活塞设计说明书

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1、航空制造工程学院机械制造工艺课程设计课程名称：机械制造工艺及装备设计课题：活塞零件的机械加工工艺规程设计专业：机械设计制造及其自动化班级： 080312姓名：占恩平 学号： 08031216评分： 指导老师：（签字）#南昌航空大学 航空制造工程学院机械设计制造及其自动化专业机械制造工艺及装备课程设计课题单班级080312 学生 占恩平课 题活塞零件机械加工工艺规程设计原始条件活塞零件图生产纲领：中等批量设计要求1.绘制活塞零件图2. 编制活塞零件机械加工工艺规程（含机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡）3. 编写课程设计说明书课题发给日期2011 年10月17日课程设计完成日期指导教师2011

2、年11月18日（签名）序言本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、 金属切削机 床、公差配合与测量等多方面的知识。活塞加工工艺规程及其夹具设计是包括零件加工的工艺设计、 工 序设计以及专用夹具的设计三部分。 在工艺设计中要首先对零件进行 分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构， 并选择好零件的加工基 准，设计出零件的工艺路线； 接着对零件各个工步的工序进行尺寸计 算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量； 然后进行专用夹 具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件， 如定位元件、 夹紧元件、 引导元件、 夹具体与机床的连接部件以及其它部件； 计算出夹具定位 时产生的定位误差， 分析夹具结

3、构的合理性与不足之处， 并在以后设 计中注意改进。关键词 ：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差目录序言 3一. 零件分析 41.1零件作用 41.2零件的工艺分析 5二. 工艺规程设计62.1确定毛坯的制造形式 62.2基面的选择 72.3制定工艺路线 102.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 112.5确定切削用量及基本工时13三夹具设计 163.1问题的提出 163.2定位基准的选择 173.3 定位误差分析 193.4夹具设计及操作简要说明20总结 2122参考文献绪论随着人类社会机械化、 自动化程度的日益提高， 内燃机作为一种 可移动的动力源已广泛应用于生产和生活的各个领域

4、。 活塞是内燃机 的关键零件，其结构复杂，加工工序多。目前，国内活塞行业所用加 工机床除引进外， 大多为国产通用机床或在此基础上进行较为简易改 造的设备，一条生产线一般由 17-20 台设备组成，采用粗放型生产方 式，设备精度低，工件需多次装夹定位，加工过程累积误差大，工件 精度低、稳定性差、废品率高、劳动生产率低，生产现状和设备远远 不能满足市场竞争的需要。 国内机床行业虽然也为活塞行业提供了一 定数量的活塞专用机床， 但由于对活塞加工工艺缺乏深入的了解， 也 未能摆脱活塞行业原有的生产加工方式。 在国外工业发达国家的一些 实力较强的活塞制造公司，如德国MAHLE公司、KS公司、英国AE 公

5、司、日本 AR7 等，其活塞加工己实现了工序优化组合，一人多机 数控化生产，机加工过程中周转环节少，工艺条件稳定，产品尺寸精 度高。对于批量大的活塞品种， 他们将其加工设备连成数控全自动生 产线，设备基本上全是自行设计制造。 由于国外机床行业雄厚的基础， 他们采用了一定数量的机床通用零部件， 专业性较强的零部件仍靠自 主开发设计。 设计过程中， 他们充分利用国外机床行业的先进设计及 制造技术对机床进行优化，如有限元法等动、静态设计分析，使其能 够满足活塞高精加工的要求。#1.1 零件的作用零件的分析竺L1. Wff时效处瘗G2. 未和明甸懒1楝斗咒打! Ft 3 /X技术吒求3. 活塞栅和嗨E

6、 Anflffi 0.3X454. 柿料 HT2UCr图2无活塞活塞位于发动机汽缸内，作往复运动，当燃烧室里的混合气体（空气和燃料）点 燃并膨胀时，活塞受到气体的压力，并经过活塞销及连杆将压力送给曲柄。气体的 吸入，压缩，废气的排除，也都由活塞的运动来完成。因此活塞工作的主要特点是在 高温高压下作长时间的连续变负荷往复运动。1.2 零件的工艺分析为了提高活塞的工作性能和寿命 ,它必须具有如下的要求：1) 在高温高压下具有足够的强度和刚度。2) 较轻的结构重量。3) 良好的耐磨性和耐蚀性。4) 良好的导热性 ,热膨胀系数小。5) 保证气缸内部空间密封。二 . 工艺规程设计2.1 活塞的材料及毛坯

7、的制造活塞在发动机内是做高速的往复运动 ,为了减少其惯性的作用采用的材料为共晶铝硅合金。它的化学成分为：共晶铝硅合金()S i 11-13 ;Cu1-2 ;Mg0.4-1 ;Mn 0.2-0.7; Fe 0.8;其余A l它比铸铁具有以下的优点：活塞是一种薄壁型零件，在外力作用的情况下是很容易产生变形 的，而活塞主要表面的尺寸精度和位置精度的要求都很高，因此应以一个统一的统一基面定位来加工这些要求高的表面， 如直接采用外圆 定位的话(即设计基准)将有可能产生大的变形。故在这里采用活塞 的止口端面来作为统一基准。加工活塞通常选择活塞内腔顶部和止口为粗基准， 裙部端面和止 口为大多数工序的精基准，

8、有时还要用外圆表面、销孔及顶面作为以 后各工序的定位基准。由于以内腔面作为粗基准来直接加工内止口不 方便，故先安排以毛坯内腔圆面为粗基准来粗车外圆，再以外圆表腔顶面定位，加工止口和裙部端面，这样可保证外圆表面和内腔之间壁厚的均匀性及顶厚，并为以后的工序准备好定位基准面和内经验表明，在活塞定位止口的相对表面出现环状磨痕， 是由于定 位止口配合间隙偏大、精车时余量不均或松动引起的。在精车外圆和精磨外圆工序中用止口处孔定位， 其余工序都采用 止口和端面定位.采用止口和端面作为基面有下列优点：(1)用这种定位方法可以加工裙部，头部，顶面，销孔等主要及其 它次要表面，而且在有一道工序中，一次安装就可以车

9、削外圆，顶面, 环槽,实现了工序的集中.既可提高生产率，又能保证这些表面的位 置精度。 活塞裙部在半径方向的刚性差，利用止口和端面定位可以沿活塞轴向夹紧， 就不至引起严重的变形， 同时又可以进行多刀切削提高 生产效率当然也有一些缺点：如果加工一些本来不需要加工的表面， 而且是一些精度要求极高的要经过两次加工的表面。 止口对裙部外圆 的同轴度误度将影响环槽的位置精度， 但总的说来， 采用止口端面作 为统一基准虽然增加了加工工时和设备，但它有利于保证加工质量， 故而采用它来定位是可行的。2.3 基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与 合理，可以使加工质量得到保证，生产

10、率得以提高。否则，不但使加 工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生 产无法进行。粗基准的选择：对于零件的加工而言，粗基准的选择对后面的精 加工至关重要。从零件图上可以看出，零件还算比较规则，所以粗基 准容易选择。为了保证前后端面的位置精度的要求，选择B面和底面作为作为粗基准，依照粗基准的选择原则 （即当零件有不加工表面时， 应该以这些不加工表面作为粗基准， 若 零件有若干个不加工表面时， 则应以与加工表面要求相对位置精度较 高的不加工表面做为粗基准）来选取。工件被放在夹具体，右端面与定位套接触限制 3个自由度，定位 套固定中心孔限制 2个自由度，一挡销固定翻转式钻模板，这

11、样就实 现完全定位。对于精基准而言， 主要应该考虑基准重合的问题， 当设计基准与工序 基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。2.4 制定工艺路线制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及 位置精度等技术要求能得到合理的保证。 在生产纲领已确定为成批生 产的条件下， 可以考虑采用万能型机床配以专用夹具， 并尽量使工序集中在提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降下来。工序号1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.工艺名称铸造清沙检验时效热处理粗车外圆80粗车外圆138二次时效热处理 检验半精车 90留加工余量

12、1mm 精车至 80 长度 132.5mm 精车另一端面至 132mm 检验入库2.5 机械加工余量 .工序尺寸及毛坯尺寸的确定 该活塞零件材料为硅铝合金 ,毛坯重量约为 2300 克 ,生产类型为 大批大量生产 ,采用的毛坯为金属模铸造出来的。根据上述原始资料及加工工艺 ,分别确定各加工表面的机械加工 余量,工序尺寸及毛坯尺寸如下：138 x 134(mm)2.5.1 止口的加工余量总余量： 3mm粗车余量： 2.6mm精车余量： 0.4mm2.5.2 端面及顶面的加工余量 端面的总余量为： 4mm 粗车余量为： 3.8mm 精车余量为： 0.2mm 顶面的总余量为： 5mm 粗车的加工余量

13、为： 3.5mm 半粗车的加工余量为： 1.37mm 精车的加工余量为： 0.13mm2.5.3 外圆的加工余量 : 毛坯的总加工余量为： 3 mm 精车之后细车加工余量： 0.25 mm 粗车之后精车的加工余量： 0.6 mm 粗车的加工余量： 2.15 mm2.5.4 计算切削用量 镗刀的进给量为： 0.10mm/r 切削速度为： 4m/s 主轴每分钟转数 ： 1700r/min 切削深度： 0.15mm2.5.5 基本工时 机动时间的定额定义： 在一定的技术组织条件下制定出来的完成 单位产品某顶工作所必须的时间 ,时间定额是安排生产计划核算成本 的重要依据之一 ,也是设计或扩建工厂或车间

14、时计算设备和人员数量 的重要资料 ,时间定额中的基本时间则要根据切削用量和行程长度来 确定 ,其余的组成时间则根据经验数据来确定。其理论公式为：T单体=T基本+T技术服务+T组织服务+T间隙+T准备终结 其中 T 辅助 =(15-20)%T 基本T 技术服务 =(10-15)%T 基本T组织服务=(5-7)%T基本T间隙=(2-6)%T基本T准备终结=(1.35-1.5)%T基本总之 T单体=(1.35-1.5)%T基本在本工序的加工情况下,T基本的计算如下：T 基本=(L1+L2+L3)i/ns式中i-走刀次数；s-每转进给量；n-每分钟转数车刀 L1=3-5mmL2=2-3mm则 T 基本

15、=(147+3+2)/170*0.1 0.88minT 基本=1.32min2.6重点工序的加工说明2.6.1 止口的加工止口的加工分为粗加工和精加工两步，由于止口是作为整个加工 过程中的工艺基准，其加工精度要求当然是相当高的，所以必须采用合 理的加工方法才能保证精度和要求 如图2.2所示图 2.2 长三爪卡盘用一般的三爪卡盘夹持不够牢固 ,所以把卡爪加长以避免工件在 切削力作用下产生倾斜 ,工件的初始位置由支承钉确定轴向位置 ,而被 加工的止口和端面的最终位置由装在刀架的长杆决定。 即当刀架进给 时 ,长杆和刀架一起移动 ,当长杆的头部与活塞的内顶部接触时 ,微支 开关 （连在长杆上的 ）被触动而使刀架停止进给 ,以保证工序尺寸 ,这种 用长杆控制工序尺寸的好处在于毛坯的制造误差不会影响燃烧室的 壁厚 ,但是它同样也会带来