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180C柴油机活塞加工工艺规程及精镗销孔Ф70H6孔工装夹具设计【包含CAD图纸和文档所见所得】【GJ系列】
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GJ系列
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柴油机
活塞
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精镗销孔
70
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夹具
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GJ
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毕业设计（论文）任务书专业 机械设计制造及其自动化 班级 机械051 姓名 汤启峰 下发日期 2009-3-10题目180C柴油机活塞加工工艺设计专题180C柴油机活塞加工工艺设计主要内容及要求设计内容：首先仔细分析所加工零件的主要表面、技术要求、生产纲领，制定一套以上的本零件的加工工艺规程，认真分析各规程的优缺点，从中选择最优的，根据这一规程，绘制出各个主要工序的工序卡片，设计主要工序的机床夹具，分析计算定位误差，设计机床夹具的主要零件。要求：根据给定的180C活塞零件图，制定出符合加工要求的工艺规程，并对所制定的各种规程进行可得性和优化性比较，从中选出最好的工艺设计，设计其中重要工序的工艺装备，要求的图纸量折合为零号图后不少于三张，设计说明书不少于二万字。主要技术参数主要数据：180C柴油机活塞为组合式活塞，活塞头材料为42CrMoA，活塞裙的材料为铸造铝；规定活塞为中小批量生产；销孔精度为H6；重量为1224020g。进度及完成日期3月16日至3月27日（2周）:工厂实习,熟悉了解柴油机基本结构及其加工工艺。同时熟悉AUTOCAD或UG等设计软件的使用方法。3月27日至4月6日（2周）: 根据设计任务书要求查阅资料，完成外文翻译工作。4月6日至4月12日（1周）：工艺方案设计的拟定及技术分析、可行性分析，确定出最佳方案。4月 13日至4 月 26日（2周）：编制工艺卡片，计算主要工序的切削用量和基本时间，设计其中某一重要工序的夹具。4月 27日至5 月 31日（4周）：绘制主要零件图及活塞装配图和夹具总装图。6月 1日至6 月14日（2周）：编写毕业设计说明书。6月15日至6月21日（1周）: 修改、整理资料,打印资料。6月22日至6月23日（2天）: 答辩。教学院长签字日 期教研室主任签字日 期指导教师签字日 期青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书摘 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116120Kgf/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AbstractIn 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 569C) 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Abstract目录第1章 序论 11.1180 C柴油机活塞的由来 11.2 机械加工工艺规程7第2章 180C柴油机活塞零件图的分析 82.1 活塞的功用82.2 活塞的结构特点和技术要求 82.3 180C活塞的工作情况 92.4 180C组合活塞结构 10第3章 活塞加工工艺制定 123.1 计算生产纲领确定生产类型 123.2 审查零件图图样工艺性 123.3 选择毛坯 123.4 工艺过程设计 133.5 确定加工余量及毛坯尺寸、设计毛坯图 253.6 部分重要工序设计 293.7 确定切削用量及基本用时 33第4章 夹具设计504.1 机床夹具概述 504.2 机床专用夹具设计的基本要求 504.3 活塞夹具的设计思路 514.4 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 159附件 28158第1章 序论1.1180C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21000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21050马力（后改为2910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21360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 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4,0005,000 人民币（或每个月大概330415 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35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35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。第2章 180C柴油机活塞零件图的分析2.1 活塞的作用活塞是曲轴连杆机构中重要零件，又是燃烧室的组成部分；它承受气缸内气体压力和惯性力的作用，并将此力通过活塞销传给连杆。2.2 活塞的结构特点和技术要求活塞的装配图如图qtech-ssemble-00所示。内燃机工作时，燃烧瞬时作用于活塞上的气体压力很高，而且作往复运动的活塞组的惯性力将达到很高的数值。此外，活塞还承受在连杆倾斜位置时侧压力的周期性冲击作用，在气体压力、往复惯性力和侧压力的综合作用下，活塞的机械负荷相当严重，活塞顶部承受弯曲应力；活塞销座承受拉伸、压缩和弯曲应力；活塞环槽承受冲击力和磨损；活塞裙部承受侧压力和磨损等。由此可见，对于在严重机械负荷下工作的活塞，应具有足够的强度和刚度，而且质量要轻。活塞还承受高温燃气的作用，一般活塞顶部平均温度可达200400左右。柴油机活塞顶部常做成各种凹坑，使顶部实际受热面积加大，热负荷更加严重。活塞温度过高，会破坏与钢壁之间的正常间隙；在高温下，活塞内部的温度梯度造成很大的热应力，如果活塞顶部温度超过370400时，则会引起活塞顶疲劳热裂现象。因活塞承受着严重的热负荷，所以要求活塞应具有足够的耐热性，并且传热要快。活塞运动速度和工作温度高，润滑条件差，因此应具有足够的减摩性或采取特殊的表面处理。在高温下，活塞会产生热变形而影响配合间隙，严重时会产生拉缸现象，因此要求活塞本身热膨胀小。同时，在结构上采取适当措施，防止过大的热变形。 活塞的机械加工难度大，为了保证活塞的正常工作，对活塞规定了严格的技术要求，包括尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度等，还包括活塞顶面的硬膜氧化处理、活塞头的调质处理、活塞裙喷涂二硫化钼等。由于活塞工作时惯性非常大，所以规定同一台柴油机上成套活塞的重量允差为40g,调整重量可在底口162处加工，其最大极限尺寸为165。其他技术要求可见装配图。2.3 180C活塞的工作情况在柴油机气缸内，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116120Kgf/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。活塞在上述工作条件下，将产生受力变形和热变形。活塞顶面在气体压力作用下将产生如图3-1中虚线所示的变形。由于金属分布不均匀，在活塞销轴线方向的变形量比垂直于该方向的变形量大。同时活塞顶面与高温的燃烧气体接触，使活塞的温度升高，产生热膨胀。由于圆周上金属分布不均匀，销孔轴心线方向的金属，膨胀量大；而在垂直于轴线的方向上，热膨胀量小。如果裙部是圆形的，热膨胀后就变成了椭圆，如图3-2中的虚线所示。所以无论是受力变形或热变形都使原来的圆柱形的裙部变成椭圆形，椭圆的长轴在活塞销孔的轴线方向。因而在设计活塞时，必须要考虑到预变形，使其外形在正常工作时必须胀成圆柱形，使其与缸套能有正确的配合间隙，故其外形线比较复杂。 图2-1 活塞受力变形示意图 图2-2 活塞热变形示意图2.4 180C组合活塞结构12V180C型柴油机组合活塞主要由活塞头（缸顶）、活塞裙（铝裙）和连接螺钉三部分组合而成的。其结构如图2-3所示。可见，活塞头与普通整体铸造铝合金活塞顶部的不同主要有两点：一是组合活塞的顶部与裙部是两体的；二是组合活塞的内冷却油路不是铸造而成的，而是由加工后的活塞头冷却油槽与加工后的活塞裙顶端油槽组装后而形成的。活塞裙与普通整体铸造铝合金活塞裙部的主要不同在于顶端要加工出形状复杂的冷却油槽。为保证装配精度，在活塞头和活塞裙上都设有定位圆和支承面。 图2-3 组合活塞剖面 1.活塞头 2.螺栓 3.螺栓塞 4.活塞裙第3章 工艺规程设计 3.1 计算生产纲领，确定生产类型如图所示为180C柴油机的活塞。该产品年产量为100台，设其备品率为10%，机械加工废品率为1%，现制定该活塞的机械加工工艺规程。 N=Qn(1+%+%) =100 (1+10%+1%) =111件/年活塞的年产量为111件，现已知该产品属于中型机械，根据机械制造工艺设计简明手册表1.1-2生产类型与生产纲领的关系，可确定其生产类型为中小批量批生产。3.2审查零件图样工艺性活塞零件图样的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。在活塞头和活塞裙零件图中，未注明的公差等级为13级。活塞头的冷却油腔和活塞裙的顶部表面比较复杂，在加工过程中，有样板可以作为对照来加工。3.3选择毛坯180C柴油机活塞属于组合式活塞，所以活塞裙和活塞头要分开进行加工，最后装配在一起构成一个完整的活塞。活塞的工作条件： 活塞顶部承受汽缸中最高燃烧压力，并通过活塞销座、活塞销传给连杆；受到活塞组本身惯性力的作用；裙部承受曲柄连杆机构运动中产生的侧压力；活塞顶部受到由于温度分布不均而产生的热应力和热变形。随着内燃机强化程度的不断提高，机械负荷和热负荷更趋加剧，因而活塞的工作条件愈加恶劣。活塞头顶面（特别是燃烧室部分）应有足够的强度、刚度，以承受燃气压力，并能承受足够高的热负荷，防止热裂。活塞头的材料为42CrMoA，轮廓尺寸不大，又属于中小批量生产，故毛坯可采用精密模锻。活塞裙部分应具有合适的造型，防止热粘着。活塞裙的材料为铸造铝，形状不是很复杂，属于中小批量生产。故活塞裙采用金属型铸造。3.4工艺过程设计3.4.1 定为基准的选择（1）活塞头粗基准和精基准的选择活塞头是一个典型的盘状零件，选择毛坯的外圆为粗基准，对底口端面进行加工，然后以底口端面和底口作为精基准加工其他主要表面或端面。这样能保证基准统一和基准重合，减少加工误差，提高加工的精度。（2）活塞裙粗基准和精基准的选择活塞裙是一个套筒类零件，选择毛坯的外圆为粗基准，对底口和底口端面进行加工，然后以底口端面和底口作为精基准加工其他主要表面或端面。这样能保证基准统一和基准重合，减少加工误差，提高加工的精度。至于精仿椭圆裙，要把活塞头与活塞裙组合后，以活塞头的外圆为基准进行精仿。3.4.2加工阶段的划分与工序顺序的安排活塞头的主要加工部位是顶部燃烧室、气环环槽和底口端面。次要加工部位是冷却油腔各种螺纹孔及倒角。除机械加工外，还有调质处理、划螺纹孔线、探伤等。另外在机械加工过程后还安排了钳工倒角去毛刺、并对活塞头进行清洗，为活塞的组装做好准备。活塞裙的主要加工部位是活塞裙头部表面、活塞裙部椭圆形、销孔。次要加工部位是底口及底口端面、各种定位连接孔及倒角、油槽。除机械加工外，还有淬火时效处理、划十字线、活塞头与活塞裙的加工组装。在机械加工结束后，对活塞进行称重、配重，并在裙部喷涂二硫化钼，最后要进行成品的检验。（1）加工阶段的划分1 ).活塞头机械加工工艺过程活塞头的机械加工工艺过程大致可以分为：加工基准面粗车总长、外圆及顶部燃烧室调质处理半精车基准面、总长、外圆及顶部燃烧室粗割环槽精车基准面并进行磨削钻、铰、锪各种孔精车顶部燃烧室、端面、外圆及环槽研磨重要孔的支撑面钳工倒角、去毛刺探伤后钳工清洗组装。活塞头的顶部燃烧室、外圆、环槽和底口及底口端面的技术要求都很严格，所以对于顶部燃烧室、外圆、环槽安排了：粗车半精车数控精车。对于底口极端面则安排了 ：粗车半精车精车精磨。对于180C柴油机活塞头进行粗加工时，以底口及底口端面作为精基准，所以先粗加工底口及底口端面，然后再加工其他各主要表面。各种孔的加工集中在顶部燃烧室，所以将各种孔加工完之后再精车顶部燃烧室、端面、外圆及环槽，以保证重要加工表面不被破坏或划伤。(2)活塞裙机械加工工艺过程活塞裙的机械加工工艺过程大致可以分为：粗车大体尺寸粗车基准面淬火时效处理半精车基准面划线找销孔中心并粗镗精车基准面半精车重要表面划线找各种油槽孔精车重要表面、钻铰重要孔钻铰各连接孔加工组装精仿椭圆裙精镗孔、孔槽钳工倒角、去毛刺、清洗组装滚压销孔车床称重、配重裙部喷涂二硫化钼成品检查。活塞裙的顶部、椭圆裙、销孔的技术要求比较严格，所以对活塞裙顶部安排了：粗车半精车精车；对椭圆裙安排了：粗车半精车精车精仿；对销孔安排了：粗镗精镗滚压加工。对于活塞裙进行粗加工时，以毛坯外圆作为粗基准，然后以底口及底口端面作为精基准，加工其他的重要表面。顶部的孔槽比较集中，可以考虑采用钻模提高加工精度和效率。精仿椭圆裙要求比较高，要在活塞头和活塞裙加工组装后进行。（2）工序安排活塞头在粗加工后安排了调质处理，这样提高了活塞头的综合机械性能，提高材料的硬度和耐磨性。活塞头的底口及端面是设计基准，所以在加工时，先加工底口及端面，然后加工其他重要的面和进行孔槽的加工，这样保证基准统一，加工基准和设计基准重合，提高了加工的精度。在加工完各种孔槽后对活塞头的顶面进行精加工，这样保证了顶面的加工质量，不至于在加工孔槽时将加工好的表面划伤。底口内圆面和底口端面为配合面，所以在精加工后对其进行精磨，保重连接的准确性和可靠度。活塞裙的在粗加工后安排了淬火加人工时效处理，目的在于得到高强度。活塞裙的底口及底口端面是很多重要面的加工基准，所以应当首先将其加工，这样既保证了设计基准与加工基准的统一，又实现了工序的集中，提高了加工的精度和加工的效率。椭圆裙部的要求是与活塞本身的实际运动条件相适用的，它的加工也是比较重要的，为此在将顶部各种表面加工工序完成后，对活塞裙进行数控车椭圆，提高加工精度和效率。活塞裙的销孔作为与连杆装配时的重要接触面，它的表面质量和耐磨性对于活塞的寿命至关重要，因此在对所有的其他机加工结束后，对其进行滚压处理，滚压后表面粗糙度Ra达到0.2，耐磨性和接触疲劳强度大幅度提高。所以安排这一道工序是很有必要的。在所有的工序和钳工处理都结束后，要对同一柴油机上的活塞进行称重，重量允差不超过40g,对于超出范围的进行配重处理。3.4.3制定工艺路线制定180C柴油机活塞工艺路线的出发点，应当使活塞的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证，在中批生产的生产条件下，可以考虑采用通用夹具和部分专用夹具等，并尽量使工序集中来提高生产率，除此之外，还应当考虑经济因素，以降低生产成本。由上2.4.2加工阶段的划分与工序顺序的安排可以拟定加工路线如下：(1)加工路线方案一表 3-1活塞头加工工艺安排一序号工序名称定位基准1粗车底口、端面及冷却油腔外圆和顶面2粗车总长、外圆及顶部燃烧室底口端面和底口3调制处理HB2603004半精车底口、端面及冷却油腔粗车后外圆和顶面5半精车总长、外圆及顶部燃烧室粗车后底口端面和底口6粗割环槽粗车后外圆和顶面7精车底口、端面及冷却油腔半精车后外圆和顶面8磨150H6及两端面半精车后外圆和顶面9钻、铰8.5、5及倒角精车后底口端面和底口10划2-M6孔线114-15、钻2-M6孔及倒角精车后底口和底口端面12精车顶部燃烧室、端面、外圆及环槽精车后底口和底口端面13研磨4-15支撑面精车后底口和底口端面14钳工攻2-M6修圆、倒角、去毛刺15探伤16钳工清洗、组装表3-2活塞裙加工工序安排一 序号工序名称 定位基准1粗车顶部、外圆及总长活塞裙毛坯外圆2粗车底口粗加工后外圆和顶面3淬火时效处理HB1101404半精车底口、端面粗加工后外圆和顶面5划十字线6粗镗销孔半精车后底口及端面7精车底口及端面粗加工后外圆和顶面8半精车总长、顶部、钻16至14及外圆精车后底口及端面9划十字线10钻4-8、4-6及14、扩铰12精车后底口及端面11铰20锥孔半精车后外圆及端面12镗油槽R25精车后底口及端面13精车总长、扩铰16孔、冷却油腔、外圆端面及环槽精车后底口及端面14划十字线15钻、铰、攻4-M16-6H及钻铰顶部侧面和外端面16铣60油槽精车后底口及端面17组装18精车椭圆裙精车后底口及端面19测量外圆各尺寸20划十字线21镗槽27mm顶部侧面和外端面22镗R2301顶部侧面和外端面23精镗销孔顶部侧面和外端面24钳工油孔倒角、去锐棱、毛刺25钳工清理组装活塞头26钳工清洗27滚压销孔精车后底口及端面28车床称重、配重29喷涂二硫化钼30成品检查(2) 工艺路线方案二：表3-3活塞头加工工艺安排二序号工序名称定位基准1粗车底口、端面及冷却油腔外圆和顶面2粗车总长、外圆及顶部燃烧室底口端面和底口3调制处理HB2603004半精车底口、端面及冷却油腔粗车后外圆和顶面5半精车总长、外圆及顶部燃烧室粗车后底口端面和底口6粗割环槽粗车后外圆和顶面7精车底口、端面及冷却油腔半精车后外圆和顶面8磨150H6及两端面半精车后外圆和顶面9钻、铰8.5、5及倒角精车后底口端面和底口10划2-M6孔线114-15、钻2-M6孔及倒角精车后底口和底口端面12精车顶部燃烧室、端面、外圆及环槽精车后底口和底口端面13研磨4-15支撑面精车后底口和底口端面14钳工攻2-M6修圆、倒角、去毛刺15探伤16钳工清洗、组装表3-4 活塞裙加工工艺安排二 序号工序名称 定位基准1粗车顶部、外圆及总长活塞裙毛坯外圆2粗车底口粗加工后外圆和顶面3淬火时效处理HB1101404半精车底口、端面粗加工后外圆和顶面5划十字线6粗镗销孔半精车后底口及端面7精车底口及端面粗加工后外圆和顶面8半精车总长、顶部、钻16至14及外圆精车后底口及端面9划十字线10钻4-8、4-6及14、扩铰12精车后底口及端面11铰20锥孔半精车后外圆及端面12镗油槽R25精车后底口及端面13精车总长、扩铰16孔、冷却油腔、外圆端面及环槽精车后底口及端面14划十字线15钻、铰、攻4-M16-6H及钻铰顶部侧面和外端面16铣60油槽精车后底口及端面17组装18精仿椭圆裙精车后底口及端面19测量外圆各尺寸20划十字线21镗槽27mm顶部侧面和外端面22镗R2301顶部侧面和外端面23精镗销孔顶部侧面和外端面24钳工油孔倒角、去锐棱、毛刺25钳工清理组装活塞头26钳工清洗27滚压销孔精车后底口及端面28车床称重、配重29喷涂二硫化钼30成品检查 (3) 工艺方案的分析比较上述两个方案中，活塞头的加工工序很少，加工比较简单，所以两个方案中活塞头的加工工序是一样的。对于活塞裙的工序安排，方案一比较混乱，工序很集中，很容易出现一些影响零件加工质量的问题，在中小批量生产中应该按照工序分散的方法安排工艺过程。方案二相对方案一来说工序安排有序，工序分散适中，适合于中小批量生产的特点。对于活塞裙部椭圆部分的加工，方案二中采用普通的仿形车床，仿形车床一般采用液压装置来传递运动，液压的特点就是工作比较平稳，它的加工精度和稳定性比较高，特别是对于单件中小批量生产，它的成本非常低，这也是它的一个很大的特点。方案一中选择用数控车进行加工，虽然它的加工精度高，质量可靠，效率高，但是由于活塞裙材料为铸造铝，加工时切削转速比较大，这就需要数控车在极短的时间内完成一次椭圆加工，对于普通的数控车来说做不到。另外，数控车价格还是昂贵的，对于单件中小批量的零件来说成本会提高很多，是不经济的。高精度，高效率，高质量是机械加工发展的大方向，但是要联系到生产实际，不能仅从理论上分析可行性，最佳配置并不一定是精度、效率、成本低都是最好的，而是整体上综合是最高的。所以在制定工艺方案时要认真综合考虑各个方面后做出评断。因此，经过综合考虑，最终确定180C柴油机活塞头加工工艺过程如表3-5；活塞裙的加工工艺过程如下表3-6。表3-5 180C柴油机活塞头加工工艺过程序号工序名称定位基准1粗车底口、端面及冷却油腔外圆和顶面2粗车总长、外圆及顶部燃烧室底口端面和底口3调制处理HB2603004半精车底口、端面及冷却油腔粗车后外圆和顶面5半精车总长、外圆及顶部燃烧室粗车后底口端面和底口6粗割环槽粗车后外圆和顶面7精车底口、端面及冷却油腔半精车后外圆和顶面8磨150H6及两端面半精车后外圆和顶面9钻、铰8.5、5及倒角精车后底口端面和底口10划2-M6孔线114-15、钻2-M6孔及倒角精车后底口和底口端面12精车顶部燃烧室、端面、外圆及环槽精车后底口和底口端面13研磨4-15支撑面精车后底口和底口端面14钳工攻2-M6修圆、倒角、去毛刺15探伤16钳工清洗、组装表3-6 180C柴油机活塞裙加工工艺过程 序号工序名称 定位基准1粗车顶部、外圆及总长活塞裙毛坯外圆2粗车底口粗加工后外圆和顶面3淬火时效处理HB1101404半精车底口、端面粗加工后外圆和顶面5划十字线6粗镗销孔半精车后底口及端面7精车底口及端面粗加工后外圆和顶面8半精车总长、顶部、钻16至14及外圆精车后底口及端面9划十字线10钻4-8、4-6及14、扩铰12精车后底口及端面11铰20锥孔半精车后外圆及端面12镗油槽R25精车后底口及端面13精车总长、扩铰16孔、冷却油腔、外圆端面及环槽精车后底口及端面14划十字线15钻、铰、攻4-M16-6H及钻铰顶部侧面和外端面16铣60油槽精车后底口及端面17组装18精仿椭圆裙精车后底口及端面19测量外圆各尺寸20划十字线21镗槽27mm顶部侧面和外端面22镗R2301顶部侧面和外端面23精镗销孔顶部侧面和外端面24钳工油孔倒角、去锐棱、毛刺25钳工清理组装活塞头26钳工清洗27滚压销孔精车后底口及端面28车床称重、配重29喷涂二硫化钼30成品检查3.5 确定加工余量及毛坯尺寸、设计毛坯图进行机械加工余量的分析计算，是为了确定最有利的加工余量，以节省材料。利用分析计算法，必须要有可靠的数据，否则难以进行。影响加工余量的因素：1） 被加工表面上道工序表面粗糙度和缺陷层2） 被加工表面上道工序尺寸公差3） 被加工表面上道工序的形位公差4） 本道工序装夹误差确定加工余量的方法1）经验估算法 2）分析计算法 3）查表修正法本零件采用查表修正法3.5.1确定活塞头机械加工余量钢质锻模件的机械加工余量按JB3835-85确定，根据估算的锻件质量、加工精度及锻件形状复杂系数，由机械制造工艺简明手册表2.2-25可查得除孔以外各内外表面的加工余量。孔的加工余量由机械制造工艺简明手册表2.2-24查得。表中余量值为单面余量。（1）锻件质量 根据零件成品质量估算锻件质量为6.35kg（2）加工精度 零件表面均为精加工和磨削加工精度（3锻件的形状复杂系数SS=式中：为锻件质量为锻件包容体的质量假设锻件的最大直径为187mm，长57mm=v=（）2577.8510=12.741kg=6.35kgS= =0.5由机械制造工艺设计简明手册表2.2-10可查得形状复杂系数S2，属于一般级别。（4）机械加工余量 根据锻件质量、F2、S2查机械加工工艺手册第一卷表3.1-56查得直径方向为2.0-2.5mm，水平方向为2.0-2.5mm。以上查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra1.6m, Ra1.6m的表面余量要适当增大。3.5.2设计活塞头毛坯图（1）确定毛坯尺寸公差活塞头的锻件质量6.35kg，形状复杂系数S2，42CrMoA中合金元素含量大于3.0%，按机械制造工艺设计简明手册表2.2-11，锻件的材质系数为M2，采取平直分模线，锻件为精密精度等级，则毛坯的公差可从机械制造工艺设计简明手册表2.2-14，2.2-17查得。活塞头毛坯的尺寸公差如表3-3。毛坯的同轴度误差允许值为1.2mm，残留飞边为1.2mm。(2)确定毛坯热处理合金钢质活塞头毛坯在粗车之后要进行调质处理，提高活塞头综合的机械性能，提高硬度和耐磨性。（3）图3-1为180C柴油机活塞活塞头的毛坯图图3-1 活塞头毛坯图表3-7活塞头（锻件）尺寸公差（mm）零件尺寸单面加工余量锻件尺寸偏差1784.518715021461131.5116691.567R851.5R83.5R702.5R72.5R201.5R18.549857182.520.53.5.3确定活塞裙的机械加工余量已知活塞裙为中小批量生产，毛坯的制造方法为金属型铸造，因为零件的35孔需要铸造出，为了消除残余应力，铸造后应安排人工时效。（1） 铸造尺寸公差铸造尺寸公差分为16级，由于是中小批量生产，毛坯的制造方法为金属型铸造。根据机械制造工艺设计简明手册表2.2-3金属型铸造铝的尺寸公差等级为6-8，选取铸件的公差等级为7级，根据表2.2-2选取错箱值为0.7.（2） 铸件机械加工余量对于批量生产地铸件加工余量由机械制造工艺设计简明手册表2.2-5查得，选取MA为F级。由机械制造工艺设计简明手册表2.2-1可查得铸件的主要尺寸公差。3.5.4设计活塞裙毛坯图表3-8 主要毛坯尺寸及公差/mm零件尺寸单面加工余量铸件尺寸偏差1814.51902.11653.5底口1582.015041582.0112 71261.970H6（）364.51.61790.141872.114041441.9 8816 1.2122101.162 81.0(3)确定毛坯热处理活塞裙的在粗加工后安排了淬火加人工时效处理，目的在于得到高强度。（4）活塞裙的毛坯图如图3-2所示。图3-2 活塞裙毛坯图3.6 部分重要工序设计3.6.1 选择加工设备和工艺装备（1）活塞头的加工设备和工艺装备的设计工序1（粗车底口、端面及冷却油腔）：选用普通车床C620机床，使用三爪卡盘进行装夹，根据实用机械加工工艺手册表75选用45偏头端面车刀（GB2076-87）和表7-66选用90偏头外圆车刀（GB5343.2-85），；量具选用分度值0.05测量范围0200的游标卡尺和专用冷却油腔样板。工序8（磨150H6及两端面）：据实用机械加工工艺手册表647选用M1432A外圆磨床；使用三爪卡盘夹紧，由实用机械加工工艺手册表10-76（GB2484-84）选用PSA1501650-A100-L5-V30型砂轮；量检具选用测量范围为030分度值为0.01大量程百分表的和内径指示计。工序9（钻、铰8.5、5及倒角）：选用摇臂钻床Z3080，使用专门设计的钻模夹具进行装夹，据实用机械加工工艺手册表7125选用8.5锥柄机用铰刀（GB113384），据实用机械加工工艺手册表7113选用5锥柄麻花钻（GB1438-85），采用60专用铰刀，选用45专用倒角铰刀；量具选用内径指示计。工序12（精车顶部燃烧室、端面、外圆及环槽）：据实用机械加工工艺手册表615选用CKJ6136卧式车床，使用活塞头精车夹具夹紧；选用专用车刀和精车环槽排刀，量具选用分度值0.02测量范围0200的游标卡尺和环槽塞规。(2)活塞裙的加工设备和工艺装备的设计 工序2（粗车底口）：据实用机械加工工艺手册表6-7选用C630车床，使用加长三爪卡盘夹紧，根据实用机械加工工艺手册表7-66选用90偏头外圆车刀（GB5343.2-85），量具选用量具选用分度值0.05测量范围0200的游标卡尺。工序10（钻4-8、4-6及14、扩铰12）：据实用机械加工工艺手册选用Z535立式钻床，使用专用的钻模夹具进行装夹，据实用机械加工工艺手册选用8锥柄加长长麻花钻（GB143785），选用6、10锥柄麻花钻（GB143885），选用12锥柄机用铰刀（GB113384），量具选用测量范围0200分度值为0.05的游标卡尺（GB121485）。工序13（精车总长、扩铰16孔、冷却油槽、外圆端面及环槽）：据实用机械加工工艺手册表615选用CKJ6136卧式车床，夹具使用专门的精车夹具，车刀使用专用车刀，量具据实用机械加工工艺手册选用测量范围0200分度值为0.05的游标卡尺（GB121485）、选用测量范围为010分度值为0.01外径百分表（GB1219-85）还有环槽塞规。工序18（数控车椭圆裙）：据实用机械加工工艺手册表615选用CKJ6136卧式车床，夹具使用专门的精车夹具，据实用机械加工工艺手册车刀使用90硬质合金外圆车刀（GB5343.285），量具选用测量范围为010分度值为0.01外径百分表（GB121985）。工序22（精镗销孔）：据实用机械加工工艺手册表6-36选T740金刚镗床，使用精镗销孔夹具装夹，选用金刚石镗刀，量具选用内径指示计。3.6.2 确定工序尺寸确定工序尺寸的一般方法是由加工表面的最后工序往前推算，最后工序的工序尺寸按零件图样的要求标注。当无基准转换时，同一表面多次加工的工序尺寸与工序（或工步）的加工余量有关，当基准不重合时，工序尺寸应用工序尺寸链解算。确定各主要面的工序尺寸前面根据有关资料已经查出本零件各表面的总加工余量（毛坯余量），应将总加工余量分为各工序加工余量，然后由后往前计算工序尺寸。中间工序尺寸的公差按加工方法的经济加工精度确定。参照实用机械加工工艺手册表38，由最后工序的尺寸可以依次算得本零件各工序的工序尺寸。活塞头和活塞裙各主要面的加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度如表3-5、3-6所示。表3-9活塞头的工序尺寸表面粗糙度Ra(m)精磨0.80.8精车/精铣3.23.23.23.23.23.23.21.61.6半精车6.33.26.36.36.36.36.33.23.2粗车/粗铣6.36.36.36.36.36.36.36.36.3工序尺寸及公差精磨精车/精铣11369R85R70R20半精车11469R85R70R2018粗车/粗铣18314811568R84R71R205318.5工序单边余量精磨0.20.2精车/精铣0.20.20.50.50.50.20.21.50.2半精车10.50.50.50.50.812.50.5粗车/粗铣210.50.50.51.51.542加工表面18714611667R83.5R72.5R8.55720.5 表3-10活塞裙的工序尺寸表面粗糙度Ra(m)精磨/滚压0.80.2精车/精镗3.21.61.63.20.81.60.80.8半精车3.23.23.23.23.23.23.23.2粗车/粗镗6.36.36.36.36.36.36.36.3工序尺寸及公差精磨精车/精镗1790.1半精车1800.1粗车/粗镗162183工序单边余量精磨滚压0.20.02精车/精镗0.50.20.50.50.20122半精车110.53.520.50.5粗车粗镗33332.5422加工 表面190底口15815812664.51871083.7 确定切削用量及基本时间切削用量一般包括切削深度、进给量及切削速度三项，确定方法是先确定切削深度、进给量，再确定切削速度。3.7.1工序1粗车底口、端面及冷却油腔切削用量及基本时间的确定本工序为粗加工工序。已知材料为42CrMoA，b=1080MP，锻件，有外皮；机床型号C620车床，工件装夹在三爪卡盘上。1、粗车底口（1）确定切削深度ap由于单边余量为1mm，参照实用机械加工工艺手册表9-25，可在一次走刀内切完，故ap = =1mm（2）确定进给量fa参照机械制造工艺设计手册表3-13，车刀为45偏头端面车刀，机床的功率为4.5kw，系列刚度为中等，可查得fa=0.3mm/r。（3）确定切削速度v切削速度可以根据公式计算，也可以从表中直接查出。参照实用机械加工工艺手册表9-23得高速钢车刀的寿命T=60min,按照公式计算： V=经查表得，m=0.10,Cv=53.5,xv=0.18,yv=0.40经计算得 V =85.9m/min（4）确定主轴转速n n=235.8r/min按C630车床的转速，取n=230r/min。实际速度 V= 83.8m/min（5）确定粗车底口的基本时间TjTj= =0.47min2、粗车端面(按照粗车底口的步骤计算)分别得出如下参数：ap = 1.5mmfa = 0.3mm/rv=62.1m/minn=120r/minTj =0.79min3.7.2工序8 磨150H6及两端面：1.磨内圆150H6（1）确定切削深度ap由于单边余量为0.2，参照实用机械加工工艺手册表10-15，可在一次磨削内完成ap= =0.2 mm（2）确定进给量fa参照实用机械加工工艺手册表7-167（GB2484-84）选用PSA1001650-A100-L5-V30型砂轮，由d=150mm可查得fa=0.006mm/st。(3)确定工件线速度同进给量，可查得vw=4065m/min，本工序中取v=50m/min(4)确定主轴转速n按M1450A外圆磨床的转速，取n=4000r/min。参照机械制造设计工艺手册表7-13可查得磨内圆的机动时间为：其中 K内圆磨系数，据表7-15取1.7； nW工件每分钟转数（r/min），2.磨端面（1）确定磨削深度ap由于单边余量为0.2，参照实用机械加工工艺手册表10-21，可在四次单行程磨削内完成 ，所以 ap=0.05 mm（2）确定进给量fa参照实用机械加工工艺手册表7-167（GB2484-84）选用PSA1001650-A100-L5-V30型砂轮，由bs=100mm由表10-21可查得工作台单行程纵向进给量fa=2550mm/st,取fa=35mm/st。(3)确定工件线速度同进给量，可查得vw=2025m/min，本工序中取=25m/min(4)确定主轴转速n按M1450A外圆磨床的转速，取n=5000r/min。参照机械制造设计工艺手册表7-13可查得磨平面的机动时间为：其中 K平面磨系数，据表7-15取1.44；nW工件每分钟转数（r/min），(3)磨底口端面磨底口端面得切削用量同端面的相同，在此只计算磨削的基本时间为：其中 K平面磨系数，据表7-15取1.44；nW工件每分钟转数（r/min），该工序的基本时间为T=Tj1+Tj2+Tj3=0.33+0.54+0.34=1.21min3.7.3工序9钻、铰8.5、5及倒角切削用量和基本时间的确定1.钻铰48.5(1)确定铰削深度ap刀具选用8.5锥柄机用铰刀，钻4个通孔，不使用切削液。根据实用机械加工工艺手册表9-111，切削深度为0.080.12mm,在此取ap=0.10mm。（2）确定进给量f根据实用机械加工工艺手册表9-111，进给量为0.150.25mm/r,在此取f=0.15mm/r。（3）确定切削速度v根据实用机械加工工艺手册表9-111，切削速度为410m/min,在此取v=8m/min。n = =299.7r/min根据摇臂钻床Z3080的转速范围，取n=300r/min(4)计算基本时间Tj1由机械制造工艺设计手册表7-5得 Tj1=min2.钻铰5（1）确定铰削深度ap刀具选用5锥柄机用铰刀，不使用切削液。根据实用机械加工工艺手册表9-111，切削深度为0.080.12mm,在此取ap=0.08mm。（2）确定进给量f根据实用机械加工工艺手册表9-111，进给量为0.150.25mm/r,在此取f=0.15mm/r。（3）确定切削速度v根据实用机械加工工艺手册表9-111，切削速度为410m/min,在此取v=4m/min。n = =254.8r/min根据摇臂钻床Z3080的转速范围，取n=250r/min(4)计算基本时间Tj1由机械制造工艺设计手册表7-5得 Tj2=0.21min3.铰60斜倒角（1）确定铰削深度ap刀具选用60专用铰刀，不使用切削液。根据实用机械加工工艺手册表9-111，切削深度为0.080.12mm,在此取ap=0.1mm。（2）确定进给量f根据实用机械加工工艺手册表9-111，进给量为0.150.25mm/r,在此取f=0.20mm/r。（3）确定切削速度v根据实用机械加工工艺手册表9-111，切削速度为410m/min,在此取v=8m/min。n = =254.8r/min根据摇臂钻床Z3080的转速范围，取n=250r/min(4)计算基本时间Tj1由机械制造工艺设计简明手册表6.2-5得 Tj3=0.80min4. 5孔口倒角0.545（1）确定铰削深度ap刀具选用45专用倒角铰刀，不使用切削液。根据实用机械加工工艺手册表9-111，切削深度为0.080.12mm,在此取ap=0.1mm。（2）确定进给量f因为进给量比较小，所以选择手动进给。（3）确定切削速度v根据实用机械加工工艺手册表9-111，切削速度为410m/min,在此取v=5m/min。n = =265.4r/min根据摇臂钻床Z3080的转速范围，取n=280r/min(4)计算基本时间Tj1由机械制造工艺设计简明手册表6.2-5得 Tj4=0.36min本工序的基本时间为T=Tj1+ Tj2+ Tj3+ Tj4=0.82+0.21+0.8+0.36=2.19min3.7.4工序12精车顶部燃烧室、端面、外圆及环槽切削用量及基本时间的确定本工序为精加工工序。据实用机械加工工艺手册表615选用CKJ6136卧式车床，使用活塞头精车夹具夹紧；选用专用车刀和精车环槽排刀。1、精车顶部燃烧室及端面（1）确定切削深度ap由于单边余量为0.2mm，参照实用机械加工工艺手册表9-26，精加工的切削深度范围为0.10.5mm,故可在一次走刀内切完ap =0.2mm（2）确定进给量 本工序采用数控车床，车刀为专用车刀，系列刚度为高等，经查表可得fa=0.1mm/r。在加工中具体的进给量有设定的程序来控制。（3）确定切削速度v根据数控车床的切削深度和进给量，切削速度取为100m/min。（4）确定主轴转速n n=176.9r/min按CKJ6136卧式车床的转速，取n=180r/min。实际速度 V= 101.7m/min（5）确定精车顶部燃烧室及端面的基本时间Tj由于本工序的精车是在数控车床上进行的，所以基本时间不能由计算的方法取得，基本时间应由程序的执行情况确定。2.精车外圆精车外圆的切削用量与精车顶部燃烧室及端面的切削用量相同，精车外圆的程序比较简单，可以用计算的方法进行估计：Tj=3.08min3.精车环槽精车环槽和前面精车外圆的切削用量相同，基本时间由程序的执行情况决定。3.7.5工序2粗车底口切削用量及基本时间的确定（1）确定切削深度ap由于单边余量为2mm，参照实用机械加工工艺手册表9-25，可在一次走刀内切完，故ap = =2mm（2）确定进给量fa参照机械制造工艺设计手册表3-13，车刀为90偏头端面车刀，C630车床的功率为10kw，系列刚度为中等，可查得fa=0.3mm/r。（3）确定切削速度v切削速度可以根据公式计算，也可以从表中直接查出。参照实用机械加工工艺手册表9-23得硬质合金车刀的寿命T=60min,按照公式计算： V=经查表得，m=0.28,Cv=262,xv=0.12,yv=0.50经计算得 V =152.0m/min（4）确定主轴转速n n=298.8r/min按C630车床的转速，取n=300r/min。实际速度 V= 152.6m/min（5）确定粗车底口的基本时间TjTj= =0.22min3.7.6工序10钻4-8、4-6及14、扩铰12切削用量及基本时间的确定据实用机械加工工艺手册选用Z535立式钻床，使用专用的钻模夹具进行装夹，据实用机械加工工艺手册选用8锥柄加长长麻花钻（GB143785），选用6、10锥柄麻花钻（GB143885），选用12锥柄机用铰刀（GB113384），量具选用测量范围0200分度值为0.05的游标卡尺（GB121485）。1.钻46(1)确定钻削深度ap刀具选用锥柄麻花钻，钻4个孔，不使用切削液。根据实用机械加工工艺手册表9-104，切削深度为3mm,ap=3mm。（2）确定进给量f根据实用机械加工工艺手册表9-104，高速钢钻头进给量为0.150.25mm/r,在此取f=0.15mm/r。（3）确定切削速度v根据实用机械加工工艺手册表9-104，取切削速度v=20m/min。n = =1061.6r/min根据摇臂钻床Z3080的转速范围，取n=1000r/min(4)计算基本时间Tj1由机械制造工艺设计手册表7-5得 Tj1=min2.钻48（1）确定铰削深度ap刀具选用8锥柄加长长麻花钻，钻4个通孔，不使用切削液。根据实用机械加工工艺手册表9-104，切削深度为4mm,在此取ap=4mm。（2）确定进给量fa根据实用机械加工工艺手册表9-104，进给量为0.150.25mm/r,在此取f=0.20mm/r。（3）确定切削速度v根据实用机械加工工艺手册表9-104，切削速度为v=20m/min。n = =796.2r/min根据摇臂钻床Z3080的转速范围，取n=800r/min(4)计算基本时间Tj1由机械制造工艺设计手册表7-5得 Tj2=0.99min3. 钻10（1）确定铰削深度ap刀具选用10锥柄麻花钻，不使用切削液。根据实用机械加工工艺手册表9-104，切削深度为5mm,在此取ap=5mm。（2）确定进给量fa根据实用机械加工工艺手册表9-104，进给量为0.150.25mm/r,在此取f=0.25mm/r。（3）确定切削速度v根据实用机械加工工艺手册表9-104，切削速度为v=20m/min。n = =636.9r/min根据摇臂钻床Z3080的转速范围，取n=650r/min(4)计算基本时间Tj1由机械制造工艺设计手册表7-5得 Tj3=0.95min4.扩铰至12（1）确定铰削深度ap刀具选用12硬质合金铰刀，不使用切削液。根据实用机械加工工艺手册表9-111，切削深度为0.120.15mm,在此取ap=0.15mm。（2）确定进给量fa根据实用机械加工工艺手册表9-111，进给量为0.200.35mm/r,在此取f=0.30mm/r。（3）确定切削速度v根据实用机械加工工艺手册表9-111，切削速度为1020m/min,在此取v=10m/min。n = =265.4r/min根据摇臂钻床Z3080的转速范围，取n=250r/min(4)计算基本时间Tj1由机械制造工艺设计简明手册表6.2-5得 Tj4=min本工序的基本时间为T=4Tj1+4Tj2+ Tj3+ Tj4=40.35+40.99+0.95+1.71=5.02min3.7.7工序13精车总长、扩铰16孔、冷却油槽、外圆端面及环槽切削用量及基本时间的确定本工序为精加工工序。据实用机械加工工艺手册表615选用CKJ6136卧式车床，使用活塞头精车夹具夹紧；选用专用车刀和精车环槽排刀。1、精车总长（1）确定切削深度ap由于单边余量为0.2mm，参照实用机械加工工艺手册表9-26，精加工的切削深度范围为0.10.5mm,故可在一次走刀内切完ap =0.2mm（2）确定进给量fa 本工序采用数控车床，车刀为专用车刀，系列刚度为高等，经查表可得fa=0.2mm/r。在加工中具体的进给量有设定的程序来控制。（3）确定切削速度v根据数控车床的切削深度和进给量，切削速度取为200m/min。（4）确定主轴转速n n=351.9r/min按CKJ6136卧式车床的转速，取n=350r/min。实际速度 V= 198.9m/min（5）确定精车总长的基本时间Tj由于本工序的精车是在数控车床上进行的，所以基本时间不能由计算的方法取得，基本时间应由程序的执行情况确定。2.扩铰16（1）确定铰削深度ap刀具选用16硬质合金铰刀，不使用切削液。根据实用机械加工工艺手册表9-111，切削深度为0.150.20mm,在此取ap=0.20mm。（2）确定进给量fa根据实用机械加工工艺手册表9-111，进给量为0.300.50mm/r,在此取f=0.40mm/r。（3）确定切削速度v根据实用机械加工工艺手册表9-111，切削速度为1020m/min,在此取v=10m/min。n = =199.0r/min根据摇臂钻床Z3080的转速范围，取n=200r/min(4)计算基本时间Tj1由机械制造工艺设计简明手册表6.2-5得 Tj2=min3.精车冷却油腔精车冷却油腔的切削用量与精车总长的切削用量相同，由于冷却油腔的形状比较复杂，数控车车床的程序繁多，所以基本需要根据程序的执行情况确定。4.精车外圆精车外圆的切削用量与精车总长的切削用量相同，精车外圆的程序比较简单，可以用计算的方法进行估计：Tj=2.78min5.精车环槽精车环槽的切削用量，基本时间由程序的执行情况决定。3.7.8工序18仿形车椭圆裙切削用量及基本时间的确定 据实用机械加工工艺手册表615选用CKJ6136卧式车床，夹具使用专门的精车夹具，据实用机械加工工艺手册车刀使用90硬质合金外圆车刀GB5343.285，量具选用测量范围为010分度值为0.01外径百分表（GB121985）。本工序为精加工工序。据实用机械加工工艺手册表615选用CKJ6136卧式车床，使用活塞裙精车夹具夹紧；选用专用车刀。1.精车150（1）确定切削深度ap由于单边余量为0.2mm，参照实用机械加工工艺手册表9-26，精加工的切削深度范围为0.10.5mm,故可在一次走刀内切完ap =0.2mm（2）确定进给量 本工序采用数控车床，车刀为专用车刀，系列刚度为高等，经查表可得fa=0.15mm/r。（3）确定切削速度v根据数控车床的切削深度和进给量，切削速度取为200m/min。（4）确定主轴转速n n=424.6r/min按CKJ6136卧式车床的转速，取n=420r/min。实际速度 V= 197.8m/min（5）确定精车150的基本时间Tj由于所加工端面的加工长度很小，无法通过计算求得，故忽略其基本时间。2.精车178、精车椭圆裙（1）确定切削深度ap由于单边余量为0.2mm，参照实用机械加工工艺手册表9-26，精加工的切削深度范围为0.10.5mm,故可在一次走刀内切完ap =0.2mm（2）确定进给量 本工序采用数控车床，车刀为专用车刀，系列刚度为高等，经查表可得fa=0.15mm/r。（3）确定切削速度v根据数控车床的切削深度和进给量，切削速度取为100m/min。（4）确定主轴转速n n=175.9r/min按CKJ6136卧式车床的转速，取n=180r/min。实际速度 V= 102.3m/min（5）确定精车150、精车椭圆裙的基本时间TjTj=5.76min3.7.9工序22 精镗销孔切削用量以及基本时间的确定（1）确定切削深度ap双面加工余量为0.4mm,据实用机械加工工艺手册表9-148，可以确定在一次镗削条件下完成。 ap = = 0.2mm（2）确定进给量fa据实用机械加工工艺手册表6-36选T740金刚镗床，使用精镗销孔夹具，采用金刚石镗刀，经查表9-148，取fa0.08mm/r.（3）确定切削速度v根据实用机械加工工艺手册查表9-148，在金刚镗床上用金刚石镗刀精镗的条件下，查得v=200250m/min,取v=220m/min。 n=1000.9r/min取 n=1000 r/min。(4)确定精镗销孔的基本时间TjTj=2.34min最后将算得的部分重要工序的切削用量及基本时间一一填入机械加工工艺卡片，详见活塞工序图。第4章 夹具设计一个机床的机械械制造工艺系统由机床、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于机床或刀具具有一个正确的位置，并在加工过程中保证这个位置不变，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，使工件相对于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。4.1 机床夹具的分类、基本组成及功用机床夹具按其使用范围可分为以下五种基本类型：通用夹具、专用夹具，通用可调整夹具和组成夹具，组合夹具，随行夹具。机床夹具的基本组成，根据功用一般可分为：（1）定位元件或装置，用以确定工件在夹具中的正确位置；（2）刀具导向元件或装置，用以引导刀具或用以调整刀具相对二工件的位置；（3）夹紧元件或装置，用以夹紧元件；（4）连接元件，用以确定夹具在机床上的正确位置并与机床相连接；（5）夹具体，用以连接各夹具元件及装置，使之成为一个整体，并通过它将夹具安装在机床上；（6）其他元件及装置，如分度装置、安全防护装置、防错装置等。机床夹具的功用一般为：（1）保证加工质量；（2）提高生产率，降低成本；（3）扩大机订工艺范围，做到一级多能；（4）平衡各工序时间，以便组织流水生产；（5）减轻工人劳动强度，保证生产安全。4.2机床专用夹具设计的基本要求机床专用夹具设计的基本要求可以概括为如下几个方面：（1）保证工件加工精度 这是夹具设计的最基本的要求，其关键是正确地确定定位方案、夹紧方案、刀具导向方式及合理确定夹具的技术要求。必要时应进行误差分析与计算。（2）夹具结构方案应与生产纲领相适用 在大批量生产时应尽量采用快速、高效夹具结构，如多件夹紧、联动夹紧等，以缩短辅助时间；对于中、小批量生产，则要求在满足夹具功能的前提下，尽量使夹具结构简单、制造方便，以降低夹具制造成本。（3）操作方便、安全、省力 如采用气动、液压等夹紧装置，以减轻工人劳动强度，并可较好地控制夹紧力。夹具操作位置应符合工人操作习惯，必要时应有安全防护装置，以确保使用安全。（4）便于排屑 切屑积集在夹具中，会破坏工件的正确定位；切屑带来的大量热量会引起夹具和工件的热变形；切屑在清理又会增加辅助时间。切屑积集严重时，还会损伤刀具甚至引发工伤事件。故排屑问题在夹具设计中必须给以充分注意，在设计高效机床和自动线夹具时尤为重要。（5）有良好的结构工艺性 设计的夹具要便于制造、检验、装配、调整、维修等。4.3 180C活塞夹具的设计思路活塞是一个较难加工的零件，形状复杂、刚度差、加工表面多，技术要求高，尤其是活塞裙销孔的加工。活塞顶部承受汽缸中最高燃烧压力，并通过活塞销座、活塞销传给连杆；受到活塞组本身惯性力的作用；裙部承受曲柄连杆机构运动中产生的侧压力；活塞顶部受到由于温度分布不均而产生的热应力和热变形。随着内燃机强化程度的不断提高，机械负荷和热负荷更趋加剧，因而活塞的工作条件愈加恶劣。销座应具有足够的强度；销孔作为与连杆配合的部分，它的表面质量和强度直接影响着活塞的工作情况，它的失效将导致活塞寿命的终结。所以对与活塞销孔的疲劳强度要求很高，它是活塞当中最重要的部分之一。为此，特将精镗销孔夹具的设计作为本章夹具设计的内容。4.4 180C活塞裙精镗销孔夹具设计4.4.1、明确设计任务为提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。经过仔细分析综合考虑，本人设计活塞裙精镗销孔夹具。镗床夹具统称为镗模，其结构类型按导向支架布置形式常分为单面导向和双面导向两大类。双面导向又有双面单导向和双面导向两种。本章设计的精镗销孔夹具为单导向类型。镗模支架用于安装镗套和承受切削力；镗模底座要承受工件和镗模上所有装置的重量和切削力、夹紧力。因此，支架和底座的刚性要好，变形要小。镗模支架上不能安装夹紧机构，以免夹紧反力使支架变形而影响镗孔精度。4.4.2、确定夹具结构方案1）定位基准的选择前面工序的已加工面有：精车后150圆柱面、精车后18顶部圆环面已加工部分已经达到较高的精度。按照基准选用的原则，精车后150圆柱面限制两个自由度；精车后18顶部圆环面限制三个自由度，加上夹具设计的夹紧装置限制一个自由度，将六个自由度限制，实现完全定位。2）工件的夹紧及夹紧装置在机械加工过程中，工件受到切削力、离心力、重力、惯性力等的作用，为了保证在这些外力的作用下，工件仍在夹具中保持已有点位元件所确定的加工位置，而不致发生振动或位移。因此，一般夹具都必须设置一定的夹紧装置将工件可靠固定。夹紧装置的组成夹紧装置有两部分：力源装置和夹紧机构。力源装置是产生夹紧作用力的装置。来自人力的，称为手动
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