关 键 词：

JX858 支架 工艺 规程 加工 螺纹 工装 夹具 设计 建模 图纸

资源描述：

JX858支架工艺规程及加工3×7螺纹孔工装夹具设计及建模带图纸,JX858,支架,工艺,规程,加工,螺纹,工装,夹具,设计,建模,图纸

内容简介：

毕业设计(论文)记载题目支架工艺规程及加工37螺纹孔工装夹具设计学生姓名张大伟学 院机械工程学院专业班级R机械05-8指导教师宿崇职称讲师所在单位机械制造及自动化教研室成绩综合评语：经毕业设计（论文）答辩委员会综合评定成绩为：答辩委员会主任（签字）：年 月 日注：此表应存入学生个人档案。金属基于FEM和SPH的切口过程的数值仿真和分析* * *摘要通过使用有限元法和SPH，在金属材料的切削过程模拟和切割机制耦合方法中对其结构进行了分析。仿真结果表明，切削过程是一个塑性变形的过程，切削层材料由于刀具的挤压产生剪切滑移，产生挤压和摩擦，切割形成的冷却表层材料，是受塑性变形力的结果，形成残余应力;切削力迅速增大后减小，最终变化在一定范围内，最大有效应力在一定范围内处于不同的稳定切削阶段的最前沿。关键词：金属切削;数值模拟，有限元法; SPH方法.I.导言金属切削过程是一个复杂的加工工艺。它不仅涉及到弹性，塑性和断裂力学，而且涉及到摩擦学和热力学。切割质量受许多因素影响，如工具的形状，切削参数，切削热，切削刀具磨损等1。这是个非常不理想的定量分析和研究分析方法的削减机制。它浪费了实验检错工时，增加生产成本。作为金属切割新的研究方法，机制，计算机模拟方法更简便，高效。其中，有限元方法是使用最广泛的金属切削仿真方法，并得到了一些重大的成就2，3。有限元方法是一种网格方法。分离的标准和断裂准则的芯片要人为地设置在金属切削模拟过程中，或在切削变形区的网格中将被扭曲。这是不完全符合实际情况的一种方法。无网格法的发展提供了一个问题的有效解决方案。光滑粒子流体动力学（型号为SPH）是一种成熟的无网格方法。仿真模型建立与SPH离散粒子的产生，在这么大金属切削变形过程中可有效解决4-6。在连续介质的机械变形仿真中，有限元法的效率比SPH高，但不如在仿真过程中涉及到大变形，不连续的媒介。因此，文件模拟金属切削基于LS - DYNA中的软件程序进行有限元方法和SPH耦合。它补充了单一方法的缺点。II.基本原则的SPH方法在SPH中，仿真模型建立离散粒子。粒子的质量在固定的坐标系统中是固定的。因此SPH方法类似于拉格朗日方法。它的基本方程，也是能量守恒方程和固体材料本构方程。在SPH中流场物理描述的流动的粒子，设定其具有一定的速度。每个粒子是一个流场特性的插值点。整个解决方案可以得到由这些粒子组成的插值函数7，8。SPH的基础是插值原则9。任何宏观变量（如密度，气压，温度等）可以得到由粒子组成的无序的一整套插值。粒子的相互作用用插值函数表示。近似粒子功能 hf(x)= f(y)W(x-y,h)dy (1)其中W是内核函数（插值内核），它的表述如下： W(x,h)=(x) (2)其中d是空间维数，h是平滑的长度。辅助值是 (u)= C (3)其中C是一个正常化的常数。平滑长度H是计算效率和精度的具有重要影响的因素。为了避免负面影响，由于材料压缩和膨胀，变化平滑的长度是由W. Benz.决定的。平滑长度是动态的，随时间和空间变化。它随着粒子之间的距离的增加而增加。随着粒子之间的距离减少而减少。它的变化范围为 HMIN*h0hHIMAX*h0 (4)其中h0是初始平滑的长度。SPH粒子的影响范围是一个球形区域，其半径为h，在每个时间段内，这些粒子在该地区的。因此，必须执行搜索。桶搜索算法应用的分类方法是用于在SPH搜索的。如图1所示，第一，整个区域划分为一些次区域，然后在每个粒子及其邻区地区的搜查。通过使用搜索方法，计算大大减少。 图1 桶分类和本区域搜索III. 建模与仿真A FEM和SPH的耦合模型在这篇文章里，大变形的SPH粒子模型，以及工件小面积变形和刀具的建模与拉格朗日网格有关。图2显示了耦合SPH和拉格朗日网格.图2 耦合SPH示意图颗粒和拉格朗日网这个颗粒示意图左边的部分是SPH粒子.它的右边部分是拉格朗日网格。SPH粒子和拉格朗日网格是通过节点耦合面在LS- DYNA中。失败连合接触的标准10是+ (5)其中fu,fs,fu,fai,fs,fail是正应力，剪应力，正常的破坏应力和失效的剪应力，m1,m2分别是指数的正应力和剪应力。 SPH粒子 有限元网格为了减少计算时间，简化了仿真模型，如图3所示。工件是一个6毫米（长） 4毫米（高） 0.2毫米（宽）的长方体。有限元网格大小为0.1毫米。切削变形区是仿照与0.33毫米SPH粒子（半径）。刀具前角0为10 ，后角0为6 。B.材料模型工件材料是45号钢模型，适用于钢的物质模型有任意的压力与疲劳曲线和各向同性的塑性。疲劳比率使用考贝.西蒙斯模型解释。之间的应变率和屈服应力的关系10是 （6）其中是应变率，C和帕累托应变率参数，0是初始屈服应力和fn(peff)是有效的塑性应变硬化作用。刀具材料的硬质合金（YT5）。它的硬度和强度远高于工件。它被认为是弹性体。表1列出了刀具和工件，其中一些材料特性1.6有相应的屈服应力值，以及有效塑性应变值1.6 表一 磁特性刀具和工件 单位：kg-mm-ms弹性率(E) 泊松比密度() 应变率参数(C) 应变率参数(P) 123456 123456工件200 0.30 7.810-640 5 0.36 0.38 0.42 0.500.560.600.015 0.025 0.05 0.0750.10.15切割工具600 0.15 1.310-5 弹性率(E) 工件实际上也反映了固体颗粒颗粒附近的2h0边界（h0是初始平滑的长度），如图4所示。 虚拟的物理粒子和固体颗粒的数量对称于固定边界上。因此，虚拟粒子可以产生约束的固体颗粒。它使固体颗粒速度保持在零值，而无法穿透边界。 固体颗粒 虚粒子平滑的长度初步平滑长度图4 SPH对称平面模型IV. 仿真结果分析A. 切屑的形成本文对切割变形和45号钢的切屑的形成过程进行了模拟。切割速度VS是10米/秒，切削深度为0.5mm。从图 5（a）可以看出，存在于边缘之间的工具和切削层材料接触带有较大的接触应力。正好是658.6MPa。该值高于生产的45钢的强度。因此，在接触带的物质产生不可逆变形，其他区的材料仍然处于弹性状态。随着工具的不断移动，边上的工具和切削层逐渐增加接触面积。切割层材料堆积在刀面上。材料的内应力逐渐增加。如图所示5（b），小变形区有效应力远高于屈服强度。 (a) t=0.02ms (b) t=0.06ms (c) t=0.14ms (d) t=0.35ms 图5 变形过程中的切削层材料因此，在小变形区材料是塑料的状态。刀具切削材料和流动挤压后，在向上沿刀面程塑性状态推动材料。切屑的材料从表格可以看出，流出的主要变形区，如图所示5（c）。从图 5（d）可以看出，表面层的组成物质的内部结构发生变化，并存在于表层形成的残余应力。仿真过程表明，挤压和摩擦，切割形成的冷却表层材料是塑性变形力的结果，并形成残余应力。图 6显示了工件在金属切削过程中的最大有效应力变化曲线。可以看出，最大有效应力急剧增加的起步阶段。最高值在0.11ms时高达1.4GPa，然后下降。在这个时候切屑逐渐形成。最高有效应力变化，最终在1.21.4GPa。 时间（ms）图6 变化曲线的最大有效应力B. 切削力分析从图 7可以看出，切削力急剧增加，然后下降，最终在一定范围内变化。在金属切削过程中，随着接触面积刀具和切削层材料变化，切削力和在接触带的内应力增加物质逐渐增加。时间（ms）当内应力达到屈服强度时，材料产生剪应力，切屑从主要变形区域流出。它使切削力减少一点。材料屈服和切屑形成不断发生，因此减少在一定范围内的力波。C. 分析应力和应变刀具从动态模拟过程可以看出，首次切削存在着较大的接触应力。随着切割进行，材料变形向上沿刀面和前刀面挤压动作。在刀面最大接触应力点向上移动了。在切屑形成以后，最大有效的应力波在某一处达到最大值（如图所示8）。因此，切削刀具在0.2ms时磨损严重。刀面应力分布曲线如图所示 9，可以看出，切削刃接触点应力较大。这时达到最大值为0.4毫米，然后逐渐减小。 图8 0.2ms的有效应力分布距离前沿（mm）图9 0.2ms的应力刀面分布曲线图10显示在刀具表面的最大有效应力应变变化曲线。没有考虑到不正常的地方跳动曲线，可以看出，最大有效应力大幅增加至0.28GPa，并最终保持在0.35Gpa左右摆动。最高有效应变保持在0.03左右摆动。刀具的弹性变形很小。 时间（ms） （a）最大有效应力变化曲线 时间（ms）（b）最大有效应变变化曲线图10 刀具表面最大有效应力和应变的变化曲线V. 结论1）耦合的有限元方法和SPH补充了单一方法的缺点。仿真结果表明，它是在金属切削仿真有效的过程。2）切割过程是一个塑性变形过程，切削层材料产生的剪切滑移是由于刀具挤压。3）从切割的挤压和摩擦结果来看，在冷却的条件下，在材料表面层形成塑性变形，并最终形成残余应力。4）后形成的切屑，最高在一定范围的有效应力波的前沿。因此，切削刀具磨损严重。自述我最主要是向我的上司王教授致以深切的感谢，他不断的鼓励和指导我.没有他的一贯指导和启发，本文不可能达到目前的形式。我还衷心感谢我的朋友和我同学抽出时间给我帮助，并且帮助我在文章出现困难的期间指出我的问题。参考文献1 J.-Z. Lu, J.-N. Sun, The Theory of Metal Cutting and Cutting Tool, Beijing: Mechanical Industry Publishing House, 2001.2 S.-J Chen, Q.-L Pang and K. Cheng, “Finite element simulation of the orthogonal metal cutting process”, Materials Science Forum, no. 471-472, pp. 582-586, 2004. 3 A.-G. Mamalis, M. Horvath, A.-S. Branis, et al, “Finite Element Simulation of Chip Formation in Orthogonal Metal Cutting”, Journal of Materials Processing Technology, vol. 110, no. 5, pp. 19-27, Mar, 2001. 4 R. Vignjevic, J.-R. Reveles, “SPH in a total lagrangian formalism” CMES - Computer Modeling in Engineering and Sciences, vol. 14, no. 3, pp. 181-198, 2006. 5 W. Benz, E. Asphaug, “Simulation of Brittle Solids Using Smooth Particle Hydrodynamics”, Computer Physics Communications, vol. 87, no. 1-2, pp. 253-265, 1995.6 C. Antoci, M. Gallati and Sibilla, S, “Numerical simulation of fluid-structure interaction by SPH”, Computers & Structures, vol. 85, no 11-14, pp. 879-90, June-July,2007.7 M. Kikuchi, M. Miyamoto, “Numerical simulation of impact crush/buckling of circular tube using SPH method”, Key Engineering Materials, vol. 306-308, I, Fracture and Strength of Solids VI, pp. 697-702, 2006.8 L.-J. Zhu, Q.-M. Zhang, R.-R. Long, “SPH simulation of hypervelocity impacts”, Journal of Beijing Institute of Technology, vol. 13, no. 3, pp. 266-9, 2004.9 J.Limido, C. Espinosa, M.Salaun, et al, “SPH method applied to high speed cutting modeling”, International Journal of Mechanical Sciences, vol. 49, no. 7, pp 898-908, Sept, 2007.10 J.-Q. Hallquist, LS-DYNA Theoretical Manual, Livermore Software Technology Corporation. Livermore, California, 1998大连交通大学2010届本科生毕业设计（论文）实习（调研）报告调研报告一、 课题的来源及意义 本次毕业设计的题目是支架工艺规程及加工孔工装夹具设计。当今世界，工业制造发达国家的对其加工设备（机床）工业高度重视，竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进机床，以加速工业制造及处进国民经济的发展。中国加入WTO后，正式参与世界市场激烈竞争，今后如何加强机床工业实力、加速数控机床产业发展，实是紧迫而又艰巨的任务。而支架零件主要起支承和连接作用，是机床中必不可缺的零件之一。 支架零件多用肋板、 耳板、底板和圆柱形轴、孔、实心杆等部分组合而成。设计支架零件的夹具要求学生全面地综合地运用本毕业极其有关先修毕业的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程的设计，这是我们在进行毕业设计对所学相关各毕业的深入综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们的大学生活中占有重要的地位。另外在做完这次毕业设计之后，我在想我能在下面几方面得到锻炼： （1）运用机械制造工艺学专业中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。 （2）提高结构设计能力。通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。 （3）学会使用手册以及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练的运用。 就我个人而言，我希望通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己发现问题、分析问题和解决问题的能力，为今后参加工作打一个良好的基础。 二、 国内外发展状况国外状况:随着全球经济的发展，新的技术革命不断取得新的进展和突破，技术的飞跃发展已经成为推动世界经济增长的重要因素。市场经济的不断发展，促使工业产品越来越向多品种、小批量、高质量、低成本的方向发展，为了保持和加强产品在市场上的竞争力，产品的开发周期、生产周期越来越短，于是对制造各种产品的关键工艺装备夹具的要求越来越苛刻 。一方面企业为追求规模效益，使得夹具向着高速、精密、长寿命方向发展；另一方面企业为了满足多品种、小批量、产品更新换代快、赢得市场的需要，要求夹具向着制造周期短、成本低的快速经济的方向发展。计算机、激光、电子、新材料、新技术的发展，使得快速经济制造夹具技术如虎添翼，应用范围不断扩大，类型不断增多，创造的经济效益和社会效益越来越显著。国内状况: 夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，国内夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。 三、 课题研究的目标 通过本次毕业设计，能够把先修课程如机械制图，理论力学，材料力学，机械制造，机械工程材料，互换性与测量技术，机械原理，机械设计等课程中所获得的理论知识在实际的设计工作中综合地加以运用，使这些知识得到巩固发展，并使理论知识在实际的设计工作中综合的结合起来。毕业设计是高等工科院校相关专业的学生第一次进行的比较完整的实践训练。通过这个环节，能够培养从事夹具设计应用与开发方面工作所需的基本技能：查阅科技资料、切削用量、工艺流程、夹具体设计等知识，为毕业后工作打下良好基础，树立正确的设计思想。 零件的结构特点：分析零件图知，该支架的结构属于相对简单的零件，总共有五个通孔和四个端面需要加工。五个通孔的加工精度较高，因而在保证五个通孔的位置精度的同时也要保证其加工精度。此外该支架的四个端面的加工精度较低，它们的加工误差也直接影响其后续的加工。四、课题研究的内容 本课题主要研究的内容为:根据所给零件图部分图样进行复原设计加工零件工样图，并设计该零件的加工工艺规程。设计一套加工支架3*7孔的工装夹具，并采用AutoCAD绘制该夹具的二维、三维装配图及零件图。五、课题研究的方法和手段1设计前的基础准备(1).研究产品对象.(2).熟悉工件.(3).工装夹具制造知识.2.工装夹具设计的工艺准备(1).对零件图进行工艺性分析(2).对夹具结构的初步分析.(3).选定夹具体.(4).绘制二维工件图.3.设计工装夹具(1).夹具结构的拟定与比较.(2).绘制夹具总装图.(3).夹具图样的修订与定型.4.调研结果拟定支架零件工艺过程的原则1先面后孔 支架零件基本是由平面和支撑孔组成。一般应先加工最主要平面（也可能包括一些次要平面），后加工支撑孔。这样，可以为孔的加工提供稳定可靠的定位基准面。此外，主要平面式支架的装配基准，先加工主要平面可使定位基准与装配基准重合，从而消除因基准不重合而引起的定位误差。2.粗、精加工 对于刚度较差、要求较高的支架零件，为了减少加工后的变形，一般要粗、精加工分开，即在主要平面和支撑孔的粗加工之后，再进行主要平面和各支撑孔的半精加工和精加工。根据上述分析，在单件、小批量生产中，要求较高的支架类零件的主要加工工艺过程可安排如下：铸造毛坯-粗加工主要平面-粗加工支撑孔-半精加工主要平面-半精加工支撑孔-精加工主要平面-精加工支撑孔。至于其他次要平面的加工，可根据情况穿插进行。如有螺纹孔，放到最后进行。 零件结构工艺性分析：该零件主要应该有以下工序。01铸造毛坯10铣上底面20铣圆柱前后侧面30铣后侧大平面40钻、扩、铰20H7孔50钻、扩、铰6H8孔60钻、扩、铰3*7孔基准面的选择 基准面的选择是工艺规程设计的重要过程之一。基面的选择正确与否，可以是加工质量的到保证，生产效率提高，否则，不但加工工艺过程漏洞百出，更有甚者，零件的大批量的报废，使用无法进行，难以在工期内完成加工任务。 粗基准的选择对于本杠杆来说是至关重要的，对于一般零件而言，应以出加工的表面为粗基准，本零件正好符合要求，对于精基准而言，主要应考虑到基准重合的问题，当设计基准与工艺基准不重合时，应该进行尺寸换算。 该支架的四个端面的表面粗糙度要求较高为Ra6.3m，所以其加工过程是先以其粗加工为基准,待其它的加工完后再进行精加工，所以一般要采用粗铣，半精铣，精铣的过程才能满足其要求，但因工件尺寸相对较小，故可直接采用粗铣，精铣的过程。该零件另外的主要加工较复杂的是五个通孔的加工，分析知7的三个通孔的尺寸和精度，表面粗糙度的要求是一样的，只是其在零件上的位置不同而已，因而可以同时加工，这样就减少了其整个零件的加工工步和时间，该零件的通孔的加工过程也是比较复杂的，因为不仅有尺寸公差要求（精度等级均为IT8），而且通孔表面粗糙度要求均为Ra1.6m，Ra3.2m,Ra12.5m.因而需通过钻、扩钻、粗铰，精铰的过程来满足尺寸公差和达到表面粗糙度的要求，其中因为小孔的尺寸过小，可以省略扩钻的过程，即经过钻、粗铰，精铰的过程就可达到要求。根据课题要求，我应该设计出一套钻3*7孔的夹具，所以应选择钻床夹具。 根据钻床的特点，应使工件在加工时满足完全定位，初选六点定位原则，使用压板或螺栓加紧，随着毕业设计进行，再另行详细设计。六、实验方案的可行性分析1. 个人的知识准备、开发能力方面 本人基本了解夹具设计和原理，夹具方面的基础知识掌握的也比较牢固，有过课程设计和在多家工厂实习的经验，设计部件的层次比较清晰，对电脑绘图软件有基本的了解，学习新事物的能力较强。2. 开发工具方面Pro.ENGINEER.Wildfire.2.0软件：2.1Pro/ENGINEER Pro/ENGINEER是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于