活塞工艺课程设计

1 1.活塞工艺分析 1.1.零件图样分析 （ 1）该零件轴段的加工精度要求较高，要有较高的形位公差，表面粗糙度最高达到了 1.6m。零件的中心轴是设计基准和加工工艺基准。 （ 2）零件 008.0134的外圆柱面要求与内圆柱的同轴度为 0.04mm。 （ 3）零件 90mm 的圆柱左右端面要求与内圆柱面轴线垂直度为 0.02mm。 （ 4）右端向左数第一个环槽两侧面要求与内圆柱面轴线的垂直度为 0.02mm （ 5） 活塞环槽 02.008入 口倒角为 0.3 45 ，其余倒角为 1 45 。 （ 6） 该零件内圆柱面和环槽侧面的表面粗糙度要求较高为 1.6 m . （ 7）该零件 材料 为 HT200，采用铸造工艺形成毛坯。 （ 8）由于铸件易形成应力集中等缺陷，因此，毛坯还需经过时效处理。 1.2零件工艺分析 （ 1）由于是批量生产，因此，毛坯采用铸件，并且进行时效处理消除内部应力。 （ 2）该零件为旋转体，因此，大部分工艺采用车削。 （ 3）该零件的位置精度要求较高，并且又是批量生产，因此可在中间生产环节采用专用夹具，提高生产效率。 1.3活塞环表面粗糙度，形状和位置精度要求与表面粗糙度要求如下表： 加工 表面 尺寸偏差 公差及精度等级 表面粗糙度 形位公差 外圆柱面 0 08.0134 IT8 12.5 0.04 A 两端的环槽 890 3.2 0.02 A 内圆柱面 034.0080 IT7 1.6 外环槽 02.008 IT7 外环槽侧面 1.6 0.02 A 槽间距 10 中间环槽 0 01.124 IT9 总长度 132 2 1.4审查零件的结构工艺性 （ 1） 该零件环槽较多，易产生应力集中，因此应有合理的圆角半径。 （ 2） 该零件在加工前应进行时效处理。 （ 3） 在其他尖角地方应进行 1 45 倒角。 2.选择毛坯确定毛坯尺寸，设计毛坯图 2.1毛坯选择 由 任务书要求可知该零件使用材料为 HT200.因此，毛坯直接采用铸件，进行各项机加工之前必须对零件进行时效处理。 2.2确定毛坯的尺寸公差及机械加工 余 量 （ 1） 由于该零件的环槽较多，并且不利于铸造成型，并且尺寸又不是很大，因此， 外圆柱面 环槽不铸造出来 （ 2） 该零件的内孔较大，因此直接的铸造出来， 对于内圆柱面 034.0080的粗糙度 1.6 m要求，对其加工方案为粗车 精车。 对于内孔。 查工艺手册得：精车的加工余量为 1.1，粗车的加工余量为 4.5，总得加工余量 6。 精车： 80-1.5=78.5 粗车： 78.5-4.5=74 确定个工序的加工经济精度和表面粗糙度。 有工艺手册得：精车后的公差等级为 IT7， Ra 为 0.8 m . 粗车后的公差等级为 IT11， Ra 为 16 m . 对于外圆柱面。 由于对于铸件的余量要求量分别为 6mm，因此取总余量为 6mm。精车余量为 1mm，半精车加工为 2mm，粗车为 3mm.。 精车： 134+1=135 半精车： 135+2=137 粗车： 137+3=140 对于轴端面尺寸的确定。 由工艺手册得端面加工余量为 2，由此可知零件尺寸及形状如下图： 3 3.选择活塞的加工方法制定工艺路线 3.1定位基准的选择 （ 1） 粗基准的选择 粗基准的选择应能保证精基准加工面之间的位置精度，合理分配各加工面的余量，为后续工序提供精基准，所以为了更便于定位，装夹和加工，可选择该毛坯的外圆柱面作为加工粗基准。 （ 2） 精基准的选择。 根据零件的加工方便，装夹方便，定位准确，误差少的原则，选择零件的已加工外圆柱面，内圆柱面及两端面作为精基准。 3.2零件表面加工方法的确定 根据零件图表加工要求，以及材料性质等各因素，各加工间的加工方法如下表： 活塞环外圆柱面 0 08.0134 IT8 12.5 粗车 半精车 精车 活塞环两端面 12.5 粗车 精车 活塞 890 3.2 半精车 精车 活塞内圆柱面 034.0080 IT7 1.6 粗车 精车 活塞 40124 环槽 001.124 IT9 12.5 半精车 活塞 02.008环槽 02.008 IT7 1.6 半精车 粗车 4 3.3 加工阶段的划分 划分的原因：保证加工余量合理，划分加工阶段能合理地使用机床设备，便与热处理工序的安排，便于及时的发现毛坯的缺陷，保护槽加工过后的表面。 阶段的划分：由于该毛坯为铸件毛坯，内孔可直接形成，并 且毛坯的厚度较大。因此，易形成各种缺陷，因此，粗加工内外圆柱面及两端的加工，然后进行二次时效处理，到了半精加工因此，精加工时采用工序集中加工，精加工内圆柱面右端面，半精加工精加工 890环槽，半精加工外圆柱面，最后进行外圆柱面的环槽的半精加工 、 精加工。 3.4 工艺路线的确定 序号 工序名 加工过程 01 铸造 铸造 02 清砂 清砂去冒口 03 检验 检查铸件有无缺陷 04 热处理 时效处理 05 粗车 夹毛坯外圆 ，粗车 034.0080mm 内孔至 78.9， 平端面 ，见平即可 ， 粗车外圆尺寸至 137 mm 06 粗车 调头夹 137 mm，粗车外圆尺寸到 137 mm，光滑接刀，车端面保证总长度为 134mm。 07 热处理 二次时 效处理 08 检验 检验工件有无气孔，夹渣等缺陷 09 半精车 以内孔 034.0080mm 定位夹紧，半精车外圆，留余量 1mm，按图样尺寸切槽 02.008mm 至 6mm， 车端面，照顾尺寸 10mm，车 90mmx8mm端槽 ，留加工余量 1mm 10 精车 调头装夹，夹外圆并找正，精车内孔至 034.0080mm，车端面，保证尺寸为 132.5mm，车凹槽 890 mm，倒角 C1.5mm，调头夹紧，夹外圆并找正，车凹槽 890 mm， 车端面 保证总长度为 132mm，倒角C1mm。 11 精车 以内孔定位，使用芯 轴定位夹紧，精车外圆 008.0134mm，切各槽至图样尺寸 02.008mm，内径 005.0110mm，保证各槽间距 10mm，及各槽入口处倒角 C0.3，车中间环槽 40 01.0124mm 12 检验 检查各部分尺寸及精度。 13 入库 4.机床设备的选用 4.1 机床的选用 由于本例为批量生产，而且该零件是旋转体，表面粗糙度最高要求 1.6 m ，车床即可选 5 到要求，因此选择机床为 C6140. 4.2 工艺装备的选用 由于是批量生产，因此可采用专用夹具，量具及普通工具，使用专用 芯 轴定位。 5.工序加工余量的确定，工序尺寸及公差的计算 5.1 活塞内圆柱面加工 其加工工艺路线为粗车 精车。由工序 05、 10 组成，据之前查到的加工质量得，粗车为4.5，精车为 1.5,总的加工余量为 6mm,计算各工序尺寸： 精车前： 80-1.5=78.5 粗 车前： 78.5-4.5=74 按照加工的方法能达到的经济精 度给各工序尺寸的确定公差，查工艺手册可得到每道工序的经济精度，所以对应值为： 取精车的经济精度公差等级为 IT7，其公差值为 T1=0.03mm 取粗车的经济精度公差等级为 IT12，其公差值为 T2=0.3mm 其数据如下表： 工序名称 工序余量（ mm） 加工经济精度 表面粗糙度Ra（ mm） 工序基本尺寸（ mm） 尺寸公差（ mm） 精车 1.5 IT7 1.6 80 034.0080 粗车 4.5 IT12 12 78.5 15.0 15.05.78 现用计算法对磨削径向工序量进行分析：查表面 Z1=1.5.则粗车基本尺寸为A2=80-1.5=78.5mm，粗车的经济加工精度等级为 IT12 级，可确定其公差值为 0.3mm，故取 A1=（ 78.5 0.15） mm， 工序最大余量为 Z1max=80+03034-（ 78.5-0.15） =1.684mm 工序 最小余量为 Z1min=80-（ 78.5+0.15） =1.35mm 5.2 对于圆柱外圆柱面 008.0134 其加工工艺路线为： 粗车 半精车 精车。（由工序 05 ， 06， 09， 11 组成 ） 查表可得各个工序余量：精车余量为 1mm，半精车余量为 2mm，粗车余量为 3，总余量为 6mm。 计算各项工序尺寸：精车后达到图纸上的尺寸 008.0134， 精车前尺寸： 134+1=135mm 半精车前尺寸： 135+2=137mm 粗车前尺寸： 137+3=140mm 按照各项工序所得到的经济精度所对应值： 精车的经济精度公差等级 IT8，其公差值 T1=0.08mm 6 半精车的经济精度公差等级 IT10，其公差值 T2=0.16mm 粗车的经济精度公差等级 IT12，其公差值 T3=0.4mm 将上面的数据填入下表： 工序名称 工序余量（ mm） 加工经济精度 表面粗糙度Ra（ mm） 工序基本尺寸（ mm） 尺寸公差（ mm） 精车 1 IT8 3.5 134 0 08.0134 半精车 2 IT10 5 135 08.008.0135 粗车 3 IT12 12.5 137 2.02.0137 用计算法对精车径向工序量 Z2 进行分析： 查表 Z2=1mm，则半精车的基本尺寸为 A2=134+1=135mm，半精车加工工序的经济加工精度达到 IT10，确定公差值为 0.16mm，所以 A1=（ 135 0.08） mm 工序最大余量 Z2max=（ 135+008） -（ 134-0.08） =1.16mm 工序最小余量 Z2min=（ 135-0.08） -134=0.92mm 5.3 对 02.008环槽的加工 其 工艺路线为：半精车 精车，（由工序 09 ， 11 组成） 查表确定半精车加工余量为 3mm，精加工余量为 1mm，总加工余量为 4mm，对于 110圆柱面，精加工余量 2mm，半 精加工余量为 20mm 计算各项工序尺寸：精车胡达到图纸上的尺寸 02.008， 005.0110。 对于侧面 精车前尺寸： 8-2=6 半精车前尺寸： 6-6=0 对按照各工序所得到的经济精度所对应的值： 精车的经济精度等级 IT7，其公差值 T1=0.05mm 半精车的经济精度等级 IT8，其公差值 T2=0.022mm Zmax=8+0.02-（ 6-0.011） =2.031 Zmin=8-（ 6+0.011） =1.989 将上面的数据填入下表： 工序名称 工序余量（ mm） 加工经济精度 表面粗糙度Ra（ mm） 工序基本尺寸（ mm） 尺寸公差（ mm） 精车 2 IT7 1.6 8 02.008 半精车 6 IT8 3.2 6 011.0011.06 对于圆柱面： 精车前尺寸： 110+2=112mm 半精车 前尺寸： 112+20=132mm 7 按照各项工序的所得到的经济精度所对应的值： 精车的经济精度公差等级 IT7，其公差值 T1=0.05mm 半精车的经济精度公差的等级 IT8，其公差值 T2=0.063mm 将上面的数据填入下表： 工序名称 工序余量（ mm） 加工经济精度 表面粗糙度Ra（ mm） 工序基本尺寸（ mm） 尺寸公差（ mm） 精车 2 IT7 1.6 110 0 05.0110 半精车 20 IT8 3.2 112 031.0032.0112 Zmax=（ 112+0.031） -（ 110-0.05） =2.081mm Zmin=（ 112-0.032） -110=1.968mm 6.确定工序切削用量，加工工时 确定切削用量的原则：首先应选择去尽可能大的背吃刀量，其次在机床动力和刚度允许的条件下，又满足以加工表面粗糙度的情况下，选择尽可能大的进给量，最后根据公式确定最低切削速度。 6.1.工序 05， 06 分别为工步 1 车内孔，工步 2 车左端面，工步 3 车右端面，工步 4 车外圆组 成 背吃刀量的确定： 根据加工余量，工步 1 的吃刀量为 2.25mm，工步 2， 3 背吃刀量都相同取为 1.5mm，工步 4 背吃刀量取为 1.5mm。 进给量的确定： 本设计采用的是硬质合金车刀，工件材料是 HT200 查表取进给量 f=0.86mm/r 切削速度的计算 硬质合金切削 HT200 时，取切削速度 v 为 60mm/min，根据公式 n=1000vc/ d，可得车床转速 n1=7514.3 601000 =253r/min n2=)1 5 074(2/114.3 601 0 0 0 =128r/min n3=14014.3 601000 =136r/min 查表 CA6140 的主轴转速的范围为 10-1400， 1400-158r/min，符合要求。 计算工时： 以上的工序均为采用同一进给量 f=0.86mm/r 则： t1=fnL=86.0253136=0.634min 8 工步 2， 3 t2=t3=86.0178 2/174140 ）（=0.21min 工步 4， t4=86.0136136=1.16mm 则总共用时： t 总 =t1+t2+t3+t4=2.71min 6.2 工序 09： 由 工步 1：半精车外圆 ， 工步 2：车环槽 2.008至 6mm， 工步 3：车端面 ， 工步 4：车 890 mm右环槽 组成 背吃刀量的确定： 工步 1 取 ap=1mm，工步 2 取 ap=2mm， 工步 3 取 ap=0.2mm,工步 4 取 ap=2.5mm 进给量的确定： 由于是半精车， 查工艺手册， 取 f=0.51mm/r，切削速度取为 vc=90mm/min 切削速度 、时间 的计算 n1=13714.3 901000 =204r/min n2=11514.3 901000 =249r/min n3=)761 3 7(2/114.3 901 0 0 0 =358r/min 则用时： t1=51.0204135=1.16min t2=51.0249 10=0.078min t3=51.0270 33=0.24min t4=51.0358 7=0.044min 则工序 09 共用时： t 总 =t1+4xt2+t3+2xt4 =1.8min 6.3.工序 10： 由 工步 1：精车内圆孔 ， 工步 2：车端面保证尺寸 ， 工步 3：车槽 890 mm， 工步 4：倒角 C1.5，工步 5：车端面，保证尺寸 132 工步 6：精车 890 mm，倒角 C1. 背吃刀量、进给量、切削速度的确定： 工步 1 的背吃刀量取 ap=0.75mm，进给量 f=0.2mm/r， vc=120mm/min。 工步 2 的背吃刀量取 ap0.5mm，进给量 f=0.2mm/r， vc=120mm/min。 工步 3 的背吃刀量取 ap=2.5mm，进给量 f=0.2mm/r， vc=120mm/min。 工步 4 的用时约为 0.1min 工 步 5 的背吃刀量取 ap=0.5mm 9 工步 6 的背吃刀量取 ap=1mm，倒角用时约为 t=0.1min 切削速度、时间的计算 n1=8014.3 1201000 =477.7r/min n2=)13480(2/114.3 1201000 =357r/min n6=8014.3 1201000 =478r/min 用时： t1=2.0477133=1.4min t2=2.035727=0.4min t3=2 0.044=0.088min t4=0.1min t5=0.4min t6=2.047810=0.1min 则总工序 10 用时： T 总 =t1+t2+t3+t4+t5+ t6 =2.6min 6.4 工序 11： 由 工步 1：精车外圆 ， 工步 2：精车各 02.008槽 ， 工步 3：各入口处倒角 组成 背吃刀量、进给量、切削速度的确定： 工步 1 的背吃刀量取 ap=0.5mm，进给量 f=0.2mm/r， vc=120mm/min。 工步 2 的背吃刀量取 ap=1mm，进给量 f=0.2mm/r， vc=120mm/min。 工步 3 的 背吃刀量取 ap=1mm。 切削速度、时间的计算 则 n1=13514.3 1201000 =282r/min n2=)1 1 01 3 5(2/114.3 1 2 01 0 0 0 =312r/min 则用时 t1=2.0282132=2.35min t2=2.031212=0.2min t3=0.1min 则工序总用时为 t 总 =t1+8 t2+8xt3 =4.75min 10 7.夹具的设计 7.1 零件在本工序的加工要求分析 （ 1） 008.0134的外圆柱面，要求与内圆柱面的轴线的同轴度为 0.04 （ 2）车 02.008的环槽，槽的侧面与轴线的垂直度为 0.02 （ 3）车 40 01.0124的环槽 7.2.确定夹具的类型 本工序的加工 都 为旋转加工，并且中间的内孔较大，因此宜采用芯轴 7.3.拟定定位方案和选择定位元件 （ 1）定位方案，根据工件的结构特点，其定位方案如下： 由于内孔的加工精度较高，因此以 034.0080内孔为定位基准，同时由题意要求工件的端面要有较高的垂直度要求，因此还需要以一端面作为基准。 （ 2）选择定位元件 由上面的定位基准知道，为一个圆柱面和一个端面，因此选择 长销小平面组合 定位， 如下图所示： 定位方案 由于该零件的加工是在车床上完成的，因此选择芯轴作为夹具。心轴的轴肩的垂直度要求为0.01mm，定位外圆柱面的配合要求为 H7g5. (3)定位误差的分析计算 加工 008.0134外圆柱面时 基准重合因此， B=0 基准位移误差是轴孔间的配合间隙，故 Y=0.034+0.005=0.039 D= B+ Y=0.0390.08 满足定位要求 同轴度定位误差的分析 11 基准重合，故 B=0 基准的位移误差即是轴孔的配合误差，故 Y=0.034+0.005=0.0390.04 D= B+ Y=0.0390.04 满足同轴度要求 加工 02.008槽的侧面垂直度的 0.02 的定位误差 加工时是以端面为基准的 ,基准重合 ,故 B=0 基准的位移误差即是端面的垂直度的误差 ,故 Y=0.01 D= B+ Y=0.010.02 满足定位要求 7.4 夹紧方案的确定 参考夹具设计资料 ,采用特殊的螺帽作为夹紧元件 7.5 夹具的装配图纸 (见附录 ) 12 总结 课程设计是 教学过程 当中的非常重要的一环，本次课程设计时间不到 三 周略显得仓促一些。但是通过本次每天都过得很充实的课程设计，从中 体会到很多乐趣。这次课程设计我得到的题目是活塞的工艺及工装夹具的设计。零件图形不是很复杂，但是俗话说的好：麻雀虽小，五脏俱全，通过此次设计我还是学会了很多。 通过这些天的计算、查手册、翻书，我对机械制造方面的理论知识掌握的更加的牢靠。工艺设计是一门综合性的课程 ，涉及到了机床、刀具、夹具、材料、机械原理等方面的知识，要完成一份出色的设计就要求我们对这些专知识很了解才行。在这近三周的时里，我奔波在教室、寝室、图书馆三点之间，广泛