一般管螺纹滚压装置的设计、仿真及受力分析——毕业设计论文

1、 毕业设计说明书题 目：一般管螺纹滚压装置的设计、仿真及受力分析学 号：姓 名：班 级：专 业：机械设计制造及其自动化指导教师：学 院：机械工程学院答辩日期：2011年5月 9日摘 要本次课题是对螺纹滚压头的设计，仿真及受力分析。主要做了如下任务：用cad绘制螺纹滚压头的装配图及各个零件图，运用ug绘制螺纹滚压头的零件和装配三维模型。用deform-3d软件对整个装置的运动进行仿真受力分析。对主要零件进行工艺规程的设计。关键词：螺纹；工艺；滚压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 录第1章 绪论41.1设计的背景和意义41.2设计的内容和思路51.3解决的主要问题5第2章 螺纹滚压头的总体设计方案5第3章 主要零件设计63.1 ug软件介绍63.2 主要零件的设计7第4章 主要零件的加工工艺规程104.1主盘加工工艺104.2主盘连杆加工工艺194.3装配后加工工艺22第5章 deform-3d仿真及受力分析235.1 deform-3d软件简介235.2 仿真受力分析25结论30参考文献31致 谢3

4、3第1章 绪论1.1设计的背景和意义在世界范围内，绝大多数应用于消费者和工业部门的产品使用紧固件。据估计， 在一个工艺制成品中，紧固件的价格至少占到产品总价格的百分之一。汽车工业是最大的紧固件使用者具有代表性的家用轿车中，大约有2800到3100个紧固件被使用。然而塑料紧固件只能使用在连接力比较小的地方，因此大多数的紧固件是用合金和金属做成的，其中外螺纹紧固件中有超过90%的产品为滚压成形。螺纹件是机械制造行业中的关键传动联接零部件其制造工艺水平和产品质量直接影响各类机械产品的总成质量。随着国内外航空、航天、汽车及械工业的迅速发展，各类螺纹零件的需求量日益增加。根据报告：1998年至2004年

5、期间，美国紧固件需求量从1998年的92亿美元提升到112亿美元，是最大的紧固件消费国；其次是欧洲， 主要是西欧，从1998年的83亿美元一直提升到117亿美元；第三就是中国，从1998 年的20亿美元提升到2004年37亿美元。在未来的几年中，中国的紧固件消费还会继续增长，每年将增长12.4%和亚洲其它国家增长率8.5%相比，中国紧固件需求的增长在全世界排行榜列第一名。螺纹成形是一种非线性大变形过程，受力情况比较复杂，以及滚压过程中许多因素的不确定性，对于螺纹的冷滚压加工，尤其是对螺纹冷滚压参数的确定。由于各种各样误差因素的存在，有时滚压螺纹零件会产生某种缺陷，甚至会产生废品。为了得出各种参

6、数对滚压螺纹质量的影响，并为冷滚压工艺提供最佳参数，必须分析其产生缺陷的原因来找到解决问题的方法。从而能够有效地指导生产实践，促进冷滚压成形设备和成形技术的推广和应用。通过本次毕业设计，得到如下锻炼： 1）通过绘制装置的装配图和非标零件图，提高了一般机械装置的设计能力。 2）运用机械制造基础、机械设计及其它有关课程的知识基础，在编制装置的主要零件加工工艺规程中，进一步提高了编制零件加工工艺的能力。 3）借助于相关计算机软件，建立三维图形及数模，并进行运动仿真及受力分析，便于装置的装配与调试，加强了对cad/cam应用软件的熟练使用。 综上所述，通过本次毕业设计不仅巩固了以往所学的专业知识，并且

7、提高了独自解决问题的能力，为毕业后工作打下了良好的基础，得到了一份宝贵的经验财富，对以后的发展具有重要的意义。1.2设计的内容和思路1）冷滚压螺纹的成形过程及其原理进行分析和研究。2）绘制装置的装配图和非标零件图。3）编制装置的主要零件加工工艺规程。4）借助于ug，deform计算机软件，建立三维运动仿真进行装置的制作与调试以及受力分析。5）撰写毕业设计说明书。1.3解决的主要问题1）尽可能的缓解滚压螺纹的破裂变形。2）装置装配图和非标零件图的绘制。3）主要零件加工工艺规程的确定。4）运功仿真的制作与调试。第2章 螺纹滚压头的总体设计方案 本次毕业设计工作分为以下几部分：1）在熟悉装置结构的基

8、础上，利用autocad、ug等计算机绘图软件绘制装置的装配图和非标零件图。2）编制加工工艺规程。在遵守机械加工工艺规程的设计原则下，分为以下几个步骤：分析研究产品的装配图和零件图。选择毛坯。拟订工艺路线。确定各工序所采用的设备。确定各工序所采用的工艺装备。确定各主要工序的技术要求及检验方法。确定各工序的加工余量、工序尺寸和公差。确定切削用量。3）通过塑性成型仿真，对一般管螺纹滚压时的径向、切向、轴向滚压力及其关系的分析，对管螺纹的变形破裂问题进行仿真调试。4）撰写毕业设计说明书。螺纹滚压头的装配图如2.1所示，装置工作时，由工件通过盖板孔推动调距螺栓，调距螺栓带动滑动盘，控制滑块移动，拨盘解

9、锁，手动扳动拨盘一定角度来卡住滑块保证偏心轴的位置不动，伸出工件，完成加工。图2.1螺纹滚压头装配图第3章 主要零件设计3.1 ug软件介绍ug全称unigraphics软件是美国ugs公司（ unigraphics solutions）开发的cad/cam/cae计算机辅助设计分析和制造应用软件，是世界三大cad/cam/cae顶级软件之一。主要应用于汽车、航空航天、机械、造船、电子等工业领域。ug自1983年入市发展到最新版本为ug nx6。随着版本的不断更新和功能的不断扩充，ug更扩展了软件的应用范围，面向专业化、智能化发展。ug软件是一个集成化的cad/cam/cae系统软件，它为工程

10、技术人员提供料非常强大的应用工具，可完成产品的设计、分析、绘制工程图以及数控编程加工等操作。所谓主模型是指唯一以“电子介质”存在的cad零件的三维模型数据文件，其它应用文件（如加工、装配、二维绘图和分析等）则通过虚拟装配调用主模型，而不是直接在主模型上进行加工、装配、二维绘图和分析等。单一数据库：各模块数据存储在同一个数据库中，保证设计、制造和分析模块中的数据关联。真正实现了cad/cam/cae等个模块之间的数据交换的自动切换，可实施并行工程。可保证设计资料的正确性，同时避免反复修改所造成的时间的浪费，提高工作效率。采用复合建模技术：可将实体建模、曲面建模和参数化建模融为一体，具有较大的灵活

11、性。无需草图，直接通过成型特征和特征操作功能完成几何模型的创建。同时可直接利用实体边缘进行特征操作，不需要定义和参数化新曲线。交互式操作环境，提高设计人员工作效率(1)全部界面可根据个人喜好定制；(2)高品质可伸缩工具条和信息窗口； (3)方便快捷的右击菜单，可快速访问常用命令；(4)可直接在窗口中操作对象；(5)可根据信息提示向导提示或按照顺序进行下一步操作；(6)基于智慧型操作：快速选择、判断选择、过滤器选择功能等。3.2 主要零件的设计图3.1主盘主盘如图3.1所示在整个装置体系中属于最重要的部分，它是连接各个部件的核心零件。它的中心孔为46mm，主要是根据调距螺栓顶板44mm与工件的尺

12、寸26mm来确定它的大小。倾斜面主要与滚丝轮相接触，保证滚丝轮的角度；偏心轴与通孔相切，滚丝轮又与偏心轴连接，确定滚丝轮的位置，相互关联来得到他们的尺寸。三个倾斜面以及倾斜面上的通孔分别为r52+0.5mm和45+0.015 mm，倾斜面的角度与工件螺纹配合得到146。后面的通孔60+0.022mm主要与连杆连接，根据连杆来确定尺寸。图3.2连杆 连杆如图3.2所示用于连接主盘，拨盘，调整盘和滑动盘，起到了轴心的作用，所以连杆用于连接的部位要求精度都非常高。特别是前面60+0.022mm外圆与97-0.015 -0.038mm端面与主盘相连，精度要求尤为重要。97-0.015 -0.038mm

13、外圆与调整盘相连，65-0.018mm与滑动盘相连，尺寸以此来确定。中间的键槽用于固定滑动螺母，滑动螺母又与滑动盘连接，滑动盘是靠滑动螺母的移动而移动的，两者相互关联。图3.3拨盘拨盘如图3.3所示的中心通孔主要与主盘连接，所以它的尺寸根据主盘来确定为112-0.015 -0.038mm。三个通孔分别用于拨销的定位，尺寸大小为16+0.019mm。半圆槽用于放置定位块，尺寸为r17+0.10mm与r15.5+0.05mm两个形成的缺角就是用于卡住滑块。图3.4调整盘 调整盘如图3.4所示是整个装置运动过程中人工所操控的一个零件，它在装置中不是完全的被固定，是可以有一定角度的旋转，以此来控制滑块

14、的锁紧与张开。中心孔连接连杆的，尺寸为97+0.036mm，外圆面凹槽主要安放滑块与插八片。侧面上的凹槽，通过调整螺钉的拧合顶住连杆上的锥螺钉来固定调整盘的位置。图3.5滑块滑块如图3.5所示在整个装置运动过程中启到了很关键的作用。它主要用来卡住拨盘，保证拨盘的位置，后面的凹槽直接与滑动盘连接，靠滑动盘来带动滑块的移动，以此来控制偏心轴对工件进行加工操作。它的长度是从主盘，拨盘，调整盘等主要的零件的宽度来确定它的大小。图3.6偏心轴偏心轴如图3.6所示用连接主盘、滚丝轮和盖板，起到了定位的作用。底部圆柱与主盘相连，尺寸为45-0.015 -0.025mm，中间与滚丝轮相连得到尺寸为37-0.0

15、1mm，上面与盖板相连确定尺寸为28-0.015 -0.025mm，下面的凹槽靠圆柱销连接来定位拨盘的安装位置，圆柱销也限制了偏心轴的转向角度。偏心轴在装置中起到定位的作用，在整个装置运动过程中，滚丝轮依靠偏心轴来达到中心轴的偏移，对工件进行加工。第4章 主要零件的加工工艺规程4.1主盘加工工艺4.1.1零件的主要功用和技术要求主盘如图4.1所示是管螺纹滚压装置中最主要的一个零件，它是连接各个组件的核心零件。直接关系着偏心轴的位置及滚丝轮的放置角度。所以它所要求的精度非常高，尤其和连杆连接的孔。要求热处理 hrc60-64，45+0.015的中心线的距离向尾柄方向渐增，增量为0.15/10mm

16、。 图4.1主盘 4.1.2 选择毛坯考虑到加工过程中受到载荷不大，因此选用圆钢，零件所要求的配合精度很高所以选用材料为gsicr，加工过后的零件要进行热处理，以此保证零件的稳固性，工作的可靠性。主盘的直径上的总余量为5mm，宽度余量为6mm，进给量为0.1mmr ，滚压速度为7278mmin。所以选择毛坯尺寸为18548。4.1.3 工艺分析 滚压装置的主盘三个倾斜面，三个通孔与工艺通孔都有一定的位置关系。 （1）以1800.10mm为中心，包括112mm的小外圆，60+0.022mm内孔和46mm的通孔以及60+0.022mm的内圆倒角。 （2）以112mm为中心的，包括1800.10mm

17、及1800.10mm倒角，46mm内孔倒角。 （3）以12+0.019mm工艺通孔定位6个40.01mm通孔，3个m101.5mm螺纹孔和宽10深8+0.30mm的圆弧槽，它们都垂直于1800.10mm平面，根据工艺通孔定位三个倾斜面r52+0.5mm，45+0.015 mm通孔，确定它们与平面的角度为145。4.1.4基准的选择定位基面的选择是拟定零件的机械加工路线，确定加工方案中首先要做的重要工作。基面选择得正确、合理与否，将直接影响工件的加工质量和生产率。在选择定位基面时，需要同时考虑以下三个问题： （1）以哪一个表面作为加工时的精基面或统一基准，才能保证加工精度，使整个机械加工工艺过程

18、顺利地进行。 （2）为加工上述精基面或统一基准，应采用哪一个表面作为粗基面? （3）是否有个别工序为了特殊的加工要求，需要采用统一基准以外的精基面?粗基准的选择。对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。所以选择1800.10mm定为粗基准。精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。所以选择12+0.019mm工艺通孔作为精基准。4.1.5工艺规程设计 工艺路线的拟定是制定工艺规程的工体布局，包含确定加工方法，划分加工阶段、决定工序的集中于分散、加工顺序的安

19、排以及安排热处理、检验和其他的辅助加工。它影响着加工质量和加工质量的高低，影响工人的劳动强度，设备的投资和生产成本等。 工艺路线方案：工序1：粗车、半精车大外圆端面，粗车半精车180mm外圆，钻、扩46mm，倒内外角；工序2：车60孔，粗车、半精车小外圆端面，粗车、半精车112mm外圆，倒角；工序3：钻，扩，铰12mm孔；工序4：铣宽10mm深8mm的圆弧槽；工序5：钻、铰6-4mm的孔；工序6：钻、攻3-m39mm螺纹；工序7：分别粗铣、半精铣三个r52mm倾斜面，倒角；工序8：钻、扩3-45mm的倾斜孔，倒角；工序9：热处理；工序10：分别磨三个r52mm倾斜面，磨3-45倾斜孔；工序11

20、：磨小外圆端面，磨60mm内孔； 工序12：终检4.1.6加工余量，工序尺寸及其公差的确定。确定加工余量的方法有三种：经验估计法、查表法和分析计算法，在实际生产中广泛应用查表法。滚压装置主盘的加工主要是车削和磨削，根据查表可知：粗车外圆（长度200）的加工余量一般为1.53；精车外圆（长度200）的加工余量一般为0.82；磨削外圆的加工余量一般为0.10.5，各个尺寸如表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双边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外圆面1.510.51851811800.1

21、06.31.6112端面1.50.90.544.54342.1+0.2423.21.60.8112外圆面1.510.5116113.5112.5+0.21123.21.60.460内圆面2.3（钻）1.3（车）0.3（磨）4659.760+0.0223.21.60.445内圆面2.3（钻）1.3（扩）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（钻）0.85（扩）0.15（铰）1111.8512+0.0193.21.60.44通孔3.9（钻）0.1(精铰)3.9（钻）40.01（精铰）

22、3.20.44.1.7确定切削用量及基本工时 工序1：粗车、半精车大外圆端面，粗车半精车180mm外圆，钻、扩46mm，倒内外角。 （一）粗车大外圆端面 （1）选择刀具 选用93 偏头端面车刀，参看机械制造工艺设计简明手册车床选用c365l转塔式车床，中心高度210mm。选择车刀几何形状，前刀面形状为平面带倒棱型，前角=10，后角=8 ，主偏角93 ，副偏角k =10 ，刀尖角圆弧半径0.5mm，刃倾角=10 。 （2）确定切削用量 1)确定背吃刀量a (即切深a )粗车的余量为4.5mm由于刀杆截面取最大吃刀深度为6mm所以一次走刀完成即a =4.5mm。 2)确定进给量查切削用量简明手册：

23、加工材料45钢、车刀刀杆尺寸为1625 、工件直径100mm、切削深度a =4.5mm，则进给量为0.71.0。再根据c365l车床及机械制造工艺设计简明手册表423查取横向进给量取f =0.73mm/r。 3)选择磨钝标准及耐用度 根据切削用量简明手册表1.9，取车刀后面最大磨损量为0.81.0。焊接车刀耐用度t=60mm。 4)确定切削速度v 根据切削用量简明手册表1.11当用yg6硬质合金车刀加工ht200（182199hbs），a =4.5mm，f =0.73mm/r，查出v =1.05m/s。由于实际情况，在车削过程使用条件的改变，根据切削用量简明手册表1.28，查得切削速度的修正系

24、数为：k =1.0，k =1.0，k =0.73，k =(190/hbs)1.25=1.0，ksv=0.85，kkv=1.0。则v = v k k k k ksv kkv =44m/minn = 140r/min 按c365l车床转速（机械制造工艺设计简明手册表4.22）选择与140r/min相近似的机床转速n =136r/min，则实际切削速度v = 42.7m/min。 5)校验机床功率车削时功率p 可由切削用量简明手册表1.25查得：在上述各条件下切削功率p =1.72.0，取2.0。由于实车削时功率p 可由切削用量简明手册表1.25查得：在上述各条件下切削功率p =1.72.0，取2.

25、0。由于实际车削过程使用条件改变，根据切削用量简明手册表1.29-2，切削功率修正系数为：际车削过程使用条件改变，根据切削用量简明手册表1.29-2，切削功率修正系数为：kkrpc =kkrfc=0.89，kropc=krofc=1.0。则： p = p kkrpckrop=1.87kw 根据c365l车床当n =136r/min时，车床主轴允许功率pe=7.36kw。因p pex，故所选的切削用量可在c365l上加工。 6）校验机床进给机构强度 车削时的进给力ff可由切削用量手册查表得ff=1140n。由于实际车削过程使用条件的改变，根据切削用量简明手册查得车削过程的修正系数：kkrf=1.

26、17，krof=1.0，k =0.75，则 f=1000n 根据c365l车床说明书(切削用量简明手册)，进给机构的进给力fmax=4100n(横向进给)因ff fmax，所选的f =0.73进给量可用。 综上，此工步的切削用量为：a =4.5mm，f =0.73mm， n =136r/min， v =42.7m/min。 （3）计算基本工时：按机械制造工艺设计简明手册公式计算：l= +l1+l2+l3，由于车削实际端面d1=0，l1=4，l2=2，l3=0，则l=100 2+4+2+0=61mm.t= 611(0.73136)=0.61min (二)半精车大外圆端面 （1）选择刀具：与粗车1

27、00左端面同一把。 （2）确定切削用量 （a）确定背吃刀量 加工余量为z=1.1，可一次走刀完成，asp=1.1。 （b）确定进给量： 由机械制造工艺设计简明手册表314表面粗糙度ra3.2，铸铁，副偏角10 ，刀尖半径0.5，则进给量为0.10.25mm/r，再根据机械制造工艺设计简明手册表4.23查取横向进量f =0.24mm/r。 （c）确定切削速度v 根据切削用量手册表1.11查取：v=2.02(由182199hbs、asp=1.1、f =0.24mm/r、车刀为yg硬质合金)由于实际车削过程使用条件的改变，查取切削速度修正系数：k =1.0，k =1.0，k =0.73，k =(19

28、0/hbs)1.25=1.0，ksv=0.85，kkv=1.0。则：v = v 60v = v k k k k ksv kkv =75.2 m/minn = 266 r/min 按c365l车床转速（机械制造工艺设计简明手册表4.22）选择与266r/min相近似的机床转速n =322r/min，则实际切削速度v = n /1000=3.14 90 322/1000=91.0m/min。 综上，此工步的切削用量为：a =1.1mm，f =0.24，n =322r/min，v =91.0m/min。 （3）计算基本工时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）粗车180mm外圆 (1)选择刀具：与粗车左端面同一把。 (2)确定切削用量 （a）确定背吃刀量 粗车外圆，加工余量为1.5+1=2.5mm，两次走刀，则asp=2.5/22=0.825mm。 (b)确定进给量 由切削用量简明手册加工材料gsicr，刀杆尺寸1625，工件直径为100mm，则f=0.81.2。再由简明手册表4.23查取f =0.76。 (c)选择刀具磨钝标准及耐用度 由切削用量简明手册表1.9查取后刀面磨损最大限度为0.81.0，焊接耐用度t=

30、60mm。 (d)确定切削速度v 根据切削用量简明手册表1.11查取：v=1.33 (由182199hbs、asp=2.1、f =0.76mm/r、车刀为yg硬质合金)，由于实际车削过程使用条件的改变，查取切削速度修正系数：k =1.0，k=1.0，k =0.73，k =(190/hbs)1.25=1.0，ksv=0.85，kkv=1.0。则：v = v 60v = v k k k k ksv kkv =49.5 m/minn = 157.6r/min 按c365l车床转速（机械制造工艺设计简明手册表4.22）选择与157.5r/min相近似的机床转速n =183r/min，则实际切削速度v

31、= n /1000=3.14 100 183/1000=57.5m/min。 综上，此工步的切削用量为：a =2.1mm，f =0.76， n =183r/min， v =57.5m/min。(3)计算基本工时 t=（l+l1+l2+l3）i/(fn)其中l=9，l1=3，l2=3，l3=0，i=2 按c365l车床转速（机械制造工艺设计简明手册表4.22）选择与157.5r/min相近似的机床转速n =183r/min，则实际切削速度v = n /1000=3.14 90 183/1000=51.7m/min。 综上，此工步的切削用量为：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)半精车112外圆 （1）选择刀具：与半精车 100外圆同一把。 （2）确定切削用量 （a）确定背吃刀量半精车外圆，加工余量为1.1mm，一次走刀，则asp=1.1/2=0.55mm。 (b) 确定进给量 由切削用量手册表314得f=0.20.3mm/r。再由简明手册表412查取f =0.28mm/r。 (c) 确定切削速度v：根据切削用量简明手册表1.11查取：v=2.13m/s(由182199hbs、asp=0.55mm、f =0.52mm/r

33、、车刀为yg硬质合金)，由于实际车削过程使用条件的改变，查取切削速度修正系数，k=1.0，k=1.0，k=0.73，k =(190/hbs)1.25=1.0，ksv=0.85，kkv=1.0。则：v = v 60v = v k k k k ksv kkv =79.3 m/minn =1000 v / =100079.3/3.1490=280r/min 按c365l车床转速（机械制造工艺设计简明手册表4.22）选择与280r/min相近似的机床转速n =322r/min，则实际切削速度v = n /1000=3.14 90 322/1000=91m/min。 综上，此工步的切削用量为：a =0.

34、55mm，f =0.28mm/r， n =322r/min， v =91m/min。 (3)计算基本工时：t=（l+l1+l2+l3）i/(fn)=(8+3+3+0)1/(0.28322)=0.16min。 (五)车退刀槽 （1）选择刀具：用工步1的端面车刀。 （2）切削用量： 背吃刀量asp=1.5，手动进给，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) 基本工时：由工人操控，大约为0.03min。(六)钻46mm通孔 (

35、1)刀具选择：查机械制造工艺设计简明手册选用 18高速钢锥柄标准花钻。 (2)切削用量选择查切削用量手册得：f=0.700.86mm/r,再由机械制造工艺设计简明手册c365l车床进给量取f =0.76mm/r。查切削用量简明手册取v =0.33m/s=19.8m/minn =1000 v / d=100019.8/3.1418=350r/min按机床选取n =322r/m,故v = d n /1000=3.1418322/1000=18m/min (3)计算基本工时：t=（l+l1+l2）/(fn)=(91+11+0)/(0.76322)=0.42min。(七)扩46mm通孔(1)刀具选择：

36、选用 19.8高速钢锥柄扩孔钻。(2)确定切削用量(2)切削用量选择查切削用量简明手册得：f=0.901.1mm/r,再由机械制造工艺设计简明手册c365l车床进给量取f =0.92mm/r。扩孔时的切削速度，由现代机械制造工艺流程设计实训教程得公式：v=（1/21/3）v 查切削用量简明手册取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按机床选取n =136r/m,故v = d n /1000=3.1419.8136/1000=8.5m/min (3)计算基本工

37、时：t=（l+l1+l2）/(fn)=(91+14+2)/(0.92136)=0.86min。4.2主盘连杆加工工艺4.2.1零件的主要功用和技术要求 连杆如图4.3所示是整个装置中连接各个组件的轴心。要与主盘、拨盘、滑动盘、调整盘结合，起到轴承的作用，表面的加工精度要求也是非常高，尤其与主盘连接的60mm外圆与97mm的阶梯面，而且还有一定的位置关系与精度，需要装配后再进行加工。整个零件还需要热处理hrc 60-64，以此保证零件的稳固性，工作可靠性。图4.3主盘连杆4.2.2选择毛坯 连杆在整个装置加工过程中受到较大的载荷，因此使用材料gsicr。连杆在直径上的总余量为4mm，长度方向上的

38、余量为4mm，所以选择毛坯101205的棒体。4.2.3工艺分析 连杆各个外圆面的要求精度很高，所以它们之间都有着一定的位置要求。（1）以97mm为中心定位，包括外圆65-0.018mm，55-0.019mm和35mm以及螺纹孔m391.5，还有r2mm倒角，各个245倒角。（2）以外圆65-0.018mm为中心定位的有外圆60mm和97mm，以及它们的倒角。（3）以键槽r6.530定位，两个布氏锥管螺纹和两个凹槽。4.2.4工艺规程设计工艺路线的拟定是制定工艺规程的工体布局，包含确定加工方法，划分加工阶段、决定工序的集中于分散、加工顺序的安排以及安排热处理、检验和其他的辅助加工。它影响着加工

39、质量和加工质量的高低，影响工人的劳动强度，设备的投资和生产成本等。工序1：粗车、半精车端面；钻、扩35mm孔；粗车425mm圆槽，倒角，车m39mm螺纹； 工序2：分别粗车、半精车55mm和65mm外圆，倒角； 工序3：粗车、半精车端面，分别粗车、半精车60mm和97mm外圆，车退刀槽，倒角； 工序4：对刀铣宽13mm的键槽； 工序5：钻中心孔，攻3/8布氏锥管螺纹； 工序6：对刀分别铣两个v型槽； 工序7：热处理； 工序8：磨97端面和60mm外圆；工序9：终检；4.2.5确定各工序的设备、刀具、量具和辅助工具 1、设备的选择考虑到本例滚压装置中间轴的外形尺寸、加工精度（最高it5）、生产类

40、型，机床设备选用普通车床、普通磨床、铣端面打顶尖孔的专用机床、花键铣床；工艺装备主要是夹具，本例尽量选用通用夹具如三爪卡盘、顶尖、v型块等。 2、刀具的选择综合考虑连杆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、生产率和经济性，应尽量选用标准刀具。如硬质合金端铣刀、高速钢麻花钻头，高速钢铰刀等。 3、量具的选择 量具的选择主要取决于生产类型和所要检验的精度。尽量选用通用量具。4.2.6加工余量，工序尺寸及其公差的确定。确定加工余量的方法有三种：经验估计法、查表法和分析计算法，在实际生产中广泛应用查表法。滚压装置的连杆的加工主要是车削和磨削，根据查表可知：粗车外圆（长度200）

41、的加工余量一般为1.53；精车外圆（长度200）的加工余量一般为0.82；磨削外圆的加工余量一般为0.10.5，各个尺寸如表4.4所示。加工表面工序双边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外圆面2.31.30.358.956.655.3-0.196.31.665外圆面2.31.30.368.966.665.3-0.165-0.0183.21.60.860外圆面2.31.30.363.961.660.3+0.15603.21.60.497外圆面2.51.50.510198.597.5+0.22973.21.60.435通孔20（钻）15（扩）20（钻）35（扩）6.33.2m3

42、9螺纹孔2.5（扩）37.5（扩）39（车）6.33.2表4.4主要尺寸加工余量，工序尺寸及其公差4.3装配后加工工艺4.3.1确定各工序的设备、刀具、量具和辅助工具 1、设备的选择考虑到本例滚压装置中间轴的外形尺寸、加工精度（最高it5）、生产类型，机床设备选用普通车床、普通磨床、铣端面打顶尖孔的专用机床、花键铣床；工艺装备主要是夹具，本例尽量选用通用夹具如三爪卡盘、顶尖、v型块等。 2、刀具的选择综合考虑连杆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、生产率和经济性，应尽量选用标准刀具。如硬质合金端铣刀、高速钢麻花钻头，高速钢铰刀等。 3、量具的选择 量具的选择主要取决于

43、生产类型和所要检验的精度。尽量选用通用量具。4.3.2工艺路线如图4.5所示，为保证各装配后主盘与连杆各个尺寸的精度，55mm，65mm，97mm和112mm的外圆经过装配后进行加工。图4.5主盘和连杆的装配图工序1：分别磨55至55-0.019mm长90mm；磨65至65-0.018mm长64.8mm；磨97至97-0.015 -0.038mm长28.2+0.3mm；磨112至112-0.015 -0.038mm长18+0.1mm。第5章 deform-3d仿真及受力分析5.1 deform-3d软件简介5.1.1 deform-3d背景deform-3d 是一套基于工艺模拟系统的有限元系统

44、(fem)，专门设计用于分析各种金属成形过程中的三维 (3d) 流动，提供极有价值的工艺分析数据，有关成形过程中的材料和温度流动。deform-3d是模拟3d材料流动的理想工具。deform-3d强大的模拟引擎能够分析金属成形过程中多个关联对象耦合作用的大变形和热特性。系统中集成了在任何必要时能够自行触发自动网格重划生成器，生成优化的网格系统。在要求精度较高的区域，可以划分较细密的网格，从而降低题目的规模，并显著提高计算效率。deform-3d 图形界面，既强大又灵活。为用户准备输入数据和观察结果数据提供了有效工具。deform(design environment for forming)

45、是由美国battelle columbus 实验室在八十年代早期着手开发的一套有限元分析软件。早期的deform - 2d 软件只能局限于分析等温变形的平面问题或者轴对称问题。随着有限元技术的日益成熟，deform 软件也在不断发展完善，目前，deform软件已经能够成功用于分析考虑热力耦和的非等温变形问题和三维变形(de2form- 3d) ，此外，deform软件可视化的操作界面以及强大而完善的网格自动再划分技术，都使deform这一商业化软件在现代工业生产中变得愈来愈实用而可靠。5.1.2 deform软件的特点1、deform-3d是在一个集成环境内综合建模、成形、热传导和成形设备特性

46、进行模拟仿真分析。适用于热、冷、温成形，提供极有价值的工艺分析数据。如：材料流动、模具填充、锻造负荷、模具应力、晶粒流动、金属微结构和缺陷产生发展情况等deform-3d处理的对象为复杂的三维零件、模具等。2、不需要人工干预，全自动网格在剖分。3、前处理中自动生成边界条件，确保数据准备快速可靠。4、deform-3d模型来自cad系统的面或实体造型（stl/sla）格式。5、集成有成形设备模型，如：液压压力机，锤锻机、螺旋压力机、机械压力机等。6、表面压力边界条件处理功能适用于解决胀形工艺模拟。7、单步模具应力分析方便快捷，适用于多个变形体、组合模具、带有预应力环时的成型过程分析。8、材料模型

47、有弹性、钢塑性、热弹塑性、热刚黏塑性、粉末材料、刚性材料及自定义类型。9、实体之间或实体内部的热交换分析既可以单独求解，也可以耦合在成行模拟中进行分析。10、具有flownet和点迹示踪、变形、云图、矢量图、力行程曲线等后处理功能。11、具有2d切片功能，可以显示工件或模具剖面结果。程序具有多联变形体处理能力，能够分析多个塑性工件和组合模具应力。12、后处理中的镜面反射功能，为用户提供了高效处理具有对称面或周期对称面的机会，并且可以在后处理中显示整个模型。13、自定义过程可用于计算流动应力、冲压系统响应、断裂判据和一些特别的处理要求，如金属微结构、冷却速率、力学性能等。5.1.3 deform

48、 的功能 1、成形分析: 冷、温、热锻的成形和热传导偶合分析， 提供材料流动、模具充填、成形载荷、模具应力、纤维流向、缺陷形成和韧性破裂等信息; 丰富的材料数据库， 包括各种钢、铝合金、钛合金等， 用户还可自行输入材料数据; 刚性、弹性和热粘塑性材料模型， 特别适用于大变形成形分析， 弹塑性材料模型适用于分析残余应力和回弹问题， 烧结体材料模型适用于分析粉末冶金成形; 完整的成形设备模型可以分析液压成形、锤上成形、螺旋压力成形和机械压力成形;温度、应力、应变、损伤及其他场变量等值线的绘制使后处理简单明了。2、 热处理: 模拟正火、退火、淬火、回火、渗碳等工艺过程; 预测硬度、晶粒组织成分、扭曲

49、和含碳量;可以输入顶端淬火数据来预测最终产品的硬度分布; 可以分析各种材料晶相， 每种晶相都有自己的弹性、塑性、热和硬度属性。混合材料的特性取决于热处理模拟中每步各种金属的百分比。deform 用来分析变形、传热、热处理、相变和扩散之间复杂的相互作用， 各种现象之间相互耦合。拥有相应的模块之后， 这些耦合将包括: 由于塑性变形引起的升温、加热软化、相变控制温度、相变内能、相变塑性、相变应变、应力对相变的影响以及含碳量对各种材料属性产生的影响等。5.2 仿真受力分析5.2.1有限元模型的建立（1）几何模型使用ug nx6.0构建滚压模型，工件滚丝轮大外圆直径为84mm，工件大径为26.567mm

50、，小径23.666mm，三个滚丝轮平均阵列于工件外圆面上。进入deform-3d，新建模块，建立滚压模型。如图5.1所示。图5.1deform-3d中建立的滚压模型（2）受力分析滚压过程中工件主要受到两个力的作用，即径向滚压力和切向滚压力。其中使工件变形的主要力为滚丝轮施加给工件的径向滚压力，它与滚丝轮和工件中心的连线平行；而切向滚压力使工件旋转从而完成变形。本设计主要研究这两个方向的载荷：径向载荷和切向载荷，径向载荷主要是由工件的与滚丝轮的挤压，由偏心轴来带动滚丝轮来给工件施加压力的；切向载荷是电机通过主轴传递给工件的扭矩而来的。可以近似的认为，滚丝轮的切向载荷乘以滚丝轮的半径就是所需的扭矩

51、， （2）材料模型材料选用45钢，根据gb/t699-1999标准规定45钢抗拉强度为600mpa，屈服强度为355mpa。 （3）参数设置工件的网格划分数量为16000，表面多边形达到3064。如图5.2所示图5.2工件网格划分根据螺纹冷滚压理论与工艺参数研究、螺纹冷滚压成形数值模拟软件系统开发等参考文献得出滚丝轮的自转角速度为6.33rad/sec，自动找中心，如图5.3所示，进给量为0.01in/sec，摩擦系数为0.2。图5.3滚丝轮参数设置 （4）仿真及结果分析图5.4中显示的是滚压加工的仿真过程。同时也说明了滚压形成过程中，通过deform-3d模拟的结果显示了工件材料在滚丝轮的作

52、用下发生了轻微的变形。 图5.4滚压过程模拟图在实际滚压过程中，材料被压缩首先产生弹性变形，继而内部晶格进行滑移，发生塑性变形，随着滚丝轮的前进，力的增大，滚丝轮的强度超过工件，材料就开始变形，按照滚丝轮的螺纹进而滚压出想要得螺纹。这样周而复始，使得工件完全成型。图5.5，5.6分别显示不同点随着时间增长的破坏程度和最大有效应力，都说明时间的增长，破坏程度就开始增大，最大有效应力也增大。工件完全成型在23min之间，如图可知，4min之前，工件的破裂变形程度不大，所以工件加工过程中的这段时间是可以形成管螺纹的。图5.5不同点随着时间增长的破坏程度图5.5表示不同点随着时间增长的破坏程度。从图中可以看出工件随着时间的增长，破坏程度也开始增大。 图5.6不同点随着时间增长的最大有效应力图5.6表示不同点随着时间的增长变化的最大有效应力。从图中可以看出工件随着时间的增长，最大有效应力变得越来越大。综上所述，根据以上图表可知，工件所完成的时间在23min之间，在4min以内的最大有效应力在55400mpa左右，而工件所能承受的是600mpa，小于工件的最大极限应力，期间破坏程度也小于1.48，总体破坏程度较小，所以整个加工过程是在工件的可承受范围之内。结论本设计主要设计了螺纹滚压装置，与以往的车螺纹相比，为加工螺纹提高了很高的效率。本次设计的主要内容是对螺纹滚压装