一般管螺纹滚压装置的设计仿真及受力分析综述Word格式.docx
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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：
①分析研究产品的装配图和零件图。
②选择毛坯。
③拟订工艺路线。
④确定各工序所采用的设备。
⑤确定各工序所采用的工艺装备。
⑥确定各主要工序的技术要求及检验方法。
⑦确定各工序的加工余量、工序尺寸和公差。
⑧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
3.1Ug软件介绍
UG全称Unigraphics软件是美国UGS公司（UnigraphicsSolutions）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UGNX6。
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Ф46mm，主要是根据调距螺栓顶板Ф44mm与工件的尺寸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Ф45+0.015mm，倾斜面的角度与工件螺纹配合得到1º
46＇。
后面的通孔Ф60+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Ф60+0.022mm外圆与Ф97-0.015-0.038mm端面与主盘相连，精度要求尤为重要。
Ф97-0.015-0.038mm外圆与调整盘相连，Ф65-0.018mm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Ф112-0.015-0.038mm。
三个通孔分别用于拨销的定位，尺寸大小为Ф16+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，以此来控制滑块的锁紧与张开。
中心孔连接连杆的，尺寸为Ф97+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Ф45-0.015-0.025mm，中间与滚丝轮相连得到尺寸为Ф37-0.01mm，上面与盖板相连确定尺寸为Ф28-0.015-0.025mm，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，Ф45+0.015的中心线的距离向尾柄方向渐增，增量为0.15/10mm。
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0.1mm／r，滚压速度为72～78m／min。
所以选择毛坯尺寸为Ф185×
48。
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Ф180±
0.10mm为中心，包括Ф112
mm的小外圆，Ф60+0.022mm内孔和Ф46mm的通孔以及Ф60+0.022mm的内圆倒角。
（2）以Ф112
mm为中心的，包括Ф180±
0.10mm及Ф180±
0.10mm倒角，Ф46mm内孔倒角。
（3）以Ф12+0.019mm工艺通孔定位6个Ф4±
0.01mm通孔，3个M10×
1.5mm螺纹孔和宽10深8+0.30mm的圆弧槽，它们都垂直于Ф180±
0.10mm平面，根据工艺通孔定位三个倾斜面R52+0.5mm，Ф45+0.015mm通孔，确定它们与平面的角度为1º
45＇。
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Ф180±
0.10mm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Ф12+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Ф180mm外圆，钻、扩Ф46mm，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Ф112mm外圆，倒角；
工序3：
钻，扩，铰Ф12mm孔；
工序4：
铣宽10mm深8mm的圆弧槽；
工序5：
钻、铰6-Ф4mm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-Ф45mm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-Ф45倾斜孔；
工序11：
磨小外圆端面，磨Ф60mm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1.5～3㎜；
精车外圆（长度≤200）的加工余量一般为0.8～2㎜；
磨削外圆的加工余量一般为0.1～0.5㎜，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
Ф180端面
1.5
1
0.5
47
45.5
44.5
6.3
1.6
Ф180外圆面
185
181
180±
0.10
Ф112端面
0.9
43
42.1+0.2
42
3.2
0.8
Ф112外圆面
116
113.5
112.5+0.2
112
0.4
Ф60内圆面
2.3（钻）
1.3
（车）
0.3（磨）
46
59.7
60+0.022
Ф45内圆面
1.3（扩）
25
44.7+0.15
45+0.015
R52端面
0.3
0.2
1.3+0.2
1.5+0.02
Ф12通孔
11
（钻）
0.85
（扩）
0.15（铰）
11.85
12+0.019
Ф4通孔
3.9（钻）
0.1
（精铰）
3.9
4±
0.01（精铰）
4.1.7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Ф180mm外圆，钻、扩Ф46mm，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=10º
，后角=8º
，主偏角93º
，副偏角k=10º
，刀尖角圆弧半径0.5mm，刃倾角=－10º
。
（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》：
加工材料45钢、车刀刀杆尺寸为16~25、工件直径100mm、切削深度a=4.5mm，则进给量为0.7~1.0。
再根据C365L车床及《机械制造工艺设计简明手册》表4－2－3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0.8~1.0。
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（182~199HBS），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=VKKKKKSVKkv
=44m/min
n=140r/min
按C365L车床转速（《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－2）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=1.7~2.0，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：
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×
Kkrpc×
Krop=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=1.17，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=1002+4+2+0=61mm.
T=61×
1÷
（0.73×
136）=0.61min
（二）半精车大外圆端面
（1）选择刀具：
与粗车100左端面同一把。
（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3—14表面粗糙度Ra3.2，铸铁，副偏角10，刀尖半径0.5，则进给量为0.1~0.25mm/r，再根据《机械制造工艺设计简明手册》表4.2—3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182~199HBS、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：
=V
60
V=V
KKKKKSVKkv
=75.2m/min
n=266r/min
按C365L车床转速（《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－2）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=3.1490322/1000=91.0m/min。
a=1.1mm，f=0.24，n=322r/min，V=91.0m/min。
（3）计算基本工时
L=（d－d1）/2+L1+L2+L3（其中d=90，d1=45，L1=4，L2=L3=0）
=（90－45）/2+4+0+0=26.5mm
T=L×
i/（f×
n）=26.5×
1/（0.24×
322）=0.34min。
（三）粗车Ф180mm外圆
与粗车左端面同一把。
粗车外圆，加工余量为1.5+1=2.5mm，两次走刀，则asp=2.5/2×
2=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16~25，工件直径为100mm，则f=0.8~1.2。
再由《简明手册》表4.2—3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0.8~1.0，焊接耐用度T=60mm。
（d）确定切削速度V
根据《切削用量简明手册》表1.11查取：
=1.33（由182~199HBS、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。
KKKKKSVKkv
=49.5m/min
n=157.6r/min
按C365L车床转速（《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－2）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=3.14100183/1000=57.5m/min。
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）×
n）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4.2－2）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=3.1490183/1000=51.7m/min。
a=2.1mm，f=0.76mm/r，n=183r/min，V=51.7m/min。
T=（L+L1
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