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 毕 业 设 计 说 明 书 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 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 毕 业 设 计 说 明 书 I 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 tolerances 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 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 deformation simulation analysis 毕 业 设 计 说 明 书 II 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 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 毕 业 设 计 说 明 书 0 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 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 1942 1945 由于军火生产的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 毕 业 设 计 说 明 书 1 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 毕 业 设 计 说 明 书 2 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 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 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 毕 业 设 计 说 明 书 3 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 12 偏心轮 13 滚丝轮 爆炸图如图 2 2 所示 毕 业 设 计 说 明 书 4 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 毕 业 设 计 说 明 书 5 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 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 毕 业 设 计 说 明 书 6 图 2 5 闭锁机构零件图 闭锁机构