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1、一一 绪绪 论论 3 3 二二 活塞结构特点活塞结构特点 4 4 三三 活塞的工艺规程的制订活塞的工艺规程的制订 5 5 3 1 13 1 1 产品的零件图产品的零件图 见图纸见图纸 5 5 3 1 23 1 2 产品验收的质量标准产品验收的质量标准 5 5 3 1 33 1 3 产品的生产纲领和生产类型产品的生产纲领和生产类型 6 6 3 2 13 2 1 材料选材料选择择 7 7 3 2 23 2 2 毛坯的选择毛坯的选择 8 8 3 2 33 2 3 确定的机械加工余量确定的机械加工余量 8 8 3 2 43 2 4 毛坯的制造方法及工艺特点毛坯的制造方法及工艺特点 8 8 3 3 13
2、 3 1 定位基准的选择定位基准的选择 9 9 3 3 23 3 2 粗基准和精基准的选择粗基准和精基准的选择 9 9 3 4 13 4 1 加工方法的确定加工方法的确定 1010 3 4 23 4 2 加工工序的安排加工工序的安排 1111 3 5 13 5 1 加工余量的确定方法加工余量的确定方法 1313 3 5 23 5 2 加工余量的确定加工余量的确定 1414 3 73 7 机床与工艺装备的确定机床与工艺装备的确定 1616 3 7 13 7 1 机床的选择机床的选择 1616 3 7 23 7 2 夹具的选择夹具的选择 1616 3 7 33 7 3 刀具的选择刀具的选择 171
3、7 3 7 43 7 4 量具的选择量具的选择 1717 3 83 8 切削用量的确定切削用量的确定 1818 3 8 13 8 1 切削用量的选择切削用量的选择 1818 3 93 9 工序时间的计算工序时间的计算 1919 四 五槽夹具设计四 五槽夹具设计 22 22 4 14 1 活塞五槽加工夹具的定位及误差分析活塞五槽加工夹具的定位及误差分析 2222 4 1 14 1 1 定位方式和定位元件定位方式和定位元件 2222 4 1 24 1 2 定位误差分析与计算定位误差分析与计算 2222 4 24 2 工件的夹紧装置的设计工件的夹紧装置的设计 2323 4 2 14 2 1 夹紧装置
4、的组成夹紧装置的组成 2323 4 2 24 2 2 夹紧力的确定夹紧力的确定 2323 4 34 3 对定装置对定装置 2424 4 44 4 标准件的选取标准件的选取 2424 4 54 5 夹具体的设计夹具体的设计 2424 4 5 14 5 1 夹具体的毛坯结构夹具体的毛坯结构 2424 4 5 24 5 2 夹具体外形尺寸的确定夹具体外形尺寸的确定 2424 4 5 34 5 3 夹具体的排屑结构夹具体的排屑结构 2525 五 四孔夹具设计五 四孔夹具设计 25 25 5 15 1 工件的定位工件的定位 2525 5 25 2 定位误差的分析与计算定位误差的分析与计算 2525 5
5、35 3 工件工件的的夹紧夹紧 2727 5 45 4 导向装置的确定导向装置的确定 2727 5 55 5 标准件的选择标准件的选择 2828 六 六 结论结论 2929 七 七 参考文献参考文献 3030 八 八 致致 3131 活塞的机械加工工艺及夹具设计活塞的机械加工工艺及夹具设计 摘 要 本设计通过对燃机铝活塞加工技术的发展 活塞的工作环境以及结构特点的分析 确定了活 塞的加工过程及加工方案 其中主要包括 生产纲领和生产类型的确定 材料的选择 毛坯的制 造方法 机械加工余量的确定 各加工工序切削用量的确定 工序时间的计算以及工序卡片的编 制 最后 进一步选择并设计了两套典型的机床夹具
6、 钻四孔夹具设计和铣五槽夹具设计 其中 主要包括 定位方案与夹紧方案的设计 分度装置的设计 两套夹具的工作原理以及在夹具设计 过程中应该注意的问题 经过设计分析和论证 活塞的工艺设计与夹具设计是可行的 关键词关键词 活塞 工序 机床夹具 机械加工 定位夹紧 分度装置 1 绪 论 1 1 本课题的研究意义 国外研究现状 水平和发展趋势 活塞是发动机中的重要零件之一 它在工作时承受发动机汽缸高温气体的压力 并通过活塞销 连杆将压力传给曲轴 因此活塞是在高温 高压和连续变负载下工作 的 发动机活塞的材料为铝合金 它的导热性好 重量轻 惯性力小 并具有较好的 切削加工性 铝活塞的毛坯采用金属模浇铸 毛
7、坯的精度较高 活塞销孔也能铸出 因此机械加工余量可以相应地减少 毛坯在机械加工前要切去浇冒口 并进行时效处 理 以消除铸造时因冷却不均匀而产生的应力 1 2 本课题的基本容 预计可能遇到的困难 解决问题的方法和措 施 本课题基本容是某活塞机械加工工艺及其夹具设计 要研究的主要容有 1 设计开始的过程中 我们应该认真分析零件图 了解要加工零件的结构特点 和相关的技术要求 对活塞的每一个细节 都应仔细的分析 如活塞加工表面的平行 度 同轴度 粗糙度等 特别是要注意各部分自身精度 同轴度 圆度 粗糙度 和 它们的相互位置精度 轴线之间的平行度 垂直度以及轴线与平面之间的平行度 垂 直度等要求 该加工
8、零件的各孔的尺寸是整个设计加工的关键 必须弄懂其每个尺寸 的意义 我们采用 Solideworks 软件绘制零件图 一方面增加对零件的了解认识 另 一方面增加我们对 Solideworks 软件的熟悉 2 活塞的加工工艺过程是整个设计的重点容 在设计过程中 我们必须严格地选 择毛坯 制订工艺规程 确定加工余量 计算工艺尺寸 计算工时定额以及定位误差 的分析 为了与实际加工相吻合 我们还必须对加工设备 切削用量 加工装备等进 行选择和设计 这个阶段容较多 涉及的围也比较广 为了设计的参数合理 我们必 须广泛查阅相关的书籍 达到设计的合理性和实用性 3 为了工件定位准确和夹紧的快速 提高效率和降低
9、工人的劳动强度 提高零 件加工精度和安装找正方便 我们要采用专用的夹具 在夹具设计过程中 我们统一 采用以端面和中心孔为主要定位面来进行加工 因为我们未学习过夹具的设计和计算 所以工作量大增加了 只有通过在实习过程中对夹具的感性认识和夹具设计参考书以 及夹具图册来进行设计和计算 所以 夹具的设计是整个设计的重点 也是一个难点 夹具的设计必须要保证夹具的定位准确和机构合理 考虑夹具的定位误差和安装 误差 我们将通过对工件与夹具的认真分析 结合一些夹具的具体设计事例 查阅相 关的夹具设计资料 联系在工厂看到的一些活塞加工的夹具来解决这些问题 1 3 本课题采用的研究手段和可行性分析 根据活塞零件的
10、特点 活塞加工不宜采用工序集中的原则 一般采用工序分散的 原则来安排加工顺序 因为活塞加工一般为大批生产 加工要求较高 且刚性较差 所以加工应划分阶段 尽可能将粗 精加工分开进行 逐步提高定位基准的精度和加 工表面的精度 在加工发动机活塞零件的工艺过程中 我们必须保证其各部分的加工精度和与连 接部件的装配精度 其主要技术要求如下 1 裙部外圆要求与汽缸精密配合 尺寸公差为 6 级精度等级 表面粗糙度 Ra0 63um 2 为了使活塞销工作时能在空中自由转动 活塞销孔尺寸公差为 6 级以上精度 表面粗糙度 Ra0 16um 圆度公差 0 0015mm 孔的圆柱度公差 0 003 mm 3 为了使
11、活塞销和销孔受力均匀 减少不均匀摩擦 活塞销孔对裙部轴线必须 垂直 在 100 mm 长度上公差为 0 035mm 对称度为 0 2 mm 4 销孔轴线到顶面距离为 56 上下偏差为 0 08 mm 0 08 mm 5 为使活塞环能随气缸套孔径大小而自由地涨缩 环槽的宽度尺寸 表面粗糙 度及对裙部外圆轴线的位置也有较高的要求 1 2 活塞结构特点 2 1 活塞的工作环境及承受的作用力 活塞在气缸工作时 混合气在燃烧室燃烧时产生的温度超过 890 摄氏度 活塞高 速运动时其加速度达到 25000 70000m s 四冲程发动机工作时活塞顶部中心温度 在 330 摄氏度左右 二冲程发动机则为 40
12、0 到 450 摄氏度 由此可见 活塞是在一 个高温的环境中工作 在发动机汽缸 活塞在一部分工作循环压缩气体 而在另一部 分工作循环 汽缸的混合气体燃烧膨胀 活塞承受高温气体压力 并把压力通过活塞 销 连杆传给曲轴 可见活塞是在高温高压下作长时间变负荷的往复运动 活塞的结 构就要适应这样的工作条件 2 2 活塞的结构特点 活塞顶面用于承受高温气体的压力 在活塞外圆表面上有三个环槽 离顶面最远的 一个环槽是油环槽 槽装有油环 将气缸壁上多余的润滑油刮去 第一环为气环槽 用于安装气环 密封燃烧工质 第二环为扭曲环 活塞环上部分称为头部 其余部分 称为活塞裙部 活塞采用 ZL101 铝铜合金材料锻造
13、 它由顶部 头部 裙部三部分组成 头部 呈圆锥体 裙部呈椭圆 顶部为 形 头部有三道环槽 上面两道安装气环 下面一 道安装油环 油环底部分布着两排回油孔 油槽下面还有一排油孔 活塞头部从上至 下呈圆锥体 裙部呈椭圆 腔复杂 壁厚较均匀 为了减少向裙部传导的热量 在活塞 主要是高速燃机用活塞 上铣有横槽 以 减少向下传热的面积 在活塞上还铣有纵向槽 稍斜 以增加活塞裙部的弹性 横向 槽也有类似作用 为了活塞的气密性和耐磨性 增加其寿命 在气环槽下镶嵌一高镍 铸铁环 使铸铁的热膨胀系数更接近 ZL101 以便满足零件要求 活塞销孔装活塞销与连杆小头孔相连接 为了使活塞销的磨损均匀 在工作温度 下
14、应使活塞销在活塞孔及连杆小头衬套孔中能自由转动 即所谓 浮动式 活塞销 为了避免活塞销在工作过程中轴向窜动 在锁环槽中装有锁环 4 3 活塞的工艺规程的制订 3 1 制订机械加工工艺规程的原始资料及活塞的工艺分析 3 1 1 产品的零件图 见图纸 3 1 2 产品验收的质量标准 活塞的技术要求已由国家科委制定了国家标准 对各部分的尺寸公关 形状和位 置公差以及表面粗糙度均有详细的规定 现采用 JB3931 85 标准说明如下 1 活塞裙部外圆要求与气缸很精密的配合 因此裙部外圆尺寸公差一般为 IT6 对于高速燃机要达 IT5 为了减少机械加工的困难 将活塞裙部和气缸套孔径的制造 公差放大三倍
15、装配时将活塞按裙部尺寸分为三组 气缸套按孔径尺寸分成三组 对 相应的组的进行装配 以保证达到要求的间隙 裙部的椭圆度和锥度公差在分组尺寸 公差围 裙部外圆粗糙度 Ra 0 63 m 5 2 对于浮动式活塞销孔 为了使活塞在工作过程中能在孔中自由转动 销孔尺 寸公差 IT6 级以上 为了减少机械加工工作量 活塞销孔和活塞销的装配也采用分组 装配法 当销孔圆表面粗糙度 Ra 0 16 3 活塞销孔的位置公差要求如下 a 销孔轴心线到顶面的距离影响气缸的压缩比 影响发动机的效率 对于此活塞 这一距离为 56 0 08mm b 销孔轴心线对裙部轴心线的垂直度过影响活塞销 销孔及连杆的受力情况 垂 直度
16、误差过大将使活塞销 销孔及连杆单侧受力 活塞在气缸中倾斜 加剧磨损 垂 直度在 100mm 长度上为 0 030mm c 销孔轴心线在裙部轴心线的对称度误差也会引起不均匀磨损 对称度公差为 0 030mm 4 为了使活塞 环能随气缸孔径大小的变化而自由地胀缩 对活塞环槽作下列规 定 a 活塞环平面母线对裙部轴线的垂直度 且在长度上为 0 06mm b 活塞环槽平面对裙部轴线圆跳动为 0 04mm c 环槽宽度尺寸公差为 0 015 0 035mm d 活塞环槽上下面平面粗糙度 Ra 0 63 m 5 为了保证发动机运转平稳 同一发动机各活塞的重量不应相差很大 重量差 不得大于名义重量的 2 2 活塞按重量分组装配 6 Error Error NoNo bookmarkbookmark namename given given 3 1 3 产品的生产纲领和生产类型 生产纲领是企业在计划期应当生产的包括备品和废品在的年产量 可按下式计算 1 1 QnN 式中 零件的年生产纲领 件 年 N 产品的年产量 台 年 Q 每台产品中 该零件的数量 件 台 n 备品率 a 废品率 b 根据零件易磨损
