CA6120活塞工艺规程及夹具的设计毕业论文.doc

本科生毕业设计（论文）CA6120活塞工艺设计及夹具设计目 录第一部分 过程管理资料一、毕业设计（论文）课题任务书（3）二、毕业设计（论文）开题报告（5）三、本科毕业设计进展情况记录（9）四、本科毕业设计中期报告（11）五、指导教师评阅表 （12）六、评阅教师评阅表 （13）七、答辩及最终成绩评定表（14）第二部分 设计说明书七、毕业设计说明书（15）八、实习日记（51）九、附录一（53）前 言 设计是高等工业学校教学中的一个主要组成部分,是专业学习过程是最后的一个主要的实践性的教学环节,是培养学生独立思考和科学工作方法重要的实践性的过程. 设计的目的和要求在于培养学生综合运用所学知识和技能去分析和解决机械工程实际问题的能力.熟练生产技术的工作的一般方法,培养学生树立工程技术必备的全局观点,生产观点和经济观点.树立正确的设计思想和严肃认真的工作态度,培养学生调查研究,查阅技术文献资料,手册进行工程运筹,图样的绘制及编写技术文件的独立工作能力. 毕业设计,我们通过到衡阳建湘柴油机厂的实际调研,对设计内容有了基本的了解,并仔细观察和了解各加工工序的加工过程,查阅了大量的资料,在老师的指导下完成了设计任务,并编写了设计说明书.就我个人而言，我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。 由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。摘 要发动机作为汽车的动力装置，在汽车中的地位就好象人的心脏，而发动机的心脏又是活塞部分，因为发动机通过活塞压缩气体给发动机输出能量。本设计针对汽车CA6120发动机活塞的生产技术特点和重点,综述了制造技术及其装备的主要问题,阐述了活塞各部件在产品工作过程中的影响及其作用，重点分析介绍非圆裙面加工、销孔精镗、工艺基准的关键作用,变形对加工精度的影响,检测技术配套及活塞的工作环境和受力情况等关键问题的设计说明，其中重点介绍了对于精镗刀具的选择及其技术特点和应用范围。还深入介绍了切削力，夹紧力，在工件加工过程中对于加工精度的影响，并且应用力学方面的知识对其进行了具体的分析和探讨。及其活塞的机加工工艺流程和在加工过程中的专用夹具设计。通过设计使我们更进一步熟悉了产品加工设计的全过程。更重要的是对于加工工艺有了更深刻的认识。 关键字：活塞; 工艺; 夹具AbstractFurthermorewe have a deeper understand engine is taken as the power plant,On processing technolopy which looks as if the heart to the human ,and the piston is the heart of engine,because the piston engine,bring output energy from engine,throngh compressed gases.Thedesign of the auto CA6120 engine piston production technologies and key characteristics,Summary of the manufacturing technology and equipment of the the main problems which expounded on the various components of the piston products of the process and role.The emphasis on non-Yuanqun surface processing,Finishing Pinhole of,crafts benchmark key role in the deformating and force of the key issues such as design specifications,highlighting the fine boring tool for the selection and technical features and applications.Also its introduce the cutting force,clamping force,machining process for machining precision.Applied Mechanics and the knowledge of their specifics analysis and discuss.The factors and The machining process and the processing of special fixture design is vital through the design. so that we are familiar with the further processing of products in the whole design process.More importantly,the processing technology for a deeper understandingKey words Piston; craft; jig目 录1 对零件进行工艺分析19 1.1 活塞的作用 19 1.2 活塞的结构特点 19 1.3 活塞的主要技术条件分析 202 CA6120活塞工艺规程的设计212.1 活塞的材料及毛坯的制造 21 2.2 定位基面的选择 22 2.3 制定工艺工艺路线 23 2.4 机械加工余量.工序尺寸及毛坯尺寸的确定302.5 重点工序的加工说明 32 2.6 确定切削用量及基本工时.(重点工序) 35 2.7 活塞的计算 36 2.8 活塞的检验 373 夹具的设计镗销孔专用夹具 41 3.1 问题的提出 41 3.2 夹具的设计 41参考文献 49.致谢 501 对零件进行工艺分析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. 这里加工的是柴油机的6120活塞.1.2 活塞的结构特点 120活塞顶部在燃烧室,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. 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. 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Ra1.6m .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900.05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0.03mm.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.1.3.5 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 6120活塞工艺规程的设计2.1 活塞的材料及毛坯的制造1、应考虑的因素包括：（1）、生产批量（2）、零件的结构形状和尺寸大小（3）、零件的力学性能（4）、工厂现有设备和技术水平（5）、技术经济性主要依据一般是零件在产品中的作用和生产纲领以及零件本身的结构。2、从生产批量来看：此零件属于大批量生产，宜采用精度和生产率高的毛坯制造方法，以减少材料消耗和机械加工工作量。可考虑用金属铸造、熔模铸造、模锻、精锻等方法获得毛坯。3、从零件的结构来看：由于此零件属于外形较复杂的小型零件，而且它的壁厚不算薄。故可以考虑采用压铸、金属铸造、熔模铸造等精密铸造方法。同时可以减少切削加工或不进行切削加工。4、从毛坯的制造方法来看：毛坯的制造方法应与材料的制造工艺性相适应。故铸铁、铸钢、铸铝和铸铜等有色金属材料适合用铸造方法获得毛坯。5、从铸铝件的强度来看：从铸铝件的强度来看可以考虑采用金属型铸造的铸件、金属型浇注的铸件、砂型浇注的铸件。且强度依次递减,毛坯质量依次降低.故从以上可以看到该活塞毛坯可以采用金属型铸造。金属型铸造则适用于成批大量生产、以锌合金、铝合金、镁合金以及铜合金为主的中小型形状复杂不进行热处理的非铁合金的零件。也可用于铸钢、铸铁的厚壁、简单或中等复杂的中小铸件。对于这些材料则金属型铸造（浇铸）更为合适6、从工厂现有设备和技术水平来看：从这一方面来看，金属型浇铸也是可以考虑的。7、从经济合理性来看：零件最大的外轮廓尺寸小于160mm，且复杂程度属于中等，生产类型属于大量生产，故金属型或压力铸造均适合，但在成批生产下金属型铸造比较合适。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（）i 11-13 ; Cu 1-2 ; Mg 0.4-1 ; Mn 0.2-0.7; Fe 0.8; 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，保温小时后自然冷却2.2 定位其面的选择定位基准的选择直接影响零件的加工精度和生产效率.活塞是一种薄壁型零件，在外力作用的情况下是很容易产生变形的，而活塞主要表面的尺寸精度和位置精度的要求都很高，因此应以一个统一的统一基面定位来加工这些要求高的表面，如直接采用外圆定位的话（即设计基准）将有可以产生大的变形故在这里采用活塞的止口端面来作为统一基准在精车外圆和精磨外圆这两工序中用止口处的锥面和顶面上的中心孔定位，其余工序都采用止口和端面定位精镗销孔则由于精度要求很高，为避免产生基准不重合误差，而采用的是设计基准做为定位基准采用止口和端面（或锥面和中心锥）作为基面有下列优点：(1) 用这种定位方法可以加工裙部，头部，顶面，销孔等主要及基它次要表面，而且在有一道工序中，一次安装就可以车削外圆，顶面，环槽,实现了工序的集中既可提高生产率，又能保证这些表面的位置精度(2) 活塞裙部在半径方向的刚性差，利用止口和端面定位可以沿活塞轴向夹紧，就不至引起严重的变形，同时又可以进行多刀切削提高生产效率当然也有一些缺点：如果加工一些本来不需要加工的表面，而且是一些精度要求级高的要经过两次加工的表面止口对裙部外圆的同轴度误度将影响环槽的位置精度但总的说来，采用止口端面作为统一基准虽然增加了加工工时和设备，但它有利于保证加工质量，故而采用它来定位是可行的2.3 制定工艺路线这是制订机械加工工艺规程的核心。其主要内容有：1、选择定位基准2、确定加工方法3、安排加工次序4、安排热处理、检验5、安排其它工序机械加工工艺路线的最终确定，一般要通过一定范围的论证，即通过对几条工艺路线的分析与比较，从中选出一条适合本厂条件的、确保加工质量、高效和低成本的最佳工艺路线。制订工艺路线的出发点是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证，在生产纲领已确定为大量生产和条件，故可以适当地采用专用机床配以专用夹具除此还应考虑经济效果，使生产成本尽量下降一、基准的选择基准是机械制造中应用得十分广泛的一个概念，是用来确定生产对象上几何要素之间的几何关系所依据的那些点、线或面。机械产品从设计、制造到出厂经常要遇到基准问题：设计时零件尺寸的标注、制造时工件的定位、检查时尺寸的测量以及装配时零、部件的装配位置等都要用到基准的概念。基准一般包括：1、设计基准：设计者在设计零件时，根据零件在装配结构中的装配关系以及零件本身结构要素之间的相互位置关系，确定标注尺寸（或角度）的起始位置。简言之，设计图样上所采用的基准就是设计基准。2、工艺基准：零件在加工、测量和装配过程中所采用的基准称为工艺基准。它又可以分为：（1）、定位基准：加工时用于工件的定位的基准。它又可分为粗基准、精基准。另外还有附加基准。其中粗基准是未经机械加工的定位基准。反之经过机械加工的定位基准称为精基准。而附加基准是指零件上根据零件机械加工工艺需要而专门设计的定位基准。（2）、测量基准：在加工过程中或加工后用来测量工件的形状、位置和尺寸误差所采用的基准。（3）、装配基准：在装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。在这里主要考虑定位基准的选择，而测量基准、装配基准则在后面的设计中进行选择。 3、定位基准的选择（1）、一般原则 1）、选最大尺寸的表面为安装面，选最长距离的表面为导向面，选最小尺寸的表面为支承面。2）、首先考虑保证空间位置精度，再考虑保证尺寸精度。3）、应尽量选择零件的主要表面为定位基准。4）、定位基准应有利于夹紧，在加工过程中稳定可靠。下面根据以上一般原则分别进行粗基准和精基准的选择。（2）、粗基准的选择： 粗基准的选择除了应考虑以上的一般原则外，还必须考虑以下几个原则： 1）、选加工余量小的、较准确的、光洁的、面积较大的毛面做粗基准。 2）、选重要表面为粗基准。 3）、选不加工的表面做粗基准。 4）、粗基准一般只能使用一次。上述的选择粗基准的四条原则，每一条都只能说明一个方面的问题。综合以上各个原则并考虑零件的实际情况选择如下：粗基准一般都是为了加工出精基准，而在活塞零件加工中,为了提高零件的生产精度,在以活塞毛坯内腔为粗基准加工完外圆和端面后,在以外圆为基准加工精基准止口.因为粗车后的外圆面是加工余量小、较准确的、光洁的、面积较大的平面，而且它也是一个重要的表面，它的余量比较均匀。（3）、精基准的选择：和粗基准一样，精基准的选择除了要考虑一般原则外，还有它自身应当注意的原则： 1）、基准重合原则：也就是选设计基准为定位基准。 2）、基准统一原则：也就是在零件的加工过程中，采取统一的基准。 3）、互为基准原则：也就是对某些位置精度要求很高的零件，通常采用互为基准、反复加工的原则。 4）、自为基准原则：也就是以加工表面本身定位，待到夹紧以后将定位元件移去，再进行加工。这样可以使得面的加工达到很高的精度。那么根据以上的各个原则，结合实际情况对精基准的选择如下：活塞是一个薄壁零件,在外力作用下很容易产生变形.活塞主要表面的尺寸精度和形位精度的要求都很高,因此希望以一个统一基面定位来加工这些要求高的表面.目前生产活塞的工厂大多采用止口和端面做为统一基准.在精加工时,除精车外圆用止口处的锥面和顶面上的中心孔定位,其余工序都采用止口和端面定位。采用止口和端面（或锥面和中心孔）作为基面有下列优点：（1）、用这种定位方法可以加工裙部、头部、顶面、销孔等主要表面及其他次要表面。（2）、活塞裙部在半径方向的刚性差，利用止口和端面（或锥面和中心孔）定位可以沿活塞轴向夹紧，就不致引起严重的变形，从而可以进行多刀切削。二、加工方法的确定及工序的安排零件表面的加工方法，首先取决于加工表面的技术要求。这些技术要求还包括由于基准不重合而提高对某些表面的加工要求。根据各加工表面的技术要求，首先选择能保证该要求的最终加工方法，然后确定各工序、工步的加工方法。选择加工方法应考虑每种加工方法的加工经济精度范围、材料的性质及可加工性；工件的结构形状和尺寸大小；生产率要求；工厂或车间的现有设备与技术条件。下面将从以上各个方面与以考虑并最终确定加工方法。（一）、加工经济精度：各种加工方法所能达到的加工经济精度和表面粗糙度都是在一定的范围内的。任何一种加工方法只要精心操作、细心调整、选择合适的切削用量，其加工经济精度就可以得到提高，其加工表面粗糙度值就可以减少。但是加工经济精度提高得愈高，表面粗糙度值减少得愈小，则所消耗的时间与成本也会愈大。 生产上加工经济精度的高低是用其可以控制的加工误差的大小来表示的。加工误差小，则加工精度高；加工误差大，则加工精度低。一般来说，加工误差和加工成本之间成反比例关系。 可以看出：对一种加工方法来说，加工误差小到一定程度，加工成本提高很多，加工误差却降低得很少；加工误差大到一定程度以后，即使加工误差增大很，加工成本降低得很少。 因此所谓加工经济精度是指在正常加工条件下所能保证的加工精度和表面粗糙度。2.3.1 工艺路线方案一工序号内容粗车止口粗外切槽及顶部钻斜面油孔钻环槽油孔钻销座油孔滑销座油孔粗镗销孔精车止口及顶锥精切细外环光令岸倒角10. 精镗销孔（顺镗）11. 挖销孔卡簧槽12. 切小槽13. 靠模车裙部14. 车凹部15.车燃烧室16.精车顶部及倒角17.钻凹坑18. 车燃烧室口19. 铣喷油道曲线20.清洗21.滚压销孔2.3.2 工艺路线方案二工序号内容1. 粗车止口2. 粗镗销孔3. 粗切外槽及顶部4. 钻斜面油孔5. 钻环槽油孔6. 钻销座油孔7. 滑销座油孔8. 精车止口及顶锥9. 精切梯形槽10. 精镗销孔（顺镗）11. 挖卡簧槽12. 切小槽13. 靠模车裙部14. 车凹部及去毛刺15. 滑油池底16. 车燃烧室17. 精车顶部及倒角18. 钻凹坑19. 车燃烧室口20. 铣喷油道曲线21. 去毛刺锐边22. 清洗23. 滚压销孔2.3.3 工艺方案的比较与分析(1)通过比较可以发现在方案一中将粗镗销孔放在第七道工序，而在方案二中第二道工序就是粗镗销孔,在实际工资的生产中,铝活塞的毛坯一般都是铸出锥形销孔(便于拔模),而销孔是许多工序加夹紧力的部位,故应在粗镗止口这后即对销孔进行粗镗,以便在以后的工序中夹紧力能较均匀的分布,而不至于压坏销孔所在的搭子.(2) 在方案一中,所有环槽的粗,精加工都是一次一起加工的,而在方案二中将梯形槽单独的精加工,而环槽加工是活塞加工中重要的工序之一,它的精度要求高,而切削力又较大,故应采用方案二中的方法,来加工环槽,才能保证其精度的要求.(3) 在方案一中,加工燃烧室打算一次加工成功,用成形车刀,而燃烧室的形状为一般球形,成形车刀是一种半圆形的,由于成形车刀有进给运动,是很难加工出球形燃烧室和保证燃烧室的容积的.故应像方案二那样,光滑油池底,在燃烧室底部钻一个孔后再用成形车刀加工.(4) 另外,精镗销孔是活塞 加工中保证精度的关键性的工序,在这里将着重分析一下它的工艺.由于销孔的尺寸,形状和位置精度以及粗糙度的要求都很高,因此要采用高精度的镗刀和金刚镗床,同时对精镗销孔工序定位基准的选择也必须予以充分的重视. 上述的两种方案采用的是顺镗镗销孔,它用止口及端面定位,消除五个自由度,剩下的转动自由度用一根装在尾座套筒中的菱形销插入销孔中来定位,从而保证精镗的加工余量均匀,当活塞被压紧后,再将菱形销退出即可加工.但销孔轴心线到顶面的距离影响气缸的压缩比,在零件图中有95的要求,即设计基准是顶面,而定位基准是止口及其端面,产生了基准不重合的误差,这种情况下要对工序尺寸进行换算,提高某些尺寸精度,这种就会使成本提高.图3.1 端面和止口定位精迩销孔 为了使工艺基准和设计基准重合,可以用顶面代替端面作为基面,即倒镗销孔, 同时在零件图中由于活塞的轴心线和销孔的轴心线也有较高的精度要求,故倒镗时采用外圆和顶面来定位的话,就能很好保证其精度要求.则采用外圆定位时应采用V形块,而一般形状下是用两V形块夹紧,但这里活塞是薄壁零件,这样的夹紧方法将会产生变形,故是采用一个V形块的内部夹紧.这样才能有利于保证加工质量,但夹具的结构复杂,同时也应适当的施加夹紧力.如图3.2所示图3.2 用裙部外圆和顶面定位夹具简图工序的安排为,首先加工阶段的划分,划分加工阶段应将粗精加工分开,才能使变形所引起的误差减小到最小.分析上面活塞加工的工艺过程,可分为粗精加工两个阶段.工序6以前为粗加工阶段,包括对各主要表面如止口、外圆、环槽等进行的粗加工,同时将一些要求不高的又要切除的较多金属余量的表面如油孔等加工出来.从工序7开始为精加工阶段.工序7为转折点,在此工序中对精基准进行修整,以保证以后精加工工序的定位精度.此外,为了避免精加工后的表面受到损伤,主要表面的精加工应尽量放在最后进行.如精磨裙部外圆和滚压销孔都放在最后加工.其次是工序的集中与分散,上述活塞的加工工艺过程属于大量生产,它的特点是按工序集中原则,采用了较多的高效率的专用机床和专用工夹量具,组成生产流水线.如在第三道工序的多刀车床,在一次安装下同时加工出外圆、环槽和顶面;第四第五道工序在专用多轴钻床上同时钻六个和八个孔,大多数工序都由复合工步组成.由于工序集中减少了机床的数量,相应地操作工人数和生产面积,由于工序集中,而且采用自动化程度较高的专用机床和工夹量具,大大提高了生产效率,又由于工序集中,在一次安装中加工尽量多的表面,不公减少了辅助时间,而且有利于保证各表面的相互位置精度.综上所述,在方案一和方案二中的基础上加以综合修改后,确定的加工路线最后如下:工序号 工序内容 设备1. 外圆定位粗车端面及其止口 在C6120上加工2. 止口定位粗镗销孔 双头镗床3. 止口定位粗切外圆.槽及顶部 多刀半自动车床C7304. 钻斜面油孔 Z5215. 钻环槽油孔 Z5216. 钻.滑销座孔 转塔钻床7. 精车止口及顶锥(外圆定位) 专用钻床8. 止口定位精切细外.光令岸.倒角 多刀自动车床9. 止口定位切小槽及精切梯形槽 C6120车床10. 靠模车裙部 靠模车床11. 车凹部 普通车床12. 车顶面及倒角 C612013. 外圆定位顶面为基准倒精镗销孔 金钢镗14. 挖卡簧槽 车床15. 滑油池底 Z53516. 车燃烧室 C612017. 钻R7凹坑 Z53518. 车燃烧室口 车床 19. 铣喷油曲线 Z53520. 去毛刺.锐边 手钻.砂纸 21. 清洗 22. 滚压销孔 摇臂钻 2.4 机械加工余量.工序尺寸及毛坯尺寸的确定加工余量的确定通常有三种方法：（一）、经验法：由有经验的工程技术人员或工人根据经验确定加工余量的大小。而由经验确定的加工余量往往偏大。故这种方法多在单件小批生产中采用。（二）、分析计算法：采用这种方法是在影响因素清楚的情况下，可以获得比较准确的加工余量。而要作到对余量影响因素清楚，必须具备一定的测量手段和掌握必要的统计分析资料。在掌握了各个误差因素大小的条件下，才能进行余量的比较准确的计算。（三）、查表修正法：这种方法是以生产实践和试验研究材料制成的表格为依据，在查表应用是结合加工实际情况进行修正来确定加工余量。对于本设计加工余量的确定主要采用第三种方法。因为考虑到对于影响加工余量的个个误差因素并不是很清楚，而且也没有一定的测量手段和掌握必要的统计分析资料，所以采用分析计算法是不适合的。而经验法确定的加工余量又往往偏大，所以采用查表修正法是最适合的。由简明机械加工工艺手册表10-6查得：金属型铸件的尺寸公差等级为68。故查表10-13可查得：1 外圆的加工余量为4mm。2 销孔的加工余量为3mm。其它表面基本为一次性加工，故加工余量由零件尺寸决定。 6120活塞零件材料为铜硅铝合金,毛坯重量约为2300克,生产类型为大批大量生产,采用的毛坯为金属模铸造出来的. 根据上述原始资料及加工工艺,分别确定各加工表面的机械加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸如下: 126 x 156(mm) 工序尺寸与公差的确定安排可按如下方法进行：1、确定各加工工序的加工余量。2、从终加工工序开始，即从设计尺开始，到第一道终加工工序，依次加上每次加工余量，可分别得到各工序基本尺寸。3、除终加工工序外，其它各加工工序按各自所采用加工方法的加工经济精度确定工序的尺寸公差。4、填写工序尺寸并按“人体原则”标注工序尺寸公差。上面所说的“人体原则”是指对被包容尺寸（轴的外径，实体长、宽、高），其最大加工尺寸就是基本尺寸，上偏差为零。对包容尺寸（孔的直径、槽的宽度）， 其最小加工尺寸就是基本尺寸，下偏差为零。毛坯尺寸按双向或不对称偏差形式 标注。5、当工艺基准无法同设计基准重合等情况下，确定了工序余量后，需通过工艺尺寸链进行工序尺寸和公差换算。2.4.1 止口的加工余量总余量:3mm 粗车余量:2.6mm 精车余量:0.4mm 2.4.2 端面及顶面的加工余量 端面的总余量为 4mm 粗车余量为 3.8mm 精车余量为 0.2mm 顶面的总余量为 5mm 粗车的加工余量为 3.5mm 半粗车的加工余量为 1.37mm 精车的加工余量为 0.13mm2.4.3 销孔的加工余量 滚压的加工余量: 0.15mm 精镗的加工余量为: 0.30 mm 粗镗的加工余量为: 3.55 mm 则总的加工余量为: 4 mm2.4.4 外圆的加工余量: 毛坯的总加工余量为3 mm 精车之后细车加工余量: 0.25 mm 粗车之后精车的加工余量: 0.6 mm 粗车的加工余量: 2.15 mm2.5 重点工序的加工说明2.5.1 止口的加工 止口的加工分为粗加工和精加工两步,由于止口是作为整个加工过程中的工艺基准,其加工精度要求当然是相当高的,所以必须采用合理的加工方法才能保证精度和要求. 由于工作外圆是毛坯表面。如图2.5.1所示 图2.5.1 以外圆定位粗车止口用一般的三爪卡盘夹持不够牢固,所以把长爪加长以避免工件在切削力作用下产生倾斜,工件的初始位置由支承钉确定轴向位置,而被加工的止口和端面由最终位置由装在刀架的长杆决定.即当刀架进给时,长杆和刀架一起移动,当长杆的头部与活塞的内顶部接触时,微支开关(连在长杆上的)被触动而使刀架停止进给,以保证工序尺寸,这种用长杆控制工序尺寸的好处在于:毛坯的制造误差不会影响燃烧室的壁厚,但是它同样也会带来一个缺点,如果毛坯的外圆和内壁有较大的同轴度的误差,用外圆加工出的止口与外圆同轴而与内壁不同轴,以后再用止口定位加工出的外圆表面就会造成壁厚不均匀,如果毛坯的外圆与内壁的同轴度误差不大时,则用上述方法就不会造成很的壁厚差,由于6120活塞的毛坯采用的是金属浇注,精度较高,故采用上述定位方法基本能保证壁厚差。粗加工止口后,再进行斜面及孔座的加工,精车止口的加工.这是因为在精车止口是统一的基准,因此在精加工之前必须先提高它的精度对它先进行精加工.这时由于外圆已加工过而精车止口的切削用量不大,故可以用V型块对外圆进行夹紧,又由于顶面需加工出一顶锥,所以可以用两个支承导轨来支承顶面,这样就限制了工件的5个自由度,只剩一个垂直方向的转动自由度,这样就可以同时在上面精车止口,下面车出顶锥,这种定位方法能够保证止口和外圆的同轴度,搞高工作效率.2.5.2 环槽的加工 在零件图的技术要求中对环槽 侧面的垂直度.圆跳动和槽 宽的尺寸精度都有较高的要求,加工中由于切槽刀在宽度方面的刚性较差,端面到环槽的距离不可避免的要有误差,以致切槽刀在宽度方向上余量不均匀,造成两侧面的切削力不相等,会使刀具在切削过程是产生弯曲.影响尺寸精度和位置精度,故而应增加环槽的切削次数. 为了保证槽间距离,切槽刀和其夹板两侧面都应磨到Ra0.63m为了保证槽宽的尺寸精度,必须将切槽刀宽度的浮动严格限制在0.005mm以内,为了保证槽的侧面和裙部的轴心线垂直,除了刀架溜板的运动方向应与活塞 裙部的轴心线垂直外,还必须将切槽刀安装得与裙部轴心线垂直.2.5.3 裙部外圆的精加工 裙部外圆的精加工是精车,必须使工件相对于刀具有一个附加的往复运动可以用靠模法来实现上述的往复运动.即在车床的工件 头架.尾架和工件都安装在一块板上,板用两个以O为回转轴的铰链与工件台连接,在工件轴的后端装一椭圆形的靠模.靠模和一个固定在工作台上的滚动轴承相接触.当工件和靠模一起转动时,由于靠模的椭圆外形,就使整块板同工件头架.工件产生摆动以获得那种往复运动.但在工件型号或椭圆度改变时,就必须更换靠模.如下图2.5.2所示: 图2.5.2 裙部外圆精加工.2.5.4 销孔的精加工 为了保证活塞与连杆的连接状况和发动机和正常运转对活塞销孔提出了很高的技术要求.黄河牌6120活塞销孔的尺寸精度是6级,表面粗糙度为0.63m,椭圆度和锥度不大于3m.这样高的精度和光洁度,用一般的孔加工方法是很难达到的.假如:钻、扩、铰工艺在一般情况下只能达到7级精度和1.25m,还不能保证相互位置精度要求.所以活塞销孔的精加工,是活塞加工过程是关键性的工序.不仅要求采用高精度的加工方法为终加工工序,还必须经过从粗到精的几次加工才能满足要求.上面的加工工艺水平中采用了粗镗、精镗和滚压加工,能够稳定的达到规定的技术要求. 销孔精镗采用金刚石镗床,主轴采用静压轴承,刚性好,旋转精度高,所以能达到很高的加工精度.销孔精镗的一个主要问题是定位基准的选择,止口作为统一基准,也应作为销孔精镗的定位基准.但是车间实践证明以止口定位,由顶面夹紧不能保证其加工精度.如下图2.5.3所示说明在夹紧力P的作用下,销孔变成扁圆,精镗以后变形恢复,造成销孔圆度超差.这样工件的安装必须由操作工人凭经验掌握,难以防止销孔不变形. 为此对于平顶活塞改用顶面定位,消除了夹紧变形,有利于销孔加工.而且顶面为销孔中心高的设计基准,尺寸A1可直接获得不必进行尺寸换算.滚压加工是销孔加工的最终工序,主要是为了提高表面粗糙度、圆度、和素线平行度. 图2.5.3 精镗销孔的两种定位方式2.6 确定切削用量及基本工时. (重点工序)2.6.1 加工条件 工件材料: 共晶铝铜合金 金属模浇铸 加工要求: 精镗销孔 机床: 740金钢镗床 刀具: 精镗专用镗刀2.6.2 计算切削用量镗刀的进给量为： 0.10mm/r 切削速度为： 4m/s主轴每分钟转数 ： 1700r/min切削深度： 0.15mm2.6.3 基本工时 机动时间的定额定义:在一定的技术组织条件下制定出来的完成单位产品某顶工作所必须的时间,时间定额是安排生产计划核算成本的重要依据之一,也是设计或扩建工厂或车间时计算设备和人员数量的重要资料,时间定额中的基本时间则要根据切削用量和行程长度来确定,其余的组成时间则根据经验数据来确定. 其理论公式为: T单体=T基本+T技术服务+T组织服务+T间隙+T准备终结 其中 T辅助=(15-20)%T基本 T技术服务=(10-15)%T基本 T组织服务=(5-7)%T基本 T间隙=(2-6)%T基本 T准备终结=(1.35-1.5)%T基本 总之 T单体=(1.35-1.5)%T基本在本工序的加工情况下,T基本的计算如下: T基本=(L1+L2+L3)i/ns i 为走刀次数; s 为每转进给量; n 为每分钟转数 车刀L1=3-5mm L2=2-3mm则T基本=(147+3+2)/170*0.10.88min T基本=1.32min2.7 活塞的计算 1 活塞顶承受着气缸和曲轴箱体压力差的均匀载荷，其顶部的厚度验算如下。 有公式N/m筒型活塞,可取=0.68，D为活塞外圆直径，m;为活塞顶部最薄处的壁厚，m 。柴油发动机可以在不同的工作情况下工作。因此，对发动机零件进行强度设计计算必须选择适当的计算工况，以保证发动机在最严重的工作情况下能安全运行。 活塞的计算工况因选取活塞上承受最大作用力时的工况最大压差工况，为安全起见，在计算中还不考虑惯性力的减载作用。作用在活塞顶上的最大压差 pa , 的许用值为： 当活塞顶无加强筋时，铸铁活塞N/m; 铝合金活塞N/m。 当活塞顶有加强筋时，铸铁活塞N/m； 铝合金活塞N/m。 采用有加强筋的许用应力时要保证加强筋的总高度不小于活塞顶部的壁厚。2 裙部比压的验算 活塞裙部应对其在侧压力作用下的承受能力进行校核。为此，需要计算裙部投影面上的最大比压 ，即： N/ 式中 最大侧压力，N； H 裙部高度，m 许用比压；对于铝合金活塞，对于铸铁活塞2.8 活塞的检验 为了保证活塞达到规定的技术条件,必须在加工中及加工完毕后进行技术检查,最后检查的项目有.(1) 检查外观和表面粗糙度(2) 检查活塞销孔的尺寸及形状偏差(3) 检查裙部的椭圆度和锥度,按裙部椭圆的长轴分组(4) 检查环槽宽度,底径,环槽侧面的垂直度和圆跳动(5) 检查销孔轴心线对裙部轴心线的垂直度和对称度,销孔轴心线到顶面的跳离(6) 称活塞的重量并按重量分组现将活塞最后检查中几个主要技术条件的检验方法简述如下:2.8.1 裙部直径和椭圆度的测量图2.8.1 裙部直径和椭圆度的测量简图 测量方法如图2.8.1所示,先用一个直径已知的标准件对好千分尺的零位,然后将工件按图示方法安装,读得的最大读数即为工件直径之差.由于标准件的直径是已知的,因此工件的直径也可得到,测量所得的尺寸即为裙部椭圆的长轴,将工件转过90度,再测量一次,即得裙部椭圆的短轴将为裙部椭圆度的在