活塞零件的机械加工工艺及夹具设计.docx

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1、活塞加工工艺及专用夹具设计摘要：通过对活塞加工技术的发展、活塞的工作环境以及结构特点的分析，确定了活塞的加工过程及加工方案，其中主要包括：材料的选择、毛坯的制造方法、机械加工余量的确定、各加工工序切削用量的确定以及工序卡片的编制。最后，设计了两套机床夹具，精镶销孔夹具设计。其中主要包括：定位方案与夹紧方案的设计，分度装置的设计、夹具的工作原理以及在夹具设计过程中应该注意的问题。关键词：活塞、工序、机床夹具、机械加工Abstract:throughtheana1ysisonthedeve1opment,processingtechno1ogyofthepistonofaworkenvironme

2、ntandthecharacteristicsofthestructure,machiningprocessandmachiningschemeofpistonwasdetermined,whichmain1yinc1ude:thechoiceofmateria1s,manufacturingmethodofb1ank,machininga11owanceisdetermined,theprocessofcuttingparametersdeterminationandtheestab1ishmentofprocesscard.Fina11y,twosetsoftypica1fixturede

3、sign,precisionpinho1eboringfixturedesign.Whichmain1yinc1udes:thedesignofpositioningandc1ampingscheme,workingprincip1e,designofindexingdevicejigandfixturedesignshou1dpayattentiontotheprob1emsintheprocessof.Keywords：piston,process,mechanica1processing,machinetoo1fixture目录绪论31课题的基本内容：3第三章活塞加工工艺分析5活塞加工工

4、艺特点53.2.2活塞头部加工特征5活塞加工工艺规程的制订6活塞材料选择6毛坯选择6铸造圆角6确定机械加工余量7毛坯的制造方法及工艺确定7定位基准的选择74. 3活塞加工工艺制订85. 3.3加工工序安排及工艺规程制订8加工余量的确定10第五章精镜销孔夹具设计12活塞销孔夹具定位及误差分析12活塞销孔定位方式及定位元件12定位误差分析与计算12工件的夹紧装置的设计13夹具装置的组成13夹紧力的确定13对定装置16夹具体的设计16夹具体的毛坯结构16夹具体外形尺寸的确定17夹具体排屑结构17精镣销孔夹具工作原理17绪论1课题的基本内容：本课题基本内容是活塞机械加工工艺及其夹具设计，要研究的主要内

5、容有：设计开始的过程中，了解要加工零件的结构特点：活塞的表面的平行度、同轴度、粗糙度等，特别是要注意各部分自身精度和它们的相互位置精度。加工零件的尺寸是整个设计加工的关键，必须加以注意和理解。活塞的加工工艺过程是设计的重点。在设计中，严格选择毛坯、制订工艺规程、确定加工余量、计算工艺尺寸以及定位误差的分析，为了方便实际加工，我们还必须对加工设备、切削用量、加工装备等进行选择和设计。在夹具设计过程中，用端面和止口为主定位面来进行加工。夹具的设计必须要保证夹具的定位准确和机构合理，考虑夹具的定位误差和安装误差。（4）本课题采用的研究手段和可行性分析根据活塞零件的特点，活塞加工不宜采用工序集中的原则

6、，-一般采用工序分散的原则来安排加工顺序，因为活塞加工一般为大批生产，加工要求较高，且刚性较差，所以加工应划分阶段，尽可能将粗、精加工分开进行。逐步提高定位基准的精度和加工表面的精度。151顶部2头部3活塞销孔4一裙部5气环槽6油孔7油环槽8一销座活塞的基本结构活塞主要有平顶、凹顶和凸顶等几种活塞。汽油机活塞顶多为平顶，高压缩比、多气门的现代发动机通常为凸起或凹下的形状而柴油机活塞常制成凹坑。活塞头部主要有以下三点作用：第一承受燃气压力传给连杆；第二与活塞环实现密封气缸；第三，传递热量到气缸上。在活塞头部切有环槽，用来安装活塞环。活塞裙部指活塞头部以下的部分。其作用：一是为活塞在气缸内作往复运

7、动导向，二是承受侧压力。活塞销孔的中心线一般位于活塞中心线的平面内。但有些高速发动机，将活塞销座向承受做功行程侧压力的一面偏移Imnr2mm,其目的是为了减轻活塞在越过上止点时因侧压力的瞬时换向而产生的“敲缸”现象，从而减小发动机运行噪声，改善发动机工作的平顺性。第三章活塞加工工艺分析活塞加工工艺特点活塞表面尺寸和各表面间的位置精度要求高；加工后要求保证塞裙部及顶部的壁厚均匀。这样就使得活塞机械加工显得困难，其加工工艺特点主要有以下方面：第一，活塞壁薄，径向刚度差第二，第二，活塞的加工面较多，加工较为复杂第三，孔尺寸及形状精度要求很高，粗糙度要求低。第四，薄、刚性较差。活塞加工特征分析活塞顶部

8、加工特征活塞顶面与止口的平行度为0015mm,其粗糙度要求为RaI163.2um,在加工过程中主要经过粗加工和精加工来完成，粗加工的加工余量一般为1mm,精加工的加工余量一般为0.4mm。燃烧室多为回转体形状，由方向、半径不同的圆弧与直线圆滑连接而成，燃烧室精加工时需要保证燃烧室的粗糙度为Ra3.2u活塞毛坯主要铸造出，铸造时铸造有燃烧室凹坑，燃烧室加工同样需要经过粗加工和精加工两次加工完成，燃烧室粗加工的加工余量一般为InInb精加工的加工余量一般为0.4mm,与顶面基本相同。气门坑及其开口由于余量较小一般一次加工至成品尺寸。3. 2.2活塞头部加工特征活塞头部主要有2-4道环槽及环槽之间的

9、环岸、槽侧油带、第一环槽至顶部的火力岸组成。因此，其加工特征主要是铁、铝环槽的加工及环岸、火力岸外圆的加工，有时在环槽底部或槽侧油带部位还有通向内腔的径向回油孔。铁环槽为距离顶部最近的环槽，承受的燃气温度最高、冲击力也最大。基于这一原因，该环槽一般为两槽，并具有一定的斜度，以便于与密封环更好地接触，避免高压燃气串到裙部。铁环槽倾斜侧面的加工具有波纹度要求，其基准直径、粗糙度都有一定的要求，且高银铸铁由于具有“粘性”加工特征，加工一般至少需要粗加工、精加工两次加工完成，粗加工加工出铁环及环槽形状并为精加工留出0.30.5mm余量。铝环槽槽侧为直槽，对槽侧的粗糙度、槽侧与活塞中心线的垂直度、槽侧的

10、直线度以及槽侧的平面度等都有较高的加工要求，而且铝环槽的加工余量比较大、容易加工变形，因此一般至少分为粗、精两次加工来完成，粗加工加工出形状，给精加工留下O.0.2mm的余量。由于加工铸铁环槽时产生较大的切削力和热量，容易引起铝环槽的形状误差和变形，因此需要把铝环槽的加工放在铁环槽精加工之后进行。活塞加工工艺规程的制订活塞材料选择活塞材料按其工作条件来确定，汽车活塞一般采用铜硅铝合金材料。与铸铁材料相比铜硅铝合金材料主要由以下优点：(1)导热性良好，能够使活塞顶面的温度快速降低，提高发动机的压缩比，并且使混合气体不会产生自燃，从而提高发动机的功率；(2)重量轻,工作时惯性力矩小，运行平稳；(3

11、)可切削性较好。铝合金的优点多适合用来做活塞材料。并且，其耐磨性差的缺点可以通过镶嵌高银铸铁环的措施来改进，因此铜硅铝合金在活塞中应用更为广泛。毛坯选择选择毛坯应主要考虑一下方面：第一，零件的力学性能。零件的力学性能会因毛坯制造方法的不同而有所差别。其力学性能一般是按铸铁件，离心浇注铸件和压力浇注铸件，金属型浇注铸件，砂型浇注铸件的次序依次降低。第二，零件的外轮廓尺寸和结构形状。一般壁厚比较均与，并且形状较为简单的毛坯可用金属型铸造。第三，生产批量和生产纲领。生产批量和生产纲领较大时一般采用高精度高生产率的毛坯制造方法。铸造圆角铸件壁部连接处要有铸造圆角，从而减小应力集中的影响。依照铸造圆角计

12、算公式算出数值后，选取与其相近的标准尺寸。为便于制造，圆角半径应尽可能统一。对于金属型铸件一般统一采用R3或R5。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.Omm,销孔加工余量为3.Omm0毛坯的制造方法及工艺确定金属型浇注铸件结构紧密，能够承受较大压力，并且其生产率较高，适用于铁碳合金、有色金属及其合金的大批量生产。一般金属型铸造允许毛坯的最大质量为IIOkg,毛坯所允许的的最小壁厚为1.5mm,其形状

13、复杂程度一般，精度等级要求为68级，毛坯的尺寸公差约为0.090.47,表面粗糙度Ra为12.56.3Unb加工余量等级为F级。定位基准的选择定位基准的选择：a.选最大尺寸表面为安装面，选最长尺寸表面为导向面，选最小尺寸表面为支承面。b.首先保证空间位置精度，再保证尺寸精度。c.尽量选择零件的主要表面为定位基准。粗基准和精基准的选择粗基准的选择除了以上的一般原则外，还要考虑以下原则：a.选择不加工表面作为粗基准。b.选择加工余量均匀的表面作为粗基准。c.选择加工余量较小的表面作为粗基准。d.选作粗基准的表面应平整以便定位可靠。选择加工粗基准：a.以活塞毛坯内腔为粗基准加工外圆和端面,以外圆为基

14、准加工精基准止口。b.以活塞毛坯外圆和端面为粗基准加工精基准止口。精基准的选择原则：a.用设计基准作为定位基准，实现“基准重合”。b.精加工或光整加工工序要求加工余量小时遵循“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。C.遵循“互为基准”、反复加工的原则。d.多种方案选择时，选择定位准确、稳定、加紧可靠，使夹具结构简单的表面作精基准。精基准的选择如下：a.除精车外圆等少数工序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。b.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

15、削。3活塞加工工艺制订图形见工艺卡。b.热处理：时效处理：在粗加工之前、后进行一次时效处理；对一般铸件粗加工后进行一次时效处理；对于精度高、钢度低的零件，在粗车、粗磨、半精磨后进行一次时效处理。c.辅助工序的安排：零件加工完后进行终验工序。在工艺过程中进行去毛刺处理。在工艺过程后进行清洗工序。表面镀锡方案二：a.工艺过程工序一：粗车外圆、车顶面工序二：粗车止口、打中心孔工序三：粗钱销孔工序四：车环槽及梯形槽工序五：车环槽环岸及其倒角工序六：钻直油孔工序七：铳气门槽工序八：精车止口工序九：精车外圆工序十：精锐销孔工序十一：切卡环槽工序十二：靠磨椭圆裙部工序十三：细钱销孔热处理及其它同方案一。6.两个工艺方案的比较所述两个工艺方案中除销孔和裙部椭圆加工方法不同外，其他的工序基本一致。所以对这两个方案从工艺方案的技术经济指标、工艺成本等进行比较。工艺方案技术特性：a.方案一与方案二相比，工时数与台时数少，生产率高，且能达到的精度也高b.两个方案使用的设备数量基本相同，只是设备的种类稍有不同。c.工艺过程程度：活塞属于大批大量生产，采用相对集中的工艺路线，采用组合夹具、刀具和机床。1.金属消耗量基本相同。综合以上指标，两种加