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3.1滚压力 滚压力是滚压过程中的主要参数，滚压力的大小直接关系到工件表面的变形程度和加工效率，滚压力的确定是比较复杂的，因为影响滚压力的因素很多．材料的强度和硬度越高，原始表面粗糙度值越大。滚压元件直径越大，进给量越大，则滚压力相应的也越大。滚压力选取过大，滚压后粗犍度不但得不到降低，相反会引起表面金属疲劳，出现起皮现象。滚压力的选择是有一定范围的，直观的办法是调节滚压量来控制滚压力的大小，并根据滚压后的零件表面粗糙度来判断滚压力是否合适。 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 3.2 过 盈 量 http://www.paper51.com 滚压过盈量的选择，原则上应尽量使用较小的滚压力，保证精度和粗糙度的要求。选择过盈量不仅要考虑工件的塑性变形量，而且要考虑到工件在半径方向上的弹性变形量。活柱筒外圆滚压装置的安装尺寸为被加工圆柱筒的最小尺寸。以尾座孔活顶尖外套直径来调整滚柱所在圆直径，每次调整到滚压试件的尺寸及粗糙度满足要求后，再投入批量生产。 paper51.com
根据文献[1]，滚压的过盈量按下式选取： copyright paper51.com 内容来自www.paper51.com 式中：—过盈量，滚压前滚子的对刀尺寸与车刀对刀尺寸之差； 内容来自www.paper51.com —压下量，滚压后轴径实际尺寸与滚压前车刀对刀尺寸之差； 内容来自论文无忧网 www.paper51.com
—弹性恢复量，在挤压作用下，高度内，一部分金属产生塑性变形产生，一部分产生弹性变形。—扩张量，其大小与机床工艺刚度，切削用量（）大小，工件的外形是否规则，弯曲度大小有关。 内容来自www.paper51.com
根据不同的工件材质，、、选取不同数值，根据文献[1]，过盈量一般选取=0.15~0.25mm为宜，后面就以=0.25mm来计算。 http://www.paper51.com 3.3 滚压速度 内容来自论文无忧网 www.paper51.com
滚压速度对加工表面的粗糙度及强化程度的影响不大，增大滚压速度可提高生产效率。但速度过高会引起振动，同时还会增高工件与工具的温升。经过多次试验,将活柱筒滚压速度定为72～78m／min。 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 3.4 滚压进给量 内容来自论文无忧网 www.paper51.com
http://www.paper51.com 图3-1 进给量与残留高度的关系 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 进给量是滚压加工中的主要工艺参数它直接影响到滚压后工件表面的粗糙度和加工效率。从中可以看出，决定残留高度h的因素为滚压元件圆弧半径R和进给量,进给量愈小,则表面残留高度h愈小。因此，较小的进给量有利于降低表面粗糙度，但进给量增大可提高生产率。由于滚柱滚压接触面积较大,能承受较大滚压力,可选取较大的进给量。通过试验，对进给量的选择一般为f=(0.01～0.02)dmm／r，取f=0.3mm／r试验效果良好。 paper51.com 3.5切削用量 paper51.com 有关试验证明，加工高强度低合金结构钢27SiMn时，欲保证高质量、高效率条件下刀具的耐用度（t=40min）,选用普通硬质合金刀片远远满足不了要求，刀具常因过大磨损导致轴的粗造度值上升，故采用YW2、726等普通硬质合金涂层刀片，能取得满意的效果。 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 根据文献[1]记载，切削深度为 =2~3mm。由于切削和滚压是同时进行的，二者必然是同一进给量和切削（滚压）速度。所以车刀切削速度也为72～78m／min，已知工件直径为92mm,转化为转数n=250~270r/min,查CA6140主要技术参数可得，相应的转数V有250 r/min，所以滚压时选取车床转数为250r/min，进给量取f=0.3mm／r即可。 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 3.6 工件原始表面质量 http://www.paper51.com 活柱筒材料是27SiMn，调质硬度HB270—310,因而可塑性较差，如果滚压前加工表面过于粗糙，滚压力大，将导致滚柱磨损，影响滚压质量。一般滚压预加工表面粗糙度以Ra6.3最佳。 内容来自www.paper51.com 3.7 冷却液 copyright paper51.com 合理选择使用冷却润滑液，可使切削温度降低至约150ºC，使切削力降低15％一30％，提高刀具和滚柱的使用寿命，并能清除切屑和减小摩擦，从而提高滚压质量。通常选用一般的防锈乳化液为宜，可由车床水泵供给，但应有沉淀过滤装置，保持乳化液的清洁。 http://www.paper51.com
第4章 主要结构的确定及校核 paper51.com
4.1滚子设计及计算 copyright paper51.com
4.1.1滚子的设计 copyright paper51.com
1.滚子的选择 paper51.com
常用的滚子有滚珠、圆柱滚子和圆锥滚子等。滚珠仅用于滚压力较小，生产率低及刚性差的工件滚压；圆柱滚子由于没有滚压后角，加工时金属层塑性变形的条件比较恶劣，圆柱在加工中处于滚动旋转连带进给的运动状态，因此常在加工表面产生滑移，留下滚柱后缘的进给压痕，加之摩擦力较大，影响了加工表面质量，且一般径向不能调整；圆锥滚子是在克服圆柱滚子缺陷的基础上发展的一种滚压工具，其优点是：由于存在滚压后角，使滚柱与工件表面加工中易于形成“水滴”状压痕，宽度方向在前，向后渐窄，这样不仅避免了挤压时塑性材料流向加工表面形成加工中易于形成的鱼鳞状堆积，而且还可防止滚柱后沿在已加工表面所产生的进给压痕，使孔加工质量得以改善，其次锥柱滚子加工时与工件表面的实际接触面积较大，故能承受圈套的滚压力，选用的较大的进给量，生产率比用圆柱滚子为高。相比而言，圆锥滚子优点较多，故本滚压装置采用的是圆锥滚子。 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 2.滚子的尺寸的确定 内容来自www.paper51.com
下图为圆锥滚子的结构图： 内容来自www.paper51.com
内容来自论文无忧网 www.paper51.com 图4-1 滚子结构 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 滚子直径及圆弧半径会影响加工表面的质量：滚子直径越大，滚子接触工件表现积越大，塑性变形不充分；当滚子直径及圆弧半径过小时，则会给加工表现留下压痕。 copyright paper51.com 根据文献[1]P6有： http://www.paper51.com 已知 ； http://www.paper51.com 内容来自www.paper51.com 取； 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 取 ； 内容来自www.paper51.com 取； copyright paper51.com 取； 内容来自www.paper51.com
取。 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 3.滚子的材料的确定 copyright paper51.com 由于滚子所处的工作环境要求硬度高和耐磨性好，所以本装置采用的滚子材料为9SiCr。9SiCr属于合金工具钢，也是一种冷作模具钢，该类钢淬透性好，耐磨性高，具有回火稳定性，但加工性能差，硬度值（HRC）不小于62。适用于形状复杂、变形小、耐磨性要求高的低速切削刃具，如钻头、螺纹工具、手动绞刀、搓丝板及滚丝轮等；也可以做冷作模具，如冲模、打印模等，此外，还用于制造冷轧辊，矫正辊以及细长杆件。 内容来自www.paper51.com
4.滚柱数目的确定 paper51.com 滚柱的数目按活柱筒外径不同取相应的值。滚柱数目的多少，不仅影响着活柱表面的加工精度（粗糙度），也影响着生产率。在一般情况下，进给量与滚柱数目成正比，滚柱数目与生产率成正比。但是滚柱数目过多，又增加了装配的难度，即各滚柱周向最低点尺寸应保持在同一平面的同一圆周上。滚柱数目可按以下两条原确定。 paper51.com (1）尽量采用偶数滚柱 http://www.paper51.com 采用偶数，滚柱径向成对作用的力易使加工中工具定心，可减少其走偏，提高被加工圆柱的直线性。 copyright paper51.com (2）当被加工件的直径时，取n=4~6个；当，取n=6~8个，当时，取n=10~12个。已知活柱筒的直径，最终选取滚子数为6个。 paper51.com 4.1.2滚子的失效分析 copyright paper51.com 虽然滚子在工作过程中存在磨损，但是由于所选的滚子材料有及好的耐磨性，在其还没磨损到失效时已经发生了另外一种失效——接触疲劳破坏。当承受载荷的球或滚子在平面上运动或曲面上运动时，会在滚动接触状态下发生疲劳，这种失效现象称为接触疲劳。接触疲劳的特征是相互接触的滚动零件，在高的接触压力作用下，经过一定周期的接触应力循环后，在工作表面的局部地区产生小片或小块剥落，形成麻点或凹坑，使零件在工作中产生噪音、磨损、振动及温升，从而导致零件失效。以下是对滚子的疲劳校核： http://www.paper51.com 滚子在加工过程产生的作用力P，该作用力存在下列公式： paper51.com
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其中 —滚压厚度，已知==0.25mm； http://www.paper51.com —滚子半径，已知=5mm； paper51.com —滚子实际工作长度，可知10mm； http://www.paper51.com
—工件材料的硬度，查文献[10]可知，27SiMn的硬度为HB240~280，取=260kg/2600N/。 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 代入公式有，得=36770N 内容来自www.paper51.com
接触疲劳一般按最大接触压力进行疲劳设计，根据文献[7]P228~P22有的计算公式： 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 式中 b—接触面尺寸，其公式为 paper51.com 式中 ，—弹性体1，2的弹性模量，==N/； http://www.paper51.com
，—两圆柱半径，=5mm =46mm； paper51.com ，—弹性体的泊松比，==0.3 paper51.com 代入公式中得，b=1.39mm copyright paper51.com 故 ==1685MPa copyright paper51.com 查文献[7]表9-7可知经淬为处理的钢许用接触压力>1917 MPa，由于<，所以接触疲劳强度满足要求。 内容来自www.paper51.com 4.2滚压器的尺寸计算 http://www.paper51.com
内容来自论文无忧网 www.paper51.com 图4-2 加工示意图 paper51.com 上图中的D就是滚压器的尺寸，就是滚子间的安装后的尺寸，这个尺寸还是可以调节的，以下计算的是最理想的情况，仅作为调试的参考，图中是滚压前的尺寸，也就是车削后应达到的尺寸，同样也是作调试的一个参考。是滚压后的弹性加复量。为公差值中值尺寸，也是加工后的理想尺寸。已知加工尺寸为，则=91.9565mm。 内容来自www.paper51.com
可知滚压前的尺寸 http://www.paper51.com 式中 —接触应力，为材料的抗拉强度，查文献[10]可知，27SiMn的=100kg/mm1000N/，且=1.5=1500 N/； paper51.com —工件材料的硬度，查文献[10]可知，27SiMn的硬度为HB240~280，取=260kg/2600N/； 内容来自www.paper51.com E —弹性模量，E=N/； paper51.com —工件滚压前的表面粗糙度，一般取=6.3； 内容来自论文无忧网 www.paper51.com —滚柱半径，已知=5mm； copyright paper51.com —工件的外径，有=46mm； 内容来自论文无忧网 www.paper51.com
代入公式有 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 91.98mm paper51.com 可知滚压器的尺寸 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 式中 —工件的内径，有=37.5mm paper51.com 代入公式有=91.886 mm http://www.paper51.com 4.3轴承的选择及计算 paper51.com 4.3.1轴承的受力分析 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 从滚压原理可知，止推球轴承的受力来没有支源于滚压加工的轴向反作用力，所以先分析滚子滚压受力情况，如下图所示: http://www.paper51.com
内容来自论文无忧网 www.paper51.com 图4-3 滚子受力分析 内容来自www.paper51.com 其中Fz=36770N, 且有=2.3 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 故Fx= =16857N copyright paper51.com 从图上可知，滚压中产生一个径向力Fz和一个轴向力Fx，其中径向力Fz基本都通过跑道传到壳体上，而轴向力通过安置一个推力球轴承，从而把轴向力Fx传递到壳体上。从上面简图上，我们可以看到支承推力球轴承的套比较长，而且不应与工件有摩擦，所以在后头还需用一个深沟球轴承来保证同轴度。该深沟球轴承基本没受什么力，相比而言，推力球轴承要比深沟球轴承寿命要短多了，所以下面只计算推力球轴承的寿命。 http://www.paper51.com
4.3.2轴承寿命计算 http://www.paper51.com 1．滚动轴承的基本额定寿命计算公式 内容来自www.paper51.com
paper51.com 式中 —以小时数（h）表示的轴承的基本额定寿命； 内容来自www.paper51.com —轴承工作转速，已知=250r/min； copyright paper51.com C—基本额定运载荷，查文献[9]P923，可知推力球轴承51124的基本额定运载荷C=62.5kN； 内容来自www.paper51.com P—当量动载荷； copyright paper51.com
—寿命指数，对球轴承=3，滚子轴承= 。 内容来自www.paper51.com 2．滚动轴承的当量动载荷计算 http://www.paper51.com 当量运载荷的一般计算公式为： paper51.com
内容来自论文无忧网 www.paper51.com 式中 —载荷性质系数，查文献[9]表6-1-19有，=1.4； 内容来自www.paper51.com —轴承所受的径向载荷，有=0； 内容来自www.paper51.com —轴承所受的轴向载荷，有=16857N； 内容来自www.paper51.com —径向系数，查文献[9]表6-1-20有，=0； 内容来自www.paper51.com
—轴向系数，查文献[9]表6-1-20有，=1。 http://www.paper51.com
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