汽车发动机活塞加工工艺及夹具设计

1、ISB6.7L汽车发动机活塞加工工艺及夹具设计系 部： 机电工程系 学生姓名： 朱艳 专业班级： 机电13D2班 学 号： 131012244 指导教师： 于霜 2016年 1 月 20 日声 明本人所呈交的ISB6.7L汽车发动机活塞加工工艺及夹具设计，是我在指导教师、公司领导、同事的指导下独立进行分析研究所取得的成果。本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名： 日期： 【摘要】现在敏捷制造、快速原型制造、快速模具工装制造技术已经成为内燃机零件工业特别是活塞行业竞争的焦点。因此，针对各种内燃机活塞机械加工

2、工艺过程的广泛探索，从而缩短或简化工艺流程、提高产品质量、降低生产制造成本也变得越来越重要。本毕业设计论文通对分析活塞加工技术的发展、活塞的结构特点、活塞各个工作面的加工特征及其工作环境，确定了ISB6.7L活塞的加工方案及加工过程。并对精镗销孔夹具定位与夹紧进行了设计，分析其工作原理，以及在夹具设计过程中应该注意的问题。并分析论证其可行性。关键词：发动机活塞 加工工艺 夹具设计Title The Engine Piston Processing Technology and Fixture Design Of ISB6.7L AutomobileAbstractNow the agile m

3、anufacturing, rapid prototyping and rapid tooling die & mould manufacturing technology has become the focus of internal combustion engine parts industry, especially the piston industry competition.Therefore, in view of all kinds of internal combustion engine piston machining process widely, thus sho

4、rtening or simplified technological process, improve product quality, reduce the production cost is also becoming more and more important.The graduation design paper through the analysis of the piston processing technology development, the structure characteristics of piston, piston each working fac

5、e processing characteristics and its working environment, determine the processing scheme and processing process of ISB6.7L piston.And the fine boring and pin hole positioning and clamping jig design, analyzes its working principle, and the problems should be noticed in the process of fixture design

6、.And analyzed its feasibility.Key words Engine piston processing fixture design目 次1 绪论1.1选题的背景及意义1.2本课题主要内容2 ISB6.7L活塞结构及加工工艺分析2.1 ISB6.7L活塞结构2.2 铸造工艺2.3 活塞加工特征分析3 ISB6.7L活塞机加工工艺3.1 毛坯选择3.2 定位基准的选择3.3 活塞加工工艺制订4 ISB6.7L活塞的表面处理4.1 活塞的清洗4.2 活塞的丝网印刷4.3 活塞的固化4.4 活塞的铸铁圈防护4.5 活塞的烘干5 精镗销孔夹具设计5.1 活塞销孔夹具定位及误差

7、分析5.2 工件的夹紧装置的设计5.3 标准间的选用5.4 夹具体的设计5.5 精镗销孔夹具工作原理结 论致 谢参 考 文 献附录A附录B1 绪论制造业是国民经济的支柱产业，其发展程度体现了一个国家科学技术和生产力的发展水平。近年来我国国民经济增长迅速，社会购买力不断提升，汽车工业更是呈现了前所未有的发展势头。2012年中国汽车产销量突破2000万辆，2013年更是突破了2300万辆，当今，中国已成为世界最主要的汽车产销大国之一。汽车市场的持续增长为汽车零部件制造业提供了广阔的市场空间和难得的发展机遇。在汽车当中，活塞相当于汽车的“心脏”，它在运行过程中它承受交变的机械负荷同时又承受热负荷，是

8、发动机中工作条件最为恶劣的零部件之一，是影响发动机性能指标和平均无故障使用寿命的较为薄弱的零件，同时也是最为关键的零部件之一。随着汽车整车对发动机的动力性、经济性、环保性以及可靠性要求越来越严格。何实现活塞生产中的高产量、低成本、高标准、准时交付、快速响应以及使产品快速占领市场等要求，已经越来越成为现在制造业中企业所追求的目标。因此，针对各种内燃机活塞机械加工工艺过程的广泛探索从而缩短或简化工艺流程、提高产品质量、降低制造成本尤为显得重要。1.1选题的背景及意义ISB6.7L活塞是为了满足英国康明斯DEP工厂而开发的，之前该工工厂有另外一家活塞供应商在供货，2011年由于全球活塞需求持续增长，

9、原供不能满足产能需求，导致工厂B系列发动机活塞交付困难，影响最终客户订单。在此背景下，马勒南京工厂经过康明斯全球的供应商选点后紧急作为新的货源开发此活塞。南京马勒公司成立于2000年，位于南京市浦口区泰冯路65-1号，公司致力于汽车发动机活塞的制造，主要供应大众、神龙、cummins等，产品销往全球，从最初的十几个品种增加到现在的100多种活塞。年产值4个亿。公司有7条柴油机生产线，7条汽油机生产线，一条自动化生产线，2条钢活塞生产线，公司主要以铝活塞为主，钢活塞占的比重较少。现在公司采用数控技术加工活塞，不但能够轻易满足活塞的技术要求；而且数控技术既可以保证批量生产的加工精度，又可以减少加工

10、时间和加工成本，提高效益，是加工活塞的首选方式。数控加工中心是一种功能较全的数控加工机床。它把车削，铣削、镗削、钻削等功能集中在一台设备上，使其具有多种工艺手段。加工中心设置有刀库，刀库中存放着不同数量的各种刀具或检具，在加工过程中由程序自动选用和更换。这是它与数控车床、数控铣床、数控镗床的主要区别。特别是对于必需采用工装和专机设备来保证产品质量和效率的工件，采用加工中心加工，可以省去工装和专机。这会为新产品的研制和改型换代节省大量的时间和费用，从而使企业具有较强的竞争能力。活塞作为发动机的核心部件，对发动机的运转有着决定性的作用。由于活塞加工工艺精良，对提高发动机的工作效率和效益上有很大帮助

11、。而数控技术使得活塞的大批量高精度生产成为可能。利用数控加工，提高加工精度，减少加工成本和减少加工用时,其意义非常重大。1.2本课题主要内容活塞的加工工艺是本设计的重点内容，在设计过程中，必须严格地选择毛坯、制订工艺规程、确定加工余量，并计算工艺尺寸、分析定位误差等。此外，为了与实际生产相吻合，还必须对加工设备、切削用量等进行选择和设计，此阶段内容较多，所涉及的范围也比较广，为了使设计更为合理，必须广泛查阅相关书籍，是设计更为合理和使用。 为使工件定位更加准确，夹紧更为快速，安装更为方便，从而提高生产效率，降低工人劳动强度，提高零件加工精度，夹具设计要采用专用夹具。在夹具设计过程中，统一采用以

12、端面和止口为主要定位面来进行加工。以前未学过夹具的设计和计算。因此工作量大大地增加，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。 2 ISB6.7L活塞结构及加工工艺分析2.1 ISB6.7L活塞结构活塞连杆组主要有活塞、活塞环、活塞销和连杆等零件组成。活塞的主要作用是与汽缸盖、气缸共同构成燃烧室，将做功行程所承受的燃气压力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转。发动机工作时，由于活塞顶部直接与高温燃气接触，燃气的最高温度可达2500K以上，因此活塞的温度也很高，因高温时材料的力学性能降低，甚至发生高温蠕变。当顶部

13、温度超过640K700K时还会产生热裂现象。第一环槽超过80K500K时，就会造成活塞环粘结。活塞温度高且往复变速运动，润滑困难，所以极易磨损。在进气时活塞又接触到冷的可燃气体，造成温度不均匀，产生的热应力容易使活塞变形和活塞顶表面开裂。因此要求ISB6.7L活塞具有： （1）足够的强度、刚度和韧性；良好的导热性和极小的热膨胀性； （2）很小的重量，以保持很小的惯性力；良好的润滑性和耐磨性，以提高寿命。活塞由顶部、头部和裙部三部分组成，其基本结构如图2.1所示。图2.1 活塞的基本结构活塞顶部是燃烧室的组成部分，其形状与选用的燃烧室形式有关。活塞头部是指活塞环槽以上的部分。活塞头部主要作用有：

14、第一，承受燃气压力并传给连杆；第二，与活塞环一起实现气缸的密封；第三，将活塞顶部吸收的热量通过活塞环传到气缸壁上。在活塞头部切有几道环槽，用以安装活塞环。上面的12道环槽用来安装气环，下面的一道用来安装油环。在油环底部钻有若干径向小孔，以使油环汽缸壁上刮下的多余机油经此流回油壳底。活塞环槽的磨损是影响活塞使用寿命的重要因素。发动机中热负荷较高，活塞的第一道环槽温度较高，磨损严重。为保护加强活塞环槽，常在第一道环槽处镶嵌耐热护圈。为保护喉口不因过热而开裂，在ISB6.7L活塞头部镶嵌奥氏体或高锰奥氏体铸铁护圈。活塞裙部是指活塞头部一下的部分。其是为活塞在气缸内作往复运动导向以及承受侧压力。为改善

15、铝合金活塞的磨合性，在ISB6.7L铝活塞外表面涂石墨。2.2 铸造工艺2.2.1铸造工艺的简述铸造是将通过熔炼的金属液体浇注入铸型内，经冷却凝固获得所需形状和性能的零件的制作过程。铸造是常用的制造方法，优点是：制造成本低，工艺灵活性大，可以获得复杂形状和大型的铸件，在机械制造中占有很大的比重。铸造是一种古老的制造方法，在我国可以追溯到6000年前。随着工业技术的发展，铸大型铸件的质量直接影响着产品的质量，因此，铸造在机械制造业中占有重要的地位。铸造技术的发展也很迅速，特别是19世纪末和20世纪上半叶，出现了很多的新的铸造方法，如低压铸造、陶瓷铸造、连续铸造等，在20世纪下半叶得到完善和实用化

16、。铸造主要工艺过程包括：金属熔炼、模型制造、浇注凝固和脱模清理等。铸造用的主要材料是铸钢、铸铁、铸造有色合金(铜、铝、锌、铅等)等。由于现今对铸造质量、铸造精度、铸造成本和铸造自动化等要求的提高，铸造技术向着精密化、大型化、高质量、自动化和清洁化的方向发展，例如我国这几年在精密铸造技术、连续铸造技术、特种铸造技术、铸造自动化和铸造成型模拟技术等方面发展迅速。2.2.2 ISB6.7L活塞铝水的制备在进行活塞铸造前，要先对采购过来的合金的化学性质进行检验，检验合格后再按照技术部门提供的作业指导书要求进行合金化，先将原合金材料预熔，再将其加入工频炉进行熔化与合金化，使合金充分融合，制备铝水，其步骤

17、如表2.1所示。其中ISB6.7L活塞用的合金型号为：M174+ ，其M174+的合金的主要合金的百分比如表2.2所示。序号过程描述必须值要求备注/程序1）（1）配料比例（2）新材料（纯铝）20-60%（3）内部回炉料和/或其它合金20-50%不要使用工频炉重熔带滤网的浇道（4）铝屑条30%使用单独的炉子熔化铝屑条（5）每个工厂配料成分状况稳定配料材料比例必须指定并恒定10%2）（1）合金锭（2）状态干净干净且干燥（3）储存干燥保存3）（1）磷铜的过加热（2）温度800-840磷铜的过加热对磷的活化是必要的（基于对初晶硅的细化）（3）保温时间30min不超过8小时4）（1）合金温度（2）废活塞

18、等或铝屑条熔化的铝液760-820过加热后的铝液温度取决于车间实际需要（3）渗铝液高温度导致高氧化、高氢含量、高能耗5）（1）熔化均匀化（2）方法均匀的搅拌工频炉可产生一个可接受的均匀搅拌因为电磁感应（3）工频炉频率500-1000Hz50或60Hz也可接受（4）通过叶轮、多孔转子等搅拌氩气（5）氩气纯度100.00%至少Argon 4.06）（1）材料放行（2）分析方法光谱分析（3）光谱试样-车削深度1mm初步车削0.5mm完成车削表2.1制备铝水顺序表表2.2 M174+合金成分百分比表材料组分合金的质量百分比Cu3.0-5.0Mg0.5-1.2Si11.0-13.0Ni1.0-3.0Fe

19、TiZrVMnZnCrPbSnCaNaPSrsonstigezusammenAlRest2.2.3 ISB6.7L活塞毛坯的浇铸在浇铸钱先清除浇包上氧化皮，检查浇包上涂料情况，决定是否需要更换浇包 ，清理渗铝钩粘铝 ，检查渗铝液是否需要添加，铝水温度等 ，准备铸铁圈，盐芯（如有需要），注意铸铁圈和盐芯型号是否是生产ISB6.7L活塞的。为了更好的浇铸和浇铸过程的顺利进行，要对保温炉铝水表面氧化皮进行清除 ，浇铸时，操作工应注意保温炉内铝水表面氧化皮情况并对其进行清除 ，如图2.2，左图为需要清除氧化皮的状态，右图为清除氧化皮后的状态 。清洁频率为1小时/次。 a 清除氧化皮前 b 清除氧化皮后

20、 图2.2保温炉中的铝水浇铸前盐芯要充分预热，盐芯在正式浇铸生产时必须在铸造工位旁的盐芯加热炉中进行再次加热，盐芯预热与加热工艺规范见文件RH920 216 9C 。夹盐芯的钳子上不能有油污和水气，避免在用钳子夹取盐芯时，盐芯上粘上油污和水气造成油冷通道内产生气泡。在夹取盐芯时要注意观察盐芯上是否有裂痕，表面是否平整无残缺。在上盐芯时注意观察盐芯销是否有变形，盐芯是否好压，如不是，要尽快通知替换工或调试工。正确的装盐芯如图2.3所示。 镶铸铁圈如图2.4所示。 a 取出盐芯 b 对准位置 c 插入盐芯 d 压盐芯 图2.3装盐芯的步骤示意图 a 拎圈 b 夹取 c 轻甩表面悬挂的铝水 d 上圈

21、 图2.4装镶圈的步骤示意图 浇铸时要快速、平稳、连续。浇铸铝液量不可太少，以铝液与浇道口齐平为宜，避免补缩不够造成废品。浇包紧贴浇口，铝液充满浇道，铝液与浇道口平齐，铝水浇铸完毕，多余铝水倒入铝盆中，并用浇包柄轻磕铝盆边缘去除浇包内氧化皮。 需要使用脚踏开关的模具，必须在模具型腔充满铝液，铝液注至模具冒口部位时，浇铸工方 能踩下脚踏开关。 浇铸过程中随时注意铝水温度超出范围报警，若指示红灯亮，则铝水温度不合格，应立 即停止浇铸。 不能人为的去阻碍机械手夹活塞时的动作，让活塞能及时入水淬火，机械手夹持毛坯完全运动至铸淬水槽正上方时才可以进行吹气，插过滤网等带有遮挡住光栅的操作。活塞落入水槽中，

22、水面高度应按照相应规范要求控制，水槽水温不高于60 。第一只活塞生产出来，需检查毛坯外观有无缺陷（依据标准进行判定）。合格后方能放行浇铸，并将首件毛坯放入首件盒中。浇铸过程中每件活塞毛坯都要按标准进行外观检验，不合格的废品毛坯在面窗上喷红漆并置于毛坯最上层流至下一工序。将浇铸好的毛坯放入仓储笼内，去除内冷油道进出油孔飞边，进入下一道工序冲洗盐芯（即冲洗内冷油道）。用高压水枪对准回油孔冲洗60秒，检查内冷。去除不合格品，锯浇冒口，最后进行热处理，M174+合金如处理按照表2.3执行。清点毛坯数量，收入毛坯库。表2.3活塞热处理表合金M174+过程存放时间浇铸结束后至少12h至少24h（冷却镶圈）

23、时效温度230 5保温时间7 0.2 h冷却方式在静止上网空气中炉型箱式炉备注毛坯取出后的冷却：铸淬标准值100-140HB2.3 活塞加工特征分析2.3.1 活塞顶部加工特征活塞顶部是燃烧室的组成部分因而制成不同的形状，主要有平顶、凹顶、和凸顶几种形式，部分活塞还具有气门坑及其开口等结构。因此，活塞顶部加工特征一般包括：燃烧室、活塞顶面、气门坑、气门坑开口等。活塞顶面与止口的平行度一般为0.015mm，其粗糙度要求一般为Ral1.63.2um，在加工过程中一般要经过粗加工和精加工来完成，粗加工的加工余量一般为1mm，精加工的加工余量一般为0.4mm。从活塞顶面到活塞销孔中心线的距离称为压缩高

24、，该距离影响发动机的压缩比，在精加工活塞顶面时需要保证活塞的压缩高。燃烧室多为回转体形状，其素线由方向、半径不同的圆弧与直线圆滑连接而成，燃烧室精加工时需要保证燃烧室的粗糙度一般为Ra3.2um。活塞毛坯一般是铸造而成，铸造时一般铸造有燃烧室凹坑，燃烧室加工同样需要经过粗加工和精加工两次加工完成，燃烧室粗加工的加工余量一般为1mm，精加工的加工余量一般为0.4mm，与顶面基本相同。对于个别的活塞毛坯为平顶的铸造件，燃烧室加工需经过粗加工、半精加工和精加工三次加工才能完成，因此在进行工艺分析时需要判断是否铸造有凹坑。而气门坑及其开口由于余量较小一般一次加工至成品尺寸。根据顶面与燃烧室的加工特征及

25、其定位方式，一般采用车削加工，而气门坑及其开口一般采用铣削加工。2.3.2 活塞头部加工特征活塞头部主要有2-4道环槽及环槽之间的环岸、槽侧油带、第一环槽至顶部的火力岸组成。因此，其加工特征主要是铁、铝环槽的加工及环岸、火力岸外圆的加工，有时在环槽底部或槽侧油带部位还有通向内腔的径向回油孔。铁环槽为距离顶部最近的环槽，承受的燃气温度最高、冲击力也最大。基于这一原因，该环槽一般为两槽，并具有一定的斜度，以便于与密封环更好地接触，避免高压燃气串到裙部。铁环槽倾斜侧面的加工具有波纹度要求，其基准直径、粗糙度都有一定的要求，且高镍铸铁由于具有“粘性”加工特征，加工一般至少需要粗加工、精加工两次加工完成

26、，粗加工加工出铁环及环槽形状并为精加工留出0.30.5mm余量。铝环槽槽侧为直槽，对槽侧的粗糙度、槽侧与活塞中心线的垂直度、槽侧的直线度以及槽侧的平面度等都有较高的加工要求，而且铝环槽的加工余量比较大、容易加工变形，因此一般至少分为粗、精两次加工来完成，粗加工加工出形状，给精加工留下0.10.2mm的余量。由于加工铸铁环槽时产生较大的切削力和热量，容易引起铝环槽的形状误差和变形，因此需要把铝环槽的加工放在铁环槽精加工之后进行。2.3.3 活塞裙部加工特征 活塞裙部是自环槽部分的油环槽下端面起至活塞底的部分，它用作引导活塞在气缸内运动和承受侧压力。受活塞结构的影响，为保证热态下活塞裙部的圆筒形状

27、，以便能够与气缸很好地贴合，不至于被卡住或拉伤，需要将活塞裙部的径向外形设计加工为椭圆形状，其长轴在垂直于销座孔中心线平面内，短轴在销座孔中心线平面内，且椭圆度在不同的轴向位置是变化的；而活塞长轴轴向轮廓设计加工为上小下大、到底部再小的中凸形状，这种外圆形状称为中凸变椭圆。在活塞裙部下端及内腔部位还需要加工出止口作为后续工序的定位基准。活塞裙部外圆粗糙度一般要求1.63.2um，且外圆对加工纹理有特殊要求，基于外圆特殊的形状和表面纹理要求，需要经过粗加工、半精加工、精加工三次加工才能达到技术要求，总加工余量一般在2mm左右；活塞止口粗糙度一般要求1.63.2um，总加工余量一般在1 mm左右，

28、因此经过粗、精两次加工可以达到技术要求。2.3.4 活塞销座孔加工特征活塞销座将作用在活塞顶部的气体力经过活塞销传给连杆。销座常用加强筋与活塞内壁相连，以提高强度。为减少销座上侧的压力，常把销座铸造成一些特殊形状，其中楔形销座是最常见的一种形式。活塞在工作时销座孔内侧受到活塞销的反复冲击，为防止活塞该处应力集中及疲劳损坏，常将该处设计为喇叭口形状，因其加工实现起来较困难，称为异形销孔。活塞销孔不仅本身尺寸精度与相互位置精度要求较高，而且粗糙度要求较低，一般为0.40.8um。销座孔内有安放弹性卡簧的卡簧槽，为安装方便，销孔内、外侧常加工出较大的内、外口倒角。基于以上加工特征，活塞销孔加工一般需

29、要粗、半精、精加工及超精加工三次以上加工才能达到技术要求。为防止销孔变形，精加工一般安排在工序的最后面完成。有些活塞为增加销孔的储油作用，还加工成椭圆形状，称为减压腔，有时还需要在销座上加工油孔。3 ISB6.7L活塞机加工工艺3.1 毛坯选择3.1.1 毛坯的发放 毛坯一般由铸造车间生产，经检测合格后入库，再由物流部按照生产计划统一发放毛坯进入机加工车间进行生产。3.1.2 确定机械加工余量铸锻件的机械加工余量按JB3735-85确定，加工余量的确定应根据估算的锻件的重量、加工精度及锻件形状的复杂系数来确定，由简明机械加工工艺手册查得：金属型铸件的尺寸公差等级为68级。相应的加工余量为：外圆

30、加工余量为4.0mm， 销孔加工余量为3.0mm。3.2 定位基准的选择3.2.1 粗基准的选择粗基准选择应从以下几方面考虑： （1）应当尽量选用不加工表面作为粗基准，当在工件上有很多不需加工的表面时，以其中与加工面的位置精度要求较高的表面作为粗基准。 （2）选择加工余量较为均匀的表面作为粗基准。 （3）选择加工余量较小的表面作为粗基准。 （4）作为粗基准的表面应尽量平整，没有冒口、浇口以及飞边等缺陷，以便定位可靠。 （5）一般粗基准只能使用一次，特别是对于主要的定位基准，这样可以避免产生较大的位置误差。3.2.2 精基准的选择活塞属于薄壁筒形零件，其径向刚度较差，并且其主要表面的尺寸精度以及

31、各主要表面之间的相对位置精度要求较高。根据这种结构特点和和其技术要求，精基准的选择应主要从以下几方面考虑： （1）尽量用设计基准作为定位基准，实现“基准重合”，以避免产生基准不重合误差。 （2）当工件以某一组精基准定位可以较方便地加工很多表面时，应尽可能的采用此组精基准定位，实现“基准统一”，以避免产生基准转换误差。 （3）当精加工或光整加工工序要求加工余量尽量小而均匀时，应选择加工表面本身作为精基准，即遵循“自为基准”的原则。该加工表面与其他表面间的位置精度要求由先行工序保证。 （4）为获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可遵循“互为基准”、反复加工的原则。 （5）有多种方案可供选择时，应选

32、择定位准确、稳定、加紧可靠，可使夹具结构简单的表面作为精基准。ISB6.7L活塞生产采用止口和端面作为统一基准。活塞止口在结构上和功能上没有作用，它是为加工活塞而专门设置的辅助基准面。在精加工时,只有精车外圆等少数工序采用止口处的锥面和顶面上的中心孔定位,其余工序均采用止口和端面定位。采用止口和端面作为定位基准主要有下列优点：第一，此种定位方式可以加工裙部、头部、顶面、销孔等主要加工表面及其他次要加工表面。并且，这种定位方式一次安装可车削多个表面，能够提高生产效率，保证活塞主要加工表面的位置精度。第二，由活塞裙部在半径方向的刚性比较差，利用此种定位方式能够沿活塞轴向夹紧，这样就不会引起严重的变

33、形，从而可以进行多刀切削，提高加工效率。3.3 活塞加工工艺制订加工过程的最后确定,通常是通过一系列的论证，通过几条工艺路线的分析和比较,选择一个符合实际生产条件的,并且能够确保加工质量、提高加工效率、降低加工成本 的最佳工艺路线。3.3.1 加工方法的确定零件表面的加工方法,应根据加工表面的技术要求来确定。根据加工表面的工艺要求,先选择能保证加工表面加工要求的最终加工方法,然后根据生产条件来确定每个工序和每个工步的具体加工方法。选择处理方法还应该考虑每个处理方法的加工经济精度范围，每种处理方法能够达到的精度和表面粗糙度都有一定范围。每种加工方法只要精心操作,选择适当的切削用量、加工精度均可以

34、提高其加工经济精度。但是如果经济精度越高、表面粗糙度值减少越小,相应的会消耗更多的时间和加工成本。实际生产中的加工经济精度一般是指正常条件下所能够保证的加工精度。加工方法的确定还与生产率的要求有关。ISB6.7L活塞零件的生产类型属于大批量生产。对生产率要求相对较高。综合以上几点分析，结合现阶段的工艺能力和所能达到的加工经济精度，查机械加工工艺手册拟订本零件的加工工艺方法，如表3.1所示：表3.1 活塞的加工方法及技术要求加工方法技术要求端面加工端面的加工精度要求为IT8级，可采用一次车削完成，这样能够达到的精度为IT810，粗糙度为Ra=6.31.6m，满足其加工技术要求。外圆面加工其裙部外

35、圆的精度要求为IT6IT5，表面粗糙度值要求为Ra0.63。活塞外圆的加工可选用：粗车精车金刚石车椭圆，这样所能达到的粗糙度为Ra=0.80.2m，符合其加工技术要求止口加工止口表面是为了精基准而加工的，其粗糙度要求较低，一般为Ra1.25m，其精度要求一般为IT7，故可采用粗车精车的加工方法,这样能达到的精度等级为IT8，粗糙度Ra=3.20.8，符合其加工技术要求。销孔加工销孔是活塞的重要加工面，其精度要求为IT6以上，粗糙度为Ra0.16m，要求较高，故一般采用粗镗精镗滚压的加工方法，这样能够达到的精度等级为IT6IT7，粗糙度值为Ra=0.40.05m，符合其加工技术要求。环槽加工环槽

36、的位置精度要求较高，但其精度要求较低，可采用粗车精车两个加工阶段完成。所能达到的精度等级为IT78，粗糙度为Ra=6.31.6m，符合其加工技术要求。销孔卡环槽的加工卡环槽的尺寸精度要求较低，位置精度要求相对较高，故可在销孔精镗后采用一次车削完成。达到的精度等级为IT810，粗糙度为Ra=6.33.2m，符合其加工技术要求。斜油孔的加工斜油孔的精度要求并不高其表面粗糙度为Ra 12.5m，孔径小于20mm，故其加工方法直接采用钻孔来实现，精度为IT11-IT12，符合其加工技术要求。环槽加工环槽位置精度要求较高，尺寸精度要求相对较低，可采用粗车精车两道工序完成，能够达到的精度等级为IT7IT8

37、，粗糙度Ra=6.31.6m，符合其加工技术要求。3.3.2 活塞加工阶段划分活塞加工工艺过程按阶段可划分为：粗加工阶段半精加工阶段精加工阶段光整加工阶段。活塞外圆以及销孔是活塞的重要加工面，其加工质量要求比较高，因此外圆加工时安排了粗车，精车，金刚石车三个加工阶段，销孔加工时安排了粗镗，精镗和滚压三个加工阶段。而其余的加工质量要求并不高，并且毛坯采用金属型铸造精度比较高，加工余量小，故其余工序均安排粗加工、精加工两阶段完成。各阶段加工技术要求如表3.2所示：表3.2 活塞各阶段加工要求加工阶段加工要求粗加工阶段去除各加工表面的余量，作出精基准，此阶段主要加工要求是提高生产率半精加工阶段减小粗

38、加工中留下的误差，使加工面达到一定的精度，为下一步精加工作好准备精加工阶段确保零件的尺寸、形状和位置精度达到所规定的精度要求3.3.3 加工工序安排及工艺规程制订按照加工顺序的选择原则，加工工序安排如下：(1）先加工基准面，再加工其它表面。(2）先加工平面，后加工孔。(3）先加工主要表面，后加工次要表面。(4）先进行粗加工工序，后进行精加工工序。根据活塞零件加工的实际情况，本设计拟定了加工工艺过程卡，如附录A表3.3所示。此外，对于尺寸较大、结构较为复杂的铸件，为了消除残余应力，需在粗加工之前、或粗加工之后进行一次时效处理，即将活塞加热至180200摄氏度，然后保温68小时后，自然冷却。铝合金

39、热处理一般安排在机加工前，在机械加工前要切去冒口，然后进行时效处理，消除铸造时因冷却不均匀而带来的内应力，增加活塞的强度和硬度。对于同一个工件和同样的加工内容，有两种不同形式的工艺规程可供选择：一种是工序集中原则，另一种是工序分散原则。工序集中是指每个工序包括尽可能多的工步，从而使总的工序数减少，减少所需要的夹具和工件的安装次数。而工序分散是将工步内容分散在更多的工序中完成，这样每道工序的工步较少，但其工艺路线长。这两种工艺规程各有所长。工艺集中更有利于保证各加工面间的相互位置精度要求，可以采用高生产效率的机车，节省安装工件的次数和时间，减少工件的搬动次数，提高生产效率，而工序分散的优点在于能

40、够使每个工序的设备和夹具比较简单，调整、对刀更为容易。考虑到活塞零件的结构特点和技术要求、以及工厂机床设备、工人技术水平等条件，工序相对集中的原则更适合活塞生产。 3.3.4 加工余量的确定本设计采用的加工余量确定方法为查表修正法，通过查阅简明机械加工工艺手册，并结合实际加工情况对各加工面的加工余量确定如表3.4所示。表3.4 活塞的加工方法机加工余量 加工面加工方法加工余量 外圆粗车精车加工粗车3.7mm，精车0.3mm端面一次性加工1.0mm止口粗车精车加工粗车1.2mm，精车0.3mm销孔粗镗精镗，最终加工为滚压粗镗2.7mm，精镗0.2mm，滚压0.1mm油孔钻削加工余量由孔径来确定环

41、槽粗车精车加工粗车1.2mm，精车0.3mm顶面粗车铣气门内、外槽总加工余量为14.17mm，粗车3.17mm，粗铣总余量11.0mm卡环槽精镗后一次车削完成总加工余量4.8mm4 ISB6.7L活塞的表面处理4.1 活塞的清洗活塞从机加工下线后，上面残留很多切削液，铝屑，要将活塞清洗干净才能进行下一道工序表面处理，其装夹流程如表4.1所示，清洗流程如表4.2所示。表4.1 装夹流程 类型示意图片备注 上活塞1、当夹具与清洗机档板保持在15cm以上时开始装活塞，左手打开夹具，右手轻轻装上活塞。2、装活塞时，为便于外观检查，可以不戴手套。 下活塞1、必须戴无纺布手套或指套进行接活塞。2、注意手指

42、不得与活塞裙部接触。表4.2 清洗流程温度（）工序参数设定 压力（bar）工序参数设定预清洗/预清洗1.5脱脂I58脱脂I2.0 脱脂II58脱脂II2.0 冲洗I50冲洗I1.5 冲洗50冲洗1.5 冲洗50冲洗1.5纯水冲洗45纯水冲洗1.5 烘干 100-130(*)4.2 活塞的丝网印刷丝网印刷由五大要素构成，即丝网印版、刮印刮板、油墨、印刷台以及承印物。丝网印刷基本原理是：利用丝网印版图文部分网孔透油墨，非图文部分网孔不透墨的基本原理进行印刷。印刷时在丝网印版一端上倒入油墨，用刮印刮板在丝网印版上的油墨部位施加一定压力，同时朝丝网印版另一端移动。油墨在移动中被刮板从图文部分的网孔中挤

43、压到承印物上。由于油墨的粘性作用而使印迹固着在一定范围之内，印刷过程中刮板始终与丝网印版和承印物呈线接触，接触线随刮板移动而移动，由于丝网印版与承印物之间保持一定的间隙，使得印刷时的丝网印版通过自身的张力而产生对刮板的反作用力，这个反作用力称为回弹力。由于回弹力的作用，使丝网印版与承印物只呈移动式线接触，而丝网印版其它部分与承印物为脱离状态。使油墨与丝网发生断裂运动，保证了印刷尺寸精度和避免蹭脏承印物。当刮板刮过整个版面后抬起，同时丝网印版也抬起，并将油墨轻刮回初始位置。至此为一个印刷行程。丝网印刷的优点：(1) 不受承印物大小和形状的限制一般印刷,只能在平面上进行，而丝网印不仅能在平面上进行

44、印刷还能在特殊形状的成型物上如球面曲面上印刷，有形状的东西都可以用丝网印刷来进行。(2) 版面柔软印压小丝网柔软而富有弹性。(3) 墨层覆盖力强可在全黑的纸上作纯白印刷，立体感强。(4) 适用于各种类型的油墨(5) 耐旋光性能强可使印刷品的光泽不变。(气温和日光均无影响)。这使得印刷一些不干胶时，不用额外覆膜等工艺。(6) 印刷方式灵活多样(7)制版方便、价格便宜、技术易于掌握(8)附着力强(9)可纯手工丝印，也可机印4.3 活塞的固化经过丝网印刷后的活塞直接进入链式固化炉固化，如图4.1所示。图4.1 链式固化炉4.4 活塞的铸铁圈防护铸铁圈上油为了防止活塞上的铸铁圈或钢片上锈，如图4.2所

45、示。图4.2 给铸铁圈上油4.5 活塞的烘干用固化后的余热将活塞烘干，最后将活塞送入待检区，由终检部门进行外观、尺寸、内冷油道、镶圈结合度的检测，检测合格后装箱入库。5 精镗销孔夹具设计销孔是多道工序施加夹紧力的部位，为使其后的工序中夹紧力能均匀分布，在精加工之前需要对活塞销孔进行精镗加工，保证活塞重要表面所需要的较高的加工精度。5.1 活塞销孔夹具定位及误差分析5.1.1 活塞销孔定位方式及定位元件夹具设计时原则上一般将工艺基准作为定位基准，不论哪个基准都应符合六点定位原理。所谓六点定位原理就是采用合适的约束来消除工件的六个自由度，来实现工件的定位。根据前面制定的生产工艺，本加工工序采用活塞

46、止口、活塞端面以及销孔定位，为与止口相配合，采用止口盘作为定位元件。活塞之后与止口盘相接触，限制除沿Z轴的5个自由度，然后通过销孔实现沿Z轴的定位，从而，工件的六个自由度完全被限制，实现完全定位，其夹具图纸如附录所示。5.1.2 定位误差分析与计算定位误差主要有以下几方面原因产生：第一，基准不重合产生的定位误差。由于工序基准和夹具定位基准不重合，两基准之间的位置误差在加工过程中会反映到被加工表面的。第二，间隙引起的定位误差。在使用心轴、销、定位套定位时，定位面与定位元件间的间隙可使工件定心不准产生定位误差。其最大间隙为 （1） 其中定位孔最大直径；定位销最小直径；孔与销之间的最小间隙；孔的公差

47、； 销的公差；由于销与销孔孔之间有一定间隙，工件安装时销孔中心可能偏离销中心，所偏离的最大范围是一个以为直径，以销的中心为圆心的圆。若定位时始终让工件靠紧销的一侧，即以销的一条母线为基准来定位，此时工件的定位误差仅为。第三，夹具设计与制造中的误差，如：定位元件表面与定位基准面间的误差、定位元件与对刀元件之间的误差、定位元件与导向元件只见的误差、夹具在机床上安装误差、夹紧力使工件或夹具产生变形而产生的位置误差、定位元件与定位元件间的位置误差等。上述定位误差的分析计算，一般是在成批大量生产中用调整法加工时，需要分析，对于具体夹具的定位误差需要具体分析，要找出各个产生定位误差的环节及大小，然后按照极

48、值法或概率法求出总的定位误差。如果采用试切法加工，一般就不作定位误差的分析计算了。5.2 工件的夹紧装置的设计5.2.1 夹具装置的组成夹具体一般由中间递力机构和夹紧机构两部分组成。（1）中间递力机构: 中间递力机构是一个传力机构，它介于夹紧元件和力源之间。其主要作用是把力源装置的夹紧力传递给夹紧元件，然后由夹紧元件完成对工件的夹紧。一般递力机构可以在传力过程中，改变夹紧力的大小和方向。本夹具设计采用一压杆形式和拉头的组合递力机构。（2）夹紧机构: 夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件。通过它和工件受压面的直接接触而完成夹紧动作。本夹具的设计根据零件的特点采用螺旋式夹紧装置。5.2.2 夹紧力的确

49、定夹紧力确定需要准确的场合 ，一般通过实验来确定。但是，由于切削力本身是估算的，支撑件与工件之间的摩擦因数也是近似值，因此夹紧力也只能粗略估算。在计算夹紧力时，先将工件和夹具看作为一个刚性系统，以切削力的方向、大小和作用点处于对夹紧最不利的状况作为工件的受力状况，然后，根据夹紧力、切削力（工件重力和运动速度较大时，其重力和速度也应考虑在内），以及夹紧机构的具体尺寸，列出工件的静力方程式，求出理论夹紧力，再乘以安全系数，作为实际所需夹紧力。本方案中，夹紧机构采用螺旋式夹紧机构。活塞加工时夹紧工件的强度也不是很大，为了节约成本，夹紧装置的动力装置采用手动夹紧。此时夹紧力的方向也符合“夹紧力的方向应

50、用有利于工件的准确定位，不会破坏定位”的原则。螺旋夹紧机构是夹紧机构中应用比较广泛的一种，螺旋夹紧机构可以看作一斜契绕在圆柱体上而形成。图5.1所示为矩形螺纹螺杆受力图。其原始动力为，力臂为，作用力作用在螺杆上，力矩为。工件对螺杆的反作用力有垂直方向的反作用力W（等于加紧力）和摩擦力。此摩擦力作用于螺杆端面上的一环面内，可看作是集中作用于当量半径为的圆周上，所以此摩擦力矩为。螺旋夹紧机构中螺母为固定件，螺母对螺杆的作用力为垂直于螺旋面的作用力R及摩擦力，可看作为合力为。该合力可分解成螺杆的轴向分力和沿螺杆的周向分力，其中轴向分力与工件的反作用力平衡。周向力可看作为作用在螺纹中径上，轴向力对螺杆

51、产生的力矩为。图5.1 螺杆受力示意图根据机械加工工艺手册查得螺旋夹紧机构的夹紧力的计算公式为： （2） 其中: 夹紧力 （N）； 原始作用力 （N）； 作用力臂 （mm）； 螺纹中径 （mm）； 螺纹升角（rad）； 螺纹处磨擦角（rad）； 工件与螺纹端部的摩擦角（rad）； 螺纹与工件的当量摩擦半径（mm）。本设计选用三角形螺纹，取螺纹公称直径为d = 10mm，中径为d 2= 9.132，作用力臂L = 212mm，原始作用力Q = 20N。其余尺寸由机械加工工艺手册表63-5、63-6、63-7、63-8查得，并代入工公式计算可得:W = 1780N。实际生产状况下所需要的夹紧力的计

52、算是一个非常复杂的问题，故一般只作粗略估算。为简化计算，在夹紧装置计算设计时，可只考虑切削力对夹紧过程的影响，并且假定工艺系统是刚性系统，切削过程稳定不变。镗削加工的切削力在设计手册上没有明确的计算公式，本工序为精镗销孔加工，根据切削加工余量并参照相关加工经验，镗削力可估算为F =520（N）。工件以平面定位，切削力与夹紧力垂直，则 (3) 其中： 实际所需夹紧力（牛顿）； 切削力（牛顿）； 夹紧元件与工件之间的摩擦因数；夹紧支撑面与工件之间的摩擦因数； 安全系数。安全系数一般可取23。一般可根据下式计算 (4)其中： 一般安全系数，与工件本身性质及加工余量不均匀等引起的切削力变化有关，一般为

53、 1.52； 加工性质系数，粗加工1.2，精加工1； 刀具钝化系数，1.11.3； 断续切销系数，断续切削是1.2，连续切削时1。1.611.211.92 安全系数K的计算结果小于2，达不到安全要求，取K=2.5，将以上结果代入到公式计算可得 ： 实际所需夹紧力与螺旋夹紧机构的源动力与之间的关系为： (5) 2046.5 N (6)式中： 原动力通过螺母作用在压杆上的力（N）； 原动力（N）； 压杆与螺杆端部的当量摩擦半径（mm）； 压板与螺杆端部的摩擦角（rad）； 螺纹中径 （mm）； 螺纹升角 （rad）； 螺旋副的摩擦角（rad）。5.3 标准间的选用压板连接夹具体的压紧螺栓按GB/T57832000选取，其规格为直径M8，长45mm,性能等级为88级，采用表面氧化处理，