管螺纹滚压装置的设计

1、 毕业设计说明书毕业设计说明书 题题 目：目：41/241/2 英寸管螺纹滚压装置的设计、仿英寸管螺纹滚压装置的设计、仿 真及受力分析真及受力分析 学学 号：号： 姓姓 名：名： 班班 级：级： 专专 业：机械设计制造及其自动化业：机械设计制造及其自动化 指导教师：指导教师： 学学 院：机械工程学院院：机械工程学院 答辩日期：答辩日期： 摘 要 根据主要零件的工艺要求，编制主要零件加工工艺规程，并通过计算确定了各 工序的基本余量及各工序尺寸及公差；针对 41/2 管螺纹的滚压变形问题(管螺纹壁 厚较薄，而直径又较大)，通过改变结构增加滚压头的数量，并需要借助于 ug，deform 计算机软件，

2、建立三维模型，并进行仿真分析，从而解决了在力作用下 薄壁管变形、裂开的问题；同时还设计了半自动夹紧退料机构，大大提高了加工效 率，有助于大批量生产。 关键词：关键词：结构设计；滚压变形；仿真分析 abstract according to the process requirements of the main parts , the main parts process planning was worked out, and by calculating the basic allowance of each process and the dimensions and tolerance

3、s of each processes was determined; against the problem of 41/2 pipe thread cadding(pipe thread thinner, while the diameter larger), the structure that increase quantity of the rolling head was changed, it was needed the help of the ug, deform computer software to create three-dimensional model, and

4、 to conduct simulation analysis, so as the problem of thin-walled tube deformation and split under the force was solved ;also a semi-automatic clamping and rma institutions was designed, the processing efficiency was improved, high-volume production was helped. key words: structural design; rolling

5、deformation; simulation analysis 目 录 摘 要.i abstract.ii 目 录.iii 第 1 章 绪论.1 1.1 设计的背景和意义 .1 1.2 设计的内容和思路 .2 1.3 解决的主要问题 .2 第 2 章 总体设计方案.3 2.1 装置介绍 .3 2.2 工作原理 .5 2.3 闭锁结构设计与分析 .6 2.4 拨盘结构设计与分析 .8 2.5 调整盘结构设计与分析 .10 2.6 滑动盘结构设计与分析 .11 2.7 主体结构设计 .13 第 3 章 零件的工艺设计.14 3.1 零件的功用及工艺分析 .14 3.2 工艺规程的设计 .15 3

6、.3 加工设备与工艺装备选择 .18 第 4 章 运动机构的仿真与分析.18 总结.23 参考文献.24 致 谢.26 第 1 章 绪论 螺纹原理的应用可追溯到公元前 220 年希腊学者阿基米德创造的螺旋提水工具。 公元 4 世纪,地中海沿岸国家在酿酒用的压力机上开始应用螺栓和螺母的原理。当时 的外螺纹都是用一条绳子缠绕到一根圆柱形棒料上,然后按此标记刻制而成的而内螺 纹则往往是用较软材料围裹在外螺纹上经锤打成形的。1500 年左右,意大利人列奥 纳多达芬奇绘制的螺纹加工装置草图中，已有应用母丝杠和交换齿轮加工不同螺 距螺纹的设想。此后，机械切削螺纹的方法在欧洲钟表制造业中有所发展。1778

7、年， 英国人 j.拉姆斯登曾制造一台用蜗轮副传动的螺纹切削装置，能加工出精度很高的 长螺纹。1797 年，英国人 h.莫兹利在由他改进的车床上，利用母丝杠和交换齿轮车 削出不同螺距的金属螺纹，奠定了车削螺纹的基本方法。19 世纪 20 年代，莫兹利 制造出第一批加工螺纹用的丝锥和板牙。20 世纪初，汽车工业的发展进一步促进了 螺纹的标准化和各种精密、高效螺纹加工方法的发展，各种自动张开板牙头和自动 收缩丝锥相继发明，螺纹铣削开始应用。30 年代初，出现了螺纹磨削。螺纹滚压技 术虽在 19 世纪初期就有专利，但因模具制造困难，发展很慢，直到第二次世界大战 时期(19421945)，由于军火生产的

8、需要和螺纹磨削技术的发展解决了模具制造的 精度问题，才获得迅速发展。 1.1 设计的背景和意义 螺纹是机械工程中常用的连接方式，作为机械设计中的一种基本而又必要的元 素，广大设计人员必须对螺纹进行深入的学习和掌握，不仅要能正确、合理的选用 螺纹，还要了解螺纹的加工方法和工艺，以便解决生产中可能遇到的问题。 螺纹的加工方法主要有螺纹切削和螺纹滚压两种。按滚压模具的不同，螺纹滚 压又可分搓丝和滚丝两类。而滚丝按照进给方式的不同，又分为三种形式：径向螺 纹滚压，切向螺纹滚压，轴向螺纹滚压。 螺纹滚压加工就是用滚压工具进行挤压，是金属塑性变形而形成螺纹的方式。 滚压螺纹的金属纤维是连续的，而切削螺纹的

9、金属纤维是断开的，与切削方法相比， 滚压不是一种金属切削过程。它不通过去除金属而形成所需要的轮廓，而是按滚轮 拉丝模的镜像形成螺纹，是一种无切削螺纹成型工艺。 因而滚压螺纹具有如下优点： 1.螺纹表面质量较好，表面粗糙度低 2.提高被加工件表层金属的硬度和强度，特别是牙底表面硬度有很大提高 3.经济效果比切削螺纹提高功效几倍至几十倍，易于实现自动化 4.滚压螺纹是无屑加工，可节省原材料 5。可加工无法用切削方法加工的细长螺杆 但是目前国内外在螺纹冷滚压精密成形的工艺方面的研究较少。因此对螺纹冷 滚压进行研究，有助于促进这种无切削新技术的推广应用,具有重要的理论意义和实 用价值。 1.2 设计的

10、内容和思路 本毕业设计工作分为五部分，设计方法与措施拟定如下： 1）通过查阅分析大量的资料和文献，分析研究高效的管螺纹滚压装置，熟悉设 计对象，通过 autocad 绘制管螺纹滚压装置装配图和主要非标零件图。绘制零件图 和装配图时，需要考虑主视图和视图的数量，尽量采用 1：1 的比例来绘制。 2）编制主要零件加工工艺规程。在设计前，应对工件有关工艺进行详细的分析， 然后按步骤逐一进行。为避免基准不重合而引起的基准不重合误差，保证加工精度 应遵循基准重合原则。故工序尺寸及公差计算如下步骤：根据相关手册确定各工 序的基本余量；根据各种加工方法的经济精度表格确定各工序尺寸的公差；由 后工序向前工序逐

11、个计算工序尺寸，得各工序尺寸及公差。 3）构建装置的三维图形及数模，并进行三维运动仿真。设计一种高效的管螺纹 滚压装置主要就是要解决 41/2 管螺纹的滚压变形问题，而这可以通过改变结构增加 滚压头的数量来实现，为了完成装置的设计，需要借助于 ug，deform 计算机软件， 建立三维模型，并进行受力分析。 4）撰写毕业设计说明书。详细的阐明设计过程和依据，并进行零件的分析计算。 1.3 解决的主要问题 1. 41/2 管螺纹的滚压变形问题(管螺纹壁厚较薄，而直径又较大)，如何保证 在力作用下薄壁管不变形、裂开。 2. 高效的管螺纹滚压装置的结构尺寸的确定。 3. 塑性成型仿真分析。 第 2

12、章 总体设计方案 2.1 装置介绍 本次毕业设计研究的课题是高效的管螺纹滚压装置，通过查阅分析大量的资料 和文献，本人对管螺纹滚压装置有了深入的了解和认识，在此基础上对管螺纹滚压 装置进行了改进，设计出了 41/2 英寸管螺纹滚压装置。 此装置的优点： 1.通过一系列的改进，克服了大直径管螺纹加工时的变形，开裂问题，使大直 径管螺纹加工有了一种高效的方式； 2. 通过这种方式加工，螺纹表面粗糙度小于车削、铣削和磨削； 3.滚压后的螺纹表面因冷作硬化而能提高强度和硬度； 4.材料利用率高； 5.生产率比切削加工成倍增长，且易于实现自动化，滚压模具寿命也很长可重 复使用。 但滚压螺纹也有它的缺点：

13、 1.母材的压缩导致加工硬化，降低螺纹的疲劳寿命； 2.材料有局限性，滚压螺纹要求材料的硬度不超过 hrc40； 3.对毛坯尺寸精度要求较高； 4.对滚压模具的精度和硬度要求也高，制造模具比较困难； 5.不适于滚压牙形不对称的螺纹。 所以滚压螺纹既有自身优势，也有不可避免的缺陷。滚压可以大大提高螺纹的 抗拉强度，但螺纹中的加工应力又大大降低了螺纹的疲劳寿命，所以在选择螺纹的 加工方法时，要综合考虑螺纹的使用场合、受力特点等各种因素，根据实际需要选 择合理的工艺。总的来说，滚压螺纹加工是一种先进高效的工艺，有它的进步意思。 此装置是在三个滚丝轮滚压装置的基础上进行改进的，让其适用于加工大直径 的

14、油管。根据轧件尺寸为外圆中径 112.5mm，内圆为 100.54mm，长 100mm。轧 辊尺寸为外圆中径 70mm，内圆为 44mm，长 60mm。轧件是油管用于油井中抽取 石油天然气。考虑到轧辊越多受力越均匀，又根据轧件、轧辊尺寸最多排 6 个。所 以选择 6 个轧辊进行设计。 确定装置主尺寸 (2.1)252.5mm112.5270 取整为 260mm，再由此推算其他尺寸，确定此装置的结构和尺寸。 此装置的结构如下图。 图 2.1装配图 主要结构有 1.退料盘 2.盖板 3.定位套 4.主盘 5.主盘连杆 6.拨盘 7.调整盘 8. 滑动盘 9.调距螺栓 10.闭锁机构 11.拨销 1

15、2.偏心轮 13.滚丝轮 爆炸图如图 2.2 所示。 图 2.2爆炸图 2.2 工作原理 此装置的工作过程是半自动的，工作地点是车床，工件固定在卡盘上，此装置 固定在尾座上，中心在同一直线上，具体过程如下。 1.准备过程扳动手柄使拨盘和调距螺栓复位如图 2.1 中的位置 1，同时滑 块处于闭锁状态，如图 2.3 所示，此时六个滚压轮处于收紧状态工作状态。 图 2.3闭锁（工作）图 2.加工过程车床带动工件以一定的转速旋转，此装置推向工件，工件进入 盖板与滚丝轮接触，此时加工开始，当工件碰到退料盘，工件继续前进，带动拨盘 和调距螺栓后移如图 2.1 中的位置 2，拨盘带着滑块逐渐分离如图 2.4

16、 所示。 图 2.4张开图 3 卸料过程当工件加工完成时，手柄杆在弹簧作用下自动复位卡住滑块不 让其回弹，同时六个滚压轮张开，加工完毕，此时搬动手柄，拨盘 .调距螺栓和滑 块在弹簧作用下回弹，退料盘推出工件，滑块重新处于闭合状态，等待下次加工。 2.3 闭锁结构设计与分析 2.3.1 闭锁结构设计 闭锁结构是此装置的实现半自动化的关键部件之一，由螺钉、定位块、插八片、 滑块组成，定位块设计成 r15.5 和 r17 的阶梯形，便于定位防止滑动，m8 的螺纹孔 用于螺钉固定于拨盘上，一侧设计成平面用于滑块的锁紧。滑块前端是三角形便于 闭合时顺利滑入定位块，侧面的槽是为了闭锁机构张开时定位块可以卡

17、入槽内不让 其回弹，后端的卡槽设计是为了卡入滑动盘，动作时带动滑动盘。插八片设计成截 面为梯形，可以实现插入调整盘的卡槽内，固定滑块使其只能水平移动。结构如图 2.5 所示。按顺序分别是定位块、滑块、插八片。 图 2.5闭锁机构零件图 闭锁机构的装配图如图 2.6 所示。 图 2.6闭锁机构装配图 2.3.2 闭锁结构分析 闭锁结构主要由螺钉、定位块、插八片、滑块组成如图 2.7 所示，作用是在滚 丝轮加工工件时锁紧，加工完之后张开。 原理分析如下： 1. 用螺钉把定位块固定在拨盘上，通过滑块的锁紧张开就可以控制拨盘的位子。 2. 插八片插在调整盘上，用于把滑块固定在调整盘上。 3. 滑块卡在

18、滑动盘上，当滑动盘滑动时会带动滑块锁紧张开，实现对拨盘的位 子控制。 图 2.7张开图 2.4 拨盘结构设计与分析 2.4.1 拨盘结构设计 拨盘是此装置的主要传动机构，位于主盘与调整盘之间，零件是圆套类零件， 外圈 260mm,内圈 182mm，与两端面保持 0.02 的垂直度，保证装配时与其它零件 的精度，厚 27mm,在盘面上有六个位置度为 0.02，环形分布的 16mm 的通孔，用于 与拨销配合，通孔中心距离圆盘中心 222mm，保证拨销与偏心轴的配合，通孔外是 248mm 的 8x9 环形槽,槽内有 4x4mm 的通孔，用于放置弹簧销和弹簧，圆盘外圆 开有一个 r15.5 和 r17

19、 的阶梯半通孔，用于与定位块配合，外圆还有两个 15xm6 的 螺纹孔，用于固定手柄如图 2.8 所示。 图 2.8拨盘 2.4.2 拨盘结构分析 拨盘的作用是通过位置的拨动（即闭锁装置的闭锁张开） ，实现对六个滚丝轮的 闭合（工作） 、张开的控制如图 2.9 所示。 原理分析如下： 1.拨盘侧面的螺纹孔用于安装手柄，拨盘正面槽内装有四个弹簧销和弹簧，弹 簧的其中一头通过弹簧销固定在拨盘上，另一头通过弹簧销固定在主盘上，手柄和 弹簧用于辅助配合调整盘的拨动。 2. 拨盘正面有六个通孔，用于安装拨销，拨销插入滚丝轮底部的半圆槽内，当 拨盘拨动时通过拨销对六个滚丝轮的位置进行控制，进而实现滚丝轮的

20、张开闭合。 图 2.9拨盘 2.5 调整盘结构设计与分析 2.5.1 调整盘结构设计 调整盘位于拨盘与滑动盘之间，零件是圆套类零件，外圈 260mm,内圈 122mm，与两端面保持 0.02 的垂直度，保证装配时与其它零件的精度，厚 28mm, 盘面上对称开有两个深 23mm 矩形槽，给锥螺钉预留空间，盘侧面开有 3xm14 的螺纹 孔，用于与调整螺钉配合，盘侧面还有 2xm10mm 螺纹孔，用于与定位顶丝配合，还 有一个 24x12mm 的槽，用于放置滑块和插八片如图 2.10 所示。 图 2.10调整盘 2.5.2 调整盘结构分析 调整盘的作用是通过调整闭锁装置初始位置，进而控制滚丝轮的张

21、开闭合程度， 实现对不同尺寸的管螺纹的加工如图 2.11 所示。 原理分析如下： 1. 调整盘侧面的三个调整螺钉通过固定在主盘连杆上的锥螺钉，用于调整调整 盘与主盘连杆的位置关系。 2. 调整盘侧面两个定位顶丝用于定位调整盘与主盘连杆的位置。 图 2.11调整盘 2.6 滑动盘结构设计与分析 2.6.1 滑动盘结构设计 滑动盘与调整盘配合，零件配合要求较低，零件是盘类零件，外圈 260mm,内 圈 81mm，与调整盘的接触面保持 0.025 的垂直度，保证装配时与其它零件的精度， 厚 25mm,内圈内开有 12.5x5mm 的环形槽，用于与滑动螺母配合，又考虑到滑动螺母 要首先能进入槽内，必须

22、在槽旁对称开两个 r6.5mm 的半圆槽，外圆要开一个 13x16.2mm 的矩形槽，用于与滑块配合如图 2.12 所示。 图 2.12滑动盘 2.6.2 滑动盘结构分析 滑动盘的作用是通过连接工件与闭锁装置，使工件的加工完成与闭锁装置闭合 张开保持同步如图 2.13 所示。 原理分析如下： 1. 随着加工的进行，工件顶住退料板，带动调距螺栓向后滑动，调距螺栓通过 滑动螺母带动滑动盘向后滑动。当加工完时闭锁装置张开，拨盘动作，滚丝 轮张开。 2. 拨盘动作，闭锁装置在调距螺栓上的调距弹簧的作用下回弹闭合，顶出工件 完成加工，同时滚丝轮闭合。 图 2.13滑动盘 2.7 主体结构设计 主体是此装

23、置的最大零件，前端是 260mm 的圆盘，后端是一段 81mm 和 55mm 的阶梯轴，由于前端与后端的直径差较大，如果整体加工材料浪费比较严重， 经过分析比较，采用前后段分开加工然后组装。通过过盈配合，配合值为 h7/p6， 定位销定位，电焊固定。 主盘即主体前半段外圆为 260mm，用于与后半段配合的内孔为 120mm，厚 54mm，端面上有六个 45mm 与端面成 146的通孔，用于放置偏心轴，146 的角度是所加工的螺纹所决定的。还有三个 m10 的螺纹孔用于连接盖板。与主体后 半段的连接处保证与端面 0.02 的垂直度要求，侧面对称打两个 8mm 的定位通孔用 于主盘与后半段的连接定

24、位。如图 2.14 所示。 图 2.14主盘图 主盘连杆即主体后半段是长 201mm 阶梯轴，中心是 36mm 的通孔，与主盘连接 的 120mm 外圆与端面有 0.02 的垂直度要求，保证装配精度，3/8 锥螺纹孔用于安 装锥螺钉，锥螺钉与调整盘配合，位于同一圆周上的槽用于定位顶丝的定位，定位 顶丝安装在调整盘上。中间 30mm 的键槽用于安装滑动螺母，滑动螺母连接滑动盘。 如图 2.15 所示。 图 2.15主盘连杆图 第 3 章 零件的工艺设计 3.1 零件的功用及工艺分析 3.1.1 零件的功用 拨盘是此装置的主要传动机构，与很多零件有配合传动关系，是此装置的关键 零件之一，位于主盘与

25、调整盘之间，零件是典型的圆套类零件。在盘面上有六个位 置度为 0.02，环形分布的 16mm 的通孔，用于与拨销配合，通孔中心距离圆盘中 心 222mm，保证拨销与偏心轴的配合，实现对六个滚丝轮的闭合（工作） 、张开的控 制。圆盘外圆开有一个 r15.5 和 r17 的阶梯孔，用于与定位块配合，从而连接闭锁 装置。外圆还有两个 15xm6 的螺纹孔，用于固定手柄。 3.1.2 零件的工艺分析 根据对零件图的分析，该零件需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求如 下： (1) 260mm 外圆表面，粗糙度为 1.6，要求不高，半精加工即可； (2) 182mm 内圆对两端面有 0.02 的垂直度

26、要求，粗糙度为 3.2,而两端面的粗 糙度要求较高为 0.8，要最后安排磨的工序，内圆和端面适合做后续工序的精基准， 因此应先加工出来； (3) 端面 8x9.4 槽，它们的尺寸公差和表面粗糙度要求都不高，通过粗加工就 可达到要求； (4) 6x16mm 通孔，其表面粗糙度为 1.6，有 0.02 位置度要求，需要钻中心孔 和精绞； (5) 4x4mm 通孔，其表面粗糙度为 1.6，无位置度要求，精绞即可； (6) r15.5mm 孔，r17mm 孔，表面粗糙度为 3.2，通过粗加工就可达到要求； (5) m8mm 和 m6mmm 螺纹孔，通过定位及钻套引导保证位置。 3.2 工艺规程的设计

27、3.2.1 确定毛坯的制造形式 零件材料为 45 号钢，首先分析 45 号钢材料的性能，45 号钢为优质碳素结构用 钢，硬度不高易切削加工。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于 各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、盘类、齿轮及轴类等； 其次，观察零件图知，本设计零件为盘类零件（毛坯可以为棒料、锻件和板料） ，因 外圆和内圆直径尺寸都较大，用棒料加工内圆材料浪费过大，用锻件内圆较难锻造， 考虑到其对强度、刚度和冲击韧性要求不高，再者，零件的生产类型为小批量生产。 因此，本零件的毛坯种类以钢板焊割裁剪方法获得较经济方便。 3.2.2 基准的选择 根据定位基准的选择原则

28、，分析本零件，外圆首先加工，又便于夹持，可以做 粗基准用于加工精基准。内圆和端面同一工序里加工可以保证它的垂直度公差，并 且表面粗糙度等各项性能指标都很高，适合做后续工序的精基准，故使用加工后的 内圆和端面作为精基准而加工出来的孔的位置度也很高。本零件选择端面和 182mm 的内圆作为精基准，选择 260mm 的外圆作为粗基准。 3.2.3 制定工艺路线 在综合考虑上述工序的顺序安排原则基础上，拟定该管螺纹滚压头装置的拨盘 零件的工艺。 路线如下： 工序 1：下料； 工序 2：粗车、半精车 260mm 外圆，粗车、半精车 a 面； 工序 3：粗车、半精车 182mm 内圆，粗车、半精车 b 面

29、； 工序 4：调质处理 hrc28-32； 工序 5：车 8x9.4 槽； 工序 6：精车 260mm 外圆； 工序 7：磨 182mm 内圆； 工序 8：磨 ab 面； 工序 9：钻中心孔、钻、扩、精绞 6x16mm 通孔，倒角； 工序 10：钻、精绞 4x4mm 通孔； 工序 11：铣 r15.5mm 孔，扩铣 r17mm 孔； 工序 12：扩铣 r17mm 半孔； 工序 13：攻 m8mm 螺纹孔； 工序 14：攻 m6mm 螺纹孔； 工序 15：终检。 3.2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 通过对管螺纹滚压头装置的拨盘的工艺分析和加工分析，查工艺设计手册和切 削用量手册，

30、确定了机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸，数据如表 3.1 所示。 表 3.1机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸表 需加工表面 （mm） 工序尺寸(mm)毛坯尺寸公差 (mm) 机械加工总余量 (mm) 毛坯尺寸(mm) 粗车 260 外圆 26935269 半精车 260 外 圆 2642.7 精车 260 外圆 261.31.3 粗车 182 内圆 17335173 半精车 182 内 圆 1783.4 磨 182 内圆 181.40.6 粗车 a 端面 332233 半精车 a 端面 310.6 粗车 b 端面 30.42 半精车 b 端面 28.40.6 磨 a 端面 27.80.4 磨

31、b 端面 27.40.4 车 8x9.4 槽； 08x9.4 钻 6x16 通孔 的中心孔 0 钻 6x16 通孔 015 扩 6x16 通孔 150.85 精绞 6x16 通 孔 15.850.15 钻 4x4 通孔 03.9 精绞 4x4 通孔 3.90.1 铣 r15.5 孔 031 扩铣 r17 孔 313 扩铣 r17 半孔 313 钻 6.9 孔 06.9 攻 m8 螺纹孔 6.91.1 钻 4.9 孔 04.9 攻 m6 螺纹孔 4.91.1 3.3 加工设备与工艺装备选择 3.3.1 选择机床 工序中粗车，半精车 260mm 外圆；粗车、半精车 182mm 内圆，粗车、半精 车

32、 a 面；粗车、半精车 b 面，车 8x9.4 槽；精车 260mm 外圆选择 ca6140 车床加工。 工序中钻中心孔、钻、扩、精绞 6x16mm 通孔；钻、精绞 4x4mm 通孔；攻 m8mm 螺纹孔；攻 m6mm 螺纹孔选择 zw3725 钻床加工。 工序中铣 r15.5mm 孔，扩铣 r17mm 孔选择 xh714 铣床加工。 工序中磨 a 面，磨 b 面选择 m7132h 平面磨床加工。 工序中磨 182mm 内圆选择 m215a 内圆磨床加工。 3.3.2 选择夹具 工序中粗车，半精车 260mm 外圆；粗车、半精车 182mm 内圆，粗车、半精 车 a 面；粗车、半精车 b 面，

33、车 8x9.4 槽；精车 260mm 外圆选择 ca6140 车床上的 三爪卡盘即可。 工序中钻中心孔、钻、扩、精绞 6x16mm 通孔；钻、精绞 4x4mm 通孔；铣 r15.5mm 孔，扩铣 r17mm 孔需要制作卧式钻床专用夹具，以内圆与端面定位确定五 个自由度，再用一个菱形销定位一个 16mm 通孔，端面夹紧。 工序中攻 m8mm 螺纹孔；攻 m6mm 螺纹孔需要制作立式钻床专用夹具，以内圆与 端面定位确定五个自由度，再用一个菱形销定位一个 16mm 通孔，端面夹紧。 第 4 章 运动机构的仿真与分析 deform 是对在一个集成环境内综合建模、成型、热传导和成型设备特性，并基 于工艺

34、的模拟系统的有限元模拟仿真分析软件。它专门用于各种金属成型工艺和热 处理工艺的模拟仿真分析，可模拟自由锻、模锻、挤压、拉拔、轧制、摆辗、辗锻 等多种塑性成型工艺过程，包括冷、温、热塑性成形问题、多工序塑性成形问题、 磨具应力和弹性变形及破损的模拟分析。可提供极有价值的工艺分析数据。 deform 仿真分析过程如下： 在 solidworks 中构建轧件与轧辊的装配图，导出 stl 格式，再导入 deform。 轧件尺寸为外圆 112.5mm，内圆为 100.54mm，长 100mm。 轧辊尺寸为外圆 70mm，内圆为 44mm，长 60mm。 轧件类型选为塑性，温度为 68f，划分网格为 10

35、800，材料选为 45 钢。 轧辊类型选为刚性，温度为 68f，定义驱动条件角速度为 6.33rad/sec，中心轴 为轧辊中心，平移速度为 0.05in/sec，方向为各自指向轧件中心。 设置边界条件为轧件与轧辊的各自接触点，摩擦因数设为 f=0.2,接受系统默认 接触容差值。 设置模拟控制信息步数为 500，每步时间间隔为 0.1s,开始步为-1。 生成数据库文件 gy6.db, 并分析求解。 deform 仿真分析结果如下： 此次设计是常温下轧制塑性成型工艺过程的模拟仿真分析，分析其受力变形及 破损情况。模型构建如图 4.1 所示。 图 4.1仿真模型 弹性变形阶段如图 4.2 所示。

36、图 4.2弹性变形阶段 塑性变形阶段如图 4.3 所示。 图 4.3塑性变形阶段 损坏随时间的变化情况如图 4.4 所示。图形显示了管螺纹分别经过了弹性变形 和塑性变形两个阶段。前面的图形显示管螺纹均未开裂或破损，达到了设计的目的。 图 4.4损坏 应变随时间的变化情况如图 4.5 所示。图形符合 45 钢的力学性能，屈服强度为 355mpa,抗拉强度为 600mpa。 (管壁厚度) (4.1)6.88mm 12.7mm25.40.0510 所以可以保证加工各深度螺纹，工件都在 45 钢的弹性变形范围内，达到设计的 目的。 图 4.5应变 仿真过程中的金属流动情况如图 4.6 所示。图中金属都

37、向切线方向流动，与轧 辊的运动方向吻合。 图 4.6金属流动 仿真过程中的平均应力情况如图 4.7 所示。图中应力都在 45 钢的屈服强度下波 动，符合设计要求。 图 4.7应力平均 总结 本设计的主要内容是收集资料，撰写文献综述、开题报告，进行外文翻译；绘 制管螺纹滚压装置装配图和主要非标零件图；编制主要零件加工工艺规程(注：加工 场地为学院实验室)；构建装置的三维图形及数模，并进行三维运动仿真；撰写毕业 设计说明书。通过这次提高了设计一般机械装置的能力，提高了编制零件加工工艺 的能力，提高了对 cad/cam 应用软件的使用能力，提高了对专业文档书写与组织的 能力。同时也发现存在很多不足之

38、处，理论与实际存在较大差距，对知识的掌握程 度和广度有待提高，自我解决问题的能力也不够。今后要加强这些方面的能力，这 样才能很好的走上社会和融入社会。 参考文献 1 闻邦椿. 现代机械设计手册m. 北京: 机械工业出版社, 2012. 2 王先逵，陈红霞. 机械制造工艺学m. 北京: 北京大学出版社, 2010. 3 刘忠伟. 先进制造技术(第 3 版) m. 北京: 国防工业出版社, 2011. 4 石俊征. 螺纹管滚压成型卡盘装置专利摘要d. 大连:大连轻工机械总厂, 1987. 5 h.b.wang. computer-aided process planning m. elsevier science publishers, 1999. 6 王秀伦. 螺纹滚压加工技术m. 北京: 中国铁道出版社, 1990. 7 胡正寰, 华林. 零件轧制成型技术m. 北京: 化学工业出版社, 2010. 8 金问楷, 张学政. 金属工艺学m. 北京: 中央广播电视大学出版社, 1986. 9 计志孝. 螺纹加工新工艺m. 北京: 兵器工业出版社, 1990. 10程通模. 滚