机制一班 贺明

1、 Anhui Vocactional & Technical College of Industry & Trade毕 业 论 文活塞工艺夹具设计所在系院： 机械与汽车工程系 专业班级： 2014级机械制造与自动化（1）班 学生学号： 2014490108 学生姓名： 贺 明 指导教师： 方 旭 2017 年 4 月 10 日安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）任务书系（院） 机械与汽车工程系 专业 机械制造与自动化 班级 1班 学生姓名 贺明 学号 2014490108 一、题 目： 活塞工艺夹具设计 二、内容与要求：毕业论文应按照安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）工作管理

2、规定的要求书写，论文应具有一定的专业性、创新性、观点正确、论据充分、层次分明、条理清楚、语言简练，目的是培养学生运用所学专业知识分析问题、解决问题的能力，提高学生综合素质和创新思维能力。三、设计（论文）起止日期：任务下达日期： 2016 年 3 月 1 日完成日期： 2017 年 4 月 30 日 指导教师签名： 年 月 日四、教研室审查意见：教研室负责人签名： 年 月 日安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）指导教师、评阅人评语专业、班级 2014级机械制造与自动化(1)班 学生姓名 贺明 完成日期 2017年4月10日 题 目： 活塞工艺夹具设计 毕业设计

3、（论文）共 9 页，其中：图 0 幅，表 1 个指导教师评语： 建议成绩 指导教师（签名）： 年 月 日评阅人评语： 建议成绩 评阅人（签名）： 年 月 日安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）成绩评定专业、班级 2014级机械制造与自动化（1）班 学生姓名 贺明 完成日期 2017年4月10日 题 目： 活塞工艺夹具设计 毕业设计（论文）共 9 页，其中：图 0 幅，表 1 个毕业设计（论文）指导小组评定意见： 经毕业设计（论文）指导小组认真研究，一致评定该生毕业设计（论文）成绩为： 毕业论文成绩的评定：指导教师审阅成绩（70%）评阅教师评阅成绩（30%）总 分系（院）负责人签名： 年 月 日

4、活塞工艺夹具设计摘要 活塞是内燃机重要零件之一，发动机在工作的时候，燃油燃烧所产生的气体膨胀力使活塞运动，通过连杆的传动，使曲轴快速旋转。活塞在很高的温度、很高的压力下做长时间变负荷的高速往复运动。因此对活塞的各项指标要求很高。它在工作时的状况会影响到发动机的燃油消耗率和使用持久度的关键，而且还关系到发动机的排放功能。若活塞设计不合理，内燃机工作时所会让活塞的整个温度都非常高。并且热量的不平均分布会让活塞发生变形。所以，活塞的加工在发动机的设计中非常重要。因此，针对各种内燃机活塞机械加工工艺过程的广泛探索，从而缩短或简化工艺流程、提高产品质量、降低生产制造成本也变得越来越重要。本毕业设计论文对

5、活塞加工技术的发展、活塞的结构特点、活塞各个工作面的加工特征进行了分析，以及在夹具设计过程中应该注意的问题。关键词：活塞 加工工艺 夹具设计 I目 录摘要引言11 活塞的加工工艺21.1活塞的结构特点21.1.1活塞顶部21.1.2活塞头部21.1.3活塞裙部21.1.4活塞销21.2活塞的加工阶段划分22 活塞材料及毛坯的选择42.1活塞材料42.2毛坯选择42.2.1毛坯的发放42.2.2确定机械加工余量42.3定位基准的选择42.3.1粗基准的选择42.3.2精基准的选择53 夹具体的设计63.1夹具体的毛坯结构63.2夹具体外形尺寸的确定63.3夹具体的排屑结构63

6、.4精镗销孔夹具工作原理6结论7参考文献8致谢9引 言制造业是国民经济的支柱产业，其发展程度体现了一个国家科学技术和生产力的发展水平。近年来我国国民经济增长迅速，社会购买力不断提升，汽车工业更是呈现了前所未有的发展势头。2012年中国汽车产销量突破2000万辆，2013年更是突破了2300万辆，当今，中国已成为世界最主要的汽车产销大国之一。汽车市场的持续增长为汽车零部件制造业提供了广阔的市场空间和难得的发展机遇。在汽车当中，活塞相当于汽车的“心脏”，它在运行过程中它承受交变的机械负荷同时又承受热负荷，是发动机中工作条件最为恶劣的零部件之一，是影响发动机性能指标和平均无故障使用寿命的较为薄弱的零

7、件，同时也是最为关键的零部件之一。随着汽车整车对发动机的动力性、经济性、环保性以及可靠性要求越来越严格。何实现活塞生产中的高产量、低成本、高标准、准时交付、快速响应以及使产品快速占领市场等要求，已经越来越成为现在制造业中企业所追求的目标。因此，针对各种内燃机活塞机械加工工艺过程的广泛探索从而缩短或简化工艺流程、提高产品质量、降低制造成本尤为显得重要。 91 活塞的加工工艺1.1 活塞的结构特点 1.1.1 活塞顶部活塞上面作为燃烧室的一部份，受到的压强来自高温气体。零件的头部有平、凸、凹顶等不一样外形，一些活塞的头部在和汽门相应的地方存在凹陷，这么做得原因是让气门和上止点不碰撞在设计的。 1.

8、1.2 活塞头部活塞头部指的是在活塞环槽上面的部分，作用是用来装活塞环，来使气缸能够被封好。活塞头部具备环槽用以安放活塞环，大多数有3根活塞环槽，在最底下这个环槽的作用是用作安放油环其余的环槽的作用是用以安放气环。油环环槽下面的孔的作用是使气缸内壁上剩余的润滑油能够顺利的回到曲轴箱。一些油环槽的下面是一根很窄的槽，除了让润滑油回到曲轴箱的功用以外，还可以用来降低活塞整体的温度，则叫做隔热槽。一些活塞在裙部下面设有隔热槽。另外一些活塞再第一个环槽的上面做有隔热槽，来降低活塞顶部朝下面传输的热能。1.1.3 活塞裙部活塞槽以下的部分我们称之为活塞的裙部，对活塞的重复运动起到一个引导的功能。在室温下

9、，活塞裙部的轴是垂直于活塞椭圆的方向，以确保在热状态的活塞和气缸之间的间隙均匀。在常温下活塞呈上小下大的锥形。一些活塞的裙部除设置隔热层之外，另设有膨胀槽，膨胀槽让活塞裙部拥有了一些韧性，在温度比较小的时候与缸壁之间的距离很小，还有在高温度很大时在气缸中不会拉缸。膨胀槽一定要斜着，不能与活塞的轴处于同一个平面，来防止气缸的损毁。为了让槽根除不至于损毁，在隔热槽和膨胀槽的底部都一定要添加止裂孔。活塞的环槽会导致其强度和刚度的减小，因此这个方法只能运用于小负荷内燃机。为了降低活塞裙部的胀大量，一些活塞在销孔中装配得有“恒范钢片”。 1.1.4 活塞销活塞销座位于活塞裙上端，加工一个孔，用于安装活塞

10、销。在大多数活塞销孔内设有卡环槽，用来方便的装配卡环，制止活塞销运作时候的轴向运动。大多数活塞销座上钻有油孔，用来方便润滑内燃机。为了减少加热后的活塞销座的变形，在活塞销座的外表面有凹陷。在活塞内部的活塞销座与活塞顶部之间都设有加强筋，来增加活塞的强度。1.2 活塞加工阶段划分活塞加工工艺过程按阶段可划分为：粗加工阶段半精加工阶段精加工阶段光整加工阶段。活塞外圆以及销孔是活塞的重要加工面，其加工质量要求比较高，因此外圆加工时安排了粗车，精车，金刚石车三个加工阶段，销孔加工时安排了粗镗，精镗和滚压三个加工阶段。而其余的加工质量要求并不高，并且毛坯采用金属型铸造精度比较高，加工余量小，故其余工序均

11、安排粗加工、精加工两阶段完成。各阶段加工技术要求如表1.2所示： 表1.2 活塞各阶段加工要求加工阶段加工要求粗加工阶段去除各加工表面的余量，作出精基准，此阶段主要加工要求是提高生产率半精加工阶段减小粗加工中留下的误差，使加工面达到一定的精度，为下一步精加工做好准备精加工阶段确保零件的尺寸、形状和位置精度达到所规定的精度要求2 活塞材料及毛坯的选择2.1 活塞材料活塞的设计应当根据发动机的各项指标，使用条件和加工条件的各方面考虑，先设计出加工技术上与经济上很合理的何塞接够方法，再设计出相关的技术需要。活塞结构特征选择重点如下： （1）根据活塞单位面积效率或者表面平均压力，设计出适当的活塞构造，

12、确保活塞所受到的机械负荷和热负荷达到要求。（2）为了降低活塞的惯性力和质量应该选用密度很小的材料。（3）运用导热系数较大的材料，来减低活塞顶部的温度，使活塞能够充分的散热。（4）线膨胀系数应很小。来降低活塞因受热二产生的形变，来使运行时不拉缸，启动时不敲缸。 （5）可以保持良好的高温力学性能。 （6）拥有优秀的减小摩擦力的性能，来降低摩擦损失并拥有充足的热稳性和耐磨性。（7）易于铸造或模压，易于加工。 （8）具有较好的耐腐蚀性。2.2 毛坯选择 2.2.1 毛坯的发放     毛坯一般由铸造车间生产，经检测合格后入库，再由物流部按照生

13、产计划统一发放毛坯进入机加工车间进行生产。 2.2.2 确定机械加工余量 铸锻件的机械加工余量按JB3735-85确定，加工余量的确定应根据估算的锻件的重量、加工精度及锻件形状的复杂系数来确定，由简明机械加工工艺手册查得：金属型铸件的尺寸公差等级为68级。相应的加工余量为：外圆加工余量为4.0mm，销孔加工余量为3.0mm。 2.3 定位基准的选择2.3.1 粗基准的选择 粗基准选择应从以下几方面考虑：（1）应当尽量选用不加工表面作为粗基准，当在工件上有很多不需加工的表面时，以其中与加工面的位置精度要求较高的表面作为粗基准。（2）选择加工余量较为均匀的表面作为粗基

14、准。（3）选择加工余量较小的表面作为粗基准。（4）作为粗基准的表面应尽量平整，没有冒口、浇口以及飞边等缺陷，以便定位可靠。（5）一般粗基准只能使用一次，特别是对于主要的定位基准，这样可以避免产生较大的位置误差。 2.3.2 精基准的选择 活塞属于薄壁筒形零件，其径向刚度较差，并且其主要表面的尺寸精度以及各主要表面之间的相对位置精度要求较高。根据这种结构特点和其技术要求，精基准的选择应主要从以下几方面考虑：（1）尽量用设计基准作为定位基准，实现“基准重合”，以避免产生基准不重合误差。（2）当工件以某一组精基准定位可以较方便地加工很多表面时，应尽可能的采用此组精基准定位，实现“基准统一”

15、，以避免产生基准转换误差。（3）当精加工或光整加工工序要求加工余量尽量小而均匀时，应选择加工表面本身作为精基准，即遵循“自为基准”的原则。该加工表面与其他表面间的位置精度要求由先行工序保证。（4）为获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可遵循“互为基准”、反复加工的原则。（5）有多种方案可供选择时，应选择定位准确、稳定、加紧可靠，可使夹具结构简单的表面作为精基准。 3 夹具体的设计3.1 夹具体的毛坯结构 选夹具的毛坯结构时，应该综合考虑经济性、标准性、构造合理性的因素。依据这个夹具的受力条件和工作情况，这个夹具用铸造的方法可以得到。3.2 夹具体外形尺寸的确定 夹具的生产一般生产的数量比较少，

16、为了减少设计和生产的时间，并且使费用更低，那么夹具的设计大多不回做很复杂的计算。大多数情况都是参考与之相似的夹具，根据经验来估计。在华夹具图时，依据夹紧零件、定位元件盒其他辅助元件在整体上的位置，夹具的基本尺寸和外形便可以确定了。3.3 夹具体的排屑结构 为方便除去切屑，不让切屑聚集在定位元件上来使定位产生误差，所以在设计夹具的时候，我们必须要一些措施。查阅机床夹具设计手册，我们把排屑机构设计为自动排屑。 3.4 精镗销孔夹具工作原理 它的工作原理是：从正面将活塞装入夹具里，活塞放置在止口座上，活塞的端面和止口便能限制5个自由度，剩下一个自由度便由菱形销来确定，将菱形销插入销孔后，再旋转手柄，

17、通过螺栓的向下移动，通过圆球吧力传输到压块上，这样就能压紧活塞。当活塞压紧之后，去除菱形销，再把夹具体移动到制定位置开始加工，当加工结束后。旋转手柄将压块松开，取出工件，精镗销孔的任务便完成了，再用同样的方式加工下一个活塞。结 论综上所述，我对汽车发动机活塞加工工艺进行了分析及其夹具的设计。本设计的设计思想从整体功能设计出发，先分析设备需要完成哪些功能，可能实现这些功能的方式，然后分析其可行性。绘装配图的过程是不断查资料，边画、边算、边改的过程，查阅了各种资料，最终设计了本次方案。另外，在毕业设计过程中，通过搜集文献，搜集产品样本，思考可行方案，三年里所学的专业知识得到一定程度的运用，也培养了

18、我的独立思考和研究能力，也养成了遇到困难积极思考和查阅资料的好习惯。此次设计我也重点针对以上问题做了研究，如可采用可控热膨胀结构活塞设计来减小裙部的热膨胀量，减小活塞与气缸之间的间隙，降低发动机噪音；采用止口和端面作为统一基准。在精加工过程,除精车外圆等少数工序用止口锥面和中心孔定位外,其余工序均采用止口和端面定位，以此减小由于基准不统一带来的加工误差；尽量将简化加工工序，缩短每道工序时间，采取工序集中的原则，减少由于多次装夹带来的加工误差，提高产品合格率。 目前，制造活塞的材料有很多，但各有其缺点，同时活塞的结构和加工工艺也还需要进一步改进，活塞的生产具有较为宽广的市场空间。从短期发展来看,

19、铝合金仍是活塞生产的主导材料,但从长期发展来看,随着新型复合材料制备技术的成熟及生产成本的不断降低,新材料活塞应用前景日益广阔，在活塞生产领域，谁能够不断的更新产品结构和改进机械加工工艺，谁就能主导活塞生产市场。由于能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请各位老师、同学们批评指正！ 参考文献：1 侯家驹.韩德恩.汽车制造工艺学M.机械工业出版社，2001. 2 孙志成.汽车构造实训J.合肥工业大学出版社，2006. 3 王先逵.机械制造工艺学J.天津：机械工业出版社，2006. 5 赵如福.金属机械加工工艺人员手册M.上海：科学技术出版社，2005