活塞機械加工說明書.doc

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遼寧工程技術大學 機 械 制 造 技 術 基 礎 課 程 設 計 題 目： 活塞機械加工工藝規(guī)程及精鉸φ28銷孔工序的專用夾具設計 班　　級：　汽車12-2班 姓　　名：　雷鳴 學 號：　1207130210 指導教師：　冷岳峰 完成日期：　2015-7-16 任 務 書 一、設計題目:活塞機械加工工藝規(guī)程及精鉸φ28銷孔工序的專用夾具設計 二、原始資料 (1) 被加工零件的零件圖 1張 (2) 生產(chǎn)類型:（中批或大批大量生產(chǎn)） 三、上交材料 1．所加工的零件圖 1張 2．毛坯圖 1張 3．編制機械加工工藝過程卡片 1套 4．編制所設計夾具對應的那道工序的機械加工工序卡片 1套 5．繪制夾具裝配圖（A0或A1） 1張 6．繪制夾具中1個零件圖（A1或A2。裝配圖出來后，由指導教師為學生指定需繪制的零件圖，一般為夾具體）。 1張 7．課程設計說明書，包括機械加工工藝規(guī)程的編制和機床夾具設計全部內(nèi)容。（約5000-8000字） 1份 四、進度安排 本課程設計要求在3周內(nèi)完成。 1．第l～2天查資料，繪制零件圖。 2．第3～7天，完成零件的工藝性分析,確定毛坯的類型、制造方法，編制機械加工工藝規(guī)程和所加工工序的機械加工工序卡片。 3．第8～10天，完成夾具總體方案設計（畫出草圖，與指導教師溝通，在其同意的前提下，進行課程設計的下一步）。 4．第11～13天，完成夾具裝配圖的繪制。 5．第14～15天，零件圖的繪制。 6．第16～18天，整理并完成設計說明書的編寫。 7．第19天～21天，完成圖紙和說明書的輸出打印。答辯 五、指導教師評語 該生設計的過程中表現(xiàn) ，設計內(nèi)容反映的基本概念及計算 ，設計方案 ，圖紙表達 ，說明書撰寫 ，答辯表現(xiàn) 。 綜合評定成績： 指導教師　　　　　　　 日　　期　　　　　　　 摘　要 機械制造技術基礎課程設計是我們在學完了大學的全部基礎課、專業(yè)基礎課以及專業(yè)課后進行的。這是我們在進行畢業(yè)設計之前對所學的各科課程一次深入的綜合性總復習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練。因此，他在我們的大學四年生活中占有重要的地位。 本設計通過對內(nèi)燃機鋁活塞加工技術的發(fā)展、活塞的工作環(huán)境以及結構特點的分析，確定了活塞的加工過程及加工方案。其中有零件圖、毛坯圖、夾具裝配圖、夾具零件圖各一張，機械加工工藝過程卡片和與所設計夾具對應那道工序的工序卡片各一張。首先我們要熟悉零件，題目所給的零件是活塞。了解了活塞的作用，接下來根據(jù)零件的性質(zhì)和零件圖上各端面的粗糙度確定毛坯的尺寸和機械加工余量。然后我們再根據(jù)定位基準先確定精基準，后確定粗基準，最后擬定活塞的工藝路線圖，制定該工件的夾緊方案，畫出夾具裝配圖。 Abstract Machinofacture technology curriculum design is that we mimic all basic courses , technology basic course and major part having completed university being in progress after the specialized course. This is that we always review before the graduation practice being in progress to what be learned every thorough comprehensiveness of course,be also that a theory contacts actual training , it occupies important position therefore, in our university for four years life. In the paper of this graduation design ,through the comprehensive explication of the developing of aluminum piston of the internal-combustion engine whose the machining technologies,the surrounding of working and the analysis of structural of the piston.It is conformed the technology process and arrange for process of piston. It mainly includes：part map, rough map, fixture assembly, a fixture parts of the map. Machining process with the card and the corresponding fixture designed by the procedures of the process of a card. First of all, we must familiar with the parts, subject to the parts is piston. Piston understanding of the role, followed in accordance with the nature of parts and components in the face of the map on the roughness of rough determine the size and mechanical Jiagongyuliang. According to another location and then we set the benchmark fine first base, established after the benchmark crude, piston finalizing the road map process, the enactment of the workpiece clamping programme, to draw fixture assembly. 目 錄 0 前言………………………………………………………………1 1 零件的分析 ……………………………………………………2 1.1活塞的功用、結構特點及工作條件 ……………………2 1.2活塞的主要加工表面及技術要求 ………………………3 2工藝規(guī)程設計 ………………………………………………3 2.1活塞的毛坯材料及制造方法 ……………………………3 2.2定位基準的選擇…………………………………………4 2.3制定工藝路線……………………………………………5 2.3.1加工工序的安排 ……………………………………5 2.3.2工藝方案的比較與技術經(jīng)濟分析……………………6 3精鉸銷孔夾具設計……………………………………………7 3.1活塞銷孔加工夾具的定位及誤差分析……………………7 3.1.1定位方式和定位元件 ………………………………7 3.2工件的夾緊裝置組成 ……………………………………7 3.3夾具體的設 ……………………………………………8 3.3.1夾具體的毛坯結構 …………………………………8 3.3.2夾具體外形尺寸確定 ………………………………8 3.3.3夾具體的排屑結構 …………………………………8 3.4精鉸銷孔夾具工作原理 …………………………………8 4結論 …………………………………………………………9 0前言 我國的汽車行業(yè)正在飛速發(fā)展，汽車的動力部分也在不斷改進，活塞是汽車動力不可缺少的一部分，它的工作情況會直接影響汽車的運行狀態(tài)。所以，如何能使活塞的生產(chǎn)高效率、高質(zhì)量，省成本、省時間是我們今天汽車行業(yè)的努力方向。 隨著汽車整車對發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性、環(huán)保性及可靠性的要求越來越嚴格，活塞已發(fā)展成為集輕質(zhì)高強度新材料、異型外圓復合型面、異型銷孔等多項新技術于一體的高技術含量的產(chǎn)品，以保證活塞的耐熱性、耐磨性、平穩(wěn)的導向性和良好的密封功能，減少發(fā)動機的摩擦功損失，降低油耗、噪聲和排放。為滿足以上的功能要求，通常將活塞的外圓設計成異型外圓(中凸變橢圓)，即垂直于活塞軸線的橫剖面為橢圓或修正橢圓，且橢圓度沿軸線方向按一定的規(guī)律變化(如圖1所示)，橢圓度精度達0.005mm；活塞縱剖面的外輪廓為高次函數(shù)的擬合曲線，輪廓精度為0.005～0.01mm；為提高活塞的承載能力，以提高發(fā)動機的升功率，通常將高負荷活塞的銷孔設計成微內(nèi)錐型或正應力曲面型(異型銷孔),銷孔尺寸精度達IT4級，輪廓精度為0.003mm。 活塞作為典型的汽車關鍵零部件，在切削加工方面具有很強的工藝特點。目前，國內(nèi)活塞制造行業(yè)通常是由通用機床和結合活塞工藝特點的專用設備組成機加工生產(chǎn)線，因此，專用設備就成為活塞切削加工的關鍵設備，其功能和精度將直接影響最終產(chǎn)品的關鍵特性的質(zhì)量指標。 本文根據(jù)活塞加工的一個特殊工序來對其夾具的設計，使其加工過程得以順利進行，保證活塞銷孔的位置及精度的準確性，同時也借助這個夾具的設計，來提高活塞加工的效率，解決活塞的定位、夾緊問題，為活塞的加工提供一個更方便的路徑。 1零件的分析 1.1活塞的功用、結構特點及工作條件 活塞是曲柄連桿機構中的主要零件之一，是發(fā)動機的心臟。 在活塞壓縮行程終了時，燃燒室內(nèi)的工作混合氣被火花塞點燃后爆發(fā)，產(chǎn)生強大的壓力，推動活塞沿氣缸向下運動，并通過連桿使活塞的直線往復運動變?yōu)榍男D(zhuǎn)運動，這就是發(fā)動機動力的來源?；钊牡谝粋€作用就是使發(fā)動機做功。 發(fā)動機做功是由進氣、壓縮、爆發(fā)、排氣四個行程來完成的一個工作循環(huán)的。不斷地循環(huán)，發(fā)動機才能連續(xù)地工作，這就要求發(fā)動機內(nèi)活塞頂以上的空間要有非常好的密封效果。密封是活塞的第二個作用。 發(fā)動機在點燃爆發(fā)時，溫度高達2000~2500，主要靠活塞和活塞環(huán)將高溫傳給氣缸壁，再由氣缸壁外側水套內(nèi)的循環(huán)水將熱量帶走?；钊牡谌齻€作用是傳熱。 活塞由頭部（環(huán)槽、環(huán)岸和絕熱槽）、裙部和頂部三部分組成。 1頂部。汽車發(fā)動機大多采用平頂式活塞，這是因為與其它形式的活塞相比，具有工作可靠、制造簡單、重量最輕和受熱面積最小等優(yōu)點。一般選用優(yōu)質(zhì)鋁合金。 2頭部。活塞環(huán)的主要功用是保證燃燒室和氣缸工作腔的密封性。它的高度主要取決于必須安裝的活塞環(huán)數(shù)。 3活塞裙?；钊故侵富钊铜h(huán)槽以下的部分。為保證在正常工作條件下活塞與氣缸內(nèi)壁之間自上而下間隙均勻，必須把活塞制成上小下大的階梯形或截錐形。活塞裙部的橫截面應作為橢圓形，并使橢圓的長軸方向垂直于活塞銷孔軸線方向。 活塞裙部內(nèi)有一止口。它由一小段內(nèi)孔、倒角和端面構成。它是專為活塞加工過程中定位而設置的輔助精基準面，在活塞工作過程中沒有任何用途。 4銷座。銷座位于活塞裙部內(nèi)，且有厚筋與活塞頂相連。其作用是保證把作用于活塞上的力可靠地傳給活塞銷孔，在活塞銷座上有一個油孔，用作潤滑活塞銷與活塞銷孔，減少它們的摩擦。 總之，活塞為薄壁零件，它是在高溫高壓的條件下，在氣缸內(nèi)做高速往復直線運動。為減小活塞在做高速往復運動時的慣性力，一般活塞材料采用鋁合金。 1.2　活塞的主要加工表面及技術要求 1．環(huán)岸及環(huán)槽底對活塞裙部軸心的徑向跳動最大允差為0.1mm~0.15mm.全部槽底Ra3.2μm. 2.環(huán)槽側面對活塞裙部軸心線垂直度不超過25：0.07，環(huán)槽側面對活塞裙部軸心線跳動不超過0.05mm，全部槽側Ra0.4μm。 3．活塞銷孔尺寸及精度為φ（280.075）mm；銷孔圓柱度為0.00125mm；表面粗糙度Ra0.125μm；兩銷孔同軸度誤差，在最大實體狀態(tài)時為零；銷孔軸心線對裙部軸心線垂直度為100：0.035；這些參數(shù)超差會使活塞銷與活塞孔配合不正常，破壞活塞、活塞銷、連桿的正確裝配位置，不能保證正常的潤滑，并產(chǎn)生不正常磨損。 4．裙部保留有0.2mm，深0.008mm~0.016mm的刀痕，以便能儲存潤滑油，使發(fā)動機在工作中活塞與缸壁之間形成一層油膜，從而減少活塞與缸壁的摩擦。 5．為了改善活塞的機械加工性能，在活塞的制造過程中對銷孔尺寸、外圓尺寸和重量分別進行分組，然后按裝配工藝要求進行分組裝配。 2工藝規(guī)程設計 2.1　活塞的毛坯材料及制造方法 活塞的材料除少數(shù)采用鑄鐵外，大部分采用導熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)較底的硅鋁合金。為了增加其剛性、隔熱性和避免環(huán)槽早期磨損，也有在其頭部或裙部鑄有鋼護圈、鑄鐵圈或鋼片，這類活塞稱為雙金屬活塞。 銅硅鋁合金比鑄鐵具有下列優(yōu)點: (1) 導熱性好,使活塞頂面的溫度降低較快，可以提高發(fā)動機的壓縮比，又不至于引起混合氣體的自燃，因而可以提高發(fā)動機的功率； (2) 重量輕,慣性力小； (3) 可切削性好。但它也有一些缺點: a. 材料的價格比較貴； b. 熱膨脹系數(shù)大,約為鑄鐵的兩倍； c. 機械強度及耐磨性較差。 但總的來說,鋁合金的優(yōu)點超過缺點，所以在高速內(nèi)燃機中都用它。而且耐磨性方面可以通過鑲嵌一高鎳鑄鐵環(huán)來提高其氣密性和耐磨性，增加其壽命。 一般的鋁活塞大多采用金屬模澆鑄，這樣不僅可以獲得較高精度的毛坯，減少機械加工余量，同時還可以保證活塞間較小的重量差。 2.2　定位基準的選擇 由于毛坯的精度較高，所以毛坯的外表面、內(nèi)圓及頂面可直接作為粗基準，如粗車外圓、環(huán)槽、頂部、裙部及端面。由于液態(tài)模鍛后的毛坯內(nèi)孔與外圓的同軸度及內(nèi)孔、外圓對內(nèi)頂面的垂直度誤差均較小，因此，車削后頂部及裙部的壁厚均勻，可為以后的半精加工及精加工留有較均勻的余量。 活塞屬薄壁筒形零件，徑向剛度很差，而主要表面尺寸精度及個主要表面之間的位置精度要求又較高，所以在產(chǎn)品設計時就針對活塞的結構特點，設計了專供加工時定位用的輔助精基準——止口內(nèi)孔及端面。在回油槽、外圓、環(huán)槽、頂面等加工時，就采用了該精基準定位。這不僅符合“基準統(tǒng)一”和“工序集中”原則，而且便于軸向夾緊，可采用一套夾具即可。 但以此作為精基準不僅不符合“基準重合”原則，而且還為此增加了工序和設備。由于活塞銷孔沿活塞軸線方向位置尺寸的設計基準是頂面，所以精鉸削孔時以頂面為軸向定位基準，而止口的精加工以頂面為定位基準，這樣可以減少因基準不重合而產(chǎn)生的定位誤差。 在鉆、擴銷孔時采用了以銷座外端作為角向定位基面。這是因為若采用銷孔自定位，定位元件不易布置，夾具結構復雜。而由于活塞毛坯精度較高，以此作為角定位可以滿足加工要求。 在鉸銷孔時，以銷孔為角向定位基準，遵循了“自為基準”原則，使加工余量均勻，容易保證精度要求。 2.3　制定工藝路線 2.3.1加工工序的安排 按照加工順序的選擇原則： (1）先加工基準面，再加工其它表面。 (2）一般情況下，先加工平面，后加工孔。 (3）先加工主要表面，后加工次要表面。[11] (4）先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 根據(jù)活塞零件加工的實際情況，本設計擬定了兩條加工路線來進行比較分析： 方案一： 第一道工序：粗車止口，端面 第二道工序：粗車外圓 第三道工序：粗鉸銷孔 第四道工序：粗切外圓環(huán)槽、頂面 第五道工序：鉆直油孔 第六道工序: 鉆斜油孔 第七道工序: 去內(nèi)腔毛刺 第八道工序：精車止口，打中心孔 第九道工序：精車外圓、環(huán)槽并倒角 第十道工序：精鉸銷孔 第十一道工序：切卡環(huán)槽 圖形見所附機械加工工藝過程卡片。 方案二： 第一道工序：粗車外圓、車頂面 第二道工序：粗車止口、打中心孔 第三道工序：粗鉸銷孔 第四道工序：車環(huán)槽及梯形槽 第五道工序：車環(huán)槽環(huán)岸及其倒角 第六道工序：鉆直油孔 第七道工序：鉆斜孔 第八道工序：銑氣門內(nèi)槽 第九道工序：銑氣門外槽 第十道工序：精車止口 第十一道工序：精車外圓 第十二道工序：精鉸銷孔 第十三道工序：切卡環(huán)槽 第十四道工序：靠磨橢圓裙部 2.3.2 工藝方案的比較與技術經(jīng)濟分析 （1） 產(chǎn)品工藝方案技術特性主要指標： a. 勞動力消耗率：方案一與方案二相比，工時數(shù)與臺時數(shù)比較少，生產(chǎn)率較高，且能達到的精度也較高 b. 設備構成比：兩個方案使用的設備數(shù)量基本相同，只是設備的種類稍有不同。 c. 工藝裝備系數(shù)：兩個方案基本相同。 d. 工藝過程的分散與集中程度：本產(chǎn)品屬于大批大量生產(chǎn)，且均采用相對集中的工藝路線，采用組合夾具、刀具和機床，基本上能夠完成生產(chǎn)任務。 e. 金屬消耗量：基本相同。 f. 占用生產(chǎn)面積數(shù)：兩個方案基本相同。 （2） 機械加工工藝過程技術特性指標： 機械加工工藝過程技術特性指標包括：出廠量、毛坯數(shù)量、制造毛坯所需金屬質(zhì)量、毛坯凈重、毛坯的成品率、設備總功率、專用夾具裝備系數(shù)、量具裝備系數(shù)、刀具裝備系數(shù)、操作工人的平均等級；鉗工修整勞動量及其占機床工作量的比列；生產(chǎn)面積總數(shù)、總面積、平均每臺機床占用生產(chǎn)面積、平均每臺機床占用總面積。對于這些指標，兩個方案是相同或相近的，因而不予分析。 綜合以上指標，兩種加工工藝方案各方面特性指標基本相似，考慮到方案一的加工精度要高于方案二，且方案一的加工精度與表面粗糙度又是適中的能夠達到技術要求。故相比之下，方案一要優(yōu)于方案二。 3 精鉸銷孔夾具設計 3.1 活塞銷孔加工夾具的定位及誤差分析 鋁活塞的毛坯一般都鑄出錐形銷孔（便于撥模）。由于銷孔是許多工序施加夾緊力的部位，所以在精加工之前即對銷孔進行精鉸加工，以便在其后的工序夾緊力能較均勻地分布，保證活塞重要表面精加工能得到較高的精度，又不至于破壞銷孔精度。 3.1.1 定位方式和定位元件 設計夾具時原則上應選該工藝基準為定位基準。無論是工藝基準還是定位基準，均應符合六點定位原理。一個物體在三維空間中可能具有的運動，稱為自由度。在空間體系中，物體可以有沿X、Y、Z軸的移動及繞X、Y、Z軸的轉(zhuǎn)動，共有六個獨立的運動，即六個自由度。所謂工件的定位，就是采用適當?shù)募s束措施，來消除工件的六個自由度，以實現(xiàn)工件的定位，即六點定位原理。 根據(jù)前面的生產(chǎn)工藝，本工序夾具采用活塞止口、端面及銷孔定位，為了與止口相配合，采用止口盤為定位元件?；钊箍诤投嗣媾c止口座接觸，限制了除沿Z軸的轉(zhuǎn)動以外的5個自由度；剩下的繞Z軸的轉(zhuǎn)動自由采度用菱形銷插入銷孔中來定位。工件的六個自由度全被限制，為完全定位。 根據(jù)定位誤差的分析計算，一般是在成批大量生產(chǎn)中用調(diào)整法加工時，需要分析，對于具體夾具的定位誤差需要具體分析，要找出各個產(chǎn)生定位誤差的環(huán)節(jié)及大小，然后按照極值法或概率法求出總的定位誤差。如果采用試切法加工，一般就不作定位誤差的分析計算了。[16] 3.2 工件的夾緊裝置的組成 典型的夾緊裝置，是由下列幾個部分組成。 (1) 中間遞力機構: 中間遞力機構是介于力源和夾緊元件之間的傳力機構。它把力源裝置的夾緊作用力傳遞給夾緊元件，然后由夾緊元件最終完成對工件的夾緊。一般遞力機構可以在傳遞夾緊作用力過程中，改變夾緊作用力的方向和大小。本夾具設計為了一壓桿形式和拉頭的組合遞力機構。 (2) 夾緊元件與夾緊機構: 夾緊元件是夾緊裝置的最終執(zhí)行元件。通過它和工件受壓面的直接接觸而完成夾緊動作。本夾具的設計根據(jù)零件的特點設計螺旋夾緊裝置。樣式見總裝配圖。 3.3 夾具體的設計 3.3.1 夾具體的毛坯結構 在選擇夾具體的毛坯結構時，應以結構合理性、工藝性、經(jīng)濟性、標準化的可能性以及工廠的具體條件為依據(jù)綜合考慮。根據(jù)夾具的工作條件和受力情況，本夾具的毛坯采用鑄造結構可滿足要求。 3.3.2 夾具體外形尺寸的確定 夾具制造屬單件生產(chǎn)性質(zhì)，為縮短設計和制造周期，減少設計和制造費用，所以夾具體設計，一般不作復雜的計算。通常都是參照類似的夾具結構，按經(jīng)驗類比法估計確定。實際上在繪制夾具總圖時，根據(jù)工件、定位元件、夾緊裝置以及其他輔助機構和裝置在總體上的配置，夾具體的外形尺寸便已大體確定。根據(jù)《機床夾具設計手冊》表1-9-2 夾具體結構尺寸的經(jīng)驗數(shù)據(jù)及表1-9-3 夾具體座耳尺寸兩表可初步擬訂夾具體的尺寸。（見精鉸銷孔夾具體零件圖） 3.3.3 夾具體的排屑結構 為了便于排除切屑，不使其積聚在定位元件工作表面上而影響工件正確定位，一般在設計夾具體時，應采取必要的措施。參閱《機床夾具設計手冊》表1-9-4，采用切屑自動排除結構。 3.4 精鉸銷孔夾具工作原理 如圖6所示為精鉸銷孔夾具裝配圖。其工作原理為：結合人機工程學基本原理，從正面裝入活塞工件，工件安放在止口座1上，由活塞止口和端面限制5個自由度，剩下沿Z軸的轉(zhuǎn)動自由度由右 可移動的菱形銷13來限定，菱形銷插入銷孔后，順時針旋動手柄8，壓緊螺桿6向下移動，通過圓球頭部將作用力傳遞到壓塊3，壓塊將力均勻地傳到活塞2頂面，壓緊工件，活塞夾緊后，退出菱形銷13，將夾具整體平移到工作位置開始加工，加工結束后，退出刀具，逆時針旋動手柄8， 松開壓塊3，取下活塞，精鉸銷孔工序加工完成，繼續(xù)加工下一個工件。 圖 6 精鉸銷孔夾具裝配圖 1、止口座 2、活 塞 3、壓 塊 4、壓 板 5、襯 套 6、壓緊螺桿 7 、銷 8、手 柄 9 夾具體 10、菱形銷導套 11、襯 套 12、螺 釘 13、菱形銷 14、鍵 15、定位鍵 4 結論 課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，這是我們邁向社會、從事職業(yè)工作前一個必不可少的過程。通過這次課程設計我了解了活塞的加工制造工藝，明白了各步工序的作用。幾周的課程設計，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是如此的貧乏，自己綜合應用所學專業(yè)知識的能力是如此的不足，因此本次課程設計也使我對以前所學的知識有了一個較為全面的系統(tǒng)復習，尤其是畫圖的基本工得到了提高，為以后的畢業(yè)設計打下了良好的基礎。 本夾具還存在不足之處。一是繪圖軟件掌握的還不夠熟練，二是對夾具設計的知識還有欠缺。繪圖時細節(jié)地方會畫的不準確，造成重復性的修改，影響工作的效率，另一方面，夾具的工作質(zhì)量和工作壽命還未探討，這些都需要進一步研究和進一步實踐來解決。 參考文獻 [1] 王光斗 王春福. 機床夾具設計手冊. 上?？茖W出版社,2000. 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