发动机活塞工艺规程设计开题报告Word文档下载推荐.docx

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由于活塞是发动机的一个重要组成元件，其外形直接影响到系统的燃油经济性、可靠性、寿命、排放及噪声等指标，其结构、功能及精度则直接影响到发动机性能的好坏。

因此，根据活塞结构，确定活塞的加工工艺及加工方法显得至关重要[2]。

本毕业设计通对分析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及其工作环境，确定了活塞的加工过程及加工方案，其中主要包括：

材料的选用、毛坯制造工艺、加工基准的选择、各道工工序切削用量及其加工余量的确定和工序安排等。

并且进一步设计了活塞加工过程中用到的一套典型的夹具，其主要内容包括：

定位方案与夹紧方案的设计、夹具的工作原理以及在夹具设计过程中应该注意的问题，并分析论证其可行性。

希望能够从加工工艺方面提高发动机活塞的质量、效率，是我选择本课题的主要依据。

2、发动机活塞的发展趋势

目前，由于石油资源紧缺和环境污染，提高汽车发动机燃油效率、减少尾气排放已显得日益重要。

车用燃油发动机的两大组件为活塞（主要是活塞与活塞环）和缸套[3]，它们对材质的要求各有差异。

活塞要求其所用材料具备高硬度、高耐磨性、耐高温、抗高温磨蚀以及稳定的热膨胀系数等特性；

缸套则要求其材料具有耐高温、耐磨、耐压以及质轻等性能[4]。

发动机性能的改善，势必对活塞和缸套在选材及加工方面提出更高的要求。

目前，活塞和缸套的材料以铝合金为主，活塞环则以铸铁材料为主；

在加工工艺方面主要通过铸造和表面处理来加工活塞组件和缸套[5-8]。

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[9]。

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，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[10]。

我国活塞制造技术经过40多年的发展，具有一定的基础，特别是通过技术改造和技术合作，加快了活塞制造技术的发展，产品质量不断提高新产品的比重逐渐加大。

但是，由于内燃机铝活塞的结构类型、要求、各制造企业的工艺条件不同，活塞机械加工工艺过程存在一定的差别,同时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，大多数企业采用以专用机床和改装的普通车床、专用工装和夹具组成的单机流水线的加工方式生产，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[11]。

3、制造技术的重要性及活塞加工存在的问题

制造技术是衡量一个国家机械发展水平的一个重要指标[12]，它的重要性不言而喻，具体有以下四方面的意义[13]：

1、社会发展与制造技术密切相关

2、制造技术是科学技术物化的基础

3、制造技术是所有工业的支柱

4、国力和国防的后盾

多年来，我国机床行业在活塞专用机床开发研制方面做了大量工作，但随着汽车发动机技术和活塞产品技术的迅速发展，仍需在活塞先进制造技术及装备方面加大研究开发力度，以适应活塞制造业的发展[14]。

随着数控技术的逐步发展，数控加工方法势必会替普通加工方法。

活塞异形外圆数控车削刀具由微进给机构驱动，微进给机构的性能就决定了加工精度。

活塞异形外圆加工精度要求不断提高，对于微进给机构的性能要求随之提高。

除了精密微进给机构外，还需要精密控制系统进行实时控制。

目前国内使用的数控活塞加工车床多采用前馈控制，虽能取得较高的加工精度，但是其频率特性识别存在误差，难以进一步提高加工精度。

因此，需要研制精度更高的控制系统[15]。

通过分析活塞加工存在的问题，我们可以得出这样一个结论，活塞制造技术与汽车发动机行业的发展紧密相关，活塞加工工艺及方法的改进与创新决定了活塞质量，先进适用的加工设备是活塞质量的重要保证。

因此，在了解活塞结构性能的前提下，制定优良工艺方法，选择适用加工设备，并不断克服目前活塞加工中存在的问题，才能使活塞在使用过程中发挥最大的功用。

参考文献：

[1]周亮，李国康．一种新型异型销孔活塞加工方法的研究［J］．科技创新导报，2010（8）:

126

[2]龙峰，任军海.活塞加工技术现状分析及研究[J].现代机械，2011（5）：

4

[3]徐兆坤，张珏成，李聪．汽车发动机原理［M］．北京:

清华大学出版社，2010

[4]汪立亮,徐淼.内燃机气缸套新材料的开发[J].小型内燃机,2000,29（4）:

41−44

[5]邱复兴,高阳.活塞环的PVP、CVD表面处理[J].内燃机配件,2003

（2）:

3−6

[6]周松流,林祥华.国外球铁活塞环主要的铸造工艺方法[J].内燃机配件,2005

（1）:

1−4

[7]刘文川,周红梅,汪萍等.轻型车气缸体铸造工艺分析[J].铸造设备研究,2005（5）:

45−49

[8]路炜.提高发动机铝合金件耐磨性的表面处理工艺[J].电镀与精饰,2007,29（3）:

25−27

[9]陈刚，贺跃辉，沈培智.发动机活塞和缸套材料及其加工工艺研究现状[J].粉末冶金材料科学与工程，2009（14）：

[10]陈宏钧，方向明.典型零件机械加工生产实例[M].第二版.北京：

机械工业出版社，2010.218

[11]侯家驹，韩德恩.汽车制造工艺学[M].北京：

机械工业出版社，1991：

369-388

[12]刘守勇.机械制造工艺与机床夹具[M].哈尔滨：

机械工业出版社,2007：

02-03

[13]王先逵.机械制造工艺学[M].第二版.北京：

机械工业出版社，2006:

01-02

[14]上海市大专院校机械制造工艺学协作组编著.机械制造工艺学[M].福建:

科学技术出版社,1995:

254

[15]朱利民.汽车发动机活塞制造技术的发展趋势[J].汽车工艺与材料，2008

（1）：

9

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

一、本课题主要研究和解决的问题

本课题基本内容是某活塞机械加工工艺及其夹具设计，要研究的主要内容有：

1）设计开始的过程中，我们应该认真分析零件图，了解要加工零件的结构特点和相关的技术要求，对活塞的每一个细节，都应仔细的分析，如活塞加工表面的平行度、同轴度、粗糙度等，特别是要注意各部分自身精度（同轴度、圆度、粗糙度）和它们的相互位置精度（轴线之间的平行度、垂直度以及轴线与平面之间的平行度、垂直度等要求），该加工零件的各孔的尺寸是整个设计加工的关键，必须弄懂其每个尺寸的意义。

我们采用AutoCAD软件绘制零件图，一方面增加对零件的了解认识，另一方面增加我们对AutoCAD软件的熟悉。

2）活塞的加工工艺过程是整个设计的重点内容，在设计过程中，必须严格地选择毛坯、制订工艺规程、确定加工余量、计算工艺尺寸、计算工时定额以及定位误差的分析，为了与实际加工相吻合，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，这个阶段内容较多，涉及的范围也比较广，为了设计的参数合理，必须广泛查阅相关的书籍，达到设计的合理性和实用性。

3）为了工件定位准确和夹紧的快速，提高效率和降低工人的劳动强度，提高零件加工精度和安装找正方便，我们要采用专用的夹具。

在夹具设计过程中，统一采用以端面和止口为主要定位面来进行加工。

所以，夹具的设计是整个设计的重点，也是一个难点。

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，必须通过对工件与夹具的认真分析，结合一些夹具的具体设计事例，查阅相关的夹具设计资料来解决这些问题。

二、本课题拟采用的研究手段或途径

1、活塞的结构特点

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。

2、拟采用的研究手段

根据活塞零件的特点，活塞加工不宜采用工序集中的原则，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。

根据本题目的要求，具体研究方法可分为以下几步：

（一）机械加工工艺规程制定

1、零件分析

1）确定生产类型及生产纲领

2）分析研究零件图

2、毛坯设计

1）确定毛坯的类型和制造方法

2）确定毛坯的加工余量及尺寸公差

3）绘制毛坯简图

3、拟定机械加工工艺路线

1）选择零件定位时的粗、精基准

2）确定各加工表面的加工方法及合理安排加工顺序（包括热处理、检验等工序的安排）

3）考虑工序的集中与分散及加工阶段的划分，拟定工艺路线

4、工序设计

1）绘制工序简图（工艺附图）

2）选择加工设备（机床类型机型号）和工艺装备（刀具、量具、通用夹具和辅具等）

3）确定各表面工序余量、各工序尺寸

4）计算并确定切削用量、时间定额

5）填写工艺文件

（二）专用机床夹具设计

1、明确设计任务，查找并收集资料

2、拟定结构方案，绘制结构草图

1）确定工件的定位方案

2）确定工件的夹紧方案

3）选择其他夹具元件

4）合理布置夹具元件，确定夹具总体结构

3、绘制夹具总装图（必要时绘制夹具主要零件图）

（三）撰写设计计算说明书

（学习的目的是增长知识，提高能力，相信一分耕耘一分收获，努力就一定可以获得应有的回报）