活塞机械加工说明书.docx

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活塞机械加工说明书

辽宁工程技术大学

机械制造技术基础

课程设计

题目：

活塞机械加工工艺规程及精铰φ28销孔工序的专用夹具设计

班　　级：

　汽车12-2班

姓　　名：

　雷鸣

学号：

　1207130210

指导教师：

　冷岳峰

完成日期：

　2015-7-16

任务书

一、设计题目:

活塞机械加工工艺规程及精铰φ28销孔工序的专用夹具设计

二、原始资料

（1）被加工零件的零件图1张

（2）生产类型:

（中批或大批大量生产）

三、上交材料

1．所加工的零件图1张

2．毛坯图1张

3．编制机械加工工艺过程卡片1套

4．编制所设计夹具对应的那道工序的机械加工工序卡片1套

5．绘制夹具装配图（A0或A1）1张

6．绘制夹具中1个零件图（A1或A2。

装配图出来后，由指导教师为学生指定需绘制的零件图，一般为夹具体）。

1张

7．课程设计说明书，包括机械加工工艺规程的编制和机床夹具设计全部内容。

（约5000-8000字）1份

四、进度安排

本课程设计要求在3周内完成。

1．第l～2天查资料，绘制零件图。

2．第3～7天，完成零件的工艺性分析,确定毛坯的类型、制造方法，编制机械加工工艺规程和所加工工序的机械加工工序卡片。

3．第8～10天，完成夹具总体方案设计（画出草图，与指导教师沟通，在其同意的前提下，进行课程设计的下一步）。

4．第11～13天，完成夹具装配图的绘制。

5．第14～15天，零件图的绘制。

6．第16～18天，整理并完成设计说明书的编写。

7．第19天～21天，完成图纸和说明书的输出打印。

答辩

五、指导教师评语

该生设计的过程中表现，设计内容反映的基本概念及计算，设计方案，图纸表达，说明书撰写，答辩表现。

综合评定成绩：

指导教师　　　　　　　

日　　期　　　　　　　

摘　要

机械制造技术基础课程设计是我们在学完了大学的全部基础课、专业基础课以及专业课后进行的。

这是我们在进行毕业设计之前对所学的各科课程一次深入的综合性总复习，也是一次理论联系实际的训练。

因此，他在我们的大学四年生活中占有重要的地位。

本设计通过对内燃机铝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。

其中有零件图、毛坯图、夹具装配图、夹具零件图各一张，机械加工工艺过程卡片和与所设计夹具对应那道工序的工序卡片各一张。

首先我们要熟悉零件，题目所给的零件是活塞。

了解了活塞的作用，接下来根据零件的性质和零件图上各端面的粗糙度确定毛坯的尺寸和机械加工余量。

然后我们再根据定位基准先确定精基准，后确定粗基准，最后拟定活塞的工艺路线图，制定该工件的夹紧方案，画出夹具装配图。

Abstract

Machinofacturetechnologycurriculumdesignisthatwemimicallbasiccourses,technologybasiccourseandmajorparthavingcompleteduniversitybeinginprogressafterthespecializedcourse.Thisisthatwealwaysreviewbeforethegraduationpracticebeinginprogresstowhatbelearnedeverythoroughcomprehensivenessofcourse,bealsothatatheorycontactsactualtraining,itoccupiesimportantpositiontherefore,inouruniversityforfouryearslife.

Inthepaperofthisgraduationdesign,throughthecomprehensiveexplicationofthedevelopingofaluminumpistonoftheinternal-combustionenginewhosethemachiningtechnologies,thesurroundingofworkingandtheanalysisofstructuralofthepiston.Itisconformedthetechnologyprocessandarrangeforprocessofpiston.Itmainlyincludes：

partmap,roughmap,fixtureassembly,afixturepartsofthemap.Machiningprocesswiththecardandthecorrespondingfixturedesignedbytheproceduresoftheprocessofacard.Firstofall,wemustfamiliarwiththeparts,subjecttothepartsispiston.Pistonunderstandingoftherole,followedinaccordancewiththenatureofpartsandcomponentsinthefaceofthemapontheroughnessofroughdeterminethesizeandmechanicalJiagongyuliang.Accordingtoanotherlocationandthenwesetthebenchmarkfinefirstbase,establishedafterthebenchmarkcrude,pistonfinalizingtheroadmapprocess,theenactmentoftheworkpiececlampingprogramme,todrawfixtureassembly.

0前言………………………………………………………………1

1零件的分析……………………………………………………2

1.1活塞的功用、结构特点及工作条件……………………2

1.2活塞的主要加工表面及技术要求………………………3

2工艺规程设计………………………………………………3

2.1活塞的毛坯材料及制造方法……………………………3

2.2定位基准的选择…………………………………………4

2.3制定工艺路线……………………………………………5

2.3.1加工工序的安排……………………………………5

2.3.2工艺方案的比较与技术经济分析……………………6

3精铰销孔夹具设计……………………………………………7

3.1活塞销孔加工夹具的定位及误差分析……………………7

3.1.1定位方式和定位元件………………………………7

3.2工件的夹紧装置组成……………………………………7

3.3夹具体的设……………………………………………8

3.3.1夹具体的毛坯结构…………………………………8

3.3.2夹具体外形尺寸确定………………………………8

3.3.3夹具体的排屑结构…………………………………8

3.4精铰销孔夹具工作原理…………………………………8

4结论…………………………………………………………9

0前言

我国的汽车行业正在飞速发展，汽车的动力部分也在不断改进，活塞是汽车动力不可缺少的一部分，它的工作情况会直接影响汽车的运行状态。

所以，如何能使活塞的生产高效率、高质量，省成本、省时间是我们今天汽车行业的努力方向。

随着汽车整车对发动机的动力性、经济性、环保性及可靠性的要求越来越严格，活塞已发展成为集轻质高强度新材料、异型外圆复合型面、异型销孔等多项新技术于一体的高技术含量的产品，以保证活塞的耐热性、耐磨性、平稳的导向性和良好的密封功能，减少发动机的摩擦功损失，降低油耗、噪声和排放。

为满足以上的功能要求，通常将活塞的外圆设计成异型外圆（中凸变椭圆），即垂直于活塞轴线的横剖面为椭圆或修正椭圆，且椭圆度沿轴线方向按一定的规律变化（如图1所示），椭圆度精度达0.005mm；活塞纵剖面的外轮廓为高次函数的拟合曲线，轮廓精度为0.005～0.01mm；为提高活塞的承载能力，以提高发动机的升功率，通常将高负荷活塞的销孔设计成微内锥型或正应力曲面型（异型销孔）,销孔尺寸精度达IT4级，轮廓精度为0.003mm。

活塞作为典型的汽车关键零部件，在切削加工方面具有很强的工艺特点。

目前，国内活塞制造行业通常是由通用机床和结合活塞工艺特点的专用设备组成机加工生产线，因此，专用设备就成为活塞切削加工的关键设备，其功能和精度将直接影响最终产品的关键特性的质量指标。

本文根据活塞加工的一个特殊工序来对其夹具的设计，使其加工过程得以顺利进行，保证活塞销孔的位置及精度的准确性，同时也借助这个夹具的设计，来提高活塞加工的效率，解决活塞的定位、夹紧问题，为活塞的加工提供一个更方便的路径。

1零件的分析

1.1活塞的功用、结构特点及工作条件

活塞是曲柄连杆机构中的主要零件之一，是发动机的心脏。

在活塞压缩行程终了时，燃烧室内的工作混合气被火花塞点燃后爆发，产生强大的压力，推动活塞沿气缸向下运动，并通过连杆使活塞的直线往复运动变为曲柄的旋转运动，这就是发动机动力的来源。

活塞的第一个作用就是使发动机做功。

发动机做功是由进气、压缩、爆发、排气四个行程来完成的一个工作循环的。

不断地循环，发动机才能连续地工作，这就要求发动机内活塞顶以上的空间要有非常好的密封效果。

密封是活塞的第二个作用。

发动机在点燃爆发时，温度高达2000~2500，主要靠活塞和活塞环将高温传给气缸壁，再由气缸壁外侧水套内的循环水将热量带走。

活塞的第三个作用是传热。

活塞由头部（环槽、环岸和绝热槽）、裙部和顶部三部分组成。

1顶部。

汽车发动机大多采用平顶式活塞，这是因为与其它形式的活塞相比，具有工作可靠、制造简单、重量最轻和受热面积最小等优点。

一般选用优质铝合金。

2头部。

活塞环的主要功用是保证燃烧室和气缸工作腔的密封性。

它的高度主要取决于必须安装的活塞环数。

3活塞裙。

活塞裙是指活塞油环槽以下的部分。

为保证在正常工作条件下活塞与气缸内壁之间自上而下间隙均匀，必须把活塞制成上小下大的阶梯形或截锥形。

活塞裙部的横截面应作为椭圆形，并使椭圆的长轴方向垂直于活塞销孔轴线方向。

活塞裙部内有一止口。

它由一小段内孔、倒角和端面构成。

它是专为活塞加工过程中定位而设置的辅助精基准面，在活塞工作过程中没有任何用途。

4销座。

销座位于活塞裙部内，且有厚筋与活塞顶相连。

其作用是保证把作用于活塞上的力可靠地传给活塞销孔，在活塞销座上有一个油孔，用作润滑活塞销与活塞销孔，减少它们的摩擦。

总之，活塞为薄壁零件，它是在高温高压的条件下，在气缸内做高速往复直线运动。

为减小活塞在做高速往复运动时的惯性力，一般活塞材料采用铝合金。

1.2　活塞的主要加工表面及技术要求

1．环岸及环槽底对活塞裙部轴心的径向跳动最大允差为0.1mm~0.15mm.全部槽底Ra3.2μm.

2.环槽侧面对活塞裙部轴心线垂直度不超过25：

0.07，环槽侧面对活塞裙部轴心线跳动不超过0.05mm，全部槽侧Ra0.4μm。

3．活塞销孔尺寸及精度为φ（28±0.075）mm；销孔圆柱度为0.00125mm；表面粗糙度Ra0.125μm；两销孔同轴度误差，在最大实体状态时为零；销孔轴心线对裙部轴心线垂直度为100：

0.035；这些参数超差会使活塞销与活塞孔配合不正常，破坏活塞、活塞销、连杆的正确装配位置，不能保证正常的润滑，并产生不正常磨损。

4．裙部保留有0.2mm，深0.008mm~0.016mm的刀痕，以便能储存润滑油，使发动机在工作中活塞与缸壁之间形成一层油膜，从而减少活塞与缸壁的摩擦。

5．为了改善活塞的机械加工性能，在活塞的制造过程中对销孔尺寸、外圆尺寸和重量分别进行分组，然后按装配工艺要求进行分组装配。

2工艺规程设计

2.1　活塞的毛坯材料及制造方法

活塞的材料除少数采用铸铁外，大部分采用导热系数高、热膨胀系数较底的硅铝合金。

为了增加其刚性、隔热性和避免环槽早期磨损，也有在其头部或裙部铸有钢护圈、铸铁圈或钢片，这类活塞称为双金属活塞。

铜硅铝合金比铸铁具有下列优点:

（1）导热性好,使活塞顶面的温度降低较快，可以提高发动机的压缩比，又不至于引起混合气体的自燃，因而可以提高发动机的功率；

（2）重量轻,惯性力小；

（3）可切削性好。

但它也有一些缺点:

a.材料的价格比较贵；

b.热膨胀系数大,约为铸铁的两倍；

c.机械强度及耐磨性较差。

但总的来说,铝合金的优点超过缺点，所以在高速内燃机中都用它。

而且耐磨性方面可以通过镶嵌一高镍铸铁环来提高其气密性和耐磨性，增加其寿命。

一般的铝活塞大多采用金属模浇铸，这样不仅可以获得较高精度的毛坯，减少机械加工余量，同时还可以保证活塞间较小的重量差。

2.2　定位基准的选择

由于毛坯的精度较高，所以毛坯的外表面、内圆及顶面可直接作为粗基准，如粗车外圆、环槽、顶部、裙部及端面。

由于液态模锻后的毛坯内孔与外圆的同轴度及内孔、外圆对内顶面的垂直度误差均较小，因此，车削后顶部及裙部的壁厚均匀，可为以后的半精加工及精加工留有较均匀的余量。

活塞属薄壁筒形零件，径向刚度很差，而主要表面尺寸精度及个主要表面之间的位置精度要求又较高，所以在产品设计时就针对活塞的结构特点，设计了专供加工时定位用的辅助精基准——止口内孔及端面。

在回油槽、外圆、环槽、顶面等加工时，就采用了该精基准定位。

这不仅符合“基准统一”和“工序集中”原则，而且便于轴向夹紧，可采用一套夹具即可。

但以此作为精基准不仅不符合“基准重合”原则，而且还为此增加了工序和设备。

由于活塞销孔沿活塞轴线方向位置尺寸的设计基准是顶面，所以精铰削孔时以顶面为轴向定位基准，而止口的精加工以顶面为定位基准，这样可以减少因基准不重合而产生的定位误差。

在钻、扩销孔时采用了以销座外端作为角向定位基面。

这是因为若采用销孔自定位，定位元件不易布置，夹具结构复杂。

而由于活塞毛坯精度较高，以此作为角定位可以满足加工要求。

在铰销孔时，以销孔为角向定位基准，遵循了“自为基准”原则，使加工余量均匀，容易保证精度要求。

2.3　制定工艺路线

2.3.1加工工序的安排

按照加工顺序的选择原则：

（1）先加工基准面，再加工其它表面。

（2）一般情况下，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。

根据活塞零件加工的实际情况，本设计拟定了两条加工路线来进行比较分析：

方案一：

第一道工序：

粗车止口，端面

第二道工序：

粗车外圆

第三道工序：

粗铰销孔

第四道工序：

粗切外圆环槽、顶面

第五道工序：

钻直油孔

第六道工序:

钻斜油孔

第七道工序:

去内腔毛刺

第八道工序：

精车止口，打中心孔

第九道工序：

精车外圆、环槽并倒角

第十道工序：

精铰销孔

第十一道工序：

切卡环槽

图形见所附机械加工工艺过程卡片。

方案二：

第一道工序：

粗车外圆、车顶面

第二道工序：

粗车止口、打中心孔

第三道工序：

粗铰销孔

第四道工序：

车环槽及梯形槽

第五道工序：

车环槽环岸及其倒角

第六道工序：

钻直油孔

第七道工序：

钻斜孔

第八道工序：

铣气门内槽

第九道工序：

铣气门外槽

第十道工序：

精车止口

第十一道工序：

精车外圆

第十二道工序：

精铰销孔

第十三道工序：

切卡环槽

第十四道工序：

靠磨椭圆裙部

2.3.2工艺方案的比较与技术经济分析

（1）产品工艺方案技术特性主要指标：

a.劳动力消耗率：

方案一与方案二相比，工时数与台时数比较少，生产率较高，且能达到的精度也较高

b.设备构成比：

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.工艺装备系数：

两个方案基本相同。

d.工艺过程的分散与集中程度：

本产品属于大批大量生产，且均采用相对集中的工艺路线，采用组合夹具、刀具和机床，基本上能够完成生产任务。

e.金属消耗量：

基本相同。

f.占用生产面积数：

两个方案基本相同。

（2）机械加工工艺过程技术特性指标：

机械加工工艺过程技术特性指标包括：

出厂量、毛坯数量、制造毛坯所需金属质量、毛坯净重、毛坯的成品率、设备总功率、专用夹具装备系数、量具装备系数、刀具装备系数、操作工人的平均等级；钳工修整劳动量及其占机床工作量的比列；生产面积总数、总面积、平均每台机床占用生产面积、平均每台机床占用总面积。

对于这些指标，两个方案是相同或相近的，因而不予分析。

综合以上指标，两种加工工艺方案各方面特性指标基本相似，考虑到方案一的加工精度要高于方案二，且方案一的加工精度与表面粗糙度又是适中的能够达到技术要求。

故相比之下，方案一要优于方案二。

3精铰销孔夹具设计

3.1活塞销孔加工夹具的定位及误差分析

铝活塞的毛坯一般都铸出锥形销孔（便于拨模）。

由于销孔是许多工序施加夹紧力的部位，所以在精加工之前即对销孔进行精铰加工，以便在其后的工序夹紧力能较均匀地分布，保证活塞重要表面精加工能得到较高的精度，又不至于破坏销孔精度。

3.1.1定位方式和定位元件

设计夹具时原则上应选该工艺基准为定位基准。

无论是工艺基准还是定位基准，均应符合六点定位原理。

一个物体在三维空间中可能具有的运动，称为自由度。

在空间体系中，物体可以有沿X、Y、Z轴的移动及绕X、Y、Z轴的转动，共有六个独立的运动，即六个自由度。

所谓工件的定位，就是采用适当的约束措施，来消除工件的六个自由度，以实现工件的定位，即六点定位原理。

根据前面的生产工艺，本工序夹具采用活塞止口、端面及销孔定位，为了与止口相配合，采用止口盘为定位元件。

活塞止口和端面与止口座接触，限制了除沿Z轴的转动以外的5个自由度；剩下的绕Z轴的转动自由采度用菱形销插入销孔中来定位。

工件的六个自由度全被限制，为完全定位。

根据定位误差的分析计算，一般是在成批大量生产中用调整法加工时，需要分析，对于具体夹具的定位误差需要具体分析，要找出各个产生定位误差的环节及大小，然后按照极值法或概率法求出总的定位误差。

如果采用试切法加工，一般就不作定位误差的分析计算了。

[16]

3.2工件的夹紧装置的组成

典型的夹紧装置，是由下列几个部分组成。

（1）中间递力机构:

中间递力机构是介于力源和夹紧元件之间的传力机构。

它把力源装置的夹紧作用力传递给夹紧元件，然后由夹紧元件最终完成对工件的夹紧。

一般递力机构可以在传递夹紧作用力过程中，改变夹紧作用力的方向和大小。

本夹具设计为了一压杆形式和拉头的组合递力机构。

（2）夹紧元件与夹紧机构:

夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件。

通过它和工件受压面的直接接触而完成夹紧动作。

本夹具的设计根据零件的特点设计螺旋夹紧装置。

样式见总装配图。

3.3夹具体的设计

3.3.1夹具体的毛坯结构

在选择夹具体的毛坯结构时，应以结构合理性、工艺性、经济性、标准化的可能性以及工厂的具体条件为依据综合考虑。

根据夹具的工作条件和受力情况，本夹具的毛坯采用铸造结构可满足要求。

3.3.2夹具体外形尺寸的确定

夹具制造属单件生产性质，为缩短设计和制造周期，减少设计和制造费用，所以夹具体设计，一般不作复杂的计算。

通常都是参照类似的夹具结构，按经验类比法估计确定。

实际上在绘制夹具总图时，根据工件、定位元件、夹紧装置以及其他辅助机构和装置在总体上的配置，夹具体的外形尺寸便已大体确定。

根据《机床夹具设计手册》表1-9-2夹具体结构尺寸的经验数据及表1-9-3夹具体座耳尺寸两表可初步拟订夹具体的尺寸。

（见精铰销孔夹具体零件图）

3.3.3夹具体的排屑结构

为了便于排除切屑，不使其积聚在定位元件工作表面上而影响工件正确定位，一般在设计夹具体时，应采取必要的措施。

参阅《机床夹具设计手册》表1-9-4，采用切屑自动排除结构。

3.4精铰销孔夹具工作原理

如图6所示为精铰销孔夹具装配图。

其工作原理为：

结合人机工程学基本原理，从正面装入活塞工件，工件安放在止口座1上，由活塞止口和端面限制5个自由度，剩下沿Z轴的转动自由度由右可移动的菱形销13来限定，菱形销插入销孔后，顺时针旋动手柄8，压紧螺杆6向下移动，通过圆球头部将作用力传递到压块3，压块将力均匀地传到活塞2顶面，压紧工件，活塞夹紧后，退出菱形销13，将夹具整体平移到工作位置开始加工，加工结束后，退出刀具，逆时针旋动手柄8，松开压块3，取下活塞，精铰销孔工序加工完成，继续加工下一个工件。

图6精铰销孔夹具装配图

1、止口座2、活塞3、压块4、压板5、衬套6、压紧螺杆7、销8、手柄9夹具体10、菱形销导套11、衬套12、螺钉13、菱形销14、键15、定位键

4结论

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会、从事职业工作前一个必不可少的过程。

通过这次课程设计我了解了活塞的加工制造工艺，明白了各步工序的作用。

几周的课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是如此的贫乏，自己综合应用所学专业知识的能力是如此的不足，因此本次课程设计也使我对以前所学的知识有了一个较为全面的系统复习，尤其是画图的基本工得到了提高，为以后的毕业设计打下了良好的基础。

本夹具还存在不足之处。

一是绘图软件掌握的还不够熟练，二是对夹具设计的知识还有欠缺。

绘图时细节地方会画的不准确，造成重复性的修改，影响工作的效率，另一方面，夹具的工作质量和工作寿命还未探讨，这些都需要进一步研究和进一步实践来解决。

参考文献

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[4]刘守勇.机械制造工艺与机床夹具.机械工业出版社,2005

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[6]、陈国香主编机械制造与模具制造工艺学清华大学出版社2006.5

[7]、李彩霞主编机械精度设计与检测技术上海交通大学出版社2006.1

[8]、方子良主编机械制造技术基础上海交通大学出版社2005.1

[9]、孙志礼、冷兴聚、魏延刚、曾海泉主编机械设计东北大学出版社2000.9

[10]、孙丽媛主编机械制造工艺及专用夹具设计指导冶金工业出版社2002.12

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