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180C柴油机活塞加工工艺规程及工装设计【夹具毕业设计含4张CAD图+说明书2.8万字53页】

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关键词：: 柴油机活塞加工工艺规程工装设计夹具毕业设计 cad 说明书仿单 53

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A0-精镗销孔夹具.dwg

A1-活塞头.dwg

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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

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

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活塞工序图[9张].jpg

内容简介：: 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 1 通过识别功能的自动分割表面一代注塑模具 K K 和 T R&D 的研发团队，技，韩国 2机械航空工程系，汉城国立大学，韩国 3数字内容，世宗大学，韩国摘要本文提出了一种拓扑结构为基础的识别算法通道功能使用概念多面孔环。该多面孔环是一个概念是循环形成几个连接面孔和充当入口或出口的通道。因此一个通道功能由两个多面孔环相应的入口和出口所确定认识到。至创造的型芯和腔的注塑模具的部分通道的功能，无论是入口或出口的每个通道必须涵盖的面，这面构成分型面。该算法，本文提出了检查连接两个多面孔环承认通道特征。在一个零件上通道特征的数量是通过程计算的，并且验证程序一直在运行直到验证通道特征等于这个数字。为了找到某一零件所有多面洞环，该提出的方法考虑了所有的组合连接的面。凸边使用用来判断多面洞环的正确性。利用本文所提出的算法，通道特征会被有效地识别出来。提出的方法被很多实例所验证。关键词：通道特征，特征识别，多面洞环，注塑模具青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 2 一、引言注塑成型是生产热塑性聚合物部分最普遍的进程。在这过程中，热塑性聚合物注入腔所形成的型芯和腔。这模具腔的形状确定的塑料零件。一般注塑模具的构造如图 1 所示。图 1 展现了一个简化的注塑模具和显示板，型芯和腔。除了上面展示的那些，实际注塑模具有许多标准件，喷射器，流动和冷却系统。从历史上看，模具设计师使用二维计算机辅助设计（系统在二维图纸画出一个模具。然而，最近企图注塑模具的设计使用三维个人电脑上广泛使用。利用三维行模具设计，许多设计任务可以自动或便利。特别是，分型面可以自动生成或至少更方便 1 - 4 。分型面是用来切断外部块内附部分被塑造成两块，即型芯和腔。当这部分有通道，无论其入口或出口都必须被表面所覆盖。即使零件表面通过延长零件到外面而非常容易产生，对于复杂零件来说验证所有的通道特征和用恰当表面覆盖它们是有错误倾向的任务。在本文中，提出了通过多面分析通道特征的算法。如图 2 所示。二、背景和动机青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 3 图 1 铸造模型的基本配置在注塑模具设计系统，是基于三维统，设计过程开始于零件的三维型。型芯区块分为型芯的腔。这个过程如图 3 所示。型芯和腔的生成如图 4 所示。首先，设计师设计一个能包含零件模型的立方块，在图 5 中表示。这个矩形块被称为型芯区块，这将最终成为型芯的腔。其次，分型面，而分裂的型芯区块的型芯和空腔，会产生沿外边界部分模型如图 6a 所示。在分型面，如果要求，也可以产生的一端通道特征如图 6b 所示。图 2 贯穿多面的通道特征图 3 制作型芯和空腔的流程青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 4 型芯块通过零件和模型的表面被分离出型芯和空腔。型芯在型芯块的较低部分，空腔在上部。型芯和空腔的制造过程如图 7 所示。如图 6b 所显示的，分型面应产生的一端每个通道功能分裂型芯区块完全变成两件，即型芯和腔。范例中所示，对于一个简单的通道特征，在分型面的通道特征是很容易产生。但是在复杂通道特征形成多个面的例子中如图 8 所示，识别环路包围的两端通道特征和表面是非常困难和费时的任务。图 9 显示零件表面带有通行特征的一个零件模型。以及图 10 显示通过覆盖通道特征所形成的表面。如图 10所示，这些表面分离通过区域包括许多复杂的面。图 4，具有一个通道特征的典型零件上表面和下表面图 5 型芯快青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 5 图 6 产生分型面青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 6 图 7 型芯和空腔的形成图 8 听力装置外壳的简化图大多数通过注塑成型的塑料零件在很多面孔上具有通道特征。这使自动识别通道特征和创建零件表面变得困难。在本文中，一种检测通道特征的方法在自动生成零件表面的基础上被提出来。关工作自基普里亚努在 5 指出形状分类的必要性，特征识别青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 7 中实体模型一直是热门研究课题。到现在为止，从征一直是主要研究议题，而且特征识别技术已被衍生提取加工功能，如孔，插槽和口袋特征 6 。有四种不同的特征识别的方法：（ a）在图形模式匹配的方法 7 ，（ b）凸包分解方法 8 ， 9 ，（ c）基于细胞的分解方法 10 ，（ d）在暗示为基础的推理方法 11 。发现的图形模式匹配方法在特征识别领域已被证明是最流行的。这种的做法，在一个零件的 B 据结构的被映射到一个节点代表面孔其分支机构代表边缘的图上。该图被称为面对邻接图（。然后，一个子图同构是用来搜索匹配的子图功能模板。然而，在具有交叉功能的例子中，子图部分的变形，这使特征识别是不可能的。提出了凸包分解方法特征之间的布尔运算的一部分模型和凸包周边零件模型。布尔部分之间的运作模式和凸包是采用递归。当输出布尔操作是空的，行动是终止。不幸地是，分解过程不一定收敛。为克服这一问题，出了交替之卷分区（分解 9 ，其中确认功能比较零件模型面临的凸包的面。图 9 构成分型面的通道特征所形成表面青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 8 图 10 覆盖通道特征的表面提出了基于细胞分解方法，这种方法确认特征分解三角洲量到最低限度细胞，然后将这些细胞结合。三角洲量同股票和零件模型是不同的。使用这种方法，由分解三角洲量所产生的细胞数量很大。因此，大量的组合必须识别相结合的细胞的特征。 11 提出了暗示推理的方法。这种做法，提出了是为了识别交叉特征，这是图形模式匹配的方法主要问题。这种技术识别特征源于传统的轨迹特征。例如，一个插槽提示生成，当一对平面平行相交时，对应于槽壁。有了这样的提示，该算法识别槽特征通过搜索槽壁之间的缝隙。正如所建议的上述情况，研究加工特征识别目前正在积极进行。一些研究也已完成对特别与模具有关特征识别，例如削弱特征 13 。然而，就目前作者所知，没有识别分型面产生的通道特征数据的研究。三、概述一个通道特征由一对孔环和连接孔环的面组成的，从而通道特征识别是一个寻找配对孔环的程序。由于通道特征可以通过几个连接的面孔，孔环附着的连接面应该首先被识别出来。青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 9 当一个洞环被发现，其配对孔环会被搜查。如果这对孔环满足构成一个通道条件，它将被记为一个通道特征。义由于通道特征通过的连接面是被识别的目标特征，一个特别孔环，称为多面孔环，形成多个面，在本文中定义如下：对于任何一对连接的面，两面所有共享的边缘被消除，扩展面生成。如果内部环的扩展面边缘存在，这些内部环被定义为多面孔环。一个说明多面孔环的例子如图 11所示。图 11 多面孔环的一个例子本概念一个通道特征由两个孔环组成包括多面孔环和与其相连的面。这些面被称为内面。因此，寻找通行特征的过程，可以在概念上简化寻找两个相连接孔环。详细过程的解释请看第 4 节。四、算法在本节中提出的算法将详细说明解释。识别简单的通道特征详细的算法将首先被解释，然后识别多连接面孔环所采用的办法将被叙述。一个通道特征被简单定义如果其入口和出口位于在单一的面。最后，多面孔环组成通道必要的条件以及找到结合的连接面方法，将加以解释。青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 10 过特征识别算法如前所述，一个通道特征由两个孔环通过连接面互相结合组成。将使用下面的例子描述通道特征识别详细的程序。在图 12中显示的样本零件拥有一个通道特征，每个对象定义如下：图 12 应用简单通道特征的例子 a=样本的上表面 b=连接上下表面的面 c=样本的下表面 e1=a、 b 面共有的边 e2=b、 c 面共有的边 L1=a 面上的孔环 L2=b 面上的孔环在这个样本零件中，由环组成通道特征是 2 ，和面，如 b 面，连接这些环。一般来说，面（面 b）组成一个拥有相邻面（ a 面和 c 面）共同边的通道特征，而且这些边在相邻面（ a 面和 c 面）上形成了孔环。也就是说， b 面是组成通道特征的面并命名为侧面。 a 面和 c 面分别被命名为入口面和出口面。寻找通道特征的程序如下：青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 11 1 在一个面内搜索孔环（通道入口面）。 2 搜索组成孔环的边，在第 1 步中搜索。 3 搜索分享的边缘面（侧面），在第 2 步中搜索。 4 如果在第 3 步中所寻找面（侧面）的边缘形成了一个孔环内另一面（出口面），这孔环和在第 1 步中的孔环形成一个通道特征。上面对算法的解释是在一个单独的面上识别通道特征。为了在多个面上识别通道特征，就必须用到多面孔环的概念。连接面孔环的识别如前所述，一个多面孔环形成一个通过消除连接面共同边缘形成扩展的面。在多个连接面识别孔环需要三个步骤：（ a）消除连接面共有的边（ b ）用余下的边建造环（ c ）验证内部环。识别多面孔环的程序描述如下。用于多面孔环的样本零件如图 13，灰色面的连接面在调查中。灰色面共享边如果两面共享边被删除并且两面被认为是一个面对如图 13b 所示，两个环形成，即 2 。环 2对应于外环。因此，在这个例子中多面孔是环同样，内部环形成多个随意连接面被定义为多面孔环如果当连接面共享边被消除后内环存在。一旦多面孔环被验证，先前已描述的寻找简单通道的程序就能用来识别多面中的通道特征。多面孔环形成通道的必要条件多面孔环形成通道特征有两个必需条件。首先，组成多面孔环所有的边必须是凸的。例如，对于零件如图 14 说明，在面环一个孔环，但组成的边孔环不是通道特征，因为它们是凹。这可能是一个自然的结论考虑到多面孔环的边成为无论是入口或出口的通道，唯有凸边可以形成入口或出口。因此，一个程序来判断凸边青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 12 是必要的。边的分类如图 15 14 所示。边通过两个面共享边所组成的夹角分类，例如，如果测量内部角度小于 180 ，边是凸的。同样，如果大于180 ，边是凹的。如果两面连接顺利如图中 c 或 d ，边通过实际的曲率来分类 14 。通过判断边的凹凸，组成多面孔环的凹面或顺利凹边缘在程序识别通道特征中被排除。图 13 识别通道特征的例子青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 13 图 14 不能构成通道特征的孔环图 15 的分类即使所有的边满足第一条件，有的情况下，通道特征因为组成模型的多面孔环和其他面的关系而不能组成。在这里，第二条件下发挥作用。该多面孔环可以被看作是一个边的集合，将约束后来的分型面的相应通道特征。由于表面生成临别不得重叠的面的一部分，其多面孔环内部重叠区域表面必须考虑排除。一个多面孔环满足这样的条件青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 14 如图 16，图 17 所显示多面孔环违反条件。换言之，多面孔环成的零件表面如图 16 这是从复合面衍化出来如图 16a，组成零件的面没有任何重叠的。图 16 可用多面孔环举例青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 15 图 17 不可用多面孔环举例在复合面是一组连接的面孔，其中多面孔环被搜查。但是，多面孔环图 17b，这是在复合面寻找图 17a，重叠的部分面孔。因此，图 17这种情况必须在寻找通道特征中排除考虑。不可用的多面体环具有详细条件如下。读者可能会问为什么考虑这样奇怪的例子。所有可能的多面孔环必须考虑，因为它们是由复合连接的面自动生成的。共边的面组成了多面孔环和不参加的复合过程的是侧面。如果边的起点和终点被多面孔环中两个侧面共有，这条边可以和多面孔环的其他边组成环。使用此环生成的分型面应该是侧面中的一个，这使分型面的重叠零件表面。图 18b 代表 18a 零件二维布局图。面应复合面，面 3、。多面孔环的边界边用粗线表示。图 18b 所示边 a 一条是侧面所共有的边， a 的起点和终点都在多面孔环上。因此，边 a 形成一个回路连同其他边属于多面孔环。由这一回路产生成的分型面因为此，分型面重叠过这种方式，识别多面孔环屈服无效分型面，可避免调查多面孔环与侧面共有边的终点的关系。到所有连接面组合的程序为了在一个零件中寻找多面孔环，验证并复合连接面是需要。有二种方法可用于生成一组连接面。青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 16 第一种方法涉及到通过判断面组中面的连接性选取一组用来复合的面。然而，这一做法，当总数是很大的随意生成的组合面数量增加了可能性。在此 X=结合的数量 n=面的总数 r=将要复合的面的数量例如，如果面的总数是 200 ，当四个面被复合时待定面组合数量是 64 684 950 因此，这种做法在一组连接面复合时是低效的。青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 17 图 8 成面展示第二种方法涉及产生通过已经验证过设定一个可行的面组的连接面面组。在此方法中，已记录的面组中各成员面都存储在堆栈。然后，它搜索能连接最新登记面的面。如果没有面连接到最新记录面，那么最后记录的面将被从堆栈中移除和继续搜索与移除面下面的记录面。这种方法可以有效地缩短生成仅仅通过结合面找面组时间，而第一办法搜寻所有可能的组合和检查连接性。所产生用来复合的面组被用于寻找模型中的多面孔环。五、执行序结构提出算法的基本概念如下。到现在被搜索到的通道特征等于一个模型中通道特征的数量，用于复合的面增加到表程得到通道特征的总数。每一步，通过搜索相连接的多面孔环，多面孔环和通道特征被找到并识别。因此，执行程序有四个子程序，即找到通道特征总数的路径，寻找所有组合面的结合，识别多面孔环和通道特征。这个项目是在 T 上用行时间分析本文中提出的算法搜索拥有越来越多的结合面通道特征。因此，模型中识别通道特征运行时间由连接面最大数量确定。因此，运行时间可由最大复合面数表示。青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 18 如前所述，产生用于复合的面组程序涉及到多面与一面和再次进行搜寻面与已搜查面，直至连接面组所有成员等于给定连接的面数。如果在一个零件中的面数是 n，平均连接面的数量是 m,用于复合的面数是 r，那么随意组合的面组是数列 n : X O(n ) 一般而言，一个零件中平均连接面数到远小于面的总数。图 8 所示这个零件，总面数是 286 平均连接面数是 5 。在这种情况下，预计用于复合的面数在表 1 中显示。六、举例本部分样本零件如图 19a 条有很多凹台面，孔和通道特征边界的孔环形成一个面。图 19 个通道特征识别。青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 19 图 19 拥有环槽和通孔的典型零件形部分图 20a 显示的样本零件中是 L 形，有一个通过特征组成孔环形成多面加上样本特征通道。在这种情况下，形成多面孔环的面数是 4 。被识别的通道特征如图 20b。图 20 L 型零件青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 20 管的手机图 21a 显示样本零件是一个手机封面并拥有 14 个通道特征。识别的通道特征如图21b。图 21 典型手机表面型组成封面样本零件如图 22a 的是一个小型部分封面，并拥有多面通道特征。这部分有 15个通道特征。识别的通道特征如图 22b。上述 4 例的运行时间在表 2 中列出。青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 21 图 22 听力装置表面七、结论本文提出了一种算法，使用多面孔环概念自动识别通道特征。分型面的自动产生是用三维统设计模具最自然的目标任务。当零件的边界产生之后分型面很容易生成。但是，如果被制造零件具有通道特征，其入口和出口应该被分型面覆盖。有时，当零件有一个复杂的形状时验证所有通道特征是一个乏味和容易出错的任务。在本文该算法通过自动识别多面的通道特征缩短设计时间。本文中该算法提出了识别通道特征，增加可复合面数量。因此，识别通道特征时间受多面孔环形成通道特征的面的最大数量影响。随着复合面的增多，选择用于复合面的时间也因为面组数量的增加随之增加。因此，该算法生成复合的面组需要首先通过排除不实际的情况。此外，基于通道特征自动生成分型面算法需要开发。分型面位于入口和出口的通道时生成分型面会更加困难。当通道的侧面有一个凸曲率这种情况就会发生。 AD)4,0560185,a),(b),9,(c)0,(d)1287,0305601a)b)c)89ed,444790 2,2,91n!r!nr!nn1n2nr1rr1r21nr056015theprocedureforgeneratingsetsoffacestobemergedinvolvessearchingforthefacesconnectedtoafaceandsearchingagainforthefacesconnec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目 180C 柴油机活塞加工工艺规程及工装设计专题柴油机活塞工艺规程及镗夹具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 42塞裙的材料为铸造铝；规定活塞为中小批量生产；销孔精度为量为 12240 20g。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 116120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 n of in in of of so 16 12069 C) to be is a in of of be to of of by a as 80C is of of of of to of of as of of to of of it is to of a on of is an is of of in a 录摘要目录第 1 章序论 1 80 C 柴油机活塞的由来 1 械加工工艺规程 7 第 2章 180 8 塞的功用 8 塞的结构特点和技术要求 8 80C 活塞的工作情况 9 80C 组合活塞结构 10 第 3 章活塞加工工艺制定 12 算生产纲领确定生产类型 12 查零件图图样工艺性 12 择毛坯 12 艺过程设计 13 定加工余量及毛坯尺寸、设计毛坯图 25 分重要工序设计 29 定切削用量及基本用时 33 第 4 章夹具设计 50 床夹具概述 50 床专用夹具设计的基本要求 50 塞夹具的设计思路 51 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 青岛理工大学毕业设计实习报告题目 180 学生姓名：汤启峰学生学号： 200506024 指导教师：赵娟机械工程学院机械设计制造及其自动化专业 051 班 2009年 6月 15日毕业设计（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 42塞裙的材料为铸造铝；规定活塞为中小批量生产；销孔精度为量为 12240 20g。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 I 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 116 120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；夹具青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 n of in in of of so 16 12069 C) to be is a in of of be to of of by a as 80C is of of of of to of of as of of to of of it is to of a on of is an is of of in a 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书录摘要目录第 1 章序论 1 80 C 柴油机活塞的由来 1 械加工工艺规程 7 第 2 章 180 8 塞的功用 8 塞的结构特点和技术要求 8 80C 活塞的工作情况 9 80C 组合活塞结构 10 第 3 章活塞加工工艺制定 12 算生产纲领确定生产类型 12 查零件图图样工艺性 12 择毛坯 12 艺过程设计 13 定加工余量及毛坯尺寸、设计毛坯图 25 分重要工序设计 29 定切削用量及基本用时 33 第 4 章夹具设计 50 床夹具概述 50 床专用夹具设计的基本要求 50 塞夹具的设计思路 51 塞裙精镗销孔夹具设计 51 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书论 56 参考文献 57 致谢 58 附件 1 59 附件 2 81青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 1 第 1 章序论 80C 柴油机活塞的由来 180C 柴油机是四方机车厂与奥地利司合作开发的。下面就四方机车厂和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车装用 2 台仿西德的 12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 12四冲程高速柴油机，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 16柴油机，最高速度 100km/h。 1970 年 ,四方厂开始生产援助坦 2柴油机的1000 马力的 3、 4、 5、型和 2000 马力的液力传动内燃机车，总数达 163台。这是最早走出国门的国产内燃机车。 1971 年，在机车基础上，四方厂制成 2700 马力的双机组东方红 3 型液青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 2 力传动客运内燃机车。机车装用 2 台 12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。 1977，四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 8240柴油机，最高速度 80km/h。这是对唐山厂 1976 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 16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，占机车总保量的占内燃机车总保有量的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、等液力传动内燃机车，有东风 5B、东风 5C、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）调车机车。机车装用 8240柴油机，装车功率 1800 马力；采用架控式交流传动、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。产内燃动车（组）的发展（ 1958 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，也青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 3 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 (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 ”，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，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司的合作伙伴。其中，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；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青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 4 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司亲切地称为李斯特研究所，言意之中即认为司是一个科研开发、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，他担任过美国公司中国部经理，还担任过 & 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，使中国市场如虎添翼。 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，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；奇瑞青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 5 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。 ” “在奇瑞之间的合作项目中，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。 ”国地区总裁连世康（绍道。基于这一点，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 ”（联合执行主席。初由 7 家公司共同发起，如今已经进入第五个年头，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。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。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。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 的轿车青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 6 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兴汽车也有此计划。除了业，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，通常要求短项目周期。对此，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。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，制不了。 ”这有时就让入了困境，有些客户拿到的零件是劣质的，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，重视技术创新。据了解，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，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。青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 7 目前，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，都在应用己生产的排放仪和转鼓。市场上推出的每一个新产品都是经过品设计部门苛刻的试验。连世康称，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，随着中国的业务不断扩大，人员增多，到年底迁往三元桥附近的佳程广场办公； 2006 年，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，扩大在这些地方的投资，以扩大中国的业务。未来 35 年内，将使中国发展成为第二大战略市场。目前，德国、美国是前两大战略市场，中国排在第三位。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。青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 8 第 2 章 180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。塞的结构特点和技术要求活塞的装配图如图内燃机工作时，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。青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 9 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 370 400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。 80C 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青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 10 内混合气体燃烧膨胀使活塞顶面承受高温（约 569C）高压（约 116 120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活塞受力变形示意图图 2活塞热变形示意图 80C 组合活塞结构 12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。青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 11 图 2组合活塞剖面青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 12 第 3 章工艺规程设计算生产纲领，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=+ %+ %) =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。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。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 42廓尺寸不大，又属于中小批量生产，故毛坯可采用精密模锻。青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 13 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。艺过程设计为基准的选择（ 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。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 )青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 14 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，然后加工青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 15 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

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