汽车发动机活塞工艺规程及专用镗床车床夹具设计-[机械毕业设计论文A1169]
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汽车发动机
活塞
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专用
镗床
车床
夹具
设计
机械
毕业设计
论文
a1169
- 资源描述：
-
文档包括:
说明书一份,29页,12900字左右.
外文翻译一份.
图纸共16张,如下所示
A0-精镗销孔夹具装配图.dwg
A0-镗孔底座.dwg
A0-镗孔夹具体.dwg
A1-车夹具装配图.dwg
A2-车夹具体.dwg
A2-活塞零件图.dwg
A2-镗孔三瓣卡爪.dwg
A2-镗孔液压缸壳体.dwg
A3-镗孔液压缸底座.dwg
A3-镗孔专用道具滚压头.dwg
A4-车定位座.dwg
A4-车端盖.dwg
A4-工艺过程卡[10张].dwg
A4-加工工序卡.dwg
A4-镗孔液压活塞杆.dwg
A4-镗孔专用塞规.dwg
- 内容简介：
-
沈阳理工大学学位论文 27 附录 A 英文原文 of to as or is a or of of is is by of or a of of a If no be on of If or is of A- to a on of is by a or be to on on of s an of of it to or of is by is as it is by on V, or in or a is to of is to in of to As is or it is to 1. is As an of of 阳理工大学学位论文 28 a 6.5 to be .4 In of a of 0 lb of is of n of of 2). A of is is to a of up l)of 沈阳理工大学学位论文 29 a of on of to of is on is in of is to in s is by of by 3. is in a by a it to an be or is to as is of a of in at 5 of it to up of as to 沈阳理工大学学位论文 30 .5 of 000 a in in of a a of it 8 to in as an of a of to of of in is by of to an be as a in is 90 a of of of a a is to a is no to of 4 5 ft in 0 be by 沈阳理工大学学位论文 31 AM AM is to of a it is to of be a be be is as ro or . In be to on to s to C to C or F he to in of It a in of of is to of be to is to of is by is to of a to be a to a to it is a in a be of of of be by as to be at 沈阳理工大学学位论文 32 is to to 0 C c3 to a is to to by it in or it in or is to of to in he of is to of is to is of of of of of in is of to or is to by to 80 c3 or of in om of c of is to to to as as of in a of of he by a to in or in a in to is on of am of 1 a of to to on of is to of 阳理工大学学位论文 33 to to of is as as or of on of of is of to to 0CC c3 to to at 0CC 1 in in an to by of is by of to of by of of of to in of to so as as is to be in is to 沈阳理工大学学位论文 34 a be so is to at if a of to be in a to in of of to of is of an in a at a of is in it is of is is of to of in of A at a is In is at a of is of is as as be in to to be ii is to to in to a is or as it is of is in as to to be to of is by to 1 (by of of It be is a 沈阳理工大学学位论文 35 A is by by in or of of by to is so of on to to to on C 00T, is of 00T in at 1 in a to by In 5is of an or of in a in 25 , or of is to 00 C of do 沈阳理工大学学位论文 36 附录 B 汉语 翻译 造 金属变形方法有多种，比如通过锻造、滚压或挤压，使金属的塑性流动或加工受到控制而得到有用的形状。这些方法中最广为人知的是锻造，它通过压力、冲击或两者的组合使材料变形。 锤锻 锤锻是用大的半自动锻锤锻打热金属，如果不用模具，锻造主要取决于操作者的技巧。如使用封闭模或型腔模，对几个模膛的每一个模膛都要锤打一次。同样地，生产率和质量在很大程度上取决于锤锻操作者的技巧和所用工具。 锻压 锻压具有缓慢加压的特点，同样可用开模或封闭模。开模主要用于大型的形状简单的零件，锻压后再 加工成形。封闭模锻造很少依赖操作者的技巧，而更多地取决于预成形模和锻模的设计。例如，目前能用直齿或螺旋齿加工锥齿轮，加工过程中旋转的模具用螺旋齿挤压出锥齿轮。 开模锻 开模锻的显着特征是：用不同模具成形时，金属没有被完全限制。大多数开模锻使用平砧、 V 形砧或 U 型砧模一圆形砧和 V 形砧成对使用或和一个平砧一起使用，上模装在压力机的压头上，下模装在锤砧上，开模压力锻时装在压力机床身上。 锤锻或压锻时，将工件在模具间重复锻打，直至金属达到最终尺寸，如图 l 所示。锻打后，零件再粗加工和精加工，作为 一个加工余量的实例，一根直径 6 . 5 英寸的轴的锻打直径为 7 . 4 英寸。 在钢的开模锻中，一个经验数据是每平方英寸横截面需 50 磅锻击力。 型腔模锻 型腔模锻的最简单实例是，将两个模具相互靠拢，其间的工件经受塑性变形直至其周边充满模具为止（图 2 ）。少量材料被压出型模膛，形成薄薄的飞边。飞边迅速冷却，增加了变形阻力，变成了模具的一部分，帮助在工件内部产生压力，使材料流至未填充的型腔。 封闭模锻是一种特殊的型腔模锻，不依赖飞边的形成，叮完整充填模具。因此，封沈阳理工大学学位论文 37 闭模锻更多地依赖于模具设计。因压锻经常 在一次冲程中完成，因此应仔细控制工件体积，做到既能完全充填，在模具中又不产生多余压力，使材料滋出。 挤压锻造 如同冷墩，挤压常通过冷加工完成。挤压锻主要有三种形式的金属塑性流动，即正与反挤压、管挤压和冲击挤压，如图 3 所示：将金属置于容器中，通过压头移动加压直至金属内部压力达到流动应力。金属完全填满容器，进一步加压导致金属通过小孔流出，形成挤压产品。 挤压产品既可以是实心件也可以是空心件。管挤压用来制造空心产品，如容器和管道。反向冲击挤压用于铝罐的大批量生产，压头高速冲击模具中的金属原料，通常，应力 是金属屈服强度的巧倍，这使金属瞬间成形。其他常用的空心挤出产品是气雾罐，唇膏筒，电筒壳和真空瓶，它们经常需要进一步的加工，比如卷边，螺纹滚压，做出波纹和机加工来完成产品制作。 通常，钢的冲击限制在冲头直径的 2 . 5 倍以内。由于行程长度、速度等其有较大的变化范围及其他经济优点，液压机用于载荷超过 2000 吨场合。公差随材料和设计而变，但生产上通常需要 寸的公差 . 辊轧锻造 最简单的辊轧锻造是将 根加热的棒通过一对轧辊，使其沿长度方向变形（图 8 一4 ）与传统棍轧过程相比 ，辊轧锻造的轧辊直径较小，相当于安装锻打工具的心轴。工具的工作表面只占轧辊圆周的一部分（通常一半），来容纳棒料的整个横截面。 棒料辊锻一次的横截面减少量受到材料扩展和形成不必要的毛边的限制，毛边可能被压进锻件表面，在后续操作中形成缺陷，工件每重复送进轧辊一次，都要转 90 度。 环状轧制 环状轧制可得到均质的周向纤维流，易于制造和加工，可用于多种尺寸。要将原材料制成一个，先要卜料，锻成盘形，再冲孔和贯穿。 对环型坯料的尺寸没有限制，小至轴承套，大到直径 25 英尺、面高 8 0 英寸的圆环。 适当地成形被动轧辊和空转轧辊可轧制出不同轮廓的制品。 锻造中的 日益应用于锻造之中。利用计算机设计的被加工零件的三维描述，就能生成相关锻件的几何形状。因此，锻件横截面叮通过一个通用数据库获得。使用众所周知的方法，可获得锻击力和应力，对每种截面可选择飞边尺寸，这里金属的流动近似为沈阳理工大学学位论文 38 二维（平面应变和轴对称）。对相对简单的截面形状，可用计算机仿真来评价对预成形横截面的最初设想：一旦预成形的几何形状修改到符合设计者的要求，可用儿何数据库来书写数控加工程序，得到数控加工纸带或磁盘 。 属的热处理 退火 在前面描述冷拔加工材料的软化并重新获得塑性的热处理方法时，就已经 用退火这个词。当用于同素异晶材料的热处理时，该词具有相似的意义。完全退火的目的是降低硬度、增加塑性，有时也提高高碳钢的切削加工性，否则这种钢很难加工。这种热处理方法也用来减少应力，细化晶粒，提高整个材料的结构均匀性。 退火不总是能提高切削加工性，切削加工性一词用来描述几个相关因素，包括材料切削时获得好的表面光洁度（即较小的表面粗糙度值 译者）的能力。，当完全退火时，普通低碳钢硬度较低，强度较小，对切削的阻力较小，但通常由于塑性和韧性太大以致切屑离开工件表面时会划伤表面，工件表面质量比较差，导致较差 的切削加工性。对这类钢，退火可能不是最合适的处理方法。许多高碳钢和大多数合金钢的切削加工性通常可经退火大大改善，因为除在最软条件下，它们的硬度和强度太高而不易加工。 亚共析钢的退火方法是将钢缓慢加热到 以上大约 60 ，保温一段时间，使整个材料温度相同，形成均匀奥氏体，然后随炉或埋在石灰或其他绝缘材料中缓慢冷却。要析出粗大铁素体和珠光体，使钢处于最软、最韧和应变最小的状态，必须缓慢冷却。 正火 正火的目的多少类似于退火，但钢不是最软状态且珠光体是细匀而不粗大。钢的正火能细化晶粒，释 放内应力，改善结构均匀性同时恢复一些塑性，得到高的韧性。这种方法经常用来改进切削加工性，减少应力，减少因部分切削加工或时效产生的变形。 正火方法是将业析钢或过共析钢分别缓慢加热到 或 上约 80 ，保温一段时间以便形成奥氏体，并在静止空气中缓冷。要注意，含碳量超过共析成分的钢要加热到 以上，而不是退火时的 1以下。正火的目的是在奥氏体化过程中试图溶解所有渗碳体，从而尽可能减少晶界上的硬脆铁碳化合物，而得到小晶粒的细珠光体、最小白由铁素体和自由渗碳体。 沈阳理工大学学位论文 39 球化退火 通过球化退火可使钢得到最小的硬度和最大的塑性，它可使铁碳化合物以小球状分布在铁素体基体上。为了使小颗粒球化更容易，通常对正火钢进行球化退火。球化退火可用几种不同的方法，但所有方法都需在 1A 线温度附近（通常略低）保温很长时间，使铁碳化合物形成更稳定，能级较低的小圆球。 球化退火方法的主要目的是改进高碳钢的切削加性，并对淬硬钢进行预处理，使其淬火后结构更均匀。因为热处理时间长，因此成本高，球化退火不如退火或正火常用。 钢的硬化 钢的大多数热处理硬化方法是基于产生高比例的马氏体。因此，第一步用的是大 多数其他热处理用的方法 产生奥氏体。亚共析钢加热到 3度以下大约 60 ，进行保温，使温度均布，奥氏体均匀。过共析钢在 1温度以上大约 60 时保温，钢中仍残留部分铁碳化合物。 第二步是快速冷却，力图避免在等温曲线鼻部产生珠光休转变。冷却速度取决于温度和淬火时淬火介质从钢表面带走热量的能力以及钢本身传热的能力表 11 一 1 是一些常用介质和冷却方法，按冷却能力降低的顺序排列。 高的温度梯度产生高应力，会引起变形和开裂，所以淬火只有在非常需要产生特定结构时才使用。淬火时必须小心，使热量均匀 扩散以减小热应力。比如，一根细长棒需端部淬火，即将它垂直插进冷却介质中，这样整个截面同时产生温度变化。如果这种形状的工件的某一边比另一边早降温，尺寸变化很可能引起很高的应力，产生塑性流动和永久变形。 用几种特殊的淬火方法可减小淬火应力，减小变形开裂倾向，：一种称为分级淬火，其方法是：将奥氏体钢放人温度高于马氏体转变起始温度（ 的盐浴中，放置一定的时间直到温度均匀，在开始形成贝氏休之前取出，然后放在空气中冷却，产生与从高温开始淬火时同样硬的马氏休，而导致开裂和翘曲的高的热应力或淬火应力已经被消除 。 在略高一点温度下的类似方法称为等温淬火，这时，将（奥氏体）钢放在盐浴中，保持很长时间，等温处理的结果是形成贝氏体。贝氏体结构不如在同样成分时形成的马沈阳理工大学学士学位论文 - 1 - 摘 要 活塞是汽车发动机中的一个主要零件，承受着交变的机械负荷和热负荷，发动机中工作条件最恶劣的关键零部件之一，随着汽车整车对发动机动力性、经济性和可靠性的要求越来越严格，活塞也就更加需要具备良好的耐热性、耐磨性、导向性和密封性。为满足零件的功能，其加工质量尤为关键。 基于活塞特有的机械加工工艺特点，单靠一般的通用机床很难满足活塞的高精度要求，因此专用的设备及工艺装备在活塞切削加工中使用广泛。其功能和精度也直接影响了最终产品关键的质量指标。 本论文主要是针对活塞加工的工艺规程及加工中所使用的典型专用夹具、刀具和量具的设计进行详细说明。 根据活塞工作条件、结构特点以及技术要求等因素，编制了两套工艺方案，择优制定了活塞加工的工艺规程，并设计了两套关键工序中 专用设备所使用的专用夹具以及专用的刀具和检具各一套。 关键词 活塞；工艺；夹具；刀具；检具 沈阳理工大学学士学位论文 - 2 - is a of It is of in to of s of of so on of to it is to of on a So in of is by is at of a in to to of a a a in of in 阳理工大学学士学位论文 - 3 - 目 录 绪 论 . 1 1 活塞的工艺分析 . 活塞的作用 活塞的特点 . 2 活塞的主要技术条件分析 3 2 活塞的工艺规程的设计 .活塞的材料和毛坯的制造 4 定位基面的选择 4 制定工艺路线 .机械加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸的确定 9 确定切削用量 及 基本工时 10 重点工序的加工说明 . 3 专用夹具的设计 14 车削外圆夹具的设计 . 工序加工要求及工艺分析 夹具定位方案的确定（定位基准、定位元件的选择） . 夹具夹紧机构的设计 . 夹具体的设计 17 沈阳理工大学学士学位论文 - 4 - 精镗销孔夹具的设计 . 工序加工要求及工艺分析 夹具定位方案的确定（定位基准、定位元件的选择） 夹具的工作原理 夹紧液压系统设计 . 专用量具的设计 20 5 专用刀具的设计 22 滚压加工的介绍 .专用刀具（滚压头）的结构 .滚压头的工作原理 . 论 . 谢 .考文献 录 A 英文 原文 录 B 汉语翻译 论 随着人类社会机械化、自动化程度的日益提高，内燃机作为一种可移动的动力源已广泛应用于生产和生活的各个领域。活塞是内燃机的关键零件，其结构复杂，加工工序多。目前，国内活塞行业所用加工机床除引进外，大多为国产通用机床或在此基础上进行较为简易改造的设备，一条生产线一般由 17设备组成，采用粗放型生产方式，设备精度低，工件需多次装夹定位，加工过程累积误差大，工件精度低、稳定性差、废品率高、劳动生产率低，生产现状和设备远远不能满足市场竞争的需要。国内机床行业虽然也为活塞行业提供了一定数量的活塞专用机床，但由于对活塞加工工艺缺乏深入的了解，也未能摆脱活塞行业原有的生产加工方式 。 在国外工业发达国家的 一些实力较强的 活塞制造公司，如德国 司、司、英国 司、日本 ，其活塞加工己实现了工序优化组合，一人多机数控化生产，机加工过程中周转环节少，工艺条件稳定，产品尺寸精度高。对于批量大的活塞品种，他们将其加工设备连成数控全自动生产线，设备基本上全是自行设计制造。由于国外机床行业雄厚的基础，他们采用了一定数量的机床通用零部件，专业性较强的零部件仍靠自主开发设计。设计过程中，他们充 分利用国外机床行业的先进设计及制造技术对机床进行优化，如沈阳理工大学学士学位论文 - 5 - 有限元法等动、静态设计分析，使其能够满足活塞高精加工的要求。 1 活塞的工艺分析 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 。 活塞的结构特点 6102 活塞顶部 为 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 。 靠 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 ,它把飞溅到气缸沈阳理工大学学士学位论文 - 6 - 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 形 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 。 1 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 。 塞的主要技术条件分析 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 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 。 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 ,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 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 , 。 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 100 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 。 沈阳理工大学学士学位论文 - 7 - 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 活塞在装配的时候应按 重量进行分组 。 2 活塞工艺规程的设计 塞的材料及毛坯的制造 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 1 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 小时后自沈阳理工大学学士学位论文 - 8 - 然冷却 2 。 定位 基 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 能 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 3 。 加工活塞通常选择活塞内腔顶部和止口为粗基准，裙部端面和止口为大多数工序的精基准，有时还要用外圆表面、销孔及顶面作为以后各工序的定位基准。由于以内腔面作为粗基准来直接加工内止口不方便，故 先安排以毛坯内腔圆面为粗基准来粗车外圆， 再以外圆表面和内腔顶面定位，加工止口和裙部端面，这样可保证外圆表面和内腔之间壁厚的均匀性及顶厚，并为以后的工序准备好定位基准。 经验表明，在活塞定位止口的相对表面出现环状磨痕，是由于定位止口配合间隙偏大、精车时余量不均或松动引起的。 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 其 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 极 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 。 定工艺路线 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沈阳理工大学学士学位论文 - 9 - 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。 加工方法的确定 1、 裙部外圆 其精度、表面粗糙度要求要求比较高，一般可以采用粗车 粗磨 半精车 粗车、半精车之后，精加工时采用哪种方案，要由具体的生产条件、工件材料和裙部 形状来确定。对于本次设计的零件，是铝合金活塞，适合采用精细车是方案，而不是采用磨削方案，因为磨削时砂轮容易被堵塞而影响加工质量。 裙部加工时应该注意表面粗车和精车的余量和进刀量均不能太大，否则，粗车刀痕太深将会导致精车时切削抗力发生周期性变化，刀痕难以消除从而引起表面台阶。精车余量及进刀量太大或精车时切屑除不畅，也会使表面存在台阶或各种杂乱痕迹，特别是裙部下方，情况更加严重 。 精车时，椭圆长轴应与销孔轴线垂直，长轴数据在垂直于销孔轴线的方向上量取。如果因为加工而引起椭圆长轴与销孔不垂直，会出现当长轴值等于图 纸尺寸时，在实际椭圆长轴方向上的裙部壁厚将增加（如图 就使这个方向上裙部与缸壁间隙减小，造成在这个方向上活塞裙部易发生磨损烧结等故障。出现长轴偏离的原因主要由于精车活塞时夹具调整不良和装夹活塞时定位不良引起的。因此在精车活塞时注意控制其长轴与销孔轴线垂直，允许偏差 53 图 长轴椭圆图 必须指出，椭圆长轴偏移和销孔偏心有区别，前者为加工时椭圆长轴离开图纸椭圆长轴规定的位置，是加工不当引起的。后者指销孔轴线偏离活塞轴线，是改善活塞工作条件的需沈阳理工大学学士学位论文 - 10 - 要。 2、 活塞销孔 活塞销孔的尺寸精度、形状精度、表面粗糙度和它与裙部轴线和顶面的位置精度均要求很高 。 若活塞销孔轴线至顶部距离过小，会使压缩比变小；过大则压缩比增大，且顶部与缸盖碰击。若销孔轴线与活塞轴线不垂直，将引起活塞在气缸中偏斜，使活塞局部磨损加剧，活塞裙部低端与平衡重发生干涉 。 因此，虽然尺寸不大，但是以常用的扩孔 于该液态模锻毛坯，由于销孔未锻出，扩孔之前要先钻孔。到底采用何种终加工方法，要由生产条件和活塞销孔的尺寸决定，本加工零件的活塞孔比较小，所以适宜采用滚挤进行最终加工 。 3、 活塞环槽 在活塞的技术条件中，对环槽宽度的尺寸精度、环槽平面的表面粗糙度以及其与裙部轴线的相对位置精度的要求都很高，由于环槽的宽度与深度都不大，可用精确刃磨与安装的切槽刀经过粗车、精车两次加工达到全部要求，本零件气环槽深度和宽度都较小，可以不经过粗车而一次车削达到要求。 在精车环槽切刀入槽底时，切削力骤然增大 (是初入槽底之前的 4倍以上 )，有一个分力使拖板突然向上抬起，削弱了拖板在运动方向抵抗变形的能力；另一个分力在拖板上作用。这两种力的反作用力通过活塞进一步作用到机床主轴和尾架顶尖套筒上，引起 工艺系统突然产生很大的弹性形变，导致环槽侧面产生平面度误差。另外，活塞定位基准与定位元件之间、机床主轴与轴承之间、尾架导筒与尾架孔之间都存在间隙，加上精车前粗加工的环槽底面与活塞精定位之间存在一定的同轴度误差而造成切削余量不均匀，都会使切削力发生改变，使工艺系统在产生形变的同时又产生振动。这样为保证环槽上下平面的质量技术要求，就必须要求机床运动系统、工装、有良好的配合精度和刚性，并且对刀具的刚性、切削刃角度和锋利程度也有较高的要求。 4、 活塞顶面 活塞顶面是比较重要的表面，在精车裙部外圆、精镗销孔等工序中 要以顶面作为精基准，因此，要经过粗车，精车两次加工。 工艺路线方案一 工序号 工艺名称 1 钻销孔 沈阳理工大学学士学位论文 - 11 - 2 车止口 3 铣销座凹坑 4 铣顶面凹槽 5 铣回油槽 6 钻减应力孔 7 粗车前半外圆、精车各环岸 8 精车顶面 9 半精车裙部外圆、精车各环岸 10. 钻销座油孔 11. 精车各环槽、环岸倒角 12. 扩销孔、外端倒角 13. 粗镗销孔 14. 精镗销孔 15. 销孔内倒角 16. 车锁环槽 17. 精车裙部外圆 18. 滚挤销孔 19. 清洗 20. 最终检查 工艺路线方案二 工序号 工艺名称 1. 钻销孔 2. 车止口 3. 钻减应力孔 4. 铣销座凹坑 5. 铣顶面凹槽 6. 铣回油槽 7. 粗车前半外圆、精车各环岸 8. 精车顶面 9. 半精车裙部外圆、精车各环 岸 10. 精车各环槽、环岸倒角 沈阳理工大学学士学位论文 - 12 - 11. 中间检查 12. 扩销孔、外端倒角 13. 钻销座油孔 14. 粗镗销孔 15. 精车裙部外圆 16. 精镗销孔 17. 销孔内倒角 18. 车锁环槽 19. 滚挤销孔 20. 清洗 21. 最终检查 工艺方案的比较与分析 在安排活塞加工的工序顺序时，要遵循下面的一些原则： 1、 先基面后其他面。在安排工艺过程时，前面的工序要为后续工序准备好定位用的精基面和供施加夹紧力的夹紧部位，以便保证定位准确、夹紧可靠。在 “半自动 车削 ”工序之前先安排了 “车止口 ”工序，以便为 “半自动车削 ”工序加工出定位基面 止口内孔和内端面；还安排了 “铣销座凹坑 ”的工序，目的是在活塞销座上边铣出两个凹坑，供 “半自动车削 ”工序中安装工件时施加夹紧力用。而 “半自动车削 ”工序又为后面的一些工序如扩销孔、粗镗销孔、精车外圆裙部等准备好了精基面 顶面和头部外圆。同时头部外圆也是提供这些工序施加夹紧力的表面。 2、 先粗后精。 安排主要表面的加工工序时，按照粗加工 精加工 避免粗加工和半精加工时，夹紧力、切削力、切削热等因素使工件产 生较大的变形，破坏已精加工、光整加工的加工质量或使其受到损伤。在活塞的加工工艺中，先安排 “钻销孔 ”、“半自动车削 ”“扩销孔 ”“粗镗销孔 ”再安排 “精车裙部外圆 ”、 “精镗销孔 ”，最后才安排 “滚挤销孔 ”工序，就是出于上述考虑。 3、 同一主要表面的粗加工、半精加工、精加工、光整加工、尽量用其他工序隔开，以利于减少该主要表面因工件内应力重新分布而产生的变形，确保其加工精度。如安排活塞销孔这一主要表面的加工顺序时，在 “钻销孔 ”与 “扩销孔 ”两工序间安排了多道工序，其中 “车止口 ”和 “铣销座凹坑 ”两道为加工辅助表面工序， “钻 减应力孔 ”和 “铣回油槽 ”两道为加工次要表面的工序，“半自动车削 ”为加工裙部外圆、环槽等主要表面的工序， “中间检查 ”为辅助工序，在 “扩销孔 ”与 “粗镗销孔 ”两道工序间，安排了 “钻销座油孔 ”这一加工次要表面工序。 4、 安排加工工序时，应该尽量避免断续切削，并使加工时的刚度尽量提高些，以提高刀具的沈阳理工大学学士学位论文 - 13 - 耐用度，避免加工中的振动，确保加工质量。如 “车锁环槽 ”工序安排在 “半自动车削 ”之前，这样，在 “半自动车削 ”工序车削油环槽时，就自然得切除了减应力孔和回油槽外部的毛刺。 综合上面的叙述，方案二的加工工序最为合理，所以选择它作 为活塞的加工工艺。 机械加工余量 该活塞零件材料为硅铝合金 ,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(口的加工余量 总余量 ： 3 粗车余量 ： 精车余量 ： 端面及顶面的加工余量 端面的总余量为 ： 4车余量为 ： 精车余量为 ： 面的总余量为 ： 5车的加工余量为 ： 半粗车的加工余量为 ： 车的加工余量为 ： 销孔的加工余量 滚压的加工余量 ： 镗的加工余量为 ： 镗的加工余量为 ： 总的加工余量为 ： 4 外圆的加工余量 : 毛坯的总加工余量为 ： 3 车之后细车加工余量 ： 阳理工大学学士学位论文 - 14 - 粗车之后精车的加工余量 ： 0.6 车的加工余量 ： 确定切削用量及基本工时 (重点工序 ) 加工条件 工件材料 ： 共晶铝 硅 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 计算切削用量 镗刀的进给量为： r 切削速度为： 4m/s 主轴每分钟转数 ： 1700r/削深度： 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 =(15T 基本 T 技术服务 =(10T 基本 T 组织服务 =(5T 基本 T 间隙 =(2T 基本 T 准备终结 =(T 基本 总之 T 单体 =(T 基本 在本工序的加工情况下 ,T 基本的计算如下 ： T 基本 =(2+L3)i/中 沈阳理工大学学士学位论文 - 15 - 车刀 T 基本 =(147+3+2)/170* 基本 =重点工序的加工说明 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。 如图 示 长三爪支承钉图 长三爪卡盘 用一般的三爪卡盘夹持不够牢固 ,所以把 卡 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 的 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沈阳理工大学学士学位论文 - 16 - 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。 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 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 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 。 沈阳理工大学学士学位论文 - 17 - 3 专用夹具的设计 夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。 随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度，对夹具的制造精度要求更高。高精度夹具的定位孔距精度高达 5m，夹具支承面的垂直度达到 00行度高达 00国 美乐）公司制造的 4m 长、 2m 宽的孔系列组 合焊接夹具平台，其等高误差为 密平口钳的平行度和垂直度在 5m 以内；夹具重复安装的定位精度高达 5m；瑞士 性夹具的重复定位精度高达 2 5m。机床夹具的精度已提高到微米级，世界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。诚然，为了适应不同行业的需求和经济性，夹具有不同的型号，以及不同档次的精度标准供选择。 为了提高机床的生产效率，双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。为了减少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部 件不断地推陈出新。新型的电控永磁夹具，加紧和松开工件只用 1 2 秒，夹具结构简化，为机床进行多工位、多面和多件加工创造了条件。为了缩短在机床上安装与调整夹具的时间，瑞典 3R 夹具仅用 1 分钟，即可完成线切割机床夹具的安装与校正。采用美国金斯）公司的球锁装夹系统， 1 分钟内就能将夹具定位和锁紧在机床工作台上，球锁装夹系统用于柔性生产线上更换夹具，起到缩短停机时间，提高生产效率的作用。 夹具元件模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术 开发的基点。省工、省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化设计为夹具的计算机辅助设计与组装打下基础，应用 术，可建立元件库、典型夹具库、标准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。模拟仿真刀具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方沈阳理工大学学士学位论文 - 18 - 案，又能积累使用经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。组合夹具分会与华中科技大学合作，正在着手创建夹具专业技术网站，为夹具行业提供信息交流、夹具产品咨询与开发的公共平台，争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信息化和 经营电子商务化。 夹具的通用性直接影响其经济性。采用模块、组合式的夹具系统，一次性投资比较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强，应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。德国 美乐）公司的孔系列组合焊接夹具，仅用品种、规格很少的配套元件，即能组装成多种多样的焊接夹具。元件的功能强，使得夹具的通用性好，元件少而精，配套的费用低，经济实用才有推广应用的价值。 专家们建议组合夹具行业加强产、学、研协作的力度，加快用高新技术改造和提升夹具技 术水平的步伐，创建夹具专业技术网站，充分利用现代信息和网络技术，与时俱进地创新和发展夹具技术。主动与国外夹具厂商联系，争取合资与合作，引进技术，这是改造和发展我国组合夹具行业较为行之有效的途径。 削活塞外圆夹具的设计 序加工要求及工艺分析 本工序是在活塞六轴半自动车床上粗车活塞的外圆，外圆粗加工的技术要求是：尺寸为0 ，粗糙度为 ，可知加工位置精度不高，夹具的设计难度不大。当然同时也要考虑到夹紧机构的 可靠、简单、方便、省力和安全等基本要求。 具定位方案的确定 本道工序是在止口和销座凹坑的加工完成之后进行的 ， 止口的内孔和内端面是活塞加工的 辅助端面，半自动车床车削的要求虽然高些，但工件只需要安装一次， 便 可以完成活塞外圆上多个工位的加工，本工序利用的就是止口内孔和内端面定位，在销座凹坑上施加夹紧力进行夹紧的。 止口内孔和内端面是辅助精基面，利用辅助精基面定位，有下列好处： 1、 符合 “基准统一原则 ”即若干道工序都可以使用它定位。因而，既有利于保证这些工序加工的表面之间的位置精度，又有利于减少夹具设计 制造的工作量。 2、 有利于工序的集中。 3、 便于沿轴向夹紧，以减少工件的变形，保证加工精度。 4、 便于配件生产和成组夹具的运用。在配件生产中，同一台发动机各汽缸孔磨损程度不同，要求各活塞加工成不同尺寸，由于止口尺寸相同，故即使加工别的型号的活塞该夹具也可以沈阳理工大学学士学位论文 - 19 - 很好的互换使用。 当然，采用辅助精基面定位也有一些不足之处。例如： 1、 不符和 “基准重合 ”原则，因而，会产生一些基准不重合的定位误差。 2、 在工艺过程中，要增加一些专门的工序，如加工止口，打中心孔等，因此使用的设备和工时也有所增加。 该夹具 采 用的定位元 件也满足： 1、 足够的精度 2、 足够的硬度和耐磨性 3、 足够的强度和刚度 4、 工艺性好的基本要求。 另外，止口在夹具上定位时，为了保证最小间隙和提高定位精度，以及以后各工序加工表面之间的位置精度和加工余量的均匀性等，要求止口孔径与夹具配合达到76 经验表明，在活塞定位止口的相对表面出现环状磨痕，是由于定位止口配合间隙偏大、精车时余量不均或松动引起的 . 具夹紧机构的设计 夹具采用的是由液压机构推动的卡爪在销座凹坑上施加夹紧力进行夹紧的。如图 具的主体由连杆 1、卡爪 2、和夹具体组成，当液压机构推动连杆 1 向前运动时，由于卡爪 2 上的斜槽的导向，使得两卡爪绕销 3 转动一定的角度，从而 使 得卡爪前端张开，在活塞的凹坑上施加夹紧力，夹紧活塞。当本工序加工完成之后，液压机构往回运动带动连杆回复，从而使得卡爪前端缩回，退出并卸下活塞。 沈阳理工大学学士学位论文 - 20 - 图 车削活塞外圆夹具 具体的设计 夹具体是夹具的基础件，在夹具体上要安装组成各种元件，设计时应该满足以下基本要求： 1、 保证在加工过程中夹具体在夹紧力 /切削力等外力作用下不产生变形和震动。 2、 结构简单具有良好的工艺性 3、 尺寸稳定，对于铸件夹具体要进行时效处理。 4、 便于排屑。为了便于排屑夹具体须将定位、导向夹紧机构连成一体并准确的安 装在车床上 5 基于以上原则，该夹具体结构采用简单的前端呈平端锥体的回转体，其与六轴半自动车床靠螺栓进行连接。 镗活塞销孔夹具的设计 序加工要求及工艺分析 本工序为精镗活塞的销孔，工序的精度要求为 ，表面粗糙度 .4 m ，活 塞两销孔的同轴度值为 孔中心线与裙部轴心线的垂直度为 100： 孔中心线距顶面距离尺寸为 具定位方案的确定 本工序为对活塞的销孔进行精镗，可选用静压镗床进行加工，工件以外圆，待加工销孔在三瓣中间卡爪及定位销（图 位，螺钉 1（图 轴向预定位支承。 图 定位销 沈阳理工大学学士学位论文 - 21 - 具工作原理 如图 位后，接通油路，活塞 4 上升，压缩液性塑料使薄壁套筒 3 的内孔收缩，通过中间卡 2 爪将工件夹紧， 然后可以退出定位销，进行加工。 图 具装配图 夹紧液压系统设计 1、 确定系统工作压力 由外负载 R=以初定系统压力为 系统压力为 、 确定液压缸的几何参数 D=14 1 （ 取液压缸尺寸为： D=120阳理工大学学士学位论文 - 22 - d=90、 检验较核液压系统的工作可靠性 F=杆腔面积为： A= （2D） 2 =2 = （ 所以得工作压力为： P= （ 能够满足工件夹紧要求。 4、 较核液压缸主要零件的强度和刚度 夹紧缸采用 45 钢制造，由夹紧缸内径与尺度较小，一般主要按厚壁筒强度计算公式来估计必需的壁厚，有由公式： =2D（ （ 当额定压力 取 : 钢=64500=750 （ n150%=50%= 钢、 代入计算公式 得： 212（ = （ 由此可知夹=10设计时是合理可以满足要求的。 沈阳理工大学学士学位论文 - 23 - 4 专用量具（塞规）的设计 本塞规是针对滚压后的活塞销孔检验 而设计的，该工序的尺寸精度要求为 ， 即孔的上偏差： 孔的下偏差： 1 计算塞规工作尺寸 计算过程如下： （ 1） 画出被检销孔及塞规公差带图 图 （ 2）查出 工作量规的制造公差 T 和位置要素 Z 由 几何量公差 与测量 技术 表 得 ： 塞规制造公差 T=规位置要素 Z=规形状公差 T/2= 3）计算工作量规的极限偏差及工作尺寸 “通规 ”（ T）： 上偏差 =+T/2=偏差 =035=作尺
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