球轴承作为机械基础部件,应用广泛,而钢球是球轴承的关键,直接影响球轴承的使用寿命和动态性能。冷镦作为钢球制造工艺的首道工艺,直接影响后续的加工,其工艺参数与模具设计在加工工艺中极为重要,直接影响球坯的尺寸和形状、材料的利用率、生产效率及钢球的使用寿命。以前我国一直沿用球形球坯,而国外逐步采用锥鼓形球坯,因为锥鼓形球坯的模具内腔带有锥角,摩擦较小,金属的流动更容易,缩小了环带和两极,从而减小了后续锉削去环带的时间。因此锥鼓形球坯的制造工艺参数以及冷镦模具设计是当前需要解决的问题。国内外对钢球冷镦工艺研究主要以生产试验为主,设计周期长,成本高。因此本文通过设计虚拟正交试验并应用DEFORM软件来仿真模拟,得到了较好的工艺参数和较合理的模具设计参数。首先,对现有冷镦工艺进行研究,通过DEFROM软件对冷镦过程进行有限元仿真,分析了冷镦过程中,应力、应变、破坏系数、速度和金属流动规律,为后续的数学建模和试验参数提供直观的参考。其次,根据钢球的变形特征,使用上限法建立钢球冷镦的数学模型,由此建立的数学模型与传统冷镦力模型相比,本模型可以计算得到在冷镦变形过程中不同阶段的力,也可以计算出不同尺寸球坯所需的冷镦力,由于求出解大于或近似于真实值,所以对于实际使用比较安全。这比以前的计算公式灵活,以前的只能计算不同直径的冷镦力。之后,本文根据球坯的相关工艺参数,确定水平因素,设计虚拟正交试验,得到不同因素水平下的仿真球坯,提出圆化度和冷镦力两个评价指标,得到了比较优化的球坯参数组合,分析得出各个试验因素的影响度,和各因素对球坯成形的趋势水平。最后,针对大量调研中发现的不足,存在冷镦模具的使用寿命较短,分析了模具磨损分布,提出模具磨损的评价指标,对模具的局部进行优化,设计虚拟正交试验,得出较好的模具内腔结构尺寸,并且得到了各个参数对模具使用寿命水平趋势。总之,本文对钢球冷镦工艺作了深入的研究,对锥鼓形球坯的冷镦过程进行了详细的分析研究,优化了冷镦工艺参数与模具内腔的局部尺寸,对钢球的实际生产研究有一定的指导和借鉴意义。