活塞工艺夹具设计说明书.doc

www.88doc88.comwww.yanziedu.com摘要活塞是汽车发动机中的一个主要零件，承受着交变的机械负荷和热负荷，发动机中工作条件最恶劣的关键零部件之一，随着汽车整车对发动机动力性、经济性和可靠性的要求越来越严格，活塞也就更加需要具备良好的耐热性、耐磨性、导向性和密封性。为满足零件的功能，其加工质量尤为关键。基于活塞特有的机械加工工艺特点，单靠一般的通用机床很难满足活塞的高精度要求，因此专用的设备及工艺装备在活塞切削加工中使用广泛。其功能和精度也直接影响了最终产品关键的质量指标。本论文主要是针对活塞加工的工艺规程及加工中所使用的典型专用夹具、刀具和量具的设计进行详细说明。根据活塞工作条件、结构特点以及技术要求等因素，编制了两套工艺方案，择优制定了活塞加工的工艺规程，并设计了两套关键工序中专用设备所使用的专用夹具以及专用的刀具和检具各一套。关键词活塞；工艺；夹具；刀具；检具www.88doc88.comwww.yanziedu.comAbstractPistonisamainsectionofautomotiveengine,whichendurecross-changingmechanicalloadandheatload.Itisalsooneofthekeypartswhichhavetheworstworkingenvironmentintheengine.Pistonneedtohavewellnatureofheat-resistant,wearable,orientedandairproofalongwiththewholeautorequiredmoreandstricterabouttheenginescharterofmomentum,economyandreliability.thequalityofprocessingaresoimportantforsatisfiedthepartsfunction.Basedonthetechnologiccharactersofmechanicalworkingwhichbelongtopiston,itisdifficulttosatisfythehighprecisiondemandofpistononlyrelayingonageneralcommonmachinetool.Sothespecialequipmentandtechnologicaloutfitareextensiveuseinpistoncuttingprocessing.Thequalityofthefinalproductsisalsodirectlyinfluencedbyfunctionandaccuracy.Thispaperisprimaryaimedattechnologicalprocedureofthepistonandgiveadetailillustrationabouttypicalspecialfixture,cutterandmeasuringimplementinprocessing.Accordingtopistonworkingcondition,structuraltrait,technologicalrequestandsomefactors,peopleweavetwotechnologicalproposals.Thebetterproposalwillselectedtomaketechnologicalprocedureofthepiston,anddesignaspecialfixture,aspecialcutterandatesttoolrespectivelyinprocessingofspecialequipmentintwokeyprocedures.Keywordspiston；technology；fixture；cutter；testtoolwww.88doc88.comwww.yanziedu.com目录绪论.11活塞的工艺分析.21.1活塞的作用.21.2活塞的特点.21.3活塞的主要技术条件分析32活塞的工艺规程的设计.42.1活塞的材料和毛坯的制造42.2定位基面的选择42.3制定工艺路线.52.4机械加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸的确定92.5确定切削用量及基本工时102.6重点工序的加工说明.123专用夹具的设计143.1车削外圆夹具的设计.153.1.1工序加工要求及工艺分析.153.1.2夹具定位方案的确定（定位基准、定位元件的选择）.153.1.3夹具夹紧机构的设计.163.1.4夹具体的设计173.2www.88doc88.comwww.yanziedu.com精镗销孔夹具的设计.173.2.1工序加工要求及工艺分析.173.2.2夹具定位方案的确定（定位基准、定位元件的选择）.173.2.3夹具的工作原理.183.2.4夹紧液压系统设计.184专用量具的设计205专用刀具的设计225.1滚压加工的介绍.225.2专用刀具（滚压头）的结构.225.3滚压头的工作原理.23结论.24致谢.25参考文献.26附录A英文原文.27附录B汉语翻译.36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。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www.88doc88.comwww.yanziedu.com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活塞的工艺分析1.1活塞的作用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。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。1.2活塞的结构特点6102活塞顶部为燃烧室,混合气体在里面燃烧,它的容积大小决定着里面能够容纳多少混合气体,也就决定了燃烧后所产生的压强大小。靠近顶部的环槽分为气环槽和油环槽为放置活塞环用,在气环槽内放置的活塞环使活塞头部与气缸不接触,并用以密封活塞的顶部,防止漏气。远离顶部的环槽钻有油孔,它把飞溅到气缸www.88doc88.comwww.yanziedu.com套内壁上的多余润滑油刮去,并通过油孔流回,使之不致进入燃烧室,活塞的裙部在活塞的工作过程中起导向的作用,底部有精加工的止口,它是为加工活塞而设置的辅助精基面,在结构和功能上没有作用。在工作过程中将产生受力变形和热变形,由于活塞裙部在圆周方向刚度不同,在活塞的轴线方向的弹性变形比垂直于该方向的弹性变形大,使活塞裙部在受力后变成椭圆,另一方面,在高温的工作环境下也要产生热变形。销孔轴线方向的金属厚,热鼓胀比垂直于该方向上的大,也将使活塞裙部变形后成为椭圆,这样的话将必然使活塞与气缸套的间隙,不均匀的减少乃至消失,以至产生强烈的摩擦甚至咬住。为了补偿上述的变形,所以把活塞的裙部设计制造成椭圆开,椭圆的长轴在垂直于活塞销孔轴心线的方向上。1活塞在工作时顶部在直接和高温气体接触的,而裙部是间接传来的热量,故而头部的热鼓胀量要比裙部的大,为了补偿这种不均匀的变形,故把活塞头部的外径设计得比裙部小,同时头部也设计成上小下大的锥形。同时在活塞裙部的销孔附近加工出凹坑,用来增加裙部与气缸套内壁的间隙。1.3活塞的主要技术条件分析1.3.1活塞裙部外圆与气缸的配合活塞裙部外圆与气缸要求是一种精密地配合,因而裙部外圆一般要求公差等级IT6,为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均放大二倍,装配时按裙部的尺寸分成二组对应装配,以保证大致要求的间隙。裙部外圆的粗糙度Ra1.6m1。1.3.2活塞销的要求为了使活塞销在工作过程中能在孔中自由转动,销孔的大小要求IT6级,同时为了减少机加工工作量,活塞和活塞孔的装配也采用分组装配法,销孔内圆的粗糙度Ra0.2m。1.3.4销孔(活塞的)的位置公差也应有严格要求销孔轴心线到顶面的距离影响气缸的压缩比,也就影响发动机的效率,因此控制在53.3±0.05mm内。销孔轴心线对裙部轴心的垂直度影响活塞销,销孔和连杆的受力情况过大将使活塞销,销孔,连杆单侧受力。活塞在气缸套中倾斜,加剧磨损,因此这一垂直度在100mm长度上公差为0.035mm。销孔轴心线对裙部轴心线的对称度也会不均匀摩损,故而限制。www.88doc88.comwww.yanziedu.com1.3.5活塞重量的要求为了保证发动机运转平稳,在同一发动机上各活塞的重量不应相差太大,对于6120柴油机活塞,同级活塞的重量差不能超过20克,即活塞的重量差不得大于活塞名义重量的±2.5%.活塞在装配的时候应按重量进行分组。2活塞工艺规程的设计2.1活塞的材料及毛坯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（）i11-13；Cu1-2；Mg0.4-1；Mn0.2-0.7；Fe0.8；其余l它比铸铁具有以下的优点：(1)导热性好，使活塞顶面降温快，可以提高发动机的压缩比，下至于引起混合气体自燃,可以提高发动机效率。(2)重量轻，惯性力小。(3)切销性能好。(4)可以得到精确的毛坯。由于是大批大量的生产万件每年，为了提高毛坯的精度，铸出活塞的销孔及燃烧室，减少机加工余量，故而毛坯的铸造是采用金属模铸造。毛坯在机械加工前先要去浇冒口，并进行时效处理，消除铸造时因冷却不匀而产生的内应力，增加强度及硬度，时效处理是将活塞加热到°°，保温小时后自