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1、扬 州 市 职 业 大 学 毕 业 设 计（论 文） 题目：汽车铝活塞的加工工艺及工装设备的设计 系 别： 机械工程学院 1 专 业： 机械制造与自动化 班 级： 09机械（6）班 1 姓 名： 1 学 号： 09010106031 指导教师： 摘 要机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量，节约能源，降低消耗的重要手段。本课题研究车床后托架加工工艺规程。首先通过对零件图的分析，了解工件的结构形式，明确了具体的技术要求，从而对工件各组成表面选择合适的加工方法。再拟订较为合理的工艺规程，充分体现质量、生产率和经济性的统一。机床夹具设计是工艺装备设计中的一个重要组成部分，在整个机械加工过程中，夹具
2、除了夹紧、固定被加工零件外，还要求保证加工零件的位置精度、提高加工生产率。最后使用SolidWorks对零件进行三维建模。关键词： 产品设计，后托架，加工工艺，夹具，SolidWorks 目 录摘要 .02目录 .03序言 .04第一章 铝活塞的工作条件及结构特点.05第二章 铝活塞主要技术条件分析.07第三章 铝活塞的材料及毛坯的制造形式.09 3.1毛坯的分析.09 3.2毛坯的选择.10 3.3毛坯的机械加工余量.11第四章 铝活塞的机械加工工艺过程分析.12 4.1生产类型的确定.12 4.2制定工艺路线.12 4.3确定加工余量.23 4.4确定各工序的工艺装备.27 4.5 定位基
3、面的选择和加工.28 4.6 裙部外圆的粗加工.29 4.7 环槽的加工.29 4.8 活塞销孔的加工.30 4.9活塞的检验.30第五章 确定切削用量以及基本工时.31第六章 夹具的设计.35 6.1粗车外圆斜楔式夹具的设计.36 6.2精镗销孔夹具的设计.38 6.3粗镗销孔夹具的设计.40第七章 三维建模.437.1零件的绘制.437.2夹具体的装配.46 7.3自动生成爆炸装配视图.47总结 .48 致谢 .49参考文献 .50序 言机械制造工艺与机床夹具设计是基于机械制造工艺与机床夹具和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的一个检验环节。这是我在毕业之前对所学课程的一次深入的全
4、面总复习，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在几年的学习中占有重要的地位。在这次设计中，我明确设计目的，并决定好好把握和利用这踏上工作岗位前的最后一次“演习”机会，仔细查阅资料，精心设计，努力工作，终于完成了这次设计任务，就我个人而言，希望通过这次毕业设计，对今后将从事的工作，进行一次适应性训练，通过设计锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为回厂后的工作打下一个良好的基础。但由于水平和时间有限，本设计只实现了汽车铝活塞的总体设计，并且设计中错误难免，希望老师们批评指正，从而能得到不断的进步。在设计过程中，得到了居安祥老师的精心讲解和热情帮助，对此，特表示衷心的感谢。第一章、活塞的工作条件及结构
5、特点在发动机汽缸内，活塞一部分工作循环压缩气体，而另一部分工作循环，汽缸内的混合气体燃烧膨胀，活塞承受高温气体的压力，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。零件的工艺分析：图1表示一个铝活塞，弧面1称为活塞的曲顶面,它承受气体的压力，并受到高温气体的直接作用。四个圆环形的槽2,3,4称为环槽,其中4的两个环槽称为气环槽，在气环槽中放置有弹性的活塞环，用以密封活塞顶面以上的燃烧室；2,3分别为矩形槽和梯形槽,在油环槽中放置油环(或称刮油环)，它把飞溅到汽缸套内壁上的多余润滑油刮去，使油从油环槽的小孔5中流回曲轴箱。包刮
6、曲顶面和油环在内的部分6称为活塞头部，其余部分7称为活塞裙部，在活塞工作过程起到向作用。活塞中间的贯穿孔9称为活塞销孔。图中10是一个短圆柱面和圆锥面的组合，通常称为止口，它是专门为加工活塞而设置的铺助精基面.在结构上和功能上没有作用。镶嵌环11为高镍铸铁，作用是提高活塞该部位的强度和耐磨性，提高活塞的气密性和寿命。活塞在工作过程中将产生受力变形和热变形。活塞的顶面受到汽缸内气体压力的作用，产生弹性变形。由于活塞裙部在圆周方向刚性不同，在销孔轴线方向的弹性变形量比垂直于该方向的弹性变形量大，使活塞裙部在受力后变成椭圆。另一方面，活塞顶部与高温气体接触，热量通过活塞顶部传倒活塞裙部，温度升高产生
7、变形。由于活塞裙部圆周上金属分布不均匀，销孔轴线方向金属厚，热膨胀量大；垂直于销孔轴线发向热膨胀量小。从而使活塞裙部由于热变成椭圆，如图3的虚线所示。无论是受力变形还是热变形都使原来的圆柱形的裙部变成椭圆形，圆形的长轴在活塞销孔的轴线方向上。这样，必然使活塞与汽缸套的间隙不均匀地减少至消失，以至于发生强烈的摩损甚至咬死。为了补偿上述变形，由于活塞裙部设计制造成椭圆形，椭圆的长轴在垂直于活塞销孔轴线的方向上，并在活塞裙部的销孔附近铸出两块凹坑，增加活塞裙部与汽缸套内壁的间隙。椭圆度的大小随活塞的型号不同，在汽车活塞上，椭圆度为0.08 0.13mm。 此外，活塞工作时，顶面与高温气体接触，热量由
8、头部传到裙部，头部温度高，热膨胀大；裙部温度低，热膨胀量小。为了补偿这种不均匀的热变形。把活塞头部的外径设计的比裙部的外径小，同时活塞裙部也设计成上下大小的锥形。汽车的活塞裙部的锥度是0.030.06mm。为了减少向裙部传导的热量，在活塞上铣有横槽，以减少向下传热的面积。在还铣有纵向的槽以增加活塞裙部的弹性。活塞销孔内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，应使活塞销在活塞销孔及连杆小头衬套中能自由转动，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。 第二章.活塞主要技术条件分析由于活塞的技术条件已经由国家科委指定了国家标准,对各部分
9、的尺寸公差,形状和位置公差以及粗糙度均作了详细的规定,现根据JB393185标准摘要说明如下: （1）活塞裙部外圆要求与汽缸很精密的配合，因此活塞裙部外圆尺寸公差一般为IT6，对于高速内燃机的活塞甚至要达到IT5。为了减少机械加工的困难，将活塞裙部和汽缸套孔径的制造公差放大三倍，装配时将活塞按群部尺寸分成三组，起稿套按孔径尺寸分成三组,将对应的组进行装配，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范围内。裙部外圆粗糙度Ra 0.4vm。（2）为了使活塞销在工作过程中能在孔中自由转动，销孔尺寸公差要在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
10、直径小于50mm时销孔圆度不大于0.0015mm，圆柱度不大于0.003mm。销孔内圆表面粗糙度Ra 0.2mm。（3）活塞销孔的位置公差也有一定的要求，主要是：1)销孔轴心线到顶面的距离影响汽缸的压缩比，即影响发动机的效率，因此必须控制在一定的范围内。对于解放牌活塞这一距离规定为56+ 0.08。2)销孔轴心线对裙部轴心线的垂直度影响活塞销,销孔和连杆的受力情况。垂直度误差过大将使活塞销，销孔和连杆单侧受力，活塞在汽缸套中倾斜，加剧了磨损。对于解放牌活塞，这一垂直度在100mm长度上公差为0.035mm。4)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。 对于解放牌活塞规定对称度公差
11、伪0.2mm。（4）为了使活塞环能随汽缸套孔径大小的变化而自由地涨缩，对活塞环槽作下列规定：1) 活塞环槽平面母线对裙部轴线的垂直度：环槽呈碟形向上倾斜时不大于25：0.07；环槽呈伞形向下倾斜时不大于25：0.03；2) 活塞环槽平面对裙部轴线圆跳动不大于0.005mm.3) 活塞环槽底径对裙部轴线圆跳动不大于0.15mm.4) 活塞环槽上下面的粗糙度Ra 0.4vm。（5） 为了保证发动机运转平稳,同一发动机各活塞的质量不应相差很大。对于解放牌活塞，重量差不得大于活塞名义重量的+2.5%。第三章、活塞的材料及毛坯的制造形式在汽油发动机和高速柴油机中,为了减少往复直线运动部分的惯性,大多采用了铜硅铝合金作为活塞的材料。它的化学成分是:Si：46%、Cu：58%、Mg：0.20.5%、 Fe1 %。 铝合金材料具有以下优点：(1)导热性好,使活塞顶面的温度降低的快,可以提高发动机的压缩比.又不至于引起混合气体的自燃,因而可以
