【正文】 d2=(滾珠絲桿螺紋沒有中徑， d2?。?d+d1）/2) （ 2）確定滾絲綸螺紋中徑處的螺紋升角 σ 滾 σ 滾 =arctantΔ l零π d2 =arctan *=176。 （ 3）驗算 Δ l 零 是否滿足下列不等式： Δ l 大 ＞ ︱ Δ l 零 ︱＞ Δ l 小 ∵Δ l 大 =5mm Δ l 零 = Δ l 小 = lLTnU =200961*25*4= 滿足不等式 （ 4）中徑 D2 和頭數(shù) Z 中徑和頭數(shù)是滾絲輪各要素中主要的兩項，如果選擇不適當(dāng)，會影響到模具壽命和零件加工精度，甚至加工過程中亂扣。由于存在內(nèi)孔，并考慮到強(qiáng)度、機(jī)床及制造原因，滾絲輪中徑要比工件中徑大好幾倍，也就是說滾絲輪必須做成多頭的。根據(jù)實踐，頭數(shù)越多，滾壓越平穩(wěn)，滾絲輪壽命也越高。頭數(shù)只能取整數(shù)，最大直徑受機(jī)床允許條件的限制 D2= Td2︱△ LP︱ = ZPd2︱ △ LP︱ D2Z =*10 = 取 Z=4 所以 :D2= 需要說明的是，這里計算出的中徑尺寸，不必另加修磨量。這是因為加了修磨量之后，滾壓工件時會產(chǎn)生軸向跳動，不利于滾絲輪的使用。 （ 5） 滾絲輪外徑 h1=1/2（ d2d1） =1/2（ ） = D=D2+2h1=+ 2= （ 6） 滾絲綸倒角 Ψ 與 f Ψ =5176。， f=5 （ 7） 導(dǎo)程 T T=P*Z=4*10=40mm （ 8） 滾絲綸的寬度 L≥ 3d+2f，取 L=100mm （ 9） 滾絲綸的孔徑鍵槽尺寸 根據(jù) Z2880型機(jī)床選取 內(nèi)孔 d=54+ 鍵槽 b=12+ +， h=+ 設(shè)計出的滾絲綸如圖 35 所示 圖 35 滾絲綸設(shè)計尺寸圖 采用軸向進(jìn)給滾壓時滾絲機(jī)的調(diào)整 采用軸向進(jìn)給的滾壓方法時，滾絲機(jī)的調(diào)整有些地方與普通滾壓時不同，下面對軸向進(jìn)給滾壓時對滾絲機(jī)調(diào)整方法做一些介紹。 支片的選擇 選擇支片時要根據(jù)所用的對刀方法，本文采用的支片結(jié)構(gòu)如圖 36 所示，這種高度可調(diào)，頂部放置工件的 部位鑲有硬質(zhì)合金，提高耐磨性。支片的這種結(jié)構(gòu)設(shè)計能保證滾壓時支片的工作部分與滾絲輪保持合理的軸向相對位置。 支片的高度 H 和頂部工作部分的最大寬度 B 用下式確定 : H=′ B= 式中， h— 支片底座與滾輪中心之間距離， mm 。 d′ — 與滾絲輪螺紋升角相同的螺紋的公稱直徑， mm。 t— 螺紋螺距， mm。 圖 36 支片結(jié)構(gòu) 滾絲機(jī)調(diào)整過程 采用試滾對刀法時，首先安裝上滾絲輪，把支片固定在底座上，調(diào)整它們之間的軸向位置，使二者端面大體齊平 。調(diào)整兩輪中心距和主動輪的進(jìn)給行程 。安裝支片時注意工作部分的后端面不要超過滾絲輪后端的完整齒部分，否則，滾壓好的螺紋會被擠傷。試滾調(diào)整完畢后，即可選擇滾壓用量并進(jìn)行試加工。 本章小結(jié) 本章介紹了滾絲輪的選材、設(shè)計方法以及支片的選擇，并設(shè)計出了加工本文的波形螺紋釬桿的滾絲輪，由于釬桿波形螺紋螺牙較淺，螺距很大，相應(yīng)的，會給制造滾絲輪帶來一些困難。在設(shè)計滾絲輪時，可以不必規(guī)定滾絲輪螺紋中徑的制造公差，因為制造時出現(xiàn)一些偏差也不會對被加工螺紋的精度有很大影響。但要注意的時，兩滾絲輪螺紋中徑的尺寸不能差別太大，否則會導(dǎo)致兩滾絲輪的圓周速度有差別，引起工件加工時跳動，牙型畸變。 第 4章 螺紋滾壓過程的有限元模擬 有限元理論簡介 金屬成形時可分為兩種不同 的材料模型 :剛塑性材料和彈塑性材料。在體積變形時，金屬材料發(fā)生的塑性變形較大時，彈性變形在總變形中占的部分少，這時可以忽略彈性變形，只考慮塑性變形的部分，這種材料模型就是剛塑性材 料模型。沖壓板料時，變形中彈性變形和塑性變形都要考慮，這就是彈塑性材料模型。 剛塑性有限元方法求解時采用 Mises 屈服準(zhǔn)則和 LevyMises速率方程，可以求出節(jié)點(diǎn)速度場。體積成形工藝有冷 (溫 )態(tài)成形和熱態(tài)成形，相應(yīng)的材料模型也分為剛塑性硬化材料模型和剛粘塑性硬化材料模型。這種方法相對簡單、效率高。不足之處在與不能進(jìn)行卸 載分析，無法分析殘余應(yīng)力、變形及回彈，計算也有一定誤差 [}aaa7}0 彈塑性有限元法綜合考慮彈性變形和塑性變形，彈性變形采用 Hooke 定律，塑性區(qū)采用 PrandtlReuss 方程和 Miles 屈服準(zhǔn)則，求解節(jié)點(diǎn)位移量。彈性區(qū)根據(jù)對應(yīng)問題描述的不同又分為大變形彈塑性有限元法和小變形彈塑性有限元 法。顧名思義，小變形彈塑性有限元法采用小變形增量描述大變形問題，這種方法會產(chǎn)生較大累計誤差，現(xiàn)在已很少使用。大變形彈塑性有限元法在大變形理論的基礎(chǔ)上采用 Lagrage 描述，增量步長很小，因此效率低。彈塑性有限元 法可以分析塑性成形的加載和卸載過程，變形后工件的殘余應(yīng)力、殘余應(yīng)變、回彈及工件與模具間的相互作用 。 Fe有限元分析軟件 FORGE 2D 軟件由 SNECMA 公司和法國 Ecole des Mines de Paris大學(xué)聯(lián)合研究，在 1989年開始應(yīng)用在塑性成型領(lǐng)域。 FORGE 3D 軟件由法國 、 FORGES DE COURCELLES 公司、SAFE ASCOMETAL 公司、意大利的 TEKSID 公司、 Ecole des Mines de Paris 大學(xué)等機(jī)構(gòu)聯(lián)合開發(fā)。 FPRGE 2021 由 FORGE 2D 和 FORGE 3D合并而成，是由世界數(shù)值模擬研討大會的創(chuàng)始者， CEMEF（材料成型研究中心）研發(fā)。 FOGE 的功能及特點(diǎn) FORGE 軟件主要由前處理器和網(wǎng)絡(luò)生成器 GLPre、求解器solver2D/3D、后處理器 GLview lnova、材料數(shù)據(jù)庫、設(shè)備數(shù)據(jù)庫等構(gòu)成。二維模式下，需要導(dǎo)入 IGES 和 DXF 格式二維幾何圖形；三維模式下，需要導(dǎo)入 STL， STEP/STP 等格式文件?？捎?AutoCAD、solidWorks、 UG、 Pro/E、 CATIA 等行業(yè)常用軟件繪制幾何模型。軟件可對幾何圖形進(jìn)行總體有限元網(wǎng)絡(luò)劃分，局部網(wǎng)絡(luò)細(xì)化，手動網(wǎng)絡(luò)劃分，邊緣切割，節(jié)點(diǎn)居中或刪除。 軟件可對冷鍛、溫鍛、熱鍛、沖壓、切削、熱處理等工藝進(jìn)行二、三維模擬。熱鍛變形模擬時使用熱 粘塑定律。溫鍛和冷鍛變形模擬使用使用熱 彈 塑模型，并可模擬殘余應(yīng)力。軟件具有穩(wěn)定的自動網(wǎng)絡(luò)生成和再生技術(shù)，更加適合于復(fù)雜零件的三維網(wǎng)絡(luò)劃分。 FORGE 軟件可在 Windows 95/98/2021/XP/NT/Vista/7/8/10 以及 Linux 系統(tǒng)環(huán) 境下運(yùn)行，支持 32 位和 64 位多種語言操作系統(tǒng)。三維 FORGE 軟件并行 /集群版本，最多支持 128 位 CPU 的并行處理計算，極大提高了計算效率。 FORGE 軟件能對鍛造生產(chǎn)剪切下料、加熱、輥鍛、鍥橫鍛、輥環(huán)、熱鍛、冷鍛、切邊等各個過程進(jìn)行模擬分析。同時 FORGE可以對金屬材料的奧氏體化過程、正火、回火、退火、淬火等熱處理過程進(jìn)行模擬，并可模擬成型過程的動態(tài)在結(jié)晶過程。 FORGE 軟件系統(tǒng)中采用標(biāo)準(zhǔn)的端淬試驗?zāi)嫦蝌炞C優(yōu)化淬火介質(zhì)性能，幫助用戶準(zhǔn)確獲得熱處理介質(zhì)性能，軟件系統(tǒng)中有液壓機(jī)、螺旋壓力機(jī)、鍛錘、輥環(huán)機(jī)、組合 模具和特種鍛壓設(shè)備等。含有多種標(biāo)準(zhǔn)的鍛造和模具材質(zhì)、潤滑劑數(shù)據(jù)庫，并且用戶可根據(jù)自己的需求進(jìn)行更新和擴(kuò)充數(shù)據(jù)庫。 FORGE 處理流程 FORGE 的各個處理模塊分為前處理、模擬計算、后處理三大模塊。在前處理中，如圖 41a，用戶輸入幾何模型、設(shè)置邊界條件，最終生成下一步模擬計算要調(diào)用的數(shù)據(jù)文件。 FORGE 模擬采用的模型需從外部導(dǎo)入，數(shù)值模擬模型的正確與否是仿真是否有實際意義的關(guān)鍵所在。接著如圖 41b，系統(tǒng)啟動模擬計算模塊，調(diào)用上一步生成的數(shù)據(jù)文件，有限元求解器通過迭代運(yùn)算法開始進(jìn)行模擬計算 。根據(jù)材料性能選擇不同的迭代計算法。模擬計算完成后，如圖 41c，后處理模塊把模擬對象的應(yīng)力場、應(yīng)變場、速度場、溫度場等用圖形界面表現(xiàn)給用戶。 圖 41a 圖 41b 前處理 工件和模具三維文件讀入 工件和模具材料屬性及溫度設(shè)置 工件的網(wǎng)絡(luò)細(xì)分及重新計算體積 工件和模具的約束關(guān)系、邊界條件及摩擦的定義 模具運(yùn)動參數(shù)的設(shè)置 模擬步數(shù)、步長定義等模具參數(shù)設(shè)置 生成數(shù)據(jù)文件 計算 轉(zhuǎn)入模擬計算模塊進(jìn)行增量計算 應(yīng)變場分析 圖 41c 模擬基本步驟及基本假設(shè) FORGE 模擬基本步驟 結(jié)合 FORGE 對問題的處理流程，滾珠絲桿冷軋的數(shù)值模擬主要分為以下幾步。首先我們用 UG 三維造型軟件建立滾絲輪、坯料、支板的模型，轉(zhuǎn)化成 Prt 格式文件 (做三維造型時要根據(jù)實后處理 速度場分析 應(yīng)變速率分析 溫度場分析 應(yīng)力場分析 損傷分析 際要求設(shè)置精度，精度不夠會影響模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，精度太高會延長模擬計算所需時間 )，然后導(dǎo)入到 FORGE 的前處理模塊中建立模型，調(diào)整它們的相對位置。接著，在前處理模塊中，選擇模具、坯料的材料屬性，模具為剛性，坯料為塑性，材料選用35 /25鋼，溫度為 20 0C(室溫 )，材料的彈性模量和泊松比從DEFORM 自帶數(shù)據(jù)庫中讀入。坯料劃分成三維四面體的單元網(wǎng)格，生成坯料與模具的接觸條件以及二者之間的約束、載荷、運(yùn)動條件等。前處理完成后，會生成 DB 文件，然后就可以進(jìn)入運(yùn)算處理模塊，由于滾壓螺屬于小變形，變形過程復(fù)雜，運(yùn)算需要幾個小時。運(yùn)算完成后，我們可以進(jìn)入后處理模塊，對模擬生成的模擬結(jié)果進(jìn) 行分析。其具體的流程圖如圖 42 所示。