基于DOE的深溝球軸承外圈冷輾壓加工工藝參數(shù)的優(yōu)化

羅賢國，俞 蓓，王宏琴，趙 磊，韓忠冠

(安徽機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械工程系，安徽 蕪湖 241002)

0 引言

采用冷輾壓工藝生產(chǎn)軸承可以解決在同等材質(zhì)下提高軸承壽命的問題。但是，冷輾壓應(yīng)力造成的后續(xù)淬回火變形較大，業(yè)內(nèi)一般通過事后整徑和事前去應(yīng)力退火的方式解決。這一處理方法使得精密冷輾壓節(jié)約原材料而降低成本的優(yōu)勢大大削減。

通過冷輾壓套圈淬回火變形原因分析，發(fā)現(xiàn)冷輾壓套圈的殘余應(yīng)力對淬回火變形程度影響較大。因此，優(yōu)化冷輾壓加工參數(shù)可以從減少殘余應(yīng)力著手進行分析解決，可對減少冷輾后套圈熱處理變形和冷輾壓技術(shù)的推廣使用起到積極作用。

冷輾壓工作過程如圖1所示，工件經(jīng)輾壓變形，使得外徑拉大，壁厚減薄，軸向伴隨有些許展寬[1]。

冷輾壓主要工藝參數(shù)有：主軸轉(zhuǎn)速、輾壓輪直徑、芯輥直徑、主滑塊進給速度、輾壓延時、輾擴比、輾擴溫度、冷卻液工作油溫、系統(tǒng)工作壓力等[2]。以往的工藝參數(shù)研究中，大多關(guān)注的是工藝參數(shù)選擇要滿足生產(chǎn)效率、幾何尺寸及形位誤差的要求?，F(xiàn)以6311/01軸承外圈毛坯冷輾擴一次進給的6個加工工步來進行分析，在預(yù)防缺陷、控制并減少變差和浪費的原則下[3]，對深溝球軸承外圈冷輾壓加工的影響因素進行了認(rèn)真地分析與探索。在主軸轉(zhuǎn)速、輾壓輪直徑、芯輥直徑、輾擴溫度、冷卻液工作油溫、系統(tǒng)工作壓力一定的前提下，分析輾擴比、主滑塊進給中段速度(mm/s)、進給末段速度(mm/s)及輾壓延時(s)等這4個因素對軸承加工質(zhì)量、效率和殘余應(yīng)力的直接影響。

圖1 軸承套圈碾擴原理簡圖

為了更加科學(xué)、高效地得出深溝球軸承外圈冷碾壓加工優(yōu)化組合的工藝參數(shù)，從6311/01深溝球軸承外圈冷輾壓過程中設(shè)備可調(diào)主要工藝參數(shù)的匹配角度設(shè)計正交試驗(DOE)，進行降低冷碾壓殘余應(yīng)力的相關(guān)研究。

1 正交表的選擇

上述所列的4個因素是相互無關(guān)的獨立因素，將4個因素劃分為上、中、下3個位級水平，形成L9(34)拉丁表，做好DOE試驗前的準(zhǔn)備工作，見表1。結(jié)合ZP120精密冷輾環(huán)機設(shè)備運行的實際經(jīng)驗[4]，確定相關(guān)約束條件見表2。

為了簡化計算量，便于試驗的進行，只選擇上述3個約束條件，這種計算結(jié)果雖然較為簡單，但對加工工藝參數(shù)的選擇幾乎沒有影響。

表1 4因素—3水平(位級)表

表2 約束條件

2 最佳工藝參數(shù)的選擇試驗

對上述4因素3水平進行試驗設(shè)計，按L9(34)拉丁表布置。

上述試驗中，每組隨機抽取5件，將9種條件組一一進行試驗，通過分析，得出最佳參數(shù)條件組，該組的參數(shù)便是相對優(yōu)化的，見表3。

表3 L9(34)深溝球軸承外圈冷

完成上述試驗，計算每組結(jié)果平均值，記錄如表，對照約束條件進行評價，其結(jié)果見表4所示。

表4 L9(34)深溝球軸承外圈冷碾壓最佳工藝參數(shù)試驗結(jié)果評價表

表4(續(xù))

3 試驗結(jié)論

對比上述試驗結(jié)果，分析得出主要影響因素對深溝球軸承冷碾壓工藝的影響，結(jié)論如下：

1)單向指標(biāo)評價結(jié)果如下：從殘余應(yīng)力進行單一評價，最佳組合應(yīng)是A1B1C1D1；從圓度進行單一評價，最佳組合應(yīng)是A2B1C2D3；從單件加工時間進行單一評價，最佳組合應(yīng)是A2B2C3D1。

2)綜合評價為上述3個評價指標(biāo)之積，可以看出最佳組合是A1B2C2D2(即用輾擴比小，末段進速、中段進速和輾壓延時中的參數(shù))。

4 結(jié)語

通過對深溝球軸承冷碾壓技術(shù)中影響殘余應(yīng)力的因素進行正交試驗設(shè)計，得出冷碾壓加工中相對優(yōu)化的工藝參數(shù)。試驗設(shè)計中只考慮到各因素對結(jié)果的單一影響，而這些影響因素之間存在著對結(jié)果的交互影響。為了得到更加精準(zhǔn)的結(jié)果，可以在此試驗的基礎(chǔ)上以上述影響因素為組合繼續(xù)設(shè)計L9(34)試驗，有可能得到更為優(yōu)化的工藝參數(shù)組合。