活塞加工工艺 (2).doc

2 活塞加工工艺2.1活塞的功用、结构特点及工作条件活塞是曲柄连杆机构中的主要零件之一，是发动机的心脏。在活塞压缩行程终了时，燃烧室内的工作混合气被火花塞点燃后爆发，产生强大的压力，推动活塞沿气缸向下运动，并通过连杆使活塞的直线往复运动变为曲柄的旋转运动，这就是发动机动力的来源。活塞的第一个作用就是使发动机做功。发动机做功是由进气、压编、爆发、排气四个行程来完成一个工作循环的。不断地循环，发动机才能连续地工作，这就要求发动机内活塞顶以上的空间要有非常好的密封效果。密封是活塞的第二个作用。发动机在点燃爆发时.温度高达，主要靠活塞和活塞环将高温传给气缸壁，再由气缸壁外侧水套内的循环水将热量带走。活塞的第三个作用是传热。活塞在工作中应不敲缸、不拉缸、不漏气。保持正常的活塞与缸体的配合间隙，使发动机能稳定有效地工作，获得更大的功率，即要求活塞应有良好的导向作用。由于活塞是在高温高压高腐蚀条件下连续变负荷运动，所以必须有相应的结构来满足这一特定的工作条件。活塞由头部(环槽、环岸和绝热槽)、裙部和顶部三部分组成，如图3.1.9所示。1. 顶部。汽车发动机大多采用平顶式活塞，这是因为与其它形式的活塞顶相比.具有工作可靠、制造简单、重量最轻和受热面积最小等优点。汽车柴油机活塞顶的形状决定于混合气形成过程的要求。在分离式燃烧室中，以平顶或近于平顶的形式为主;在近几年应用较广的半分离燃烧室或活塞燃烧室(如图3.1.10)中，活塞顶不得不采用使活塞热负荷大大增加的复杂形式，这时为保证活塞工作可靠.要选用优质铝合金。2. 头部。活塞环的主要功用是保证燃烧室和气缸工作腔的密封性。它的高度主要决定于必须安装的活塞环数。目前高速汽油机一般用23个密封环(气环)，在气环槽中放置具有弹性的密封环，用以密封活塞顶部上边的燃烧室，防止漏气，并将活塞上部的热全传给气缸壁。下边还设有12个刮油环(油环)。在油环槽中放置刮油环，用以使气缸壁的润滑油膜分布均匀，进而改善活塞的润滑条件，并能把飞溅到气缸壁上的多余润滑油刮掉，使其经油环槽的回油槽(隔热槽)流回曲轴箱。汽油机活塞一般有2道气环和1道油环，而柴油机由于转速低，气压力较高。所以一般最低环数为3道气环和1道油环。3.活塞裙。活塞裙是指活塞油环槽以下的部分。活塞做直线往复运动时，靠裙部起导向作用。活塞工作在高温高压的条件下，要产生热膨胀和受力变形。由于顶部温度最高，环带次之，裙部比环带还低，所以上部热膨胀大于下部。为保证在正常工作条件下活塞与气缸体内壁之间自上而下间隙均匀，必须把活塞制成上小下大的阶梯形或截锥形。由于活塞裙部在活塞销孔轴线方向的热膨胀量与受力变形导致的膨胀量大于其垂直方向，因此要使活塞裙部在正常工作状态下呈正圆形，以保证活塞与缸壁径向伺隙均匀，活塞裙部的横截面应做成椭圆形，并使椭圆的长轴方向垂直于活塞销孔轴线方向。CA6102发动机采用变椭圆活塞，即裙部椭圆度自上而下递减的活塞。活塞裙部内有一止口。它由一小段内孔、倒角和端面构成。它是专为活塞加工过程中定位而设置的辅助精基准面，在活塞工作过程中没有任何用途。4.销座。销座位于活塞裙部内，且有厚筋与活塞顶相连。其作用是保证把作用于活塞上的力可靠地传给活塞销孔，在活塞销座上有一个油孔，用作润滑活塞销与活塞销孔，减少它们的磨损。活塞销孔外端设有锁环槽，用以安装锁环，限制活塞销的轴向串动，以避免刮伤气缸壁。在活塞销座的横向位置上，如果活塞销轴线与活塞轴线相交，则活塞越过上死点，侧向力作用方向改变时，活塞发生“拍击”。为使活塞从压向气缸的一面到对面过渡平顺，则把活塞销轴线向受载一面偏出1mm2mm。CA6102活塞为0.9mm1.1mm总之，活塞为薄壁零件，它是在高温、高压的条件下。在气缸内做高速往复直线运动。为减小活塞在做高速往复运动时的惯性力，一般活塞材料采用铝合金。其顶部稍厚且销座与顶部连成一体。以提高其刚度。为了得到满意的配缸间隙，CA6102活塞的裙部采用桶形变椭圆形式。2.2 活塞的毛坯材料及其制造方法活塞的材料除少数采用铸铁外，大部分采用导热系数高、热膨胀系数较低的硅铝合金。为了增加其刚性、隔热性和避免环槽早期磨损，也有在其头部或裙部铸有钢护圈、铸铁圈或钢片，这类活塞称为双金属活塞。铝活塞除了导热性能好外，还具有重量轻、易加工等特点。所以目前中小型发动机的活塞大部分采用铝合金材料。由于铝合金和铸铁材料的不同，造成线膨胀系数不一样.亦可能出现广泛选用铸铁活塞的趋势，用以取代铝活塞。一般的铝活塞大部分采用金属模浇铸，这样不仅可以获得较高精度的毛坯，减少机械加工余量，同时还可以保证活塞间较小的重量差。CA6102发动机活塞毛坯采用液态锻造形式，用200t的锻压机锻压成型。液锻的筒形外模固定在液压机上，周围用水冷却，内芯固定在压头上，将铝水倒人筒形模具之后，芯子在压头带动下压入筒内。保压25s后压头抬起，内芯同时将凝固的毛坯带出。成形的毛坯经热处理后进行机械加工。图3.1.11为其毛坯图。3. 3活塞的主要加工表面及技术要求活塞的主要加工表面及技术要求见图3.1.12。各参数及其作用如下:1.环岸及环箱底对活塞裙部轴心的径向跳动最大允差为0.1mm0.15mm。全部槽底2.环槽侧面对活塞裙部轴心线垂直度不超过25:0.07,环糟侧面对活塞裙部轴心线跳动不超过0.05mm，全部槽侧。这些参数直接影响活塞及活塞环的工作状况。以上两个参数超差会使活塞在气缸内往复运动处于不正常状态，活塞与气缸壁会出现偏磨现象，从而导致敲缸或拉缸等故障的发生，使发动机达不到设计功率。3.活塞销孔尺寸及精度为;销孔圆柱度为0.00125s，;表面粗糙度;两销孔同轴度误差，在最大实体状态时为零;销孔轴心线对裙部轴心线垂直度为100:0.035;这些参数超差会使活塞销与活塞孔配合不正常，破坏活塞、活塞销、连杆的正确装配位置.不能保证正常的润滑，并将产生不正常磨损。4.裙部保留有0.2 mm,深0.008 mm0.016mm的刀痕，以便能储存润滑油，使发动机在工作中活塞与缸壁之间形成一层油膜，从而减少活塞与缸壁的磨损。5.为了改善活塞的机械加工性能.在活塞的制造过程中对其销孔尺寸、外画尺寸和重量分别进行分组，然后按装配工艺要求进行分组装配。4. 4活塞的机械加工工艺过程活塞加工的生产线共l8道工序,17台机加设备。其中机械加工工序13道，辅助工序3道，检查工序2道。其加工顺序及加工设备为: 1.钻活塞销孔; 使用设备:Z14$组合机床 2.铣两侧销座凹坑; 8x618专用机床 3.粗车外圆、环槽、顶部及裙部; 504684四轴数控车床4.粗车定位止口; -112车床5.铣回油槽; ZF041活塞专用铣床6.扩活塞销孔; Z149组合机床 7.钻销座油孔; 4023台钻 8.去毛刺; 9.粗精幢活塞销孔; JL6静压世床10.销孔内侧倒角; 80226专用机床11.车销孔锁环槽; -115车床12.精车止口; 50469D二轴数控车床 13.车外圆、环槽、环岸及倒角; 504700三轴数控车床 14.滚挤活塞销孔; ZA25立式钻床 15.去毛刺; 16.清洗吹净活塞; DTX40-I-G通过式清洗床 17.终检;18.装配前裙部分组尺寸复检。活塞的主要加工工序见表3.1.202.5 活塞加工工艺过程分析及典型夹具活塞精度要求最高的部位是活塞销孔、裙部外形及环槽部分，为保证其加工精度，必须采用粗精加工分开的方法。精度要求不高的部位采用一次加工