畢業(yè)設(shè)計-異型管材擠壓模具設(shè)計及工藝仿真分析

1、麗水學院畢業(yè)設(shè)計異型管材擠壓模具設(shè)計及工藝仿真分析二級學院：工程與設(shè)計學院學科專業(yè)：材料成型及控制工程姓名：指導老師：2017年3月第1章緒論1.1引言對鋁型材的擠壓過程進行數(shù)值模擬可以預測實際擠壓過程中可能出現(xiàn)的缺陷，及早優(yōu)化擠壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、調(diào)整擠壓工藝參數(shù)和有針對性的指明技術(shù)解決 方案。國內(nèi)外研究者們對此已做了許多工作。韓國的hyunwooshin等在1993年對非軸對稱擠壓過程進行了有限元分析，他們利用二維剛塑性有限元方法結(jié)合 厚板理論將三維問題進行了簡化,對整個擠壓過程進行了不失準確的數(shù)值模擬, 同時也減少了計算量。對于變形模擬,于滬平等采用塑性成型模擬軟件deform ,結(jié)合剛粘塑

2、性 有限元法函數(shù)法對平面分流模的擠壓變形過程進行了二維模擬，得岀了擠壓過程中鋁合金的應力、應變、溫度以及流動速度等的分布和變化。劉漢武等利用ansys軟件對分流組合模擠壓鋁型材進行了有限元分析和計算,找岀了原模具設(shè)計中不易發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)缺陷。周飛等采用三維剛粘塑性有限元方法，對一典型鋁 型材非等溫成型過程進行了數(shù)值模擬，分析了鋁型材擠壓的三個不同成形階段, 給出了成形各階段的應力、應變和溫度場分布情況以及整個成形過程中模具載荷隨成形時間的變化情況。對于壓力場，閆洪等在2000年利用ansys軟件作為平臺，對壁板型材擠壓過程進行了三維有限元模擬和分析，獲得了型材擠壓過程 的位移場、應變場、應力場。對

3、實際鋁型材擠壓中工藝參數(shù)選擇和模具結(jié)構(gòu)尺寸的修正起到了重要指導 作用。對于擠壓過程的摩擦與潤滑分析，1997年，俄羅斯的vadiml.bereshnoy 等13對摩擦輔助在直接和間接擠壓成型硬質(zhì)鋁合金中的技術(shù)進行了研究。該技 術(shù)的發(fā)展和應用使生產(chǎn)效率和質(zhì)量都得到了大大提高。美國的pradipk.saha14 在1998年對鋁型材擠壓成型中熱動力學和摩擦學進行了研究。他采用熱力學數(shù) 值模擬法構(gòu)造了 3種不同的實驗模型，分析了模具工作帶和流動金屬接觸面上的 摩擦特性,還對坯料溫度和擠壓過程中產(chǎn)生的熱量對模具工作帶所產(chǎn)生的溫升的 影響、并進行了實際測量驗證;研究表明,擠壓過程中的摩擦對鋁型材的精度和

4、表面質(zhì)量有直接影響，模具工作帶的磨損過程取決于擠壓過程中的熱動力學性 能z擠壓熱動力學性能又受到擠壓變量的嚴重影響。在二次開發(fā)方面,國內(nèi)的一些硏究進展也值得關(guān)注。陳澤中、包忠詡等通過 系統(tǒng)集成和二次開發(fā),建立了基于ug和ansys的鋁型材擠壓模 cad/cae/cam系統(tǒng)，并對分流組合模進行了 cad/cae/cam研究，有效提 高了模具設(shè)計制造效率。深圳大學的李積彬用c語言編寫了鋁型材擠壓模具參 數(shù)設(shè)計的程序,以流程圖的形式詳細引導鋁型材擠壓模具的設(shè)計過程;以人機對 話的形式實現(xiàn)鋁型材擠壓模具參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計。蘭州鐵道學院的段志東通過ansys提供的強大的前后處理和求解功能平臺,通過在ansy

5、s應用程序中添加自己的釧釘有限元程序，介紹并總結(jié)了用uidl對ansys進行圖形用戶界面 二次開發(fā)的一般步驟和規(guī)律，鋁型材為用戶在擴充ansys功能、建立自己專用 程序的同時建立起對應的圖形驅(qū)動界面提供了有益的幫助。江蘇戚墅堰機車車輛 工藝研究所的盛偉以ansys軟件為平臺,進行金屬塑性成形過程模擬軟件的二 次開發(fā)，并應用該軟件對鍛件塑性成形過程進行了模擬，為提高鍛件質(zhì)量、預測 金屬成形中的缺陷、制定合理工藝提供了理論依據(jù)。但總的說來,這些硏究多側(cè)重于理論化，一種真正適合普通設(shè)計制造人員使 用的擠壓模有限元分析軟件在國內(nèi)幾乎還沒有。有些二次開發(fā)在具體應用上也有 很大的局限性，所以對現(xiàn)行有限元軟

6、件的用戶化研究，使之能更好的應用于擠壓 模具的設(shè)計就成為當務之急。12擠壓模具的結(jié)構(gòu)形式1、(1)模角q模角a是擠壓模設(shè)計中的一個最基本的參數(shù)，它是指模子的軸線與其工作端面之間所構(gòu) 成的夾角。模角a在擠壓過程中起著十分重要的作用，其大小對擠壓制品的表面品質(zhì)與擠壓力 都有很大影響。平模的模角a等于90。其特點是在擠壓時形成較大的死區(qū)，可阻止鑄錠表 而的雜質(zhì)、缺陷、氧化皮等流到制品的表而上，以獲得良好制品表而。采用平模擠壓時，消 耗的擠壓力較大，模具容易產(chǎn)生變形，使?？鬃冃』蛘邔⒛＞邏簤?。從減少擠壓力、提高模 具使用壽命的角度來看，應使用錐形模。根據(jù)模角a與擠壓力的關(guān)系，當q=45。60。時, 擠

7、壓力11!現(xiàn)最小值，但當a=45。50。吋，由于死區(qū)變小，鑄錠表血的雜質(zhì)和臟物可能被 擠出模孔而惡化制品的表面品質(zhì)。因此，擠壓鋁合金用錐形模的模角一般可取45。65。為了兼顧平面模和錐形模的優(yōu)點，出現(xiàn)了平錐模和雙錐模，如圖431(c)、(e)所示。 雙錐模的模角為：6 60。65。： a2 =10°45。在擠壓鋁合金管材時，為提高擠壓速度, 最好取a2 =10。13。擠壓鋁合金型材多釆用平面模，因其加工比較簡單，錐模主要用來擠壓鋁合金管材。ccc圖8分流橋結(jié)構(gòu)圖圖為：鋁材擠壓模具分流橋設(shè)計示意圖(2) 定徑帶長度h定和直徑d定定徑帶又稱工作帶，是模子中垂直模子工作端面并用以保證擠壓制

8、品的形狀、尺寸和表 而質(zhì)量的區(qū)段。定徑帶直徑d定是模子設(shè)計中的一個重要基本參數(shù)。設(shè)計d定大小的基本原則是：在保證 擠壓出的制品冷卻狀態(tài)下不超出圖紙規(guī)定的制品公差范圍的條件下，盡量延長模具的使用壽 命。影響制品尺寸的因素很多，如溫度、模具材料和被擠壓金屬的材料，制品的形狀和尺寸, 拉伸矯直量以及模具變形情況等，在確泄模具泄徑帶直徑時一般應根據(jù)具體情況著重考慮其 中的一個或兒個影響因素。d定的計算方法將在下文中分別敘述。定徑帶長度晶宦也是模具設(shè)計中的重要基本參數(shù)之一。定徑帶長度h定過短，制品尺寸 難于穩(wěn)定，易產(chǎn)生波紋、橢圓度、壓痕、壓傷等廢品。同時，模子易磨損，會大大降低模具 的使用壽命。定徑帶長

9、度聶常過長時，會增大與金屬的摩擦作用，增大擠壓力，易于粘結(jié)金 屬，使制品的表而出現(xiàn)劃傷、毛刺、麻而、搓衣板型波浪等缺陷。定徑帶長度危害應根據(jù)擠壓機的結(jié)構(gòu)形式（立式或臥式），被擠壓的金屬材料，產(chǎn)品的形 狀和尺寸等因素來確定。不同產(chǎn)品模具工作帶危常的確定方法，將在下文中分別敘述。（3）出口直徑d出或出口喇叭錐模子的出口部分是保證制品能順利通過模子并保證高表而品質(zhì)的重要參數(shù)。若模子出口 直徑d岀過小，則易劃傷制品表面，甚至會引起堵模，但出口直徑d出過大，則會大大削弱 定徑帶的強度，引起定徑帶過早地變形、壓塌、明顯地降低模具的使用壽命。因此，在一般 情況下，出丨1帶尺寸應比定徑帶尺寸大36 mm,對于

10、薄壁管或變外徑管材的模子此值可 適當增大。為了增大模子的強度和延長模具的使用壽命，出口帶可做成喇叭錐。出口喇叭錐 角（從擠壓型材離開定徑帶開始時）可取1。30,10。岀（此值受錐形端銃刀角度的限制）。特別 是對于壁厚小于2nnm而外形十分復雜的型材模子，為了保證模具的強度，必須做成喇叭 出口。有時為了便于加工，也可設(shè)計成階梯形的多級喇叭錐。為了增大定徑帶的抗剪強度，定徑帶與出口帶之間可以20。45。的斜面或以圓角半徑 為1.53 mm的圓弧連接。（4）人口圓角r入模子的入口圓角是指被擠壓金屬進入定徑帶的部分，即模子工作端面與定徑帶形成的端 面角。制作人口圓角r入可防止低塑性合金在擠壓時產(chǎn)生表面

11、裂紋和減少金屬在流入定徑帶 時的非接觸變形，同時也減少在高溫下擠壓時模子棱角的壓塌變形。但是，圓角增大了接觸 摩擦面積，可能引起擠壓力增高。模子入口圓角入值的選取與金屬的強度、擠壓溫度和制品尺寸、模子結(jié)構(gòu)等有關(guān)。擠壓 鋁及其合金時，端而入口角應取銳角，但近來也有些廠家，在平面模人口處做成r入0.2 0.75 mm的入口圓角；在平面分流組合模的入口處做成入0.55 mm的入口圓角。（5）其他結(jié)構(gòu)要素除了上述幾個最基本的結(jié)構(gòu)要素以外，鋁合金擠壓模具設(shè)計結(jié)構(gòu)要素還包括有：阻礙角、 止推角（或促流角）、階段變斷面型材模屮的''料兜、過渡區(qū)、組合模的凸脊結(jié)構(gòu)、分流孔和 焊合的形狀、結(jié)構(gòu)和

12、尺寸以及穿孔針的錐度和過渡形式、模子的外廓形狀和尺寸等，這些要 素的確定原則將在下文中分別詳細論述。1.3擠壓模具的加工方法1.3.1材料的選用冷軋滾珠絲杠的加工首先要選材在選擇材料的過程中,對于輕型絲杠和重型絲杠要有明確的判斷一般大型、重型絲 杠的直徑約為80mm以上，長度在8m以上在軋制的過程中， 重型絲杠會承受巨大的壓力，所以在選材的過程中，要充分考慮 這些因素，認真調(diào)查、檢測、試驗，盡量選用密度高延伸性好、 熱處理過程中收縮性小、硬度好的材料，保證材料的質(zhì)量。1.3.2要選擇正確的參數(shù)在冷軋滾珠絲杠的各項精度指標中，同軸度和徑向圓跳動是兩個 重要的參數(shù)其中，徑向圓跳動主要是通過軸承和螺

13、母安裝的位置 表現(xiàn)出來徑跳公差越小，就說明軸承座與螺母之 間的同軸度越高反之，則越低。另外，在設(shè)計參數(shù)時，保持絲杠的圓柱度和管道直徑的一致 也至關(guān)重要，因為這直接決定著軋制絲杠的轉(zhuǎn)矩。然而，在前滾 珠絲杠的生產(chǎn)中，要使這兩者完全保持一致，幾乎不太可能。因 為舊式的軋制技術(shù)采用的是兩套冷軋設(shè)備相結(jié)合的方式，一套是 可以移動的軋絲模，另一套是固定不變的軋絲模。這種軋制方式有一個弊端，就是在軋絲模的移動過程中，絲杠的中軸線也會隨之移動，從而導致整個中軸線出現(xiàn)誤差。所以 在加工過程中，一般會采用兩套皆可移動的軋絲模，同時引人 cnc技術(shù)、傳感技術(shù)等，減少誤差。1.3.3毛坯磨制和精密軋制由于軋制絲杠的

14、定位是外圓，所以在進行滾軋前，一般會對 毛坯進行加工，這樣可以降低機床的強度，使精坯更符合尺寸, 與此同時，冷軋滾珠絲杠本身要求精度高，所以在軋制的過程中, 一般會對材料、軋制模進行精密的測量，同時對得出的數(shù)據(jù)進行 周密的檢驗分析這樣才能保證在軋制過程中，材料表面不會出現(xiàn) 裂紋等現(xiàn)象，還能夠保證橢圓、三角形弧度圓度的均勻度，另外, 控制好溫升也是整個軋制技術(shù)的重要一環(huán)在軋制的過程中，溫度 過高，會使材料發(fā)生劇烈變形或者彎曲，這就降低了軋制的精確 度通常情況下采用強力冷卻溫控裝置對溫度進行有效控制，在一 定程度上能夠保證絲杠的精準性對滾珠絲杠進行熱處理對滾珠絲杠進行熱處理的目的是為了增加其穩(wěn)定性

15、在熱處 理的過程中，一般會遇到兩個困難，一個是絲杠硬化層的深度難 以掌握，另一個是熱處理過程中絲杠的收縮尺寸難以把握口這就 要求設(shè)計師首先對絲杠的性能有充分地了解，同時對軋制的尺寸 進行預測和計算，確保滾珠絲杠經(jīng)過熱處理后不會變形，保證其 穩(wěn)定性。對絲杠的螺紋和滾道進行拋光螺紋和滾道的拋光是一項精細的工藝一般輕型冷軋滾珠絲 杠有標準的拋光設(shè)備對于大型的絲杠，拋光設(shè)備就需要改裝和加 固一因為其絲杠的滾道通常較深，而且螺紋的螺旋線較長，標準 的拋光設(shè)備帶動有很大困難，拋光效果也不佳所以企業(yè)在加工冷 軋滾珠絲杠時，要選用合適的設(shè)備制造與滾珠絲杠相配套的螺母螺母的制造基本上是整個滾珠絲杠加工的最后一項

16、技術(shù)，其加工主要包括車端面、打中心孔、車內(nèi)孔、車內(nèi)螺紋等等 在加工的過程中，要結(jié)合絲杠的參數(shù)，使螺母的每一項指標都能 夠與絲杠相對應，保證精確度。1.4滾珠絲桿冷軋的發(fā)展前景冷軋滾珠絲杠的發(fā)展前景要研究冷軋滾珠絲杠的發(fā)展前景，首先要了解其優(yōu)點和它當 前的發(fā)展現(xiàn)狀3.1冷軋滾珠絲杠的優(yōu)點1）使用壽命較長、機械化精度和強度高冷軋技術(shù)本身就要求高質(zhì)量的材料，高精度的工藝，冷軋滾珠絲桿也不例外這 就保證了絲杠原始的精度和質(zhì)量經(jīng)過機械冷軋后，滾道面的硬 度、密度、內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)得到強化，之后進行熱處理，使整個滾 輪絲杠的穩(wěn)定性更強這樣的制作的工藝延長了滾珠絲杠的使用 壽命，也能夠提高其質(zhì)量和精度；2）提高

17、了資源利用率傳統(tǒng)的研磨技術(shù)在制作中，或多 或少都會造成鋼材資源的浪費而冷軋滾珠絲杠因其采用的是冷 加工工藝，故而能夠保證軋制過程中鋼材的完整性；3）對環(huán)境污染較少冷軋技術(shù)在使用的過程中，基本上 不會對周圍的環(huán)境造成重大污染，同時也不會產(chǎn)生大量廢物；4）生產(chǎn)效率高研磨滾珠絲杠由于工序繁瑣，所以生產(chǎn) 效率極低，生產(chǎn)周期較長，這些都嚴重影響企業(yè)的銷售和訂單量 相反，冷壓技術(shù)不斷工序較為合理，生產(chǎn)周期大，而且能夠根據(jù) 客戶不同的需求，制造不同型號的產(chǎn)品3.2冷軋滾珠絲杠的發(fā)展現(xiàn)狀冷軋滾珠絲杠是一項綜合性的、高新的技術(shù)，所以在發(fā)達國 家以及科技水平較高的地區(qū)發(fā)展較快中國由于技術(shù)水平和資金 的限制，應用冷

18、軋滾珠絲杠的企業(yè)還不是很多，這是中國滾輪技 術(shù)與發(fā)達國家的差距21世紀到來后，人們普遍意識到環(huán)境保護的重要性，越 來越多的國家開始提倡節(jié)能減排冷軋滾珠絲杠技術(shù)可以說是一 項綠色的高新的生態(tài)的技術(shù)，它順應經(jīng)濟發(fā)展和社會發(fā)展的潮 流，發(fā)展前景自然是可觀的1.5研究內(nèi)容和研究方法結(jié)合實際情況，本文主要研究波形螺紋釬桿的成形工藝和成 形機理，設(shè)計合理的滾絲輪，通過理論分析和仿真模擬，以相對 簡單的技術(shù)條件和較低成本實現(xiàn)用窄滾絲輪滾壓波形螺紋，提高 滾壓成形件的質(zhì)量和使用壽命閻。本課題采用理論分析，結(jié)合數(shù) 值模擬和實驗的方法，主要對以下內(nèi)容進行研究：第2章兩滾絲輪冷軋螺紋工藝2.1成型原理一般的說，可以

19、使用兩種機械加工方法加工機械零件的外螺 紋，分別為滾壓加工和車削加工。滾壓加工螺紋是一種無排屑加 工方法，利用毛坯在低溫冷態(tài)下的可塑性，使毛坯受到滾壓工具 的軋制，而在其表面產(chǎn)生塑性變形，滾壓出對應的螺紋，兩輪滾 壓的示意圖如圖2-1。滾壓法加工較切削法加工相比，有著生產(chǎn) 效率高，節(jié)約原材料，螺紋表面性能較高等優(yōu)點。圖2-1螺紋滾壓示意圖滾壓加工的成型原理是，如圖2-1所示，在滾絲機的兩根主 軸上分別安裝了成對的動靜兩個滾絲輪，工件的螺紋旋向相反， 兩滾絲輪的螺紋旋向相同，比如工件螺紋是左旋，那么兩滾絲輪 螺紋應為右旋。需要保證兩滾絲輪端面在同一平面內(nèi)進行安裝， 螺紋相互錯開0.5個螺距。兩輪

20、旋轉(zhuǎn)方向是相同的，并且有同樣 的旋轉(zhuǎn)速度，其中的動滾絲輪可以徑向進給的，工件放置在兩滾 絲輪之間，可用頂尖的方式或支撐塊定位，通常其軸線高度應比 滾絲輪軸線位置略低，這是為了防止?jié)L壓過程中工件受擠壓而變 形。當動滾絲輪在水平方向上進給直到兩滾絲輪切入工件產(chǎn)生 摩擦時，摩擦力將會使工件旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生塑性變形，并且使其逐漸 受壓形成螺紋，當螺紋尺寸基本成型時，動輪不再進給并保持旋 轉(zhuǎn)，為了對螺紋表面壓實并降低粗糙度，對螺紋廓形修整和滾光, 當螺紋達到要求時，滾絲輪退回，工件便可取下。2.2成型過程螺紋滾軋可以認為是典型壓痕問題的一種特殊情況。國內(nèi)一 些研究人員用滑移線場的方法研究過這種壓入問題，不過這

21、些研 究主要是把滾壓認為是一個單獨的壓入工具壓入一個靜止的平 坦曲面。國外學者把平坦的工件和楔形工具間的滑移在一個上限 模型中綜合考慮來預測力，盡管這種模型是限于分析單獨的v形 凹槽在一個平坦曲面上的情況。他們對一個單獨的楔塊壓入一個 自由面，并且加載一個剪切力的情況提出一種理論分析。盡管這 個模型比較全面的整合了模具運動，但在嚴格意義上它依然無法 表示螺紋滾壓的實際情況。近年計算機技術(shù)的高速發(fā)展為我們帶來了另一種解決問題的 方法，由于計算機結(jié)果的可靠性和高效率，仿真分析廣泛應用于 金屬成型過程。二維模型的金屬冷成形工過程已經(jīng)得到肯定，其 三維模型也在迅速的普及開來。其中有限元模型被大量應用于

22、冷 墩、擠壓和線材拉拔的仿真模擬和分析，但是在螺紋滾壓過程方 面的仿真模擬卻還不多。除了硬度很高的材料之外，常見的大部分螺紋都可以在室溫 下進行滾壓。螺紋可以用滾絲輪、搓絲板、以及行星式滾絲機成 形。在上述三種形式中，螺紋在圓錐形或者圓柱的毛坯表面上成 形，毛坯則在一對高強度模具之間旋轉(zhuǎn)。2.2.1成型中材料的體積分配螺紋的成型過程指由滾壓工具螺紋擠出的坯件金屬重新分 配的結(jié)果。如圖22所示，mn直線為滾軋初始的邊界線，滾軋 開始時，滾絲輪的頂點b在mn上，軋制過程中滾絲輪的齒頂牙 形首先進入滾壓，擠入坯料內(nèi)部，擠出的金屬沿滾壓工具螺紋齒 頂邊緣形成局部凸起，咬入的材料流入滾絲輪牙底，隨著滾壓

23、過 程的進行，最后滾絲輪的牙底被填滿，根據(jù)塑形成形體積不變原 理，咬入坯料的面積abc (vi)等于流入滾絲輪牙底的面積cde (v2)o卻絲輪圖2-2滾壓過程體積分配圖2.2.2絲桿螺紋成型的四個階段滾壓過程中，當滾絲輪的進給量s 定時，滾絲輪相對于工件的壓下量z(單個滾絲輪滾過工件一次，工件半徑的減小量)是 不斷變化的，我們根據(jù)滾壓過程中滾絲輪壓下量的不同將滾壓過 程分為楔入、穩(wěn)定滾壓、成形和精整四個階段，如圖2-3所示。第一階段為楔入階段，如圖2-3a所示，從開始直到工件轉(zhuǎn)過0.5圈，每個滾絲輪在工件的圓柱面上滾過0.5圈，而另一個 滾絲輪并未到達前一個滾絲輪經(jīng)過的位置，滾絲輪齒頂與工件

24、的 接觸點6按照阿基米德螺線軌跡，將工件滾出由淺入深的v型槽。圖2-3a螺紋滾壓的第一階段(2-1)圖中1, 2分別表示2個滾絲輪齒頂與工件接觸點形成的曲 線，2個滾絲輪的壓下量z從零穩(wěn)定增加到s/2,接觸點曲線的軌 跡線可以用下式表示對線 1 p i=r077 6 w式中，w工件的角速度，rad/s；r0工件的初始半徑，mm；vr滾絲輪的徑向進給速度，mm/s ；第二階段是穩(wěn)定滾壓階段，如圖2-3b,從上一階段結(jié)束到滾絲輪徑向進給達到預定值，整個過程壓下量為s/2,成為一定值。由于工件的接觸面積和加工硬化不斷增加，滾壓力也不斷增加, 因此這也是螺紋成形的重要階段。這個階段工件轉(zhuǎn)過的圈數(shù)為:m

25、=vr12 (圈)式中:s總一螺紋滾壓完成所需滾絲輪的總進給量 同樣，線1,2的軌跡線為線:l p i=r0_"j 8, 0 (兀，乎s 總) wv線 2 p i=r0 (8 n )ww0(2 n , & s 總vr(2-2)圖2-3b螺紋滾壓的第二階段第三階段為預精整階段，如圖2-3c所示，滾絲輪己完成預定行程，不再進給，這一階段的軌跡線為線 1 p i=r0s, (乎s 總, vrwvr(2-3)p 2=ro s ,w0( 7" .s 總+ nvrw.s 總 + 2 h )vr1圖2-3c螺紋滾壓的第三階段第四階段為精整階段，理論上滾絲輪的進給量和壓下量都為零，

26、但實際上工件還存在不圓度需要進行壓下精整，因此還存在 少量的無法預期的壓下量。最后的精整階段可以使工件表面的粗 糙度降低，有利于形成較高的零件最終的表面質(zhì)量。2.2.3成型時的旋轉(zhuǎn)如圖2-4所示，滾壓時工件主要受到兩個力的作用:徑向滾壓 力p和摩擦力tt是有p作用引起的，其大小為:t=kp , k是計 算系數(shù)，由于螺紋加工接觸面不總是平面，k并不等于摩擦系數(shù)。 根據(jù)力學知識，可以推出工件旋轉(zhuǎn)條件就是t力引起的扭矩大于 p力引起的扭矩，表達式為：mymp(2-4)zdl+d/d圖2-4滾壓時工件受力情況根據(jù)上述分析，我們可以發(fā)現(xiàn)影響工件旋轉(zhuǎn)的幾個因素，第 一，前面滾壓理論介紹的滾絲輪直徑越大，滾

27、壓越平穩(wěn)越容易進 行，在式中的表現(xiàn)是軋轆直徑與工件直徑之比d/d值越大，旋轉(zhuǎn) 條件越好，但這個值超過5至6時，影響不再顯著。第二，k值 越大，旋轉(zhuǎn)條件越容易滿足，但事實上，k值是受齒形影響要小 于摩擦系數(shù)的一個值，它的增大導致摩擦的增大，工件軋制時容 易產(chǎn)生毛刺。第三，z/d的增大也會導致旋轉(zhuǎn)條件的劣化。2.2.4絲桿冷軋的旋轉(zhuǎn)條件絲桿滾壓時是旋轉(zhuǎn)與軸向進給同時進行的，因此，圖2-4只 是描述某一瞬間的受力情況，絲桿滾壓的情況要更復雜，由于工 件相對于滾絲輪不斷前進，二者之間的作用力不是穩(wěn)定連續(xù)的， 而是處于波動狀態(tài)。絲桿軋制時不斷有新的部分進入軋制狀態(tài)，因此，滿足式2-3的旋轉(zhuǎn)條件就能實現(xiàn)絲

28、桿的旋轉(zhuǎn)條件軋制過程中要注意軸向進給和旋轉(zhuǎn)要配合良好，否則，引起工件與滾絲輪之間力的波動會產(chǎn)生亂齒的現(xiàn)象發(fā)生。2.2.5工件的變形情況根據(jù)塑性力學原理，滾絲輪在滾壓過程中，工件受滾壓力作 用，內(nèi)部產(chǎn)牛應力。工件圓環(huán)先是發(fā)牛彈性變形，當各應力方程 滿足一定條件時：f（0】、。2、0 3），材料進入塑性狀態(tài)，圓環(huán)局部或整體發(fā)生塑性變形。而這有可能造成螺紋件的失效，會 發(fā)生出現(xiàn)被壓扁、裂紋或其他不規(guī)則形狀，或者不圓度超出允許 公差范圍等情況。為了避免零件滾壓失效，我們要對空心件能否 承受滾壓力進行校核，也就是判斷它的可滾壓性。工件兩滾絲輪滾壓時的受力示意圖，可以研究工件的變形情況。屈雷斯加屈服準則是

29、這樣判斷屈服條件的，當這一微單元體 的最大切應力達到一定值時，材料進入屈服狀態(tài)，即：式中，。1一最大主應力；0 3最小主應力；os材料的屈服強度根據(jù)上式可以求出危險點的應力狀態(tài)，這也是判斷空心件能 否滾壓加工的強度條件。如圖2-5所示，塑性變形最早出現(xiàn)在接 觸點u、2',當1, 2點也達到屈服極限時，截面1u、22'形成局 部的塑性變形。而當截面33，、40也發(fā)生塑性變形時，圓環(huán)也就 產(chǎn)牛整體塑性變形，這時容易導致圓環(huán)形狀不規(guī)則，滾壓不能繼 續(xù)進行。圖2-5塑性變形圓環(huán)的應力狀態(tài)2.3連續(xù)滾壓長螺紋的方法軸向進給滾壓方法在z28-80滾絲機上，如果不采用軸向進給的滾壓方法，滾壓

30、 螺紋的長度就受到滾絲輪長度的限制，為了克服機床性能或滾絲 輪寬度的限制而不能滾壓長螺紋的困難，設(shè)計滾絲輪，使其中徑 處的螺旋升角與被滾壓螺紋中徑處的螺旋升角不相等，從而當滾 絲輪中徑圓柱與被滾壓螺紋中徑圓柱作純滾動時，滾絲輪與被滾 壓工件就會產(chǎn)生軸向運動的原理來實現(xiàn)。圖2-6a表示滾絲輪齒頂處的螺紋升角t滾與被滾壓螺紋毛坯 外圓處的螺紋升角t饗相等，滾絲輪與零件做純滾動，零件轉(zhuǎn)過,接觸點a在滾絲輪上沿螺旋線移至點b。滾絲輪運動的軸向距離lah=兀 dotant 滾其中do為被滾壓螺紋毛坯直徑被滾壓螺紋上，接觸點a沿螺旋線移至點c,移動的軸向距離為lah= 11 dotant 滾因此a圖所示情

31、況滾絲輪與被滾壓工件沒有軸向的相對運動。 同理，圖2-6b所示情況，其中被滾壓工件轉(zhuǎn)動一圈時滾絲輪的 軸向移動距離為lah=兀 dotant 滾此時，被滾壓工件上接觸點的軸向移動距離lah= 71 dotant 滾由于此時假定滾絲輪的螺紋升角與被滾壓工件的螺紋 升角t/不相等，因此滾絲輪與被滾壓工件做純滾動時，二者 有相對軸向運動。a）有普通方法滾壓螺紋 b）軸向進給法滾壓螺紋圖2-6滾絲綸滾壓螺紋的示意圖實際當中滾絲輪中徑由于滾絲輪內(nèi)孔、強度、機床及制造等 原因都比工件大幾個整數(shù)倍，因此滾絲輪大多都做成多頭的（也 有頭數(shù)相等的）。實踐證明，滾絲輪直徑越大，滾壓越平穩(wěn)、操 作方便，使用壽命長。

32、但要受到滾絲機允許極限尺寸的限制。 2.4軸向進給滾壓方法時滾絲輪的選擇和設(shè)計采用軸向進給的滾壓方法時，設(shè)計滾絲輪要遵循一些依據(jù)， 比如要考慮滾絲機的型號（兩主軸中心距可調(diào)極限尺寸、軸徑尺 寸、鍵寬配合尺寸等）;螺紋種類、公稱尺寸、螺距及精度要求; 工作螺紋部分的長度。此外，滾絲輪要滿足以下條件才能生產(chǎn)出 符合要求的螺紋形狀。首先，我們是采用被滾壓螺紋中徑處的螺紋升角t饗與滾絲 輪中徑處的螺紋升角t滾不相等的原理來實現(xiàn)滾壓時的軸向進給 的，丫滾可以大于丫零，也可以小于丫零，但前提是滾絲輪的螺距 必須與被滾壓零件的螺距相等其次，滾絲輪的寬度l應滿足下列不等式要求：l22d其中，d為被滾壓螺紋的公

33、稱直徑。第三，被滾壓螺紋零件每轉(zhuǎn)的軸向位移量厶丨冬應滿足下列不 等式： i 大> i i 零 | > i 小其中，厶丨大一一在螺紋滾壓過程中，被滾壓零件每轉(zhuǎn)軸向位 移量的最大允許值，一般取a i =0. 5t, t為螺距； 4一一滾壓螺紋時，被滾壓零件與滾絲輪的相對位移量， i零二nc）2 （tan t零一tan t滾），d?為被滾壓螺紋中經(jīng)；a i小一一被滾壓零件每轉(zhuǎn)軸向位移量的最小允許值，i-la 1 /j'=tnu式中，i一被滾壓螺紋長度，mm;l實驗用滾絲輪的寬度，mm;t滾絲機的最大的滾壓時間，min;n-滾絲輪每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，轉(zhuǎn)/分；u-滾絲輪螺紋中徑d2與被滾壓螺

34、紋中徑d2的比值， 即 u=d2/d2.理論上講，丨大可接近被滾壓螺紋的螺距，但零件每轉(zhuǎn)的軸 向位移量大的話，雖然滾壓效率提高，但會使被加工零件的螺紋 升角發(fā)生畸變，滾絲輪的耐用度降低。被滾壓零件材料的硬度較 低的情況下，其每轉(zhuǎn)位移量 i大可取較大值;被滾壓材料較硬時, 其每轉(zhuǎn)位移量丨大應取較小值。2.5螺紋滾壓參數(shù)的選擇合理的選擇螺紋滾壓參數(shù)是滾壓出合格螺紋以及保障滾絲 輪壽命的重要前提，螺紋滾壓過程中的滾壓參數(shù)包括滾壓力p、 滾壓速度v和滾壓時間to滾壓參數(shù)的選擇要綜合考慮到滾壓螺 紋的尺寸要素以及滾壓材料的機械性能。滾壓參數(shù)選取的合適， 不僅可以使?jié)L壓設(shè)備得以可靠、持久、穩(wěn)定的運行，提高

35、滾絲工 具的耐用度，還會使?jié)L壓螺紋的精密性得到保證。2.5.1滾壓壓力的選擇滾壓壓力是螺紋滾壓很重要的一個參數(shù)，滾壓壓力是設(shè)計、 選用滾壓機床與裝置的依據(jù)，同時對滾壓齒形的精度、滾壓生產(chǎn) 率、滾絲輪的壽命以及形成齒形的持續(xù)時間都有關(guān)系。螺紋冷滾 壓是塑性成形，滾壓壓力迫使坯件材料產(chǎn)生塑性變形，從而成形 出螺紋形狀，選擇適當?shù)膲毫?，不僅可以使生產(chǎn)效率得以提高， 滾絲輪的使用壽命也不會縮短。而滾壓力選擇不當將直接、嚴重 的影響螺紋的成型效果。如圖2-7所示，螺紋滾壓加工是局部的變形，很難求得所需 準確的壓力值。滾壓過程中，在回轉(zhuǎn)的坯件半徑方向施加壓力時, 若假定在回轉(zhuǎn)向沒有材料的流動，即可把變形考

36、慮為二次元的變 形，于是可以用解析法求解螺紋的滾壓壓力。圖2-7滾絲綸滾壓螺紋下面介紹一種日本有關(guān)資料介紹的滾壓過程中滾壓壓力的 理論計算公式。坯件變形首先由滾絲輪擠壓開始，被滾絲輪擠壓 而排擠出的材料逐漸向滾絲輪牙底的方向流動，產(chǎn)生凸起，所以 在yz平面上abcod位置的滾絲輪，在前半轉(zhuǎn)與另一個轉(zhuǎn)向的滾 絲輪形成a，b* c* o' d，接觸，這一瞬間的接觸面積投影在圖2-8a 的xoy平面上，如圖28b圖實線圖所示。叨圖2-8螺紋的滾壓過程假定沒有x方向的變形，接觸面積的投影圖可以近似認為是 邊長分別為2和瓜的長方形，如果工具和坯件的接觸長度0c 的值為i,那么：z 二 isi 巧

37、瓜可由幾何關(guān)系求的，考慮到d2d22y,加工初期坯件沒 有扁平化的理論接觸時，瓜可近似表達為：一 x=2 d°s式中，do坯件直徑，mm;s工件每轉(zhuǎn)進給量，mm。滾壓終了時，當坯料在壓力作用下鑄件扁平化，此時是平面接觸 的情況，坯件的形狀指數(shù)改變，此時有：,1x=2 d2s如果v表示螺紋牙數(shù)的值，那么在xz平面瞬間的全部接觸面積 a為：a= xo* z*2v=2 xo*lsin號然后根據(jù)在yz平面上由擠壓被排除面積和凸起的面積相等而求 出：l/h=l vl-2 (y/h) seca/2式中，y-滾壓中總進刀量，mmo因為是二次元變形，如圖2-9所示在yz平面上，可以表示出 作用在螺紋

38、齒側(cè)面的垂直應力p。、半徑應力。以及螺紋面的凸 起方向的摩擦力mk,其中，半徑應力j與垂直應力p。成直角， 形成以螺紋頂角為中心的扇形，摩擦力mk,m是一個系數(shù)，其值 介于0與1之間，k是螺紋橫截面上的屈服應力。圖2-9作用在螺紋牙型上的力假定以上值為常數(shù)，則可求出初等解：ap0/2k=mctg lin(z/zr)+l全部滾壓力po為：p0k=k*h* xo*va式中，k=- (m+2t巧 +1) ln(l-(l/h)cosa/2)除了公式以外，還有列線圖可以求解兩個滾絲輪螺紋時接近 時的滾壓壓力，已知螺距，材料屈服應力，坯件長度即可查出公 制螺紋或者梯形螺紋分別對應的滾壓壓力。另外，根據(jù)日本

39、學者 的研究，滾壓壓力與滾壓時間之間存在著聯(lián)系，在s20c碳鋼的 坯件材料液壓滾制各種尺寸螺釘?shù)脑囼炛校弑憩F(xiàn)出隨著滾壓 時間的增大，滾壓壓力隨之遞減的關(guān)系。實際當中，由于批件材料的不均勻性，滾壓螺紋的過程中材 料性質(zhì)也會發(fā)生變化，以及其他的影響因素，理論計算公式與實 際壓力之間存在誤差。但為了掌握和及時調(diào)整滾壓過程，提高工 件的成型質(zhì)量，通過分析計算事先求出滾壓壓力的大小是必須 得，公式所求的值應在實驗當中驗證、分析實驗結(jié)果進一步驗證 其理論公式的可靠性。在實驗操作中，為了調(diào)整方便，不僅需要知道總滾壓力，還 須知道機床液壓系統(tǒng)的工作壓力，從而可以直接在壓力表上觀察 壓力的變化。對我們試驗用

40、的z28-80型滾絲機，結(jié)合上述口本 和蘇聯(lián)公式的計算方法可由下式計算壓力：po=o.49lop1-2(hrc)o7do3(mpa)其中l(wèi)o滾壓長度，mm;p滾壓時坯件的變形阻力，mpa2.5.2滾壓速度的選擇在用滾絲輪加工螺紋的過程中，滾壓速度包括滾絲輪的圓周 速度v以及徑向進給速度，而徑向進給速度又取決于整個滾壓過 程滾絲輪的進給量s和滾壓時間to滾壓速度是一個關(guān)鍵參數(shù)， 直接影響螺紋成型效果，它的選取適當與否，決定了坯料的變形 程度和表現(xiàn)速度是否合理。理論上，滾絲輪的圓周速度v遵循等式：ddiv= i « i * = i 01式中，d滾絲輪外徑，mm;3 滾絲輪角速度,rad/

41、s;3 °坯件角速度,rad/s;ch紋內(nèi)徑，mm上式是理想狀態(tài)下，事實上，滾壓過程中滾絲輪與坯料 之間存在打滑,坯件的圓周速度小于滾絲輪的圓周速度,所以: vo= h *v式中，n打滑系數(shù)，一般取0.850.95.實際當中要選取合適的圓周速度或者轉(zhuǎn)速，要考慮到不同材料的物理、機械性能，被滾壓螺紋的幾何參數(shù)和精度要求。選定了滾絲輪速度后，即可計算出滾絲機主軸轉(zhuǎn)速：n=1000 o式中，v滾絲輪圓周速度，mm/min;d一滾絲輪外徑，mm。2.5.3滾壓進給量s的選擇滾壓進給量s是指坯件每轉(zhuǎn)滾絲輪對坯件的徑向進給深度，它的 選取，要綜合考慮到生產(chǎn)率、工件質(zhì)量、機床負荷以及滾絲輪的 耐用

42、性等因素。以上因素是相互制約的，如果加大工件每轉(zhuǎn)的進 給量，生產(chǎn)率得以提高的同時，發(fā)熱也會增加，有可能導致螺紋 圓度誤差增加。并且，坯料材料的硬度較高時，會加劇滾絲輪的 磨損，降到使用壽命。進給量與坯件轉(zhuǎn)速有關(guān)，在保證工具壽命 和螺紋精度的前提下，可以提高滾絲輪轉(zhuǎn)速，以提高生產(chǎn)效率。 因此，在注重生產(chǎn)經(jīng)濟效率的時候，又要估計傳動原件的扭矩負 荷，從而確定進給量的大小。在實驗過程中，進給量要選取適當，過大會使坯件變形劇烈, 內(nèi)部出現(xiàn)裂紋，過小又影響生產(chǎn)效率。其最優(yōu)值可以由下式近似 確定：式中，f摩擦系數(shù)；p-單位滾壓力，mpa,公制螺紋，p二（2.5 3）0??；e材料彈性模量。動滾絲輪安裝在機床

43、活動頭上，活動頭的移動速度v7可按下式 求得：=v式中，v滾絲輪的圓周速度，m/min;w滾絲輪徑向進給速度；坯件直徑,mm增大滾絲輪圓周周速度和徑向進給量，會使變形程度加劇， 引起大的金屬表層的切向位移，造成螺紋外層的剝離。增加圓周 周速度且同時減少滾絲輪進給速度，能減少金屬表層的切向位 移。此時金屬變形比較均勻，不會發(fā)生金屬粘在滾絲輪上。常用 材料的推薦進給速度值表2-lo表2j常用材料的滾壓進給速度（mm/s）材料滾壓進給量/mm鋁688.0黃銅305.0低碳鋼2035高碳鋼0917表常用材料的滾壓進給速度（mm/s）考慮到材料的機械特性，對于軟材料（o i<245. 3mpa和相

44、對延 伸率大于0. 16）以及空心件，進給量要相應減小為原來的0. 40, 5,另外，螺距不同，滾壓螺紋的進給量也要調(diào)整。通常對于機 車舟的優(yōu)質(zhì)螺紋，推薦采舟進給量s為0.0250.030mm/ro 2.5.4輻壓時間t的選擇冷滾壓螺紋的每個工作循環(huán)包括絲個部分:首先，滾絲輪靠 近坯件表面，其次，滾絲輪繼續(xù)徑向進給以較慢速度壓入坯料; 然后停止進給，對螺紋形狀進行精整;最后，滾絲輪快退至起始 位置，零件取出。因此，每個循環(huán)的滾壓時間可以由下式表示：t=t b+t k+t n式中，tb螺紋成型時間，s;tk螺紋精整時間，s;tn滾絲輪靠近及退回時間（空行程時間），so螺紋成型所需時間tb可以計算

45、得岀:宀（min）式中，h螺紋齒高，mm;坯件直徑，mm;s滾絲輪徑向進給量，mm/r;d滾絲輪外徑；n主軸轉(zhuǎn)速，r/min螺紋成型后還需要進一步精整，可以提高螺紋精度和表面質(zhì) 量，減小殘余應力。精整時間tk的大小，取決于坯件的直徑、 材料的機械性能以及螺紋精度要求。壓出和精整螺紋的總時間可 以表示為：式中，k-精整時間的影響系數(shù)，與螺紋中徑公差間的關(guān)系由查 表得?？招谐虝r間兀取決于滾絲輪外徑與坯件表面之間的距離，一 般取為 0.020.04min。在實際牛產(chǎn)過程中，先根據(jù)材料的機械性能和被滾壓螺紋的 螺距、直徑來確定滾壓速度，要確保足夠保證精度要求的最小滾 壓力，然后通過實驗確定徑向進給速度

46、，從而得出保證螺紋質(zhì)量 的最短時間。除了上述三個時間部分外，還存在著停歇時間的問 題，就是工具在退刀位置的停留時間，這段時間要把成型零件取 出，換上新的坯件。停歇時間對生產(chǎn)效率也有著較大影響。2.6本章小節(jié)第3章滾珠絲桿冷滾軋模具設(shè)計3.1滾絲綸的材料滾絲輪在滾壓螺紋的過程中要承受超過2000mpa的單位壓 力，因此對材料的性能有很高要求，不僅要有通常模具材料的高 硬度、高韌性、高強度以及高耐磨度，還要耐熱，在發(fā)熱時有高 的抗塑性變形能力。本文實驗采用的滾絲輪材料為crl2mov,是制造滾壓工具時 廣泛采用的一種高珞工具鋼，比中合金鋼和高碳鋼具有更高強 度，還具有高淬透性的特點。在真空淬火熱處

47、理后使?jié)L壓工具的 強度和耐磨度進一步提高，crl2mov還具有晶粒小，熱處理變形 小的優(yōu)點，確保了滾壓工具的精度。為了降低滾壓工具鋼中碳化物不均勻性的缺點，提高滾壓工 具的壽命，實驗采用鍛造鋼件作為滾壓工具的坯料。鍛造過程中, 材料中多余的粗大的碳化物以及萊氏體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)會破碎，這就使金屬組織分布更加均勻。3.2滾絲綸的設(shè)計依據(jù)和基本要素如圖3-1所示，滾絲輪的幾何尺寸有滾絲輪外徑d,滾絲輪 的中徑d2，滾絲輪的內(nèi)孔直徑d,滾絲輪鍵槽寬度b,滾絲輪的 寬度b,螺距p,牙型角a,螺牙上齒高,下齒高h2,齒頂圓弧 r,滾絲輪頭數(shù)z,螺紋導程t。圖3-1滾絲綸的結(jié)構(gòu)要素滾絲輪的設(shè)計依據(jù)主要是被加工螺紋

48、的尺寸和精度要求，以及滾 絲機的型號。3.3滾壓法加工的可行性圖3-2和圖3-4分別為本文工件和螺紋尺寸示意圖。材料為 45號鋼，由于該工件為空心件，故必須對其進行驗算，以了解 其是否適合釆用該方法進行加工。帶孔的零件在滾壓過程中承受 著很大的徑向壓力，如果超過坯件的強度負荷，會使?jié)L壓后的螺 紋中徑橢圓度產(chǎn)生較大誤差，甚至不能形成完整牙型，因此，進 行強度校核是很有必要的。/7/7/)11 1v777777777777777777777.1100. . j1圖3-2工件示意圖根據(jù)材料力學理論，滾壓螺紋時，滾壓壓力在零件內(nèi)部的應 力or,不應超過該零件的彈性極限。在這里，允許中徑和外徑有 少許橢

49、圓的前提下，可以用該材料的屈服極限代替彈性極限，空 心薄壁零件可以進行滾壓加工的強度條件也就是：° w ° r屈服or屈服可以從資料中查取，or是由滾壓壓力引起的，可以通 過計算求得。如圖3-4,零件在滾壓時，兩滾絲輪施加給坯件的 力p在a, d兩點處引起最大值的壓縮應力，b, c處為最大值的拉 伸應力，這四點處也就是我們要校核的危險點，假設(shè)a,b,c,d各 點的應力值分別為o a、ob、0 c> od,根據(jù)理論力學知識可以 求出：m(r-r)° a"° 尸 srim (r2-r)° 尸 °。一式中，ri零件外徑，mm

50、r2零件內(nèi)徑，mm;r中性層曲率半徑，mm；h r1-r2rlnri/r2 lnri/r2s-圓環(huán)軸向截面面積對中性軸的靜矩(mm3)s=f(r0-r)其中，f=(r1-r2)l；(r1-r2 )m作用在圓環(huán)上通過點a與b和點c與d之軸向截面上的彎矩，m=-o.318pro( kg * mm, p可以根據(jù)材料查表獲得。圖滾壓時零件受力示意圖如果批件材料的拉伸屈服極限和壓縮屈服極限相等，那么只 要點b和點c兩處的正應力值o b和。c。不大于批件材料的屈服 極限，坯件就不會產(chǎn)生超出允許范圍的塑性變形。因此空心薄壁 零件能否進行滾壓加工的驗算公式為：m (r2-r),sr2w o b其中；m二o.3

51、：l8pro,45 鋼的 j為 34kg/mm2而 p=0. 9lt12 (hrc) °-7d0-3, 或查表可知 p=230kgro丄(ri+r2) =i (10+16)二 13mm則：m=o318pro=o3：l8 x 230 x 13=-950.82kg/mm而r=12.765mmr廣r2 _ 16-10 _6lnri/r2 =lniq/10=047s=f(r0-r),其中 f二(ri-r2) *l= (16-10) *100=600mm2-950. 82*(10-12. 765)141*10=1. 8kg/mm2 < 34kg/mm2故該工件可采用滾壓法進行加工。乂經(jīng)計

52、算，該形狀工件的最短加工長度為5.48mmo3.4滾絲綸的設(shè)計螺紋尺寸如3-5所示。圖34樣件螺紋尺寸圖(1) 預選零。按不等式大i 零i預選被滾壓零件每轉(zhuǎn)軸向位移量ai大二05t； t為螺距，則a|=0.5t=0.5x10=5mm,取a | 零二 1.2mma i零為用所選擇的滾絲綸滾壓螺紋時，被滾壓零件與滾絲綸的相 對軸向位移 i零二肌ch （tan t零-tan兀滾）,為被滾壓螺紋中徑, 且經(jīng)計算得d2=27.95mm（滾珠絲桿螺紋沒有中徑，氏?。╠+dj（2）確定滾絲綸螺紋中徑處的螺紋升角t滾t_ a |零10_l. 2ot =arctant =arctan25.51=6- 2716（

53、3）驗算m零是否滿足下列不等式：a i 大> | a i 零 |> a i 小t a | 大=5mma | 零=1.2mml-l 200-96a 1 小韋u =1*25*4=1-04滿足不等式（4）中徑d2和頭數(shù)z中徑和頭數(shù)是滾絲輪各要素中主要的兩項，如果選擇不適 當，會影響到模具壽命和零件加工精度，甚至加工過程中亂扣。 由于存在內(nèi)孔，并考慮到強度、機床及制造原因，滾絲輪中徑要 比工件中徑大好幾倍，也就是說滾絲輪必須做成多頭的。根據(jù)實 踐，頭數(shù)越多，滾壓越平穩(wěn)，滾絲輪壽命也越高。頭數(shù)只能取整 數(shù)，最大直徑受機床允許條件的限制td2zpd2°2= | al-p | = i

54、al-p ip2z27.95*108.8=31.76取z二4所以:d2=127.05mm需要說明的是，這里計算出的中徑尺寸，不必另加修磨量。這是 因為加了修磨量之后，滾壓工件時會產(chǎn)生軸向跳動，不利于滾絲 輪的使舟。(5) 滾絲輪外徑hi二竝(d2-di)=1/2 (31.6-28.1) =3.05mmd=d2+2h!=135.0+1.75 x 2=133.15mm(6) 滾絲綸倒角甲與f屮二5。, f=5(7) 導程tt 二p*z 二4*10 二40mni(8) 滾絲綸的寬度l23d+2f,取 l= 100mm(9) 滾絲綸的孔徑鍵槽尺寸根據(jù)z28-80型機床選取內(nèi)孔 d=54+0'&

55、#176; mm鍵槽 b二 12蠶，h=57. 574mm設(shè)計出的滾絲綸如圖3-5所示圖35滾絲綸設(shè)計尺寸圖3.5采用軸向進給滾壓時滾絲機的調(diào)整采用軸向進給的滾壓方法時，滾絲機的調(diào)整有些地方與普通滾壓時不同，下面對軸向進給滾壓時對滾絲機調(diào)整方法做一些介 紹。3.5.1支片的選擇選擇支片時要根據(jù)所用的對刀方法，本文采用的支片結(jié)構(gòu)如 圖3-6所示，這種高度可調(diào)，頂部放置工件的部位鑲有硬質(zhì)合金, 提高耐磨性。支片的這種結(jié)構(gòu)設(shè)計能保證滾壓時支片的工作部分 與滾絲輪保持合理的軸向相對位置。支片的高度h和頂部工作部分的最大寬度b用下式確定：h=h-0.5dzb=d-2.5t式中，h支片底座與滾輪中心之間距

56、離，mm;cf 與滾絲輪螺紋升角相同的螺紋的公稱直徑，mm;t螺紋螺距，mmo圖3-6支片結(jié)構(gòu)3.5.2滾絲機調(diào)整過程采用試滾對刀法時，首先安裝上滾絲輪，把支片固定在底座上，調(diào)整它們之間的軸向位置，使二者端面大體齊平;調(diào)整兩輪 中心距和主動輪的進給行程;安裝支片時注意工作部分的后端面 不要超過滾絲輪后端的完整齒部分，否則，滾壓好的螺紋會被擠 傷。試滾調(diào)整完畢后，即可選擇滾壓用量并進行試加工。3.6本章小結(jié)本章介紹了滾絲輪的選材、設(shè)計方法以及支片的選擇，并設(shè) 計出了加工本文的波形螺紋釬桿的滾絲輪，由于釬桿波形螺紋螺 牙較淺，螺距很大，相應的，會給制造滾絲輪帶來一些困難。在 設(shè)計滾絲輪時，可以不必規(guī)定滾絲輪螺紋中徑的制造公差，因為 制造時出現(xiàn)一些偏差也不會對被加工螺紋的精度有很大影響。但 要注意的時，兩滾絲輪螺紋中徑的尺寸不能差別太大，否則會導 致兩滾絲輪的圓周速度有差別，引起工件加工時跳動，牙型畸變。第4章螺紋滾壓過程的有限元模擬4.1有限元理論簡介金屬成形時可分為兩種不同的材料模型:剛塑性材料和彈塑 性材料。在體積變形時，金屬材料發(fā)生的塑性變形較大時，彈性 變形在總變形中占的部分少，這時可以忽略彈性變形，只考慮塑 性變形的部分，這種材料模型就是剛塑性材料模型。