活塞的机械加工工艺规程设计.docx
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活塞的机械加工工艺规程设计
2.2.基面的选择4
2.3.制定工艺路线5
2.4.机械加工余量、工序尺寸6
2.5.确定切削用量及基本工时8
1.零件的分析
1.1零件的作用
活塞是曲柄连杆机构中的重要零件之一，是发动机的心脏，它主要有三个作用。
第一是使发动机作功；第二是密封，它能使发动机内活塞顶以上的空间保持密封，使发动机能连续工作；第三是传热，它能将发动机点燃爆发时的高温传给气缸，再由气缸壁外侧水套内的循环水将热量带走。
1.2．零件的工艺分析及其技术要求
图1-1零件图
1.2.1.零件的工艺分析
1）时效处理是为了消除铸件的内应力，第二次时效处理是为了消除粗加工和铸件残余应力。
以保证加工质量。
2）活塞环槽的加工，分粗加工和精加工，这样可以减少切削力对环形槽尺寸的影响，以保证加工质量。
3）活塞环槽的加工，装夹方法可采用心轴，在批量时可提高生产效率，保证质量。
4）活塞环槽尺寸检验，采用片塞规进行检查，片塞规分为通端和止端两种。
片塞规具有综合检测功能，即能检查尺寸精度，同时也可以检查环槽两面是否平行，如不平行，片塞规在环槽内不能平滑移动。
5）活塞环侧面与轴心线的垂直度检验，可采用心轴装夹工件，再将心轴装夹在两顶尖之间，这时转动心轴，用杠杆百分表测每一环槽的两个侧面，所测读数最大与最小差值，即为垂直度误差。
6）活塞外圆mm与mm轴心线的同轴度检验，可采用心轴装夹工件，再将心轴装夹在两顶尖之间，这时转动心轴，用百分表测出活塞外圆跳动的读数最大与最小差值，即为同轴度误差。
1.2.2.零件的技术要求
（1）活塞环槽侧面与mm轴心线的垂直度公差为0.02mm；
（2）活塞外圆mm与mm轴心线的同轴度公差为0.04mm；
（3）左右两端mm内端面与mm轴心线的同轴度公差为0.02mm；
（4）由于活塞环槽与活塞环配合精度要求较高，所以活塞环槽加工精度相对要求较高；
（5）活塞上环槽入口处的倒角为；
（6）材料HT200，铸造后时效处理；
（7）未注明倒角。
2.工艺规程设计
2.1.毛坯的选择
2.1.1.确定毛坯的类型、制造方法和尺寸及公差
因为活塞对耐磨性和强度要求较高，其精度对车床的加工精度有很大影响，所以要选用材料为HT200,有导热性好、重量轻、易加工等优点。
为了克服铸造缺陷，获得优秀的毛坯，采用压铸制造，在机加工以前先切去浇冒口，然后进行热处理。
材料为HT200，精度等级在8-10之间，取IT=3.6mm，尺寸公差等级为10；加工余量在3-4之间，加工余量等级为G；即毛坯的尺寸为。
2.1.2.确定毛坯的技术要求
（1）调质处理硬度为28~32HRC，以改善切削加工性能，为切削加工做准备。
（2）零件左侧局部外圆要求有较高硬度和耐磨性，故需淬火处理，要求硬度达到45~50HRC。
（3）材料为HT200，未注圆角1×45°。
2.1.3.绘制毛坯图
2.2.基面的选择
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。
该零件图中较多尺寸及形位公差是以内孔及端面为设计基准的。
因此，采用先加工内孔，然后以内孔为精基准加工外圆。
根据各加工表面的基准如下表所示：
（1）选择外圆表面作为粗基准定位加工孔，为后续工序加工出精基准，这样使外圆加工时的余量均匀，避免后续加工精度受到“误差复印”的影响。
（2）选择孔作为精基准，这样能在一次装夹中把大多数外圆表面加工出来，有利于保证加工面间相互位置精度。
表2-1加工表面的基准
序号
加工部位
基准选择
1
内孔及端面
外圆毛坯表面
2
粗车外圆
外圆毛坯表面
3
半精车外圆、端面、按图样尺寸切槽至6mm，凹台
内孔
4
精车孔、端面、凹槽
半精车后外圆表面
5
另一端面和凹槽、外圆、切槽至内径、车中间环槽
孔
2.3．制定工艺路线
制定加工方案的一般原则为：
先粗后精，先近后远，先外后内，程序段最少，走刀路线最短以及特殊情况特殊处理。
制定工艺路线要保证加工质量，提高生产效率，降低成本。
根据生产类型是成批生产，零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用专用机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产效率。
除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
拟定加工路线如下：
工序号
工序名称
工序内容
定位基准
工装
1
铸造
铸造
2
清砂
清砂，去冒口
3
检验
检验铸件有无缺陷
4
热处理
时效处理
5
粗车
夹外圆（毛坯），粗车内孔至及端面，见平即可，粗车外圆尺寸至138mm，长度大于80mm
外圆毛坯表面
三爪卡盘、中心架、车床
6
粗车
倒头装夹，粗车外圆尺寸至光滑接刀，车端面保证尺寸总长为135mm
外圆毛坯表面
三爪卡盘、中心架、车床
7
热处理
二次时效处理
8
检验
检验工件有无气孔，夹渣等缺陷
9
半精车
夹内孔，半精车外圆，留量1.5mm，按图样尺寸切槽至6mm，车端面照顾尺寸10mm，车凹台，留加工余量1mm
内孔
心轴
10
精车
倒头装夹，夹外圆并找正，精车孔至、车端面，保证总长尺寸为132.5mm。
车凹槽，倒角
半精车后外圆表面
三爪卡盘、中心架、车床
11
精车
以内孔定位，倒头装夹，精车另一端面，保证总长尺寸为132mm，精车另一凹槽，倒角，精车外圆mm，切各槽至图样尺寸内径，保证各槽间距10mm及各槽入口处倒角。
车中间环槽
内孔
三爪卡盘、中心架、车床、心轴
12
检验
检验各部尺寸及精度
13
入库
入库
2.4.机械加工余量、工序尺寸
加工余量可采用查表修正法确定，确定工序尺寸的一般加工方法是，由加工表面的最后工序往前一步推算，最后工序的工序尺寸按零件图样的要求标注。
当无基准转换时，同一表面多次加工的工序尺寸只与工序（或工步）的加工余量有关。
当基准不重合时，工序尺寸用工艺尺寸链解算。
中间工序尺寸按“单向、入体”原则标注，但毛坯和孔心距尺寸公差带一般去双向对称布置。
中间工序尺寸的公差可以从相应的加工经济精度表中查得。
1.活塞内孔（工序5和10）的加工余量、工序尺寸及其公差的确定
按照粗车→精车加工方案，查阅《加工余量手册》，有粗车余量Zj=6mm、精车余量Zj=4mm；查《机械制造技术基础课程设计指导教程》第四章各个表，确定各工序尺寸的加工精度等级和表面粗糙度为，粗车：
IT12，Ra为1.6、精车：
IT7，Ra为12；根据上诉结果，再查标准公差数值表可确定各公步的公差值分别为，粗车;0.3mm、精车：
0.034mm。
综上所述，该工序加工该定位孔各工步的工序尺寸及公差分别为，粗车、精车。
2.活塞外圆表面mm（工序5、6、9、10和11）的加工余量、工序尺寸及公差的确定
按照粗车→半精车→精车的加工方案，查阅《机械加工余量手册》，有工序间的余量：
粗车余量Zj=4mm、半精车余量Zj=2.5mm、精车余量Zj=1.5mm。
查《机械制造技术基础课程设计指导教程》第四章各个表，确定各工序尺寸的加工精度等级和表面粗糙度分别为，粗车：
IT12，Ra12.5、半精车IT10，Ra5、精车：
IT7，Ra3.5。
综上所述，该工序加工各工步的工序尺寸及公差分别为：
粗车、半精车、精车。
3.活塞槽（工序9和11）的加工余量、工序尺寸及公差的确定
按照半精车→精车的加工方案，查阅《机械加工余量手册》，有工序间的余量：
半精车余量Zj=1mm、精车余量Zj=2mm。
查《机械制造技术基础课程设计指导教程》第四章各个表，确定各工序尺寸的加工精度等级和粗糙度分别为，半精车IT10，Ra3.2、精车：
IT7，Ra1.6。
综上所述，该工序加工各工步的工序尺寸及公差分别为：
半精车、精车。
4.活塞凹槽（工序9、10和11）的加工余量、工序尺寸及公差的确定
按照半精车→精车的加工方案，查阅《机械加工余量手册》，有工序间的余量：
半精车余量Zj=1mm精车余量Zj=1mm。
查《机械制造技术基础课程设计指导教程》第四章各个表，确定各工序尺寸的加工精度等级为：
半精车：
IT10、精车：
IT7。
综上所述，该工序加工各工步的工序尺寸及公差分别为：
半精车、精车。
5.车中间环槽（工序11）的加工余量、工序尺寸及公差的确定
按照精车的加工方案，查阅《机械加工余量手册》，有工序间的余量：
精车余量Zj=2mm。
查《机械制造技术基础课程设计指导教程》第四章各个表，确定各工序尺寸的加工精度等级为精车：
IT7。
综上所述，该工序加工工步的工序尺寸及公差为精车。
2.5.确定切削用量及基本工时
在车床上加工的工序，一般都用硬质合金车刀和镗刀，加工灰铸铁零件采用YG型硬质合金，粗加工用YG6，半精加工用YG8，精加工用YG10，切槽宜用高速钢
1.工序5
（1）粗车内孔至
1）选择刀具：
选用45°弯头车刀，
2）确定切削用量
a.确定背吃刀量：
粗车内孔至的余量为6mm,所以一次走刀完成即ap1=3mm。
b.确定进给量f：
查《切削用量简明手册》：
加工材料HT200、车刀刀杆尺寸为16×25mm、工件直径70mm、切削深度ap=3mm，则进给量为0.6~08mm/r。
再根据C6140车床说明书,取进给量f=0.6mm/r。
c.确定切削速度Vc：
查（切削手册）表1.27和1.28，查得Cv=158，xv=0.15，yv=0.4，m=0.2，修正系数KMv=1，Ksv=0.5，Kkrv=1，Ktv=1，刀具寿命为T=60min。
Vc=（Cv/Tmapxvfyv）Kv
=158×1×1×1×0.5/（600.2×30.15×0.60.4）=37m/min
d.确定机床转速n：
n=1000Vc/πdw=1000×37/3.14×76=155r/min
按机床说明书（见工艺手册见表4.2-8）得相近的机床转速为200r/min,所以实际切削速度为48m/min。
（2）粗车端面见平
1）选择刀具：
选用45°端面车刀
2）确定切削用量
a.确定背吃刀量：
粗车端面见平加工余量为2mm,所以一次走刀完成即ap1=2mm。
b.确定进给量f：
查《切削用量简明手册》：
加工材料HT200、车刀刀杆尺寸为16×25mm、工件直径142mm、切削深度ap=2mm，则进给量为0.8~1mm/r。
再根据C6140车床说明书（见切削手册）取进给量f=1mm/r。
c.确定切削速度Vc：
查（切削手册）表1.27和1.28，查得Cv=158，xv=0.15，yv=0.4，m=0.2，修正系数KMv=1，Ksv=0.5，Kkrv=1，Ktv=1，刀具寿命为T=60min。
Vc=（Cv/Tmapxvfyv）Kv
=158×1×1×1×0.5/（600.2×20.15×10.4）=32m/min
d.确定机床转速n：
n=1000Vc/πdw=1000×32/3.14×142=71.
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