通常簡(jiǎn)化為按直線規(guī)律變化設(shè)計(jì)，而凸 棱寬度的變化特征則是基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，兩者均沒(méi)有較好結(jié)合斜社工藝過(guò)程中變形 特點(diǎn)和金屬流動(dòng)規(guī)律來(lái)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。此外，傳統(tǒng)凸棱寬度按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)初選設(shè)計(jì)的方法，需 再進(jìn)行反復(fù)的校核與修正計(jì)算，設(shè)計(jì)效率低。由此可見(jiàn)，現(xiàn)階段斜社社漉孔型設(shè)計(jì)方法多基 于傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)繁瑣，效率低，同時(shí)也未有效結(jié)合斜社工藝的變形特征和金屬流動(dòng)特點(diǎn)， 難W實(shí)現(xiàn)高精度、高性能斜社零件的生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種高精度細(xì)晶孔型斜社社漉設(shè)計(jì)方法，它不僅可W簡(jiǎn)化 孔型設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)效率，還可W使得孔型變化更好的適應(yīng)斜社工藝變形特征和金屬流動(dòng) 特點(diǎn)，顯著提高了斜社成形零件的成形精度和晶粒細(xì)化程度。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種高精度細(xì)晶孔型斜社社漉設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：
[0007] S1、斜社社件和棒料尺寸設(shè)計(jì)：
[000引S101、根據(jù)加工余量和熱膨脹效應(yīng)，計(jì)算零件最大社制尺寸Umax;
[0009] S102、根據(jù)成形過(guò)程中的擴(kuò)徑效應(yīng)，確定棒料直徑d;
[0010] S2、斜社社漉基本參數(shù)設(shè)計(jì)：基于已有工藝經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及關(guān)系式，確定社漉基本參 數(shù)，包括社漉凸棱起始高度化、起始寬度Wb、終了寬度W。、社漉名義直徑Dm、基圓直徑化、孔型 成形區(qū)段螺旋總長(zhǎng)度0f、孔型精整區(qū)段螺旋總長(zhǎng)度0S、凸棱終了高度出；
[0011] S3、斜社社漉凸棱高度變化特征設(shè)計(jì):保證社件能穩(wěn)定咬入社制孔型的前提下，基 于協(xié)調(diào)社制過(guò)程中金屬材料均勻變形原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，將成形段凸棱高度變化特征設(shè)計(jì)為幕 指函數(shù)曲線變化形式，對(duì)應(yīng)于螺旋孔型展開(kāi)長(zhǎng)度為θχ位置的凸棱高度Η(θχ)由包含指數(shù)Eh的 下述幕指函數(shù)式確定，
[0012]
,其中，9b和θ。分別為凸棱起始和終了位置螺旋孔 型展開(kāi)長(zhǎng)度值，[EH]m《巧Ηη<1，[EH]min為滿足公式
的指數(shù)Eh的最小值；
[0013] S4、斜社社漉凸棱寬度變化特征設(shè)計(jì):基于與連接頸軸向延伸相適應(yīng)原則進(jìn)行設(shè) 計(jì)，由于連接頸軸向延伸程度隨其外徑減小而增大，故凸棱寬度變化特征設(shè)計(jì)為先緩慢增 加、社制后期再快速增加，將凸棱寬度變化特征設(shè)計(jì)成幕指函數(shù)曲線變化形式，任意螺旋孔 型展開(kāi)長(zhǎng)度為θχ位置的凸棱寬度W( θχ)由下式確定，
[0014]
癢中，Εβ為凸棱寬度的幕指函數(shù)的指數(shù)，Εβ〉1。
[0015] 按上述技術(shù)方案，在步驟S101中，對(duì)于零件的某一尺寸以，根據(jù)其加工余量和高溫 下熱膨脹效應(yīng)，其冷態(tài)斜社成形尺寸レ,c = Li+Δレ，熱態(tài)斜社成形尺寸^,h=化i+Ak)Q，對(duì) 應(yīng)的最大社制尺寸心,。3、=111日義也,。山,〇，其中，么1廣對(duì)應(yīng)尺寸以的加工余量，9-材料對(duì)應(yīng) 社制溫度下的熱膨脹系數(shù)。
[0016] 按上述技術(shù)方案，在步驟S102中，根據(jù)棒料斜社成形過(guò)程中的擴(kuò)徑效應(yīng)確定棒料 直徑d，d = ( 1 -k ) Lr, max，其中，k-棒料社制成形中的擴(kuò)徑率，k為3~4 %，Lr, max-零件最大社制 尺寸。
[0017] 按上述技術(shù)方案，基于已有工藝經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定社漉凸棱起始高度化、起始寬度Wb 和終了寬度W。，根據(jù)W下關(guān)系式確定
[001引社漉名義直徑Dm=巧~7)d，
[0019]基圓直徑 Db = Dm-Lr,max，
[0020] 孔型成形區(qū)段螺旋總長(zhǎng)度目f = 360°~630°，
[0021] 孔型精整區(qū)段螺旋總長(zhǎng)度目s = 450°~630°，
[0022] 凸棱終了高度 H〇 = Dm-dc，其中，山二（0.18 ~0.22)Lr,max。
[0023] 按上述技術(shù)方案，步驟S3中，指數(shù)Eh大小的確定包括W下步驟：
[0024] a)、凸棱高度增加的快慢程度可根據(jù)其變化曲線斜率絕對(duì)值判斷，幕指函數(shù)曲線 斜率絕對(duì)值可由其一階導(dǎo)函數(shù)的絕對(duì)值確定，即
[0025]
[0026] 當(dāng)θχ從0b減小到Θ。時(shí)，為使凸棱高度的變化特征合理，即先W較快的增高速度完成 社件的初步社制成形、后在社制后期W較慢的增高速度結(jié)束社制，得到Eh<1 ;
[0027] b)、為保證社件能順利穩(wěn)定的咬入到社制孔型中，凸棱高度變化規(guī)律應(yīng)使得社漉 的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量m滿足斜社孔型的咬入條件，即其斜率絕對(duì)值的最大值應(yīng)該滿足
[002引
，其中，μ-社件與社漉件的摩擦系數(shù)，
[0029]由凸棱高度幕指函數(shù)的一階導(dǎo)函數(shù)的絕對(duì)值表達(dá)式可知，θχ接近凸棱起始位置0b 時(shí)，其斜率絕對(duì)值越大，當(dāng)θχ為0b時(shí)，斜率絕對(duì)值為無(wú)窮大，為此將孔型咬入條件限定在孔型 展開(kāi)長(zhǎng)度值為9b-20到Θ。之間，當(dāng)θχ在此區(qū)間變化時(shí)，在θχ為(0b-2〇)時(shí)取得最大，即
[0033] 上式左邊為底數(shù)小于1的指數(shù)函數(shù)，右邊為反比列函數(shù)，求得指數(shù)Eh的最小值
[Enlmin ；
[0034] C)、綜上，Eh取值范圍為[EH]min《EH<l。
[0035] 本發(fā)明，具有W下有益效果:本發(fā)明合理設(shè)計(jì)斜社孔型的凸棱高度和寬度的變化 規(guī)律，使之較好的貼合斜社成形過(guò)程中金屬材料的流動(dòng)變形特點(diǎn)，從而提高社制過(guò)程中社 件變形狀態(tài)與孔型的適應(yīng)性W及社制過(guò)程中變形的協(xié)調(diào)與均勻性，最終使零件獲得更佳的 成形精度和晶粒細(xì)化程度。
【附圖說(shuō)明】
[0036] 下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中：
[0037] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例中螺旋孔型斜社社漉的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中社漉凸棱處的局部放大圖；
[0039] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中斜社社漉凸棱高度的設(shè)計(jì)示意圖；
[0040] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例中斜社社漉凸棱寬度的設(shè)計(jì)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041 ]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用W解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0042] 在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，如圖1-圖4所示，一種高精度細(xì)晶孔型斜社社漉設(shè)計(jì)方 法，包括如下步驟：
[0043] S1、斜社社件和棒料尺寸設(shè)計(jì)：
[0044] S101、因?yàn)樾鄙绯尚蔚闹萍ǔＰ枰獮楹罄m(xù)的機(jī)加工和熱處理工序留一定的加工 余量，對(duì)于熱社產(chǎn)品通常還需考慮材料在高溫下的膨脹，因此，根據(jù)加工余量和熱膨脹效 應(yīng)，計(jì)算零件最大社制尺寸max,具體的，對(duì)于零件的某一尺寸以，根據(jù)其加工余量和高溫 下熱膨脹效應(yīng)，其冷態(tài)斜社成形尺寸(對(duì)于熱斜社即為其冷態(tài)尺寸化i,c = Li+Ak，熱態(tài)斜社 成形尺寸Li,h=(Li+Aレ)Q，對(duì)應(yīng)的最大社制尺寸Lr,max=maxαi,c，Li,h)，其中，ΔL廣對(duì)應(yīng)尺 寸以的加工余量，Q-材料對(duì)應(yīng)社制溫度下的熱膨脹系數(shù)；
[0045] S102、根據(jù)成形過(guò)程中的擴(kuò)徑效應(yīng)，確定棒料直徑d，根據(jù)計(jì)算值再對(duì)照選擇接近 的標(biāo)準(zhǔn)圓鋼，具體的，根據(jù)棒料斜社成形過(guò)程中的擴(kuò)徑效應(yīng)確定棒料直徑d，d=(l-k)k,max， 其中，k-棒料社制成形中的擴(kuò)徑率，對(duì)于軸承鋼通常k為3~4%，Lr,max-零件最大社制尺寸；
[0046] S2、斜社社漉基本參數(shù)設(shè)計(jì)：基于已有工藝經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及關(guān)系式，確定社漉基本參 數(shù)，包括社漉凸棱起始高度化、起始寬度Wb、終了寬度W。、社漉名義直徑Dm、基圓直徑化、孔型 成形區(qū)段螺旋總長(zhǎng)度目f、孔型精整區(qū)段螺旋總長(zhǎng)度目S、凸棱終了高度H。，具體的，基于已有工 藝經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定社漉凸棱起始高度化、起始寬度Wb和終了寬度W。，根據(jù)W下關(guān)系式確定
[0047] 社漉名義直徑Dm=巧~7)d，
[004 引基圓直徑 Db = Dm-Lr,max，
[0049] 孔型成形區(qū)段螺旋總長(zhǎng)度目f = 360°~630°，
[0050] 孔型精整區(qū)段螺旋總長(zhǎng)度目s = 450°~630°，
[0化1 ]凸棱終 了高度H〇 = Dm-dc，其中，dc= (0.18~0.22)Lr,max;
[0052] S3、如圖3所示，斜社社漉凸棱高度變化特征設(shè)計(jì):零件斜社成形過(guò)程中凸棱高度 從孔型咬入到成形終了的變化特征直接決定了社件社制成形過(guò)程中金屬流動(dòng)和變形行為， 因此，凸棱高度變化特征的設(shè)計(jì)為在保證社件能穩(wěn)定咬入社制孔型的前提下，應(yīng)有利于協(xié) 調(diào)社制過(guò)程中金屬材料的均勻變形，來(lái)提高社制成形制品成形精度和晶粒細(xì)化程度，即基 于協(xié)調(diào)社制過(guò)程中金屬材料均勻變形原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，基于上述思想，合理的凸棱高度變化 特征應(yīng)該將凸棱壓下量的增加速度設(shè)計(jì)為隨社制進(jìn)行而逐漸減小，即凸棱高度先是W較快 的增高速度完成社件的初步社制成形，然后在社制后期則W較慢的增高速度結(jié)束社制，常 見(jiàn)的數(shù)學(xué)函數(shù)曲線中，幕指函數(shù)關(guān)系較為簡(jiǎn)單，曲線變化特點(diǎn)能較好的滿足上述凸棱高度 的變化特征，故可W將成形段凸棱高度變化特征設(shè)計(jì)為幕指函數(shù)曲線變化形式，對(duì)應(yīng)于螺 旋孔型展開(kāi)長(zhǎng)度為θχ位置的凸棱高度Η(θχ)由包含指數(shù)Eh的下述幕指函數(shù)式確定，
[0053]
其中，9b和Θ。分別為凸棱起始和終了位置螺旋孔 型展開(kāi)長(zhǎng)度值，[EH]m《:iEHn<l，[EH]niin為滿足公式
的指數(shù)Eh的最小值；
[0054] 描述凸棱高度變化特征的幕指函數(shù)關(guān)系中，指數(shù)Eh大小決定著凸棱高度增加形式 和快慢程度，對(duì)斜社成形工藝有著重要影響，指數(shù)Eh的大小可從W下兩方面來(lái)加 W確定：
[0055] a)、凸棱高度增加的快慢程度可根據(jù)其變化曲線斜率絕對(duì)值判斷，上述描述凸棱 高度變化特征的幕指函數(shù)曲線斜率絕對(duì)值可由其一階導(dǎo)函數(shù)的絕對(duì)值確定，即
[0化6]
[0057]由此描述凸棱高度變化的幕指函數(shù)曲線斜率絕對(duì)值可知，指數(shù)Eh等于1時(shí)，凸棱高 度變化曲線斜率為常數(shù)，也即凸棱高度是按傳統(tǒng)的直線規(guī)律變化;指數(shù)Eh大于1時(shí)，凸棱高 度從螺旋孔型起始位置（θ〇到孔型終了位置（Θ。），即θχ從0b減小到Θ。時(shí)，其斜率絕對(duì)值是逐 漸增大；當(dāng)Eh小于1時(shí)，凸棱斜率是逐漸減小，因此，只有當(dāng)上述幕指函數(shù)的指數(shù)Eh小于1時(shí)， 凸棱高度的升高特征才符合前述設(shè)計(jì)的先快后慢的變化特點(diǎn)，也就是說(shuō)，當(dāng)0X從0b減小到9。 時(shí)，為使凸棱高度的變化特征合理，即先W較快的增高速度完成社件的初步社制成形、后在 社制后期W較慢的增高速度結(jié)束社制，得到Eh<1 ;
[005引b)、為保證社件能順利穩(wěn)定的咬入到社制孔型中，凸棱高度變化規(guī)律應(yīng)使得社漉 的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量m滿足斜社孔型的咬入條件，即
[0化9]
其中，μ為社件與社漉件的摩擦系數(shù)，
[0060] 為使得按幕指函數(shù)曲線規(guī)律變化的凸棱高度能實(shí)現(xiàn)社件的正常咬入，只需其斜率 絕對(duì)值的最大值滿足下述咬入關(guān)系式，即
[0061]
[0062]由凸棱高度幕指函數(shù)的一階導(dǎo)函數(shù)的絕對(duì)值表達(dá)式可知，θχ接近凸棱起始位置0b 時(shí)，其斜率絕對(duì)值越大，當(dāng)θχ為0b時(shí)，斜率絕對(duì)值為無(wú)窮大，為此將孔型咬入條件限定在孔型 展開(kāi)長(zhǎng)度值為9b-20到Θ。之間，當(dāng)θχ在此區(qū)間變化時(shí)，在θχ為(0b-2〇)時(shí)取得最大，即
[0066] 上式左邊為底數(shù)小于1的指數(shù)函數(shù)，右邊為反比列函數(shù)，可由作圖法或借助Matlab 求得指數(shù)Eh的最小值[EH]min;
[0067] C)、綜上可知，描述凸棱高度變化特征的幕指函數(shù)其指數(shù)Eh取值范圍為[EH]min《EH <1;
[0068] S4、如圖4所示，斜社社漉凸棱寬度變化特征設(shè)計(jì):零件斜社成形過(guò)程中，與凸棱接 觸并承受徑向擠壓的連接頸部分，隨著凸棱高度的增加，金屬朝兩側(cè)型腔流動(dòng)充型，連接頸 外徑不斷減小，軸向延伸程度逐漸增大，為最大程度上避免社件在孔型中前滑或后滑而導(dǎo) 致連接頸過(guò)早斷裂或社件無(wú)法正常旋轉(zhuǎn)，斜社社漉凸棱寬度的變化應(yīng)盡可能與連接頸的軸 向延伸相適應(yīng)，因此，斜社社漉凸棱寬度變化特征基于與連接頸軸向延伸相適應(yīng)原則進(jìn)行 設(shè)計(jì)，由于連接頸軸向延伸程度隨其外徑減小而增大，故為使凸棱寬度的變化較好的與之 相適應(yīng)，將凸棱寬度變化特征設(shè)計(jì)為先緩慢增加、社制后期再快速增加，數(shù)學(xué)函數(shù)中常見(jiàn)的 幕指函數(shù)在其指數(shù)大于1時(shí)，可W實(shí)現(xiàn)上述凸棱寬度變化特征，為此，將凸棱寬度變化特征 設(shè)計(jì)成幕指函數(shù)曲線變化形式，任意螺旋孔型展開(kāi)長(zhǎng)度為θχ位置的凸棱寬度W(0x)由下式確 定，
[0069]
其中，Eb為凸棱寬度的幕指函數(shù)的指數(shù)，Eb〉1，可 W先按凸棱高度變化曲線指數(shù)Eh的倒數(shù)取值，再根據(jù)封閉孔型位置連接頸長(zhǎng)度與凸棱寬度 的適應(yīng)程度來(lái)加 W微調(diào)。
[0070] 本發(fā)明在具體應(yīng)用時(shí)，參照軸承用鋼球標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列，選取直徑為28.575mm的軸 承鋼球?yàn)樾鄙绠a(chǎn)品對(duì)象，下面將W此尺寸的GCrl5軸承鋼球斜社社漉孔型的設(shè)計(jì)和實(shí)際熱 斜社實(shí)驗(yàn)，論述本發(fā)明所述零件斜社社漉孔型設(shè)計(jì)方法的可靠性。
[0071] 本發(fā)明具體包括W下步驟：
[0072] S1、斜社社件和棒料尺寸設(shè)計(jì):依據(jù)前述斜社社件和棒料尺寸的設(shè)計(jì)方法，對(duì)于成 品直徑。為28.575111111的GCrl5軸承鋼球，加工余量取/^。為1.125111111，熱膨脹系數(shù)取1.01，可 W確定其冷態(tài)直徑尺寸U,。為29.7mm，熱態(tài)直徑尺寸Li, h為30mm，對(duì)應(yīng)的社制用棒料直徑d則 為29mm;
[0073] S2、斜社社漉基本參數(shù)設(shè)計(jì):根據(jù)本發(fā)明前述斜社社漉參數(shù)設(shè)計(jì)方法，可W確定社 漉名義直徑Dm為180mm，社漉基圓直徑化為150mm，孔型成形區(qū)段螺旋長(zhǎng)度9f為630°，孔型精 整區(qū)段螺旋長(zhǎng)度目S為630°，凸棱起始高度化和寬度Wb分別為1.5mm和2mm，凸棱終了高度H。和 寬度W。分別為13.6mm和4.4mm;
[0074] S3、凸棱高度變化特征設(shè)計(jì):根據(jù)本發(fā)明所述的凸棱高度變化特征設(shè)計(jì)方法，可W 確定高度變化特征的幕指函數(shù)指數(shù)為0.8，則其任意位置凸棱高度H( θχ)為：
[0075]
[0076] S4、凸棱寬度變化特征設(shè)計(jì):根據(jù)本發(fā)明所述的凸棱寬度變化特征設(shè)計(jì)方法，可W 確定寬度變化特征的幕指函數(shù)指數(shù)為1.2,則其任意位置凸棱寬度W(0x)為：
[0077]
[0078] S5、熱斜社成形:為了說(shuō)明本發(fā)明所述斜社社漉孔型設(shè)計(jì)方法優(yōu)越性，分別用按傳 統(tǒng)孔型設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)的社漉和本發(fā)明所述的社漉設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的社漉進(jìn)行軸承鋼球熱 斜社成形實(shí)驗(yàn)，社漉轉(zhuǎn)速60r/min，棒料經(jīng)感應(yīng)加熱后的社制溫度為115(TC，兩社漉交叉布 置傾角為3°，為便于測(cè)定鋼球斜社成形后的晶粒尺寸，對(duì)從斜社機(jī)社制完成的鋼球立即入 水冷卻。
[0079] 分別對(duì)按傳統(tǒng)孔型設(shè)計(jì)方法和本發(fā)明所述方法設(shè)計(jì)而社制成形的鋼球進(jìn)行了成 形尺寸和晶粒尺寸測(cè)量。借助游標(biāo)卡尺對(duì)鋼球直徑的測(cè)量結(jié)果表明本發(fā)明所述方法社制成 形的鋼球直徑在球面各個(gè)位置比較穩(wěn)定，維持在39.68~39.72mm，而按傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法社制 的鋼球在靠近連接頸的位置尺寸偏小，測(cè)得的最小直徑為39.30mm，比設(shè)計(jì)的成形尺寸 39.7mm小了 0.4mm。沿鋼球社制過(guò)程中徑向擠壓方向上選取鋼球屯、部、二分之一半徑處和表 層進(jìn)行晶粒尺寸測(cè)量，測(cè)得按傳統(tǒng)孔型設(shè)計(jì)方法社制的鋼球晶粒尺寸依次為:44.2μπι，35.6 μπι，27.5μπι;而按本發(fā)明所述孔型設(shè)計(jì)方法社制成形的鋼球晶粒尺寸測(cè)量結(jié)果依次為:37.2 4111，33.〇4111，23.祉口。由上述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果可知，相比傳統(tǒng)孔型設(shè)計(jì)方法，按本發(fā)明所述的斜社 孔型設(shè)計(jì)方法能有效地提高斜社零件的充型效果和晶粒尺寸細(xì)化程度，較好的提升了斜社 產(chǎn)品成形精度和晶粒細(xì)化程度。
[0080] 應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可W根據(jù)上述說(shuō)明加 W改進(jìn)或變換， 而所有運(yùn)些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高精度細(xì)晶孔型斜社社漉設(shè)計(jì)方法，其特征在于它包括如下步驟： 51、 斜社社件和棒料尺寸設(shè)計(jì)： 5101、 根據(jù)加工余量和熱膨脹效應(yīng)，計(jì)算零件最大社制尺寸Umax; 5102、 根據(jù)成形過(guò)程中的擴(kuò)徑效應(yīng)，確定棒料直徑d; 52、 斜社社漉基本參數(shù)設(shè)計(jì):基于已有工藝經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及關(guān)系式，確定社漉基本參數(shù)，包 括社漉凸棱起始高度化、起始寬度Wb、終了寬度W。、社漉名義直徑Dm、基圓直徑化、孔型成形區(qū) 段螺旋總長(zhǎng)度目f、孔型精整區(qū)段螺旋總長(zhǎng)度目S、凸棱終了高度H。； 53、 斜社社漉凸棱高度變化特征設(shè)計(jì):保證社件能穩(wěn)定咬入社制孔型的前提下，基于協(xié) 調(diào)社制過(guò)程中金屬材料均勻變形原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，將成形段凸棱高度變化特征設(shè)計(jì)為幕指函 數(shù)曲線變化形式，對(duì)應(yīng)于螺旋孔型展開(kāi)長(zhǎng)度為θχ位置的凸棱高度Η(θχ)由包含指數(shù)Eh的下述 幕指函數(shù)式確定，，其中，0b和Θ。分別為凸棱起始和終了位置螺旋孔型 展開(kāi)長(zhǎng)度值，[EH]min《EH< 1，曲]1111。為滿足公^'的 指數(shù)Eh的最小值； 54、 斜社社漉凸棱寬度變化特征設(shè)計(jì):基于與連接頸軸向延伸相適應(yīng)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，由 于連接頸軸向延伸程度隨其外徑減小而增大，故凸棱寬度變化特征設(shè)計(jì)為先緩慢增加、社 制后期再快速增加，將凸棱寬度變化特征設(shè)計(jì)成幕指函數(shù)曲線變化形式，任意螺旋孔型展 開(kāi)長(zhǎng)度為θχ位置的凸棱寬度W(0x)由下式確定，I其中，Eb為凸棱寬度的幕指函數(shù)的指數(shù)，Eb〉1。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟S101中，對(duì)于零件的某一尺寸以，根 據(jù)其加工余量和高溫下熱膨脹效應(yīng)，其冷態(tài)斜社成形尺寸レ,c = Ll+Δレ，熱態(tài)斜社成形尺寸 Li,h=化i+ΔLi)Q，對(duì)應(yīng)的最大社制尺寸Lr,max=maxαi,c，Li,h)，其中，Δレ-對(duì)應(yīng)尺寸レ的加 工余量，Q-材料對(duì)應(yīng)社制溫度下的熱膨脹系數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟S102中，根據(jù)棒料斜社成形過(guò)程中 的擴(kuò)徑效應(yīng)確定棒料直徑d，d = (1-k)max，其中，k-棒料社制成形中的擴(kuò)徑率，k為3~4%， Lr,max-零件最大社制尺寸。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟S2中，基于已有工藝經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定社 漉凸棱起始高度化、起始寬度Wb和終了寬度W。，根據(jù)W下關(guān)系式確定 社漉名義直徑Dm=巧~7)d， 基圓直徑Db = Dm-Lr, max， 孔型成形區(qū)段螺旋總長(zhǎng)度目f = 360°~630°， 孔型精整區(qū)段螺旋總長(zhǎng)度目s = 450°~630°， 凸棱終了高度 Ho = Dm-dc，其中，dc=(0.18 ~0.22)Lr,max。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S3中，指數(shù)Eh大小的確定包括W下步 驟： a) 、凸棱高度增加的快慢程度可根據(jù)其變化曲線斜率絕對(duì)值判斷，幕指函數(shù)曲線斜率 絕對(duì)值可由其一階導(dǎo)函數(shù)的絕對(duì)值確定，即當(dāng)θχ從0b減小到Θ。時(shí)，為使凸棱高度的變化特征合理，即先W較快的增高速度完成社件 的初步社制成形、后在社制后期W較慢的增高速度結(jié)束社制，得到Eh<1 ; b) 、為保證社件能順利穩(wěn)定的咬入到社制孔型中，凸棱高度變化規(guī)律應(yīng)使得社漉的每 轉(zhuǎn)進(jìn)給量m滿足斜社孔型的咬入條件，即其斜率絕對(duì)值的最大值應(yīng)該滿足其中，μ-社件與社漉件的摩擦系數(shù)， 由凸棱高度幕指函數(shù)的一階導(dǎo)函數(shù)的絕對(duì)值表達(dá)式可知，θχ接近凸棱起始位置0b時(shí)，其 斜率絕對(duì)值越大，當(dāng)θχ為0b時(shí)，斜率絕對(duì)值為無(wú)窮大，為此將孔型咬入條件限定在孔型展開(kāi) 長(zhǎng)度值為9b-20到Θ。之間，當(dāng)θχ在此區(qū)間變化時(shí)，在θχ為(0b-2〇)時(shí)取得最大，即上式左邊為底數(shù)小于1的指數(shù)函數(shù)，右邊為反比列函數(shù)，求得指數(shù)Eh的最小值[EH]min; C)、綜上，Eh取值范圍為化]min《EH< 1。
【文檔編號(hào)】B21B27/02GK105964697SQ201610270436
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年4月27日
【發(fā)明人】錢東升, 靳妍妍, 華林, 毛華杰, 馬明輝, 鄧加?xùn)|
【申請(qǐng)人】武漢理工大學(xué)