一般管螺紋滾壓裝置的設(shè)計(jì)、仿真及受力分析 論文

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題 目：一般管螺紋滾壓裝置的設(shè)計(jì)、仿真及受力分析學(xué) 號(hào)：姓 名：班 級(jí)：專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師：學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院答辯日期：2011年5月 9日摘 要本次課題是對螺紋滾壓頭的設(shè)計(jì)，仿真及受力分析。主要做了如下任務(wù)：用Cad繪制螺紋滾壓頭的裝配圖及各個(gè)零件圖，運(yùn)用UG繪制螺紋滾壓頭的零件和裝配三維模型。用DEFORM-3D軟件對整個(gè)裝置的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真受力分析。對主要零件進(jìn)行工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：螺紋；工藝；滾壓AbstractThe issue is the design, simulation and stress analysis of the threa

2、d rolling head. Mainly to do the following tasks: Cad drawing thread rolling head assembly drawing and parts diagram, to use UG draw parts and assembly of three-dimensional model of the thread rolling head. DEFORM-3D software to simulate the movement of the entire device stress analysis. The design

3、of the main parts of the process specification.Key words: Thread ;Technology;rolling目 錄第1章 緒論41.1設(shè)計(jì)的背景和意義41.2設(shè)計(jì)的內(nèi)容和思路51.3解決的主要問題5第2章 螺紋滾壓頭的總體設(shè)計(jì)方案5第3章 主要零件設(shè)計(jì)63.1 Ug軟件介紹63.2 主要零件的設(shè)計(jì)7第4章 主要零件的加工工藝規(guī)程104.1主盤加工工藝104.2主盤連桿加工工藝194.3裝配后加工工藝22第5章 DEFORM-3D仿真及受力分析235.1 DEFORM-3D軟件簡介235.2 仿真受力分析25結(jié)論30參考文獻(xiàn)31致 謝3

4、3第1章 緒論1.1設(shè)計(jì)的背景和意義在世界范圍內(nèi)，絕大多數(shù)應(yīng)用于消費(fèi)者和工業(yè)部門的產(chǎn)品使用緊固件。據(jù)估計(jì)， 在一個(gè)工藝制成品中，緊固件的價(jià)格至少占到產(chǎn)品總價(jià)格的百分之一。汽車工業(yè)是最大的緊固件使用者具有代表性的家用轎車中，大約有2800到3100個(gè)緊固件被使用。然而塑料緊固件只能使用在連接力比較小的地方，因此大多數(shù)的緊固件是用合金和金屬做成的，其中外螺紋緊固件中有超過90%的產(chǎn)品為滾壓成形。螺紋件是機(jī)械制造行業(yè)中的關(guān)鍵傳動(dòng)聯(lián)接零部件其制造工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量直接影響各類機(jī)械產(chǎn)品的總成質(zhì)量。隨著國內(nèi)外航空、航天、汽車及械工業(yè)的迅速發(fā)展，各類螺紋零件的需求量日益增加。根據(jù)報(bào)告：1998年至2004年

5、期間，美國緊固件需求量從1998年的92億美元提升到112億美元，是最大的緊固件消費(fèi)國；其次是歐洲， 主要是西歐，從1998年的83億美元一直提升到117億美元；第三就是中國，從1998 年的20億美元提升到2004年37億美元。在未來的幾年中，中國的緊固件消費(fèi)還會(huì)繼續(xù)增長，每年將增長12.4%和亞洲其它國家增長率8.5%相比，中國緊固件需求的增長在全世界排行榜列第一名。螺紋成形是一種非線性大變形過程，受力情況比較復(fù)雜，以及滾壓過程中許多因素的不確定性，對于螺紋的冷滾壓加工，尤其是對螺紋冷滾壓參數(shù)的確定。由于各種各樣誤差因素的存在，有時(shí)滾壓螺紋零件會(huì)產(chǎn)生某種缺陷，甚至?xí)a(chǎn)生廢品。為了得出各種參

6、數(shù)對滾壓螺紋質(zhì)量的影響，并為冷滾壓工藝提供最佳參數(shù)，必須分析其產(chǎn)生缺陷的原因來找到解決問題的方法。從而能夠有效地指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐，促進(jìn)冷滾壓成形設(shè)備和成形技術(shù)的推廣和應(yīng)用。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，得到如下鍛煉： 1）通過繪制裝置的裝配圖和非標(biāo)零件圖，提高了一般機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)能力。 2）運(yùn)用機(jī)械制造基礎(chǔ)、機(jī)械設(shè)計(jì)及其它有關(guān)課程的知識(shí)基礎(chǔ)，在編制裝置的主要零件加工工藝規(guī)程中，進(jìn)一步提高了編制零件加工工藝的能力。 3）借助于相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件，建立三維圖形及數(shù)模，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真及受力分析，便于裝置的裝配與調(diào)試，加強(qiáng)了對CAD/CAM應(yīng)用軟件的熟練使用。 綜上所述，通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅鞏固了以往所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，并且

7、提高了獨(dú)自解決問題的能力，為畢業(yè)后工作打下了良好的基礎(chǔ)，得到了一份寶貴的經(jīng)驗(yàn)財(cái)富，對以后的發(fā)展具有重要的意義。1.2設(shè)計(jì)的內(nèi)容和思路1）冷滾壓螺紋的成形過程及其原理進(jìn)行分析和研究。2）繪制裝置的裝配圖和非標(biāo)零件圖。3）編制裝置的主要零件加工工藝規(guī)程。4）借助于UG，DEFORM計(jì)算機(jī)軟件，建立三維運(yùn)動(dòng)仿真進(jìn)行裝置的制作與調(diào)試以及受力分析。5）撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書。1.3解決的主要問題1）盡可能的緩解滾壓螺紋的破裂變形。2）裝置裝配圖和非標(biāo)零件圖的繪制。3）主要零件加工工藝規(guī)程的確定。4）運(yùn)功仿真的制作與調(diào)試。第2章 螺紋滾壓頭的總體設(shè)計(jì)方案 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)工作分為以下幾部分：1）在熟悉裝置結(jié)構(gòu)的基

8、礎(chǔ)上，利用AutoCAD、UG等計(jì)算機(jī)繪圖軟件繪制裝置的裝配圖和非標(biāo)零件圖。2）編制加工工藝規(guī)程。在遵守機(jī)械加工工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)原則下，分為以下幾個(gè)步驟：分析研究產(chǎn)品的裝配圖和零件圖。選擇毛坯。擬訂工藝路線。確定各工序所采用的設(shè)備。確定各工序所采用的工藝裝備。確定各主要工序的技術(shù)要求及檢驗(yàn)方法。確定各工序的加工余量、工序尺寸和公差。確定切削用量。3）通過塑性成型仿真，對一般管螺紋滾壓時(shí)的徑向、切向、軸向滾壓力及其關(guān)系的分析，對管螺紋的變形破裂問題進(jìn)行仿真調(diào)試。4）撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書。螺紋滾壓頭的裝配圖如2.1所示，裝置工作時(shí)，由工件通過蓋板孔推動(dòng)調(diào)距螺栓，調(diào)距螺栓帶動(dòng)滑動(dòng)盤，控制滑塊移動(dòng)，撥盤解

9、鎖，手動(dòng)扳動(dòng)撥盤一定角度來卡住滑塊保證偏心軸的位置不動(dòng)，伸出工件，完成加工。圖2.1螺紋滾壓頭裝配圖第3章 主要零件設(shè)計(jì)3.1 Ug軟件介紹UG全稱Unigraphics軟件是美國UGS公司（ Unigraphics Solutions）開發(fā)的CAD/CAM/CAE計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)分析和制造應(yīng)用軟件，是世界三大CAD/CAM/CAE頂級(jí)軟件之一。主要應(yīng)用于汽車、航空航天、機(jī)械、造船、電子等工業(yè)領(lǐng)域。UG自1983年入市發(fā)展到最新版本為UG NX6。隨著版本的不斷更新和功能的不斷擴(kuò)充，UG更擴(kuò)展了軟件的應(yīng)用范圍，面向?qū)I(yè)化、智能化發(fā)展。UG軟件是一個(gè)集成化的CAD/CAM/CAE系統(tǒng)軟件，它為工程

10、技術(shù)人員提供料非常強(qiáng)大的應(yīng)用工具，可完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析、繪制工程圖以及數(shù)控編程加工等操作。所謂主模型是指唯一以“電子介質(zhì)”存在的CAD零件的三維模型數(shù)據(jù)文件，其它應(yīng)用文件（如加工、裝配、二維繪圖和分析等）則通過虛擬裝配調(diào)用主模型，而不是直接在主模型上進(jìn)行加工、裝配、二維繪圖和分析等。單一數(shù)據(jù)庫：各模塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在同一個(gè)數(shù)據(jù)庫中，保證設(shè)計(jì)、制造和分析模塊中的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。真正實(shí)現(xiàn)了CAD/CAM/CAE等個(gè)模塊之間的數(shù)據(jù)交換的自動(dòng)切換，可實(shí)施并行工程?？杀ＷC設(shè)計(jì)資料的正確性，同時(shí)避免反復(fù)修改所造成的時(shí)間的浪費(fèi)，提高工作效率。采用復(fù)合建模技術(shù)：可將實(shí)體建模、曲面建模和參數(shù)化建模融為一體，具有較大的靈活

11、性。無需草圖，直接通過成型特征和特征操作功能完成幾何模型的創(chuàng)建。同時(shí)可直接利用實(shí)體邊緣進(jìn)行特征操作，不需要定義和參數(shù)化新曲線。交互式操作環(huán)境，提高設(shè)計(jì)人員工作效率(1)全部界面可根據(jù)個(gè)人喜好定制；(2)高品質(zhì)可伸縮工具條和信息窗口； (3)方便快捷的右擊菜單，可快速訪問常用命令；(4)可直接在窗口中操作對象；(5)可根據(jù)信息提示向?qū)崾净虬凑枕樞蜻M(jìn)行下一步操作；(6)基于智慧型操作：快速選擇、判斷選擇、過濾器選擇功能等。3.2 主要零件的設(shè)計(jì)圖3.1主盤主盤如圖3.1所示在整個(gè)裝置體系中屬于最重要的部分，它是連接各個(gè)部件的核心零件。它的中心孔為46mm，主要是根據(jù)調(diào)距螺栓頂板44mm與工件的尺

12、寸26mm來確定它的大小。傾斜面主要與滾絲輪相接觸，保證滾絲輪的角度；偏心軸與通孔相切，滾絲輪又與偏心軸連接，確定滾絲輪的位置，相互關(guān)聯(lián)來得到他們的尺寸。三個(gè)傾斜面以及傾斜面上的通孔分別為R52+0.5mm和45+0.015 mm，傾斜面的角度與工件螺紋配合得到146。后面的通孔60+0.022mm主要與連桿連接，根據(jù)連桿來確定尺寸。圖3.2連桿 連桿如圖3.2所示用于連接主盤，撥盤，調(diào)整盤和滑動(dòng)盤，起到了軸心的作用，所以連桿用于連接的部位要求精度都非常高。特別是前面60+0.022mm外圓與97-0.015 -0.038mm端面與主盤相連，精度要求尤為重要。97-0.015 -0.038mm

13、外圓與調(diào)整盤相連，65-0.018mm與滑動(dòng)盤相連，尺寸以此來確定。中間的鍵槽用于固定滑動(dòng)螺母，滑動(dòng)螺母又與滑動(dòng)盤連接，滑動(dòng)盤是靠滑動(dòng)螺母的移動(dòng)而移動(dòng)的，兩者相互關(guān)聯(lián)。圖3.3撥盤撥盤如圖3.3所示的中心通孔主要與主盤連接，所以它的尺寸根據(jù)主盤來確定為112-0.015 -0.038mm。三個(gè)通孔分別用于撥銷的定位，尺寸大小為16+0.019mm。半圓槽用于放置定位塊，尺寸為R17+0.10mm與R15.5+0.05mm兩個(gè)形成的缺角就是用于卡住滑塊。圖3.4調(diào)整盤 調(diào)整盤如圖3.4所示是整個(gè)裝置運(yùn)動(dòng)過程中人工所操控的一個(gè)零件，它在裝置中不是完全的被固定，是可以有一定角度的旋轉(zhuǎn)，以此來控制滑塊

14、的鎖緊與張開。中心孔連接連桿的，尺寸為97+0.036mm，外圓面凹槽主要安放滑塊與插八片。側(cè)面上的凹槽，通過調(diào)整螺釘?shù)臄Q合頂住連桿上的錐螺釘來固定調(diào)整盤的位置。圖3.5滑塊滑塊如圖3.5所示在整個(gè)裝置運(yùn)動(dòng)過程中啟到了很關(guān)鍵的作用。它主要用來卡住撥盤，保證撥盤的位置，后面的凹槽直接與滑動(dòng)盤連接，靠滑動(dòng)盤來帶動(dòng)滑塊的移動(dòng)，以此來控制偏心軸對工件進(jìn)行加工操作。它的長度是從主盤，撥盤，調(diào)整盤等主要的零件的寬度來確定它的大小。圖3.6偏心軸偏心軸如圖3.6所示用連接主盤、滾絲輪和蓋板，起到了定位的作用。底部圓柱與主盤相連，尺寸為45-0.015 -0.025mm，中間與滾絲輪相連得到尺寸為37-0.0

15、1mm，上面與蓋板相連確定尺寸為28-0.015 -0.025mm，下面的凹槽靠圓柱銷連接來定位撥盤的安裝位置，圓柱銷也限制了偏心軸的轉(zhuǎn)向角度。偏心軸在裝置中起到定位的作用，在整個(gè)裝置運(yùn)動(dòng)過程中，滾絲輪依靠偏心軸來達(dá)到中心軸的偏移，對工件進(jìn)行加工。第4章 主要零件的加工工藝規(guī)程4.1主盤加工工藝4.1.1零件的主要功用和技術(shù)要求主盤如圖4.1所示是管螺紋滾壓裝置中最主要的一個(gè)零件，它是連接各個(gè)組件的核心零件。直接關(guān)系著偏心軸的位置及滾絲輪的放置角度。所以它所要求的精度非常高，尤其和連桿連接的孔。要求熱處理 HRC60-64，45+0.015的中心線的距離向尾柄方向漸增，增量為0.15/10mm

16、。 圖4.1主盤 4.1.2 選擇毛坯考慮到加工過程中受到載荷不大，因此選用圓鋼，零件所要求的配合精度很高所以選用材料為gSiCr，加工過后的零件要進(jìn)行熱處理，以此保證零件的穩(wěn)固性，工作的可靠性。主盤的直徑上的總余量為5mm，寬度余量為6mm，進(jìn)給量為0.1mmr ，滾壓速度為7278mmin。所以選擇毛坯尺寸為18548。4.1.3 工藝分析 滾壓裝置的主盤三個(gè)傾斜面，三個(gè)通孔與工藝通孔都有一定的位置關(guān)系。 （1）以1800.10mm為中心，包括112mm的小外圓，60+0.022mm內(nèi)孔和46mm的通孔以及60+0.022mm的內(nèi)圓倒角。 （2）以112mm為中心的，包括1800.10mm

17、及1800.10mm倒角，46mm內(nèi)孔倒角。 （3）以12+0.019mm工藝通孔定位6個(gè)40.01mm通孔，3個(gè)M101.5mm螺紋孔和寬10深8+0.30mm的圓弧槽，它們都垂直于1800.10mm平面，根據(jù)工藝通孔定位三個(gè)傾斜面R52+0.5mm，45+0.015 mm通孔，確定它們與平面的角度為145。4.1.4基準(zhǔn)的選擇定位基面的選擇是擬定零件的機(jī)械加工路線，確定加工方案中首先要做的重要工作?；孢x擇得正確、合理與否，將直接影響工件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率。在選擇定位基面時(shí)，需要同時(shí)考慮以下三個(gè)問題： （1）以哪一個(gè)表面作為加工時(shí)的精基面或統(tǒng)一基準(zhǔn)，才能保證加工精度，使整個(gè)機(jī)械加工工藝過程

18、順利地進(jìn)行。 （2）為加工上述精基面或統(tǒng)一基準(zhǔn)，應(yīng)采用哪一個(gè)表面作為粗基面? （3）是否有個(gè)別工序?yàn)榱颂厥獾募庸ひ?，需要采用統(tǒng)一基準(zhǔn)以外的精基面?粗基準(zhǔn)的選擇。對于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準(zhǔn)。而對有若干個(gè)不加工表面的工件，則應(yīng)以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作粗基準(zhǔn)。所以選擇1800.10mm定為粗基準(zhǔn)。精基準(zhǔn)的選擇。主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問題。當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算。所以選擇12+0.019mm工藝通孔作為精基準(zhǔn)。4.1.5工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 工藝路線的擬定是制定工藝規(guī)程的工體布局，包含確定加工方法，劃分加工階段、決定工序的集中于分散、加工順序的安

19、排以及安排熱處理、檢驗(yàn)和其他的輔助加工。它影響著加工質(zhì)量和加工質(zhì)量的高低，影響工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)備的投資和生產(chǎn)成本等。 工藝路線方案：工序1：粗車、半精車大外圓端面，粗車半精車180mm外圓，鉆、擴(kuò)46mm，倒內(nèi)外角；工序2：車60孔，粗車、半精車小外圓端面，粗車、半精車112mm外圓，倒角；工序3：鉆，擴(kuò)，鉸12mm孔；工序4：銑寬10mm深8mm的圓弧槽；工序5：鉆、鉸6-4mm的孔；工序6：鉆、攻3-M39mm螺紋；工序7：分別粗銑、半精銑三個(gè)R52mm傾斜面，倒角；工序8：鉆、擴(kuò)3-45mm的傾斜孔，倒角；工序9：熱處理；工序10：分別磨三個(gè)R52mm傾斜面，磨3-45傾斜孔；工序11

20、：磨小外圓端面，磨60mm內(nèi)孔； 工序12：終檢4.1.6加工余量，工序尺寸及其公差的確定。確定加工余量的方法有三種：經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法、查表法和分析計(jì)算法，在實(shí)際生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用查表法。滾壓裝置主盤的加工主要是車削和磨削，根據(jù)查表可知：粗車外圓（長度200）的加工余量一般為1.53；精車外圓（長度200）的加工余量一般為0.82；磨削外圓的加工余量一般為0.10.5，各個(gè)尺寸如表4.2所示。表4.2主要尺寸加工余量，工序尺寸及其公差加工表面工序雙邊余量工序尺寸及公差表面粗糙度粗精磨毛坯粗精磨粗精磨180端面1.510.54745.544.56.31.6180外圓面1.510.51851811800.1

21、06.31.6112端面1.50.90.544.54342.1+0.2423.21.60.8112外圓面1.510.5116113.5112.5+0.21123.21.60.460內(nèi)圓面2.3（鉆）1.3（車）0.3（磨）4659.760+0.0223.21.60.445內(nèi)圓面2.3（鉆）1.3（擴(kuò)）0.3（磨）2544.7+0.1545+0.0153.21.60.4R52端面10.30.211.3+0.21.5+0.023.21.60.412通孔11（鉆）0.85（擴(kuò)）0.15（鉸）1111.8512+0.0193.21.60.44通孔3.9（鉆）0.1(精鉸)3.9（鉆）40.01（精鉸）

22、3.20.44.1.7確定切削用量及基本工時(shí) 工序1：粗車、半精車大外圓端面，粗車半精車180mm外圓，鉆、擴(kuò)46mm，倒內(nèi)外角。 （一）粗車大外圓端面 （1）選擇刀具 選用93 偏頭端面車刀，參看機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊車床選用C365L轉(zhuǎn)塔式車床，中心高度210mm。選擇車刀幾何形狀，前刀面形狀為平面帶倒棱型，前角=10，后角=8 ，主偏角93 ，副偏角k =10 ，刀尖角圓弧半徑0.5mm，刃傾角=10 。 （2）確定切削用量 1)確定背吃刀量a (即切深a )粗車的余量為4.5mm由于刀桿截面取最大吃刀深度為6mm所以一次走刀完成即a =4.5mm。 2)確定進(jìn)給量查切削用量簡明手冊：

23、加工材料45鋼、車刀刀桿尺寸為1625 、工件直徑100mm、切削深度a =4.5mm，則進(jìn)給量為0.71.0。再根據(jù)C365L車床及機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊表423查取橫向進(jìn)給量取f =0.73mm/r。 3)選擇磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 根據(jù)切削用量簡明手冊表1.9，取車刀后面最大磨損量為0.81.0。焊接車刀耐用度T=60mm。 4)確定切削速度V 根據(jù)切削用量簡明手冊表1.11當(dāng)用YG6硬質(zhì)合金車刀加工HT200（182199HBS），a =4.5mm，f =0.73mm/r，查出V =1.05m/s。由于實(shí)際情況，在車削過程使用條件的改變，根據(jù)切削用量簡明手冊表1.28，查得切削速度的修正系

24、數(shù)為：K =1.0，K =1.0，K =0.73，K =(190/HBS)1.25=1.0，KSV=0.85，Kkv=1.0。則V = V K K K K KSV Kkv =44m/minn = 140r/min 按C365L車床轉(zhuǎn)速（機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊表4.22）選擇與140r/min相近似的機(jī)床轉(zhuǎn)速n =136r/min，則實(shí)際切削速度V = 42.7m/min。 5)校驗(yàn)機(jī)床功率車削時(shí)功率P 可由切削用量簡明手冊表1.25查得：在上述各條件下切削功率P =1.72.0，取2.0。由于實(shí)車削時(shí)功率P 可由切削用量簡明手冊表1.25查得：在上述各條件下切削功率P =1.72.0，取2.

25、0。由于實(shí)際車削過程使用條件改變，根據(jù)切削用量簡明手冊表1.29-2，切削功率修正系數(shù)為：際車削過程使用條件改變，根據(jù)切削用量簡明手冊表1.29-2，切削功率修正系數(shù)為：Kkrpc =KkrFc=0.89，Kropc=KroFc=1.0。則： P = P KkrpcKrop=1.87KW 根據(jù)C365L車床當(dāng)n =136r/min時(shí)，車床主軸允許功率PE=7.36KW。因P PEX，故所選的切削用量可在C365L上加工。 6）校驗(yàn)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度 車削時(shí)的進(jìn)給力Ff可由切削用量手冊查表得Ff=1140N。由于實(shí)際車削過程使用條件的改變，根據(jù)切削用量簡明手冊查得車削過程的修正系數(shù)：Kkrf=1.

26、17，Krof=1.0，K =0.75，則 F=1000N 根據(jù)C365L車床說明書(切削用量簡明手冊)，進(jìn)給機(jī)構(gòu)的進(jìn)給力Fmax=4100N(橫向進(jìn)給)因Ff Fmax，所選的f =0.73進(jìn)給量可用。 綜上，此工步的切削用量為：a =4.5mm，f =0.73mm， n =136r/min， V =42.7m/min。 （3）計(jì)算基本工時(shí)：按機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊公式計(jì)算：L= +L1+L2+L3，由于車削實(shí)際端面d1=0，L1=4，L2=2，L3=0，則L=100 2+4+2+0=61mm.T= 611(0.73136)=0.61min (二)半精車大外圓端面 （1）選擇刀具：與粗車1

27、00左端面同一把。 （2）確定切削用量 （a）確定背吃刀量 加工余量為z=1.1，可一次走刀完成，asp=1.1。 （b）確定進(jìn)給量： 由機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊表314表面粗糙度Ra3.2，鑄鐵，副偏角10 ，刀尖半徑0.5，則進(jìn)給量為0.10.25mm/r，再根據(jù)機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊表4.23查取橫向進(jìn)量f =0.24mm/r。 （c）確定切削速度V 根據(jù)切削用量手冊表1.11查取：V=2.02(由182199HBS、asp=1.1、f =0.24mm/r、車刀為YG硬質(zhì)合金)由于實(shí)際車削過程使用條件的改變，查取切削速度修正系數(shù)：K =1.0，K =1.0，K =0.73，K =(19

28、0/HBS)1.25=1.0，KSV=0.85，Kkv=1.0。則：V = V 60V = V K K K K KSV Kkv =75.2 m/minn = 266 r/min 按C365L車床轉(zhuǎn)速（機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊表4.22）選擇與266r/min相近似的機(jī)床轉(zhuǎn)速n =322r/min，則實(shí)際切削速度V = n /1000=3.14 90 322/1000=91.0m/min。 綜上，此工步的切削用量為：a =1.1mm，f =0.24，n =322r/min，V =91.0m/min。 （3）計(jì)算基本工時(shí)L=（dd1）/2+L1+L2+L3 (其中d=90，d1=45，L1=4，L

29、2=L3=0) =（9045）/2+4+0+0=26.5mmT=Li/(fn)=26.51/(0.24322)=0.34min。 （三）粗車180mm外圓 (1)選擇刀具：與粗車左端面同一把。 (2)確定切削用量 （a）確定背吃刀量 粗車外圓，加工余量為1.5+1=2.5mm，兩次走刀，則asp=2.5/22=0.825mm。 (b)確定進(jìn)給量 由切削用量簡明手冊加工材料gSiCr，刀桿尺寸1625，工件直徑為100mm，則f=0.81.2。再由簡明手冊表4.23查取f =0.76。 (c)選擇刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度 由切削用量簡明手冊表1.9查取后刀面磨損最大限度為0.81.0，焊接耐用度T=

30、60mm。 (d)確定切削速度V 根據(jù)切削用量簡明手冊表1.11查取：V=1.33 (由182199HBS、asp=2.1、f =0.76mm/r、車刀為YG硬質(zhì)合金)，由于實(shí)際車削過程使用條件的改變，查取切削速度修正系數(shù)：K =1.0，K=1.0，K =0.73，K =(190/HBS)1.25=1.0，KSV=0.85，Kkv=1.0。則：V = V 60V = V K K K K KSV Kkv =49.5 m/minn = 157.6r/min 按C365L車床轉(zhuǎn)速（機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊表4.22）選擇與157.5r/min相近似的機(jī)床轉(zhuǎn)速n =183r/min，則實(shí)際切削速度V

31、= n /1000=3.14 100 183/1000=57.5m/min。 綜上，此工步的切削用量為：a =2.1mm，f =0.76， n =183r/min， V =57.5m/min。(3)計(jì)算基本工時(shí) T=（L+L1+L2+L3）i/(fn)其中L=9，L1=3，L2=3，L3=0，i=2 按C365L車床轉(zhuǎn)速（機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊表4.22）選擇與157.5r/min相近似的機(jī)床轉(zhuǎn)速n =183r/min，則實(shí)際切削速度V = n /1000=3.14 90 183/1000=51.7m/min。 綜上，此工步的切削用量為：a =2.1mm，f =0.76mm/r， n =18

32、3r/min， V =51.7m/min。T=（L+L1+L2+L3）i/(fn)=(8+3+3+0)2/(0.76183)=0.20min。 (四)半精車112外圓 （1）選擇刀具：與半精車 100外圓同一把。 （2）確定切削用量 （a）確定背吃刀量半精車外圓，加工余量為1.1mm，一次走刀，則asp=1.1/2=0.55mm。 (b) 確定進(jìn)給量 由切削用量手冊表314得f=0.20.3mm/r。再由簡明手冊表412查取f =0.28mm/r。 (c) 確定切削速度V：根據(jù)切削用量簡明手冊表1.11查?。篤=2.13m/s(由182199HBS、asp=0.55mm、f =0.52mm/r

33、、車刀為YG硬質(zhì)合金)，由于實(shí)際車削過程使用條件的改變，查取切削速度修正系數(shù)，K=1.0，K=1.0，K=0.73，K =(190/HBS)1.25=1.0，KSV=0.85，Kkv=1.0。則：V = V 60V = V K K K K KSV Kkv =79.3 m/minn =1000 V / =100079.3/3.1490=280r/min 按C365L車床轉(zhuǎn)速（機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊表4.22）選擇與280r/min相近似的機(jī)床轉(zhuǎn)速n =322r/min，則實(shí)際切削速度V = n /1000=3.14 90 322/1000=91m/min。 綜上，此工步的切削用量為：a =0.

34、55mm，f =0.28mm/r， n =322r/min， V =91m/min。 (3)計(jì)算基本工時(shí)：T=（L+L1+L2+L3）i/(fn)=(8+3+3+0)1/(0.28322)=0.16min。 (五)車退刀槽 （1）選擇刀具：用工步1的端面車刀。 （2）切削用量： 背吃刀量asp=1.5，手動(dòng)進(jìn)給，一次走刀。V =80m/min， n =1000 V / =100080/3.14100=254.7r/minn =238r/min， V = n /1000=3.14238100/1000=74.7r/min(3) 基本工時(shí)：由工人操控，大約為0.03min。(六)鉆46mm通孔 (

35、1)刀具選擇：查機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊選用 18高速鋼錐柄標(biāo)準(zhǔn)花鉆。 (2)切削用量選擇查切削用量手冊得：f=0.700.86mm/r,再由機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊C365L車床進(jìn)給量取f =0.76mm/r。查切削用量簡明手冊取V =0.33m/s=19.8m/minn =1000 V / D=100019.8/3.1418=350r/min按機(jī)床選取n =322r/m,故V = D n /1000=3.1418322/1000=18m/min (3)計(jì)算基本工時(shí)：T=（L+L1+L2）/(fn)=(91+11+0)/(0.76322)=0.42min。(七)擴(kuò)46mm通孔(1)刀具選擇：

36、選用 19.8高速鋼錐柄擴(kuò)孔鉆。(2)確定切削用量(2)切削用量選擇查切削用量簡明手冊得：f=0.901.1mm/r,再由機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊C365L車床進(jìn)給量取f =0.92mm/r。擴(kuò)孔時(shí)的切削速度，由現(xiàn)代機(jī)械制造工藝流程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教程得公式：V=（1/21/3）V 查切削用量簡明手冊取V =0.29m/s=17.4m/minV=（1/21/3）V =5.88.7m/minn=1000 V/ D=1000(5.88.7)/(3.1418)=93140r/min按機(jī)床選取n =136r/m,故V = D n /1000=3.1419.8136/1000=8.5m/min (3)計(jì)算基本工

37、時(shí)：T=（L+L1+L2）/(fn)=(91+14+2)/(0.92136)=0.86min。4.2主盤連桿加工工藝4.2.1零件的主要功用和技術(shù)要求 連桿如圖4.3所示是整個(gè)裝置中連接各個(gè)組件的軸心。要與主盤、撥盤、滑動(dòng)盤、調(diào)整盤結(jié)合，起到軸承的作用，表面的加工精度要求也是非常高，尤其與主盤連接的60mm外圓與97mm的階梯面，而且還有一定的位置關(guān)系與精度，需要裝配后再進(jìn)行加工。整個(gè)零件還需要熱處理HRC 60-64，以此保證零件的穩(wěn)固性，工作可靠性。圖4.3主盤連桿4.2.2選擇毛坯 連桿在整個(gè)裝置加工過程中受到較大的載荷，因此使用材料gSiCr。連桿在直徑上的總余量為4mm，長度方向上的

38、余量為4mm，所以選擇毛坯101205的棒體。4.2.3工藝分析 連桿各個(gè)外圓面的要求精度很高，所以它們之間都有著一定的位置要求。（1）以97mm為中心定位，包括外圓65-0.018mm，55-0.019mm和35mm以及螺紋孔M391.5，還有R2mm倒角，各個(gè)245倒角。（2）以外圓65-0.018mm為中心定位的有外圓60mm和97mm，以及它們的倒角。（3）以鍵槽R6.530定位，兩個(gè)布氏錐管螺紋和兩個(gè)凹槽。4.2.4工藝規(guī)程設(shè)計(jì)工藝路線的擬定是制定工藝規(guī)程的工體布局，包含確定加工方法，劃分加工階段、決定工序的集中于分散、加工順序的安排以及安排熱處理、檢驗(yàn)和其他的輔助加工。它影響著加工

39、質(zhì)量和加工質(zhì)量的高低，影響工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)備的投資和生產(chǎn)成本等。工序1：粗車、半精車端面；鉆、擴(kuò)35mm孔；粗車425mm圓槽，倒角，車M39mm螺紋； 工序2：分別粗車、半精車55mm和65mm外圓，倒角； 工序3：粗車、半精車端面，分別粗車、半精車60mm和97mm外圓，車退刀槽，倒角； 工序4：對刀銑寬13mm的鍵槽； 工序5：鉆中心孔，攻3/8布氏錐管螺紋； 工序6：對刀分別銑兩個(gè)v型槽； 工序7：熱處理； 工序8：磨97端面和60mm外圓；工序9：終檢；4.2.5確定各工序的設(shè)備、刀具、量具和輔助工具 1、設(shè)備的選擇考慮到本例滾壓裝置中間軸的外形尺寸、加工精度（最高IT5）、生產(chǎn)類

40、型，機(jī)床設(shè)備選用普通車床、普通磨床、銑端面打頂尖孔的專用機(jī)床、花鍵銑床；工藝裝備主要是夾具，本例盡量選用通用夾具如三爪卡盤、頂尖、V型塊等。 2、刀具的選擇綜合考慮連桿的加工工序所采用的加工方法、加工表面尺寸、工件材料、加工精度、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)刀具。如硬質(zhì)合金端銑刀、高速鋼麻花鉆頭，高速鋼鉸刀等。 3、量具的選擇 量具的選擇主要取決于生產(chǎn)類型和所要檢驗(yàn)的精度。盡量選用通用量具。4.2.6加工余量，工序尺寸及其公差的確定。確定加工余量的方法有三種：經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法、查表法和分析計(jì)算法，在實(shí)際生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用查表法。滾壓裝置的連桿的加工主要是車削和磨削，根據(jù)查表可知：粗車外圓（長度200）

41、的加工余量一般為1.53；精車外圓（長度200）的加工余量一般為0.82；磨削外圓的加工余量一般為0.10.5，各個(gè)尺寸如表4.4所示。加工表面工序雙邊余量工序尺寸及公差表面粗糙度粗精磨毛坯粗精磨粗精磨55外圓面2.31.30.358.956.655.3-0.196.31.665外圓面2.31.30.368.966.665.3-0.165-0.0183.21.60.860外圓面2.31.30.363.961.660.3+0.15603.21.60.497外圓面2.51.50.510198.597.5+0.22973.21.60.435通孔20（鉆）15（擴(kuò)）20（鉆）35（擴(kuò)）6.33.2M3

42、9螺紋孔2.5（擴(kuò)）37.5（擴(kuò)）39（車）6.33.2表4.4主要尺寸加工余量，工序尺寸及其公差4.3裝配后加工工藝4.3.1確定各工序的設(shè)備、刀具、量具和輔助工具 1、設(shè)備的選擇考慮到本例滾壓裝置中間軸的外形尺寸、加工精度（最高IT5）、生產(chǎn)類型，機(jī)床設(shè)備選用普通車床、普通磨床、銑端面打頂尖孔的專用機(jī)床、花鍵銑床；工藝裝備主要是夾具，本例盡量選用通用夾具如三爪卡盤、頂尖、V型塊等。 2、刀具的選擇綜合考慮連桿的加工工序所采用的加工方法、加工表面尺寸、工件材料、加工精度、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)刀具。如硬質(zhì)合金端銑刀、高速鋼麻花鉆頭，高速鋼鉸刀等。 3、量具的選擇 量具的選擇主要取決于

43、生產(chǎn)類型和所要檢驗(yàn)的精度。盡量選用通用量具。4.3.2工藝路線如圖4.5所示，為保證各裝配后主盤與連桿各個(gè)尺寸的精度，55mm，65mm，97mm和112mm的外圓經(jīng)過裝配后進(jìn)行加工。圖4.5主盤和連桿的裝配圖工序1：分別磨55至55-0.019mm長90mm；磨65至65-0.018mm長64.8mm；磨97至97-0.015 -0.038mm長28.2+0.3mm；磨112至112-0.015 -0.038mm長18+0.1mm。第5章 DEFORM-3D仿真及受力分析5.1 DEFORM-3D軟件簡介5.1.1 DEFORM-3D背景DEFORM-3D 是一套基于工藝模擬系統(tǒng)的有限元系統(tǒng)

44、(FEM)，專門設(shè)計(jì)用于分析各種金屬成形過程中的三維 (3D) 流動(dòng)，提供極有價(jià)值的工藝分析數(shù)據(jù)，有關(guān)成形過程中的材料和溫度流動(dòng)。DEFORM-3D是模擬3D材料流動(dòng)的理想工具。DEFORM-3D強(qiáng)大的模擬引擎能夠分析金屬成形過程中多個(gè)關(guān)聯(lián)對象耦合作用的大變形和熱特性。系統(tǒng)中集成了在任何必要時(shí)能夠自行觸發(fā)自動(dòng)網(wǎng)格重劃生成器，生成優(yōu)化的網(wǎng)格系統(tǒng)。在要求精度較高的區(qū)域，可以劃分較細(xì)密的網(wǎng)格，從而降低題目的規(guī)模，并顯著提高計(jì)算效率。DEFORM-3D 圖形界面，既強(qiáng)大又靈活。為用戶準(zhǔn)備輸入數(shù)據(jù)和觀察結(jié)果數(shù)據(jù)提供了有效工具。DEFORM(Design environment for forming)

45、是由美國Battelle Columbus 實(shí)驗(yàn)室在八十年代早期著手開發(fā)的一套有限元分析軟件。早期的DEFORM - 2D 軟件只能局限于分析等溫變形的平面問題或者軸對稱問題。隨著有限元技術(shù)的日益成熟，DEFORM 軟件也在不斷發(fā)展完善，目前，DEFORM軟件已經(jīng)能夠成功用于分析考慮熱力耦和的非等溫變形問題和三維變形(DE2FORM- 3D) ，此外，DEFORM軟件可視化的操作界面以及強(qiáng)大而完善的網(wǎng)格自動(dòng)再劃分技術(shù)，都使DEFORM這一商業(yè)化軟件在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中變得愈來愈實(shí)用而可靠。5.1.2 DEFORM軟件的特點(diǎn)1、DEFORM-3D是在一個(gè)集成環(huán)境內(nèi)綜合建模、成形、熱傳導(dǎo)和成形設(shè)備特性

46、進(jìn)行模擬仿真分析。適用于熱、冷、溫成形，提供極有價(jià)值的工藝分析數(shù)據(jù)。如：材料流動(dòng)、模具填充、鍛造負(fù)荷、模具應(yīng)力、晶粒流動(dòng)、金屬微結(jié)構(gòu)和缺陷產(chǎn)生發(fā)展情況等DEFORM-3D處理的對象為復(fù)雜的三維零件、模具等。2、不需要人工干預(yù)，全自動(dòng)網(wǎng)格在剖分。3、前處理中自動(dòng)生成邊界條件，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)備快速可靠。4、DEFORM-3D模型來自CAD系統(tǒng)的面或?qū)嶓w造型（STL/SLA）格式。5、集成有成形設(shè)備模型，如：液壓壓力機(jī)，錘鍛機(jī)、螺旋壓力機(jī)、機(jī)械壓力機(jī)等。6、表面壓力邊界條件處理功能適用于解決脹形工藝模擬。7、單步模具應(yīng)力分析方便快捷，適用于多個(gè)變形體、組合模具、帶有預(yù)應(yīng)力環(huán)時(shí)的成型過程分析。8、材料模型

47、有彈性、鋼塑性、熱彈塑性、熱剛黏塑性、粉末材料、剛性材料及自定義類型。9、實(shí)體之間或?qū)嶓w內(nèi)部的熱交換分析既可以單獨(dú)求解，也可以耦合在成行模擬中進(jìn)行分析。10、具有FLOWNET和點(diǎn)跡示蹤、變形、云圖、矢量圖、力行程曲線等后處理功能。11、具有2D切片功能，可以顯示工件或模具剖面結(jié)果。程序具有多聯(lián)變形體處理能力，能夠分析多個(gè)塑性工件和組合模具應(yīng)力。12、后處理中的鏡面反射功能，為用戶提供了高效處理具有對稱面或周期對稱面的機(jī)會(huì)，并且可以在后處理中顯示整個(gè)模型。13、自定義過程可用于計(jì)算流動(dòng)應(yīng)力、沖壓系統(tǒng)響應(yīng)、斷裂判據(jù)和一些特別的處理要求，如金屬微結(jié)構(gòu)、冷卻速率、力學(xué)性能等。5.1.3 DEFORM

48、 的功能 1、成形分析: 冷、溫、熱鍛的成形和熱傳導(dǎo)偶合分析， 提供材料流動(dòng)、模具充填、成形載荷、模具應(yīng)力、纖維流向、缺陷形成和韌性破裂等信息; 豐富的材料數(shù)據(jù)庫， 包括各種鋼、鋁合金、鈦合金等， 用戶還可自行輸入材料數(shù)據(jù); 剛性、彈性和熱粘塑性材料模型， 特別適用于大變形成形分析， 彈塑性材料模型適用于分析殘余應(yīng)力和回彈問題， 燒結(jié)體材料模型適用于分析粉末冶金成形; 完整的成形設(shè)備模型可以分析液壓成形、錘上成形、螺旋壓力成形和機(jī)械壓力成形;溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、損傷及其他場變量等值線的繪制使后處理簡單明了。2、 熱處理: 模擬正火、退火、淬火、回火、滲碳等工藝過程; 預(yù)測硬度、晶粒組織成分、扭曲

49、和含碳量;可以輸入頂端淬火數(shù)據(jù)來預(yù)測最終產(chǎn)品的硬度分布; 可以分析各種材料晶相， 每種晶相都有自己的彈性、塑性、熱和硬度屬性?；旌喜牧系奶匦匀Q于熱處理模擬中每步各種金屬的百分比。DEFORM 用來分析變形、傳熱、熱處理、相變和擴(kuò)散之間復(fù)雜的相互作用， 各種現(xiàn)象之間相互耦合。擁有相應(yīng)的模塊之后， 這些耦合將包括: 由于塑性變形引起的升溫、加熱軟化、相變控制溫度、相變內(nèi)能、相變塑性、相變應(yīng)變、應(yīng)力對相變的影響以及含碳量對各種材料屬性產(chǎn)生的影響等。5.2 仿真受力分析5.2.1有限元模型的建立（1）幾何模型使用Ug NX6.0構(gòu)建滾壓模型，工件滾絲輪大外圓直徑為84mm，工件大徑為26.567mm

50、，小徑23.666mm，三個(gè)滾絲輪平均陣列于工件外圓面上。進(jìn)入DEFORM-3D，新建模塊，建立滾壓模型。如圖5.1所示。圖5.1DEFORM-3D中建立的滾壓模型（2）受力分析滾壓過程中工件主要受到兩個(gè)力的作用，即徑向滾壓力和切向滾壓力。其中使工件變形的主要力為滾絲輪施加給工件的徑向滾壓力，它與滾絲輪和工件中心的連線平行；而切向滾壓力使工件旋轉(zhuǎn)從而完成變形。本設(shè)計(jì)主要研究這兩個(gè)方向的載荷：徑向載荷和切向載荷，徑向載荷主要是由工件的與滾絲輪的擠壓，由偏心軸來帶動(dòng)滾絲輪來給工件施加壓力的；切向載荷是電機(jī)通過主軸傳遞給工件的扭矩而來的。可以近似的認(rèn)為，滾絲輪的切向載荷乘以滾絲輪的半徑就是所需的扭矩

51、， （2）材料模型材料選用45鋼，根據(jù)GB/T699-1999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定45鋼抗拉強(qiáng)度為600MPa，屈服強(qiáng)度為355MPa。 （3）參數(shù)設(shè)置工件的網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)量為16000，表面多邊形達(dá)到3064。如圖5.2所示圖5.2工件網(wǎng)格劃分根據(jù)螺紋冷滾壓理論與工藝參數(shù)研究、螺紋冷滾壓成形數(shù)值模擬軟件系統(tǒng)開發(fā)等參考文獻(xiàn)得出滾絲輪的自轉(zhuǎn)角速度為6.33rad/sec，自動(dòng)找中心，如圖5.3所示，進(jìn)給量為0.01in/sec，摩擦系數(shù)為0.2。圖5.3滾絲輪參數(shù)設(shè)置 （4）仿真及結(jié)果分析圖5.4中顯示的是滾壓加工的仿真過程。同時(shí)也說明了滾壓形成過程中，通過DEFORM-3D模擬的結(jié)果顯示了工件材料在滾絲輪的作

52、用下發(fā)生了輕微的變形。 圖5.4滾壓過程模擬圖在實(shí)際滾壓過程中，材料被壓縮首先產(chǎn)生彈性變形，繼而內(nèi)部晶格進(jìn)行滑移，發(fā)生塑性變形，隨著滾絲輪的前進(jìn)，力的增大，滾絲輪的強(qiáng)度超過工件，材料就開始變形，按照滾絲輪的螺紋進(jìn)而滾壓出想要得螺紋。這樣周而復(fù)始，使得工件完全成型。圖5.5，5.6分別顯示不同點(diǎn)隨著時(shí)間增長的破壞程度和最大有效應(yīng)力，都說明時(shí)間的增長，破壞程度就開始增大，最大有效應(yīng)力也增大。工件完全成型在23min之間，如圖可知，4min之前，工件的破裂變形程度不大，所以工件加工過程中的這段時(shí)間是可以形成管螺紋的。圖5.5不同點(diǎn)隨著時(shí)間增長的破壞程度圖5.5表示不同點(diǎn)隨著時(shí)間增長的破壞程度。從圖中可以看出工件隨著時(shí)間的增長，破壞程度也開始增大。 圖5.6不同點(diǎn)隨著時(shí)間增長的最大有效應(yīng)力圖5.6表示不同點(diǎn)隨著時(shí)間的增長變化的最大有效應(yīng)力。從圖中可以看出工件隨著時(shí)間的增長，最大有效應(yīng)力變得越來越大。綜上所述，根據(jù)以上圖表可知，工件所完成的時(shí)間在23min之間，在4min以內(nèi)的最大有效應(yīng)力在55400Mpa左右，而工件所能承受的是600Mpa，小于工件的最大極限應(yīng)力，期間破壞程度也小于1.48，總體破壞程度較小，所以整個(gè)加工過程是在工件的可承受范圍之內(nèi)。結(jié)論本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)了螺紋滾壓裝置，與以往的車螺紋相比，為加工螺紋提高了很高的效率。本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是對螺紋滾壓裝