摘 要
在柴油机气缸内，活塞在一部分工作循环压缩气体，而在另一部分工作循环气缸内混合气体燃烧膨胀使活塞顶面承受高温（约569C）高压（约116～120Kgf/cm2）气体的作用，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连续变负荷的往复运动，它的负荷和工作环境很恶劣。在本设计中将对活塞的加工工艺进行设计，以保证活塞长久稳定工作。现将设计中所做的工作简要介绍如下：
180C柴油机活塞加工工艺合理性是很重要的，通过对零件的作用及工艺方案分析，拟定毛坯的制造形式及工艺路线，通过分析、比较，采用了相对集中加工工艺方案，最终确定比较合理的机械加工工艺路线。制定工艺路线时主要考虑粗、精加工安排、加工方法选择、工序集中与分散、加工顺序等方面的要求。接着确定加工余量、工序尺寸，经过对工序特点的分析，恰当选择相应加工设备和工艺装备。接下来经过计算查表确定活塞各主要工序的切削用量并绘制工序卡片，最后设计夹具。设计夹具时，要多方面考虑，严格要求，机床夹具的好坏直接影响工件加工表面的位置精度。所以，机床夹具设计是装备设计中的一项重要的工作，是加工过程中最活跃的因素之一。在本毕业设计中特别设计了定位准确、结构简单和使用方便的精镗销孔夹具。
关键字：活塞；工艺路线；加工设备；切削用量；夹具
Abstract
In diesel engine cylinder, the piston part of the cycle in the compressed gases, and in another part of the work cycle of the combustion gas mixture within the cylinder so the piston top surface expansion high pressure (about 116 ~ 120Kgf/cm2)under high temperature (about 569°C) gas role, and the pressure through the piston pin, connecting rod to the crankshaft. Can be seen that the piston is a long time under high temperature and high pressure in continuous reciprocating motion of the load, its load and working conditions were appalling. During the design process of the piston will be designed to ensure long-term stability of the work piston. The design of the work done by a brief introduction as follows:
Diesel Engine Piston 180C reasonable processing technology is important, the role of parts and technology program analysis, preparation of rough form and process manufacturing line, through the analysis, comparison, use of the relative concentration of processing programs, and ultimately more reasonable to determine the mechanical line processing. The development process of rough line the main consideration, finishing arrangements, choice of processing methods, centralized and decentralized processes, such as processing the order requirements. Then determine the allowance, process size, after the analysis of the characteristics of the process, select the appropriate processing equipment and technical equipment. Calculated look-up table to determine the next major piston cutting process and the mapping of processes card, the design of the final fixture. Fixture design, it is necessary to take various aspects into account, the strict requirements of the fixture a direct impact on the surface of the workpiece processing position accuracy. Therefore, the machine tool design fixture design is an important task is the processing of one of the most active. During the graduation project in a specially designed positioning accuracy, simple structure and easy-to-use precision pin hole boring jig.
Keywords: Piston; Technology; processing equipment; cutting; Fixture
目录
摘要……………………………………………………………………Ⅰ
Abstract………………………………………………………………Ⅱ
目录………………………………………………………………………Ⅲ
第1章 序论………………………………………………………… 1
1.1?180 C柴油机活塞的由来 ……………………………………………………1
1.2 机械加工工艺规程………………………………………………………………7
第2章 180C柴油机活塞零件图的分析 ………………………………8
2.1 活塞的功用……………………………………………………………………8
2.2 活塞的结构特点和技术要求 …………………………………………………8
2.3 180C活塞的工作情况 …………………………………………………………9
2.4 180C组合活塞结构 ……………………………………………………………10
第3章 活塞加工工艺制定 …………………………………………12
3.1 计算生产纲领确定生产类型 …………………………………………………12
3.2 审查零件图图样工艺性 ……………………………………………………12
3.3 选择毛坯 ………………………………………………………………………12
3.4 工艺过程设计 ………………………………………………………………13
3.5 确定加工余量及毛坯尺寸、设计毛坯图 …………………………………25
3.6 部分重要工序设计 ……………………………………………………………29
3.7 确定切削用量及基本用时 …………………………………………………33
第4章 夹具设计……………………………………………………50
4.1 机床夹具概述 ………………………………………………………………50
4.2 机床专用夹具设计的基本要求 ……………………………………………50
4.3 活塞夹具的设计思路 …………………………………………………………51
4.4 活塞裙精镗销孔夹具设计 ……………………………………………………51
结论…………………………………………………………………56
参考文献…………………………………………………………57
致谢…………………………………………………………………58
附件 1…………………………………………………………59
附件 2…………………………………………………………81
第1章 序论
1.1?180C柴油机活塞的由来 ?? ?
180C柴油机是四方机车厂与奥地利AVL公司合作开发的。下面就四方机车厂和AVL公司的发展历史做一下介绍，从他们的发展过程中，我们能看到柴油机行业的一些趋势以及中国柴油机的发展历程。
（1）四方机车厂的光辉历史
四方厂在1958年9月22日试制成的东风型内燃动车的基础上，于1959年4月10日制成了国产第一台液力传动内燃机车--卫星型客运内燃机车。机车装用2台仿西德的12V175Z型柴油机，装车功率2×1000马力，最高速度140km/h。
? ?上述早期试制内燃机车的特征：一是机车或柴油机基本是仿制国外的产品：二是直流电力传动匹配二冲程中速柴油机和四冲 程高速柴油机；三是液力传动匹配高速四冲程柴油机；四是设计技术水平较低，可靠性较差。
? ? 早期内燃机车的试制及尔后各工厂、研究所进行的大量试验研究和设计改进工作，为国产第一代内燃机车的设计和生产奠定了基础，也为我国铁路内燃化拉开了序幕。
? ? 1964年，四方厂对卫星型机车作了大量试验改进后，定型为东方红1型内燃机车，1966年投入批量生产。机车装用2台经改进仿制的12V175Z型四冲程高速柴油机，采用改进后多循环圆液力传动箱，柴油机装车功率为2×1050马力（后改为2×910马力），最高速度调真120km/h。到1972年停产，共生产了160台。该机车是我国内燃化初期的主型干线客运内燃机车，为客运内燃化做出了重大贡献。
? ???1969年，四方厂制造了6台4500马力等级的东方红4型货运液力传动内燃机车。机车装用2台16V200ZL型柴油机，最高速度100km/h。
? ? 1970年,四方厂开始生产援助坦-赞铁路和越南等国的装用12V180ZJ型柴油机的1000马力的DFH1、3、4、5、型和2000马力的DFH2型液力传动内燃机车，总数达163台。这是最早走出国门的国产内燃机车。
? ? 1971年，在DFH2型机车基础上，四方厂制成2700马力的双机组东方红3型液力传动客运内燃机车。机车装用2台12V180ZJ型柴油机，最高速度120km/h。到1988年停产，共生产了268台，是第二代内燃机车中主型客运机车之一。
? ??1977-1984年，四方厂为云南米轨铁路制造了102台1100马力东方红21型液力传动内燃机车。是米轨铁路实现了内燃化。
? ? 1984年，四方厂制成了1650马力新的东风5型电力传动调车内燃机车。机车装用8240ZJ型柴油机，最高速度80km/h。这是对唐山厂1976年-1981年生产的老东风5型机车改进型。到1998年，东风5型机车共生产了727台，除了中小编组站调车作业的主型机车。1984年，戚野堰产开发出单机组机车功率最大的东风8型货运内燃机车。机车装用16V280ZJ型柴油机，装车功率4500马力，在用交直流电力传动。最高速度100km/h。到1988年末，有141台东风8型机车在大坡度线路上运用。这是我国最早批量生产的重载货运内燃机车。
? ? 到1998年末，国家铁路过产地二代内燃机车运用总数达7925台，占机车总保量的52.4%，占内燃机车总保有量的79.2%。
? ? 属于第二代内燃机车的，还有不少工矿铁路用内燃机车。中车公司为工矿铁路提供的机车，由国家铁路用的东方红5、东风5、东风7、和东风4型的内燃机车；还有专门为工矿铁路设计的东方红5B、东方红5C、东方红6、东方红7、东方红7B、GK3、GK3B型等液力传动内燃机车，有东风5B、东风5C、GKD1、GKD5、GKD01、GKD02和GKD03型的交直流电力传动内燃机车。它们为工矿铁路的现代化改造作出了贡献。
? ? 1999年9月8日，在中车公司组织领导下，由四方厂、株洲电力机车研究所和大连所合作，制成了国产第一台交流传动内燃机车-捷力型（NJ1型）调车机车。机车装用8240ZJC型柴油机，装车功率1800马力；采用架控式交流传动、IPM牵引逆变器和多微机控制系统；具有彩色显示、故障诊断、保护、记录及数据传输功能。
? ? 捷力型交流传动内燃机车的研制成功，进一步缩小了国产内燃机车与世界先进水平差距，为研制和开发大功率交流传动内燃机车积累了宝贵经验，开辟了继续前进的道路，也为21世纪进一步开发第四代内燃机车奠定了良好的基础。
3.6国产内燃动车（组）的发展（1958-1999）
? ? 早在1958年我国开始发展内燃机车的同时，四方厂就设计、制成了我国第一列内燃动车--东风型双层摩托列车。改动车组由2辆动车和4辆双层客车组成。每节动车上装用1台B2-300型高速柴油机，动车组总功率为600马力；采用液力传动；最高速度为120km/h。东风型内燃机车组的制成，开创了我国铁路客运内燃化的新时代，也为进一步开发卫星型和东方系列液力传动内燃机车打下了基础。
? ?进入20世纪90年代，由于各种运输方式的激烈竞争，我国内燃动车开始迅速发展，并取得了良好的社会经济效益。
? ? 1994年和1995年，四方厂制成天安1和天安2型液力传动单节公务内燃机动车；1997年唐山机车车辆厂（以下简称唐山厂）制成电力传动单节公务内燃动车。
? ? 1999年2月，四方厂制成了M+4M+M编组的液力传动单层内燃动车组。每节动车装用美国Caterpillar3508B型柴油机；动车组总功率为2×1360马力，席位568个，最高速度120km/h。同时四方厂又获得了斯里兰卡15列6辆编组的内燃动车出口订货合同。
? ? 内燃动车组的发展，不仅提高了铁路在国内运输市场的竞争能力，还提高了在国际市场上的竞争能力，也为21世纪初叶我国铁路客运提供了新的运输工具。
（2）李斯特内燃机及测试设备公司<AVL>
李斯特内燃机及测试设备公司(AVL List GmbH)是一家在世界汽车、发动机行业拥有极高知名度和良好声誉的高科技公司。李斯特公司成立于1948年，当时只是一个简陋的设计工作间，今天她已发展成为一个集发动机科研、开发、设计、咨询、以及发动机测试设备生产的跨国高科技集团，3,100名员工。其总部位于风景如画的奥地利格拉茨市，45个子公司及分支机构遍布世界各地，是目前世界上最大的、独立的、私有的专业公司。也是全球规模最大的从事内燃机设计开发、动力总成研究分析以及有关测试系统和设备开发制造的私有公司。全世界所有的发动机制造商都在AVL的客户名单里，特别是内燃机领域。
在中国汽车“江湖”，特别是发动机及内燃机“江湖”，AVL（李斯特内燃机及测试设备公司）绝对称得上“武林高手”，而且是来自奥地利的洋“武林高手”。据了解，AVL是唯一一家帮助用户从产品设计一直到投产，而且是唯一一家全部自己提供测试设备并百分之百由自己生产的公司。
目前，几乎你所听说过的国内、国外汽车生产厂家都是AVL公司的合作伙伴。其中，AVL的两大核心业务——内燃机开发设计和测试设备均占中国市场70%以上的份额；AVL在中国已拥有200多家中国用户，与一汽锡柴、潍柴、上柴、大柴等许多发动机及汽车厂家都有合作。
李斯特公司和中国的友谊源远流长。公司创始人老李斯特教授在1926年到1932年的6年时间里，一直到在上海同济大学任教。
在过去的几十年里，公司创始人老李斯特教授及AVL公司始终把为中国培养一流的科技人材、支持中国发动机事业的独立快速发展放在第一位。为此，他们向同济大学、吉林工业大学等科研教育单位捐赠了技术及设备；设立了奖学金，资助中国优秀学生，开展学术互访活动；为中国的汽车、火车、船用及工业用发动机进行开发设计、改型优化，并邀请中方技术人员参与相关的重要技术工作，在实践中培养中国发动机领域的人材，扶植中国发动机行业的独立发展。
老李斯特教授及AVL公司的倾心努力，得到了中国发动机行业的称赞。至今，中国的发动机行业一直把AVL公司亲切地称为"李斯特研究所"，言意之中即认为AVL公司是一个科研开发、人材培训的理想基地。另外，为中国政府部门提供咨询及支持，也是李斯特公司一直不懈努力的一部分：1987年，李斯特公司曾协助机械部制定了《中国内燃机发展系列型谱》；协助国家机械局制定《中国柴油机烟度排放标准》，为其无偿提供咨询、设备等各种软硬件帮助。
1995年，又一个热爱中国文化的美国人加盟AVL。早在1981年，他就踏上了中国本土，那时候他只是20岁出头的小伙子，之前担任过研究员、院长助理，调查、撰写、编辑、翻译有关中国大陆和台湾地区经济状况的文章，对中国的经济发展有相当的了解。 之后，他担任过美国公司FUQUA WORLD TRADE CORPORATION 及CONTITRADE SERVICES. INC的中国部经理，还担任过TRANSCONTINENTAL TRADE && FINANCE LIMITED美国部经理等职位。 这个人就是连世康，他最骄傲的事情之一就是他能讲一口流利的普通话。 连世康具有较强的管理与领导能力，对中国市场非常了解，工作经验丰富等等，使AVL在中国市场如虎添翼。
AVL于1995年设立上海代表处，1999年在福建厦门与国家科技部中国科技开发院(厦门)合资成立了“厦门海腾发动机测试设备有限公司”。2001年是AVL公司在中国开展业务的第26个年头，5月19日，李斯特技术中心（上海）有限公司在上海市举行了隆重的奠基仪式，包括奥地利总统、上海市副市长在内的中奥两国政府官员及行业专家、媒体人士等各界朋友出席了仪式。随着在中国业务的不断扩大和发展，AVL公司于2003年在重庆开设了第三个代表处，以适应西部大开发战略及开拓广大西部市场的需要，使西部广大客户能享受与东部沿海地区同样快捷方便贴近客户的服务。
在2005上海国际车展上，奇瑞展示了多款轿车发动机，让人们大饱眼福；奇瑞也在前不久对外宣布了他们将进军欧美市场。奇瑞能有如此大的成就，其实也是多亏有了这位“武林高手”指点迷津。奇瑞董事长尹同耀曾在公开场合说过，“与AVL公司联合开发的世界一流的两个汽油机家族和柴油机系列，均采用了先进的技术，基本上与世界上发达公司技术水平发展同步，某些高配置的发动机达到世界领先水平，为奇瑞公司实行走出去战略打下了坚实基础。”
“在AVL与奇瑞之间的合作项目中，AVL与奇瑞的相关负责人员一起沟通，进行分工来开发产品；我们的目标是帮助中国企业做强，能够自主开发品牌产品。”AVL中国地区总裁连世康（Michael Laske）介绍道。基于这一点，AVL仍会继续传授中国汽车企业“内功心法”。
2005年6月13日，连世康上任“绿色柴油机推广计划”（GDI）的联合执行主席。GDI最初由7家公司共同发起，如今已经进入第五个年头，GDI的核心成员几乎都是洋“武林高手”，包括戴姆勒—克莱斯勒，康明斯、博世、沃尔沃卡车等国际汽车巨头。GDI向中央和地方政府以及企业、消费者介绍先进柴油机技术以及使用高品质的燃油和润滑油以达到更低的排放标准，旨在协助中国实现社会发展和环境保护的统一目标。 据了解，在2004年，欧洲客车市场的柴油机占有率达到了48%。在一些国家，在新车的销售中，柴油机车的比例甚至达到了60%—70%。 连世康认为，柴油机在中国的使用需要一个过程，因为以前的柴油发动机技术不行，柴油质量差等原因，导致在公路上，经常看到一连串黑烟从车尾冒出来。但是现在，柴油机技术已经有了很大的改进，但燃油和润滑油的品质还有待于进一步提高以适应先进的柴油机技术以使先进的绿色柴油机技术在环保改善问题上发挥更大的作用。GDI所有成员会共同努力，尽最大的努力帮助中国政府、企业及公众，让他们了解目前柴油机的技术和今后的发展趋势。
由于快速的经济增长，中国需要从国外进口更多的石油以维持工业和交通运输的需求，而同时这些工业以及运输业也无时无刻都在产生和排放污染。GDI成员认为清洁柴油和高级的汽车柴油机技术可以帮助中国减少对进口石油的依赖，可以减少气体排放污染，并可以帮助政府和汽车消费者节省在汽油上的支出。
据了解，在油耗相同的情况下，柴油机车可以驾驶的距离比汽油机车要多30%。更好的燃料经济意味着汽车消费者使用更少的燃料，同时从使用柴油机车中节省支出。对于一个汽车消费者，如果每年行驶20，000公里，使用柴油机车可以每年节省4,000—5,000 人民币（或每个月大概330—415 人民币）。 在中国，如果有1/3的轿车使用柴油机，那么整个国家每天就可以节省百万元人民币，同时减少了对国外燃油的进口依赖。 而且，使用柴油还带来很多好处，柴油机比较省油，柴油机车比汽油机车的二氧化碳排放量少30%；柴油机是非常耐用的，使用寿命比汽油机要长。 连世康认为，在3—5年内，中国使用柴油机的状况会有较明显的变化。
据悉，今年以来，油价持续上涨等消息，似乎使柴油车的前景变得光明起来。汽车企业将柴油车及柴油发动机的研发视为重点，成为一种新的趋势。日前，专注于SUV生产的华泰现代表示，油价上涨在很大程度上冲击了销量，推出柴油SUV是一种比较经济、节约成本的做法。有这种计划的并不只是华泰现代，长丰猎豹也表示，下阶段将考虑推出柴油SUV；中兴汽车也有此计划。除了SUV企业，轿车企业也将柴油车项目提上了日程。上海大众的柴油版帕萨特和POLO也正在研发过程中。同时，东风雪铁龙和长安福特也准备在今后推出柴油轿车。
但目前，国内企业研发柴油机能力到底怎么样呢，它们能赶上柴油“新潮流”吗？或许，我们可以从连世康讲述AVL与国内外客户合作的情况中略知一二。“如果说国内客户与国外客户有什么不同的话，很明显，国外的公司比较有经验，同你合作时非常清楚需要的是什么，项目的定义、到底要达到什么样的指标……在这方面他们不会再与我们协商。而国内的客户普遍对发动机开发整个流程所需的时间估计不足，通常要求产品设计、开发的时间越短越好，对样机出来以后的工作往往重视不够。” 据了解，样机出来以后的过程是非常重要的，它需要通过实验来检验，包括12万公里的路试等，确定发动机的设计和工艺到底过不过关。国内许多客户为了抢夺市场空间，通常要求AVL缩短项目周期。对此，AVL只有尽力与客户协商想出许多办法来解决用户的问题。
新产品投产一个很重要的问题是供应商的选择，连世康又一次指出了中国客户的软肋。“中国的主机企业对供应商控制得不大好。AVL可以提出用哪些供应商的零件，但到底用不用这些供应商、这些零件是怎样生产的，AVL控制不了。”这有时就让AVL陷入了困境，有些客户拿到的零件是劣质的，AVL的设计技术就算太高明，也难免不会出问题。
作为一家技术咨询公司，AVL很重视技术创新。据了解，AVL在中国每年的销售收入从1995年的400万美元增长到2004年的近6000万美元，而公司总部每年销售收入的10%左右要确保用于新技术的研发。连世康认为，AVL要始终保持比客户了解更多更新的技术，才能更好地为客户服务。
目前，AVL总部的研究部门里正在使用着48个发动机试验室，其中有整车噪声试验室，14个排放试验室等，都在应用AVL自己生产的排放仪和转鼓。AVL在市场上推出的每一个新产品都是经过AVL产品设计部门苛刻的试验。
连世康称，AVL5年之前在中国的绝大多数业务是测试设备，现在设计研发的项目越来越多。随着大批外国公司在中国开始建立技术中心，他们在测试设备方面的需求量很大。未来几年，设计研发业务将以中国公司为主，测试设备业务以外国公司为主。
而且，随着AVL在中国的业务不断扩大，人员增多，到年底AVL将迁往三元桥附近的佳程广场办公；2006年，AVL将成立广州办事处。连世康称，广州、重庆、上海、北京等地是中国汽车发展集中的地方，AVL将扩大在这些地方的投资，以扩大AVL在中国的业务。未来3—5年内，将使中国发展成为AVL的第二大战略市场。目前，德国、美国是AVL的前两大战略市场，中国排在第三位。
1.2机械加工工艺规程
机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的文件，生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺规程来体现。因此，机械加工工艺规程设计师一项重要而又严肃的工作，它要求设计者必须具备丰富的生产实践经验和广泛的机械制造工艺学基础理论知识。设计机械加工工艺规程的步骤一般为：1）阅读装配图和零件图2）工艺审查3）熟悉和确定毛坯4）拟定加工工艺路线5）确定满足各工序要求的工艺装备（包括机床、夹具、刀具、和量具等）6)确定各主要工序的技术要求和检验方法7）确定各工序的加工余量，计算工序尺寸和公差8）确定切削用量9）确定时间定额10）填写工艺文件
一个机床的机械工艺制造系统由机床、工件、刀具和夹具组成。机床夹具是用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对机床或刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。可以看出夹具在机械 加工中占有很重要的地位，尤其是在中小批量生产时更是大量采用机床夹具，它们是机床和工件之间的连接装置，使工件相对机床或刀具获得正确的位置。机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的位置精度。所以，机床夹具设计是装备设计中的一项重要工作，是加工过程中最活跃的因素之一。
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