Mechanism research on eliminating voids in bearing steel ball by floating-pressure method (FPM)

Investigación del mecanismo de eliminación de huecos en la bola de acero del rodamiento mediante el método de presión flotante (FPM)

Para eliminar los huecos internos y mejorar las propiedades mecánicas de las bolas de acero formadas por laminación oblicua, en este artículo se aplica el método de presión flotante (FPM) utilizando gas a alta presión para compactar los huecos. Mediante el establecimiento de un modelo mecánico de cierre de huecos, se obtienen los efectos de varios factores en el cierre de huecos. La regla de cambio de las microestructuras y el contorno de la bola de acero se investiga utilizando el software de elementos finitos DEFORM-3D, y los resultados muestran que cuando el vacío está completamente cerrado, el diámetro de la bola de acero disminuye menos de un 2%, y su precisión dimensional está garantizada; la recristalización dinámica del metal alrededor del vacío promueve la curación de las microfisuras. Se realizan experimentos de FPM, que verifican la precisión del modelo de elementos finitos.

INTRODUCCIÓN

Las bolas de acero formadas por laminación oblicua, como componente principal de los rodamientos de los vehículos y ferrocarriles de alta velocidad, deben mantener el buen funcionamiento del eje y tienen unos requisitos de calidad de conformado muy estrictos. Sin embargo, debido a la restricción de las condiciones de conformado de la laminación oblicua, la discontinuidad a gran escala del metal aparece fácilmente en el núcleo de la bola de acero de gran diámetro, lo que se denomina defecto de vacío, por lo que un gran número de bolas de acero se abandonan directamente cada año, lo que resulta en la reducción del rendimiento de la bola de acero [1].

Algunos estudiosos siempre se centran en mejorar la calidad de conformado interno de las bolas de acero para rodamientos. Cao demostró que el defecto interno de la bola de acero está causado por la acción combinada de la alternancia de la tensión de cizallamiento y la tensión de tracción transversal [2]; Du demostró que los defectos internos de la bola de acero pueden reducirse ajustando el ángulo de inclinación del rodillo, la distancia del bloque al tocho y la velocidad de rotación [3]; Shu et al. propusieron FPM de utilizar alta presión de gas para compactar el vacío en la bola de acero [4].

Basándose en la bibliografía, en este artículo se investiga más a fondo el mecanismo de eliminación del vacío interior de la bola de acero del rodamiento mediante FPM [4]. Las simulaciones de elementos finitos y los experimentos muestran que cuando la bola de acero se somete a presión de gas durante unos minutos, el contorno de la bola casi no se ve afectado, y las microfisuras que aparecen tras el cierre del vacío pueden curarse automáticamente mediante tratamiento térmico. Los resultados proporcionan una orientación teórica para mejorar el límite elástico y las propiedades mecánicas de la bola de acero.

MODELO MECÁNICO DE CIERRE DE HUECOS EN BOLAS DE ACERO

En el proceso de laminado oblicuo, como las bolas de acero están sometidas a tensiones de compresión y tangenciales alternas, tienden a aparecer huecos en el centro de la bola de acero, como se muestra en la figura 1a, y el contorno circular mínimo del hueco puede tomarse como índice para medir su dimensión.