開題報(bào)告-鋼球冷鐓試驗(yàn)裝置三維建模與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化課題名稱鋼球冷鐓試驗(yàn)裝置三維建模與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)閱讀文獻(xiàn)情

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20篇開題日期2020/03/25國外文獻(xiàn)

5篇開題地點(diǎn)

1.

文獻(xiàn)綜述與調(diào)研報(bào)告：（闡述課題研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，本課題研究的意義和價(jià)值、參考文獻(xiàn)）1.1課題研究意義：

近幾年來，隨著汽車工業(yè)、航天工業(yè)、煤炭行業(yè)等的快速發(fā)展，國內(nèi)的鋼球需求量達(dá)到了2000萬億顆以上，所以我們可以認(rèn)為鋼球市場(chǎng)潛力巨大。鋼球是軸承的關(guān)鍵元件,它的質(zhì)量好壞在很大程度上影響到軸承的動(dòng)態(tài)性能和使用壽命。不銹耐酸鋼球因其大量使用在酸液環(huán)境下,又對(duì)其耐酸精度保持有要求,還需要大量的進(jìn)口,嚴(yán)重制約我國制造業(yè)和國防建設(shè)。冷鐓工藝是鋼球生產(chǎn)的第一道工序,其加工的質(zhì)量至關(guān)重要。冷鐓成形的球坯的尺寸精度、表面質(zhì)量對(duì)鋼球加工生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本有著很大的影響。因此對(duì)鋼球的制造工藝以及模具的研究，以此來提高鋼球生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率是有經(jīng)濟(jì)效益的。本課題設(shè)計(jì)的軸承鋼球生產(chǎn)過程在線監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)冷鐓工序球坯成形質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)功能、光球設(shè)備壓力自動(dòng)控制并且。致力于解決了現(xiàn)階段鋼球生產(chǎn)過程中的主要問題，緩解了鋼球生產(chǎn)設(shè)備缺乏在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所帶來的一系列問題，提高了鋼球生產(chǎn)質(zhì)量。其中冷鐓成形質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在冷鐓設(shè)備上進(jìn)行技術(shù)改造,對(duì)冷鐓過程進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，保證冷鐓球坯的加工質(zhì)量，提高加工效率;光球設(shè)備壓力自動(dòng)控制系統(tǒng)是對(duì)光球設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，在現(xiàn)有設(shè)備上設(shè)計(jì)壓力自動(dòng)控制裝置，達(dá)到節(jié)約勞動(dòng)力、精確控制以及提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的目的;基于WiFi技術(shù)的車間生產(chǎn)過程監(jiān)控管理軟件是以鋼球生產(chǎn)的冷鐓車間及光球車間中的所有加工設(shè)備為監(jiān)控對(duì)象，可以通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控所有設(shè)備的工作。1.2我國鋼球生產(chǎn)的的現(xiàn)狀及發(fā)展我國鋼球生產(chǎn)發(fā)展源自上世紀(jì)60年代后期。由于熱處理保護(hù)氣氛淬火工藝、光球替代銼球軟磨工藝、大循環(huán)精研工藝等新技術(shù)的不斷應(yīng)用，以及高速高精度自動(dòng)冷鐓機(jī)、高精度磨球機(jī)、高精度研球機(jī)等先進(jìn)設(shè)備的開發(fā)使用，鋼球生產(chǎn)的工藝裝備水平和產(chǎn)品質(zhì)量飛速提高。上世紀(jì)80年代，我國先后從發(fā)達(dá)國家引進(jìn)鋼球?qū)Ｓ眉庸ぴO(shè)備近200臺(tái)、大中小規(guī)格的鋼球加工生產(chǎn)線6條以及部分軟件技術(shù)，生產(chǎn)線軟硬件技術(shù)達(dá)到80年代中期國際水平，這為我國鋼球生產(chǎn)趕上世界先進(jìn)水平起到了較大的推動(dòng)作用。雖然我國鋼球行業(yè)在工藝、裝備水平上有了較大突破，但同國外先進(jìn)水平相比還有不少差距。首先，鋼球原材料供應(yīng)質(zhì)量差，氧化脫碳嚴(yán)重，這是導(dǎo)致國內(nèi)鋼球生產(chǎn)留量大、效益不高的主要因素之一。由于冷撥盤料質(zhì)量不好，國內(nèi)生產(chǎn)效益與國外相比低30%左右。受盤料規(guī)格的限制，國內(nèi)大規(guī)格的高速冷鐓機(jī)不能研制生產(chǎn)，仍使用五六十年代水平的開式切料冷鐓機(jī)。其次，先進(jìn)工藝及技術(shù)的使用在中小企業(yè)特別是非鋼球?qū)I(yè)廠還未全面推廣，使得國內(nèi)鋼球生產(chǎn)技術(shù)水平很不均衡、兩極分化。第三，國產(chǎn)鋼球生產(chǎn)設(shè)備的型號(hào)規(guī)格繁多，裝球量不統(tǒng)一配套，這給國產(chǎn)設(shè)備連線節(jié)拍生產(chǎn)造成一定的困難。光球機(jī)、研球機(jī)和清洗機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備的加工穩(wěn)定性還有待進(jìn)一步提高。第四，相關(guān)技術(shù)的研究推廣有待進(jìn)一步加強(qiáng)，例如水劑懸浮磨液、氧化鋁磨料、細(xì)粒度樹脂砂輪、人造金剛石修整塊、砂輪自動(dòng)修整自動(dòng)平衡技術(shù)等。這些技術(shù)的推廣應(yīng)用將是提高產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)。國內(nèi)冷鐓設(shè)備以低速開式切料冷鐓機(jī)Z32系列為主，高速冷鐓機(jī)還未能普遍采用。中小型鋼球普遍為冷鐓工藝，采用硬質(zhì)合金冷鐓模、切料套筒和切料刀板;大尺寸鋼球?yàn)闊徵吇驘彳埞に嚕捎媚蜔徜撃＞?。冷鐓球坯主要為球形坯，也有采用錐鼓形球坯，基本滿足工藝要求，留量為0.4mm左右。冷鐓是鋼球生產(chǎn)相對(duì)薄弱的工序，主要問題是高速冷鐓機(jī)數(shù)量較少，冷鐓球坯留量大，尺寸精度不高?？偟膩碚f鋼球的光、磨工序仍處于高能耗、高噪聲及低環(huán)保狀況，已不符合國家的環(huán)保發(fā)展要求。高效能、低噪聲的鋼球光、磨設(shè)備應(yīng)是今后設(shè)備制造企業(yè)的努力方向，研球機(jī)的加工要求采用CNC技術(shù)、智能化遠(yuǎn)程控制技術(shù)和在線測(cè)量技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，將鋼球加工精度穩(wěn)定提高到G3水平。大致分為以下幾個(gè)方面：(1)高速自動(dòng)冷鐓機(jī)的穩(wěn)定批量生產(chǎn);(2)渦流探傷機(jī)的研制;(3)光學(xué)外觀機(jī)的研制;(4)鋼球清洗機(jī)的研制;(5)鋼球加工設(shè)備的聯(lián)線合理配置;(6)鋼球加工設(shè)備在線測(cè)量和數(shù)控技術(shù)的研制。1.3鋼球生產(chǎn)的發(fā)展期望“十二五”期間，我國軸承鋼球生產(chǎn)總的發(fā)展目標(biāo)是進(jìn)一步振興、發(fā)展、超越國際先進(jìn)水平。首先，鋼球質(zhì)量進(jìn)一步上等級(jí)，能穩(wěn)定生產(chǎn)G5、G3級(jí)精密鋼球，以滿足國內(nèi)高精度軸承配套需要；其次，鋼球制造工藝向少工藝、短周期、高效率、高質(zhì)量方向發(fā)展；第三，鋼球生產(chǎn)組織形式將從以工序?yàn)閱挝坏臋C(jī)群式生產(chǎn)逐步向以產(chǎn)品規(guī)格為單位的連線生產(chǎn)發(fā)展；第四，鋼球是適合專業(yè)化、大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，鋼球生產(chǎn)需要進(jìn)一步加強(qiáng)宏觀調(diào)控，合理規(guī)劃布局；第五，全面推廣高速鋼球冷鐓成形工藝，進(jìn)一步精化鋼球毛坯，減少加工留量，提高材料利用率，降低加工成本；第六，逐步采用以細(xì)粒度樹脂砂輪精磨代替目前初研工藝，趕上國際先進(jìn)工藝的發(fā)展步伐；第七，熱處理將逐步過渡到全部使用保護(hù)氣氛淬火工藝；第八，成系列開發(fā)裝備，改造更新老設(shè)備，用具有國際先進(jìn)水平的設(shè)備武裝行業(yè)，提高整個(gè)行業(yè)裝備水平；第九，加強(qiáng)鋼球相關(guān)技術(shù)的開發(fā)、研制工作，組織相關(guān)企業(yè)開發(fā)、研制出適應(yīng)G5、G3級(jí)精密鋼球生產(chǎn)的砂輪、光球板、磨球板、冷鐓模具、研磨液等；第十，研制新型的檢測(cè)儀器，提供科學(xué)的檢測(cè)手段，線上測(cè)量將成為主要的測(cè)量手段，質(zhì)量控制更嚴(yán)，生產(chǎn)節(jié)奏性更強(qiáng)；第十一，加強(qiáng)宏觀管理，提高工藝裝備水平，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，使我國鋼球生產(chǎn)在“十二五”期間再上一個(gè)新臺(tái)階，趕上或超過世界先進(jìn)水平，搶占更多的國際市場(chǎng)份額。球坯外形上以前我國一直沿用球形球坯,而國外逐步采用錐鼓型球坯,因?yàn)殄F鼓形球坯成形更容易,金屬的流動(dòng)也更容易,環(huán)帶和兩極縮小了,可以減小后續(xù)銼削去環(huán)帶的時(shí)間。1.4冷鐓機(jī)的種類：Z12系列雙擊整模自動(dòng)冷鐓機(jī)本機(jī)采用盤料及直棒料，利用二次鐓鍛原理，生產(chǎn)各種元頭、沉頭、半沉頭，內(nèi)六角及其它非標(biāo)頭形的螺栓和機(jī)械零件，該設(shè)備操作方便，工藝簡單，并可定作陽模推出細(xì)長規(guī)格保護(hù)裝置及拉出機(jī)構(gòu)。Z41-24多工位自動(dòng)螺母冷鐓機(jī)該機(jī)是生產(chǎn)六角螺母坯料的專用冷鐓設(shè)備，在棒料上的料經(jīng)過輥輪進(jìn)料，然后依次進(jìn)行切斷、壓球、壓角、沖孔、成型等五道工序，一機(jī)可以自動(dòng)完成，適用于成批或?qū)I(yè)生產(chǎn)化生產(chǎn)螺帽標(biāo)準(zhǔn)件廠家和大量使用標(biāo)準(zhǔn)件螺帽的大中型企業(yè)。注：可根據(jù)用戶要求特約生產(chǎn)六工位、七工位等非標(biāo)成型自動(dòng)冷鐓機(jī)。Z41-30多工位自動(dòng)螺母冷鐓機(jī)該機(jī)是生產(chǎn)六角螺母坯料的專用冷鐓設(shè)備，在棒料上的料經(jīng)過輥輪進(jìn)料，然后依次進(jìn)行切斷、壓球、壓角、沖孔形成四道序，一機(jī)可以自動(dòng)完成，適用于成批或?qū)I(yè)生產(chǎn)化生產(chǎn)螺帽標(biāo)準(zhǔn)件廠家和大量使用標(biāo)準(zhǔn)件螺帽的大中型企業(yè)。ZS308多工位高速自動(dòng)冷鐓機(jī)ZS308型多工位高速自動(dòng)冷鐓機(jī)是用于制造螺釘（螺栓）的高效自動(dòng)設(shè)備。本機(jī)床的鐓鍛工位采用水平排列。采用冷拔盤（棒）料經(jīng)切斷、初沖、精沖、搓絲等工序。連續(xù)制造螺釘（螺栓）成品。1.5鋼球制造工藝：冷(熱)鐓→(銼削光磨軟磨1、2)→熱處理→強(qiáng)化處理→初研→選別→精研→清洗防銹→成品包裝→成品檢查錐鼓形鋼球冷鐓成形時(shí)的變形的特點(diǎn)是先出兩極,后出環(huán)帶。出現(xiàn)兩極的原因是沖模有孔,這些孔是為了裝推桿和在加工中排氣防止沖模充不滿金屬。出現(xiàn)環(huán)帶的原因,一是擠出多余的體積;二是為了防止兩沖模直接碰撞。1.6冷鐓機(jī)模具優(yōu)化①有限元模型：采用有限元軟件DE-FORM-3D作為平臺(tái)進(jìn)行模擬分析,將模具設(shè)定為剛體,鋼球球坯材料為軸承鋼52100(美國牌號(hào)),模具的運(yùn)動(dòng)采用曲柄壓力機(jī)的方式(成形過程中速度變化),噸位為1000t。坯料采用四面體單元,總量為20000個(gè),材料為彈塑性模型。模擬過程分兩步,第一步模具下壓至設(shè)定行程,計(jì)算冷鐓過程,第二步模具向上返回,計(jì)算球坯回彈過程。②正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)參數(shù)包括d、R、R1、L、D2、F和L1等共7個(gè)因素。其中模具參數(shù)包括圓角R、R1,頂出孔直徑d,錐形區(qū)底面直徑F;毛坯參數(shù)包括坯料底面直徑D2和坯料長L;以及合模間距L1。將上述7個(gè)因素分別采用3個(gè)水平，模具球窩直徑D=12.95mm,不考慮圓角及圓錐,初步估算球窩體積1136mm3,因此取坯料體積范圍為1120mm3～1278mm3,模具尺寸主要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)給出變動(dòng)范圍,合模間距的最小值L1為2倍的球窩偏心距E。對(duì)于錐形球坯,采用合理的冷鐓工藝和模具設(shè)計(jì),球坯成形過程可以是首先形成兩極然后形成環(huán)帶,因此可以通過合理的模具設(shè)計(jì)得到無環(huán)帶球坯。冷鐓結(jié)束后球坯會(huì)產(chǎn)生回彈,回彈過程中,鋼球首先整體向外膨脹,隨后極柱和環(huán)帶附近的材料仍然向外流動(dòng),而極柱和環(huán)帶之間的材料則流向鋼球球面內(nèi)法向?；貜椇?鋼球球坯表面還有較大的殘余應(yīng)力。2.參考文獻(xiàn)：[1]許莎,吳小勇.基于DOE的鍛造企業(yè)過程質(zhì)量分析[J].裝備制造技術(shù),2010(09):4-6.[2]申志剛,何寧,李亮.具備自動(dòng)特征提取能力的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010,42(09):1495-1499.[3]揭琳鋒,朱曉鋒,王國林,袁銀良.PVDF的大拉伸變形測(cè)試機(jī)理研究[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào),2010,23(06):896-898.[4]傅蔡安,華新鋒,王賢.基于DEFORM的軸承鋼球冷鐓模具優(yōu)化[J].軸承,2010(05):16-19.[5]傅蔡安,王賢.

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本課題的基本內(nèi)容，預(yù)計(jì)解決的難題研究內(nèi)容：本試驗(yàn)裝置主要由兩組帶傳動(dòng)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，兩組凸輪機(jī)構(gòu)組合而成，從而實(shí)現(xiàn)鋼球的冷鐓、送料、頂料等工藝過程。研究目標(biāo)：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼球在生產(chǎn)時(shí)的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)鋼球在線質(zhì)量監(jiān)測(cè)。關(guān)鍵問題：試驗(yàn)裝置的傳動(dòng)方案選型與優(yōu)化。3.

課題的研究方法、技術(shù)路線1.學(xué)習(xí)和借鑒國內(nèi)外產(chǎn)品已有技術(shù)；2.查找相關(guān)資料并閱讀，初步擬定機(jī)構(gòu)方案，并進(jìn)一步優(yōu)化，并最終確定結(jié)構(gòu)方案；3.根據(jù)任務(wù)書要求和原始資料進(jìn)行初步的計(jì)算；4.計(jì)算并設(shè)計(jì)傳動(dòng)部分的主要零部件；5.利用三維軟件對(duì)零件進(jìn)行建模并裝配；6.生成裝配二維圖和零件二維圖；4.

研究工作條件和基礎(chǔ)畢業(yè)設(shè)計(jì)中所用儀器設(shè)備、計(jì)算機(jī)等軟硬件條