活塞加工工艺说明书.doc

辽宁工程技术大学机 械 制 造 技 术 基 础课 程 设 计题 目：活塞零件的机械加工工艺规程及工艺装备设计班级： 姓名： 指导教师： 完成日期： 一、设计题目活塞零件的工艺加工规程及工艺装备设计二、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绘制零件图 1张2毛坯图 1张3编制机械加工工艺过程综合卡片 1套4编制机械加工工艺卡片（仅编制所设计夹具对应的那道工序的机械加工工艺卡片） 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编写课程设计说明书（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l2天查资料，熟悉题目阶段。2第37天，完成零件的工艺性分析,确定毛坯的类型、制造方法和机械加工工艺规程的设计并编制出零件的机械加工工艺卡片。3第810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1113天，完成夹具总装图的绘制。5第1415天，零件图的绘制。6第1618天，整理并完成设计说明书的编写。7第19天，完成图纸和说明书的输出打印。8第2021天，答辩五、指导教师评语成 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。我这次设计的是拨叉831003，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，题目所给的零件是拨叉831003。了解了拨叉的作用，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，最后拟定拨叉的工艺路线图，制定该工件的夹紧方案，画出夹具装配图。就我个人而言，我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进一步适应性的训练，希望自己在设计中能锻炼自己的分析问题、解决问题、查资料的能力 ，为以后的工作打下良好的基础。由于能力有限，设计尚有很多不足之处，希望各位老师给予指导。AbstractMachinofacture 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.My design is Bocha 831,003, 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 Bocha 831,003. Bocha 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, Bocha finalizing the road map process, the enactment of the workpiece clamping programme, to draw fixture assembly.For me personally, I hope that through the curriculum design of their future will be further engaged in the work of adaptive training, in the hope that their design can exercise their own analysis, problem solving, the ability to search information, the work laid for the future A good foundation. Because of limited capacity, there are a lot of design deficiencies, I hope that teachers give guidance.目 录前言11 零件的分析21.1 活塞的功用、结构特点及工作条件21.2 活塞的主要加工表面及技术要求32 工艺规程设计32.1 活塞的毛坯材料及制造方法32.2 定位基准的选择42.3 制定工艺路线52.3.1 工艺路线方案一52.3.2 工艺路线方案二52.3.3 工艺方案的比较与分析62.4 机械加工余量及工序尺寸63 专用夹具设计93.1 设计主旨103.2 夹具的设计103.2.1 定位基准的选择103.2.2 切削力及夹紧力的计算103.2.3 定位误差分析113.2.4 夹具设计及操作的简要说明114 结论11参考文献13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0.0050.01mm；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。由于能力有限，设计尚有很多不足之处，希望各位老师给予指导。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20002500，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0.1mm0.15mm.全部槽底Ra3.2m.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Ra0.4m。3活塞销孔尺寸及精度为（280.075）mm；销孔圆柱度为0.00125mm；表面粗糙度Ra0.125m；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0.008mm0.016mm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。铝活塞除了导热性能好外，还具有重量轻、易加工等特点。所以目前中小型发动机的活塞大部分采用铝合金材料。由于铝合金和铸铁材料的不同，造成线膨胀系数不一样，亦可能出现广泛选用铸铁活塞的趋势，用以取代铝活塞。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，所以精镗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。在镗、滚挤销孔时，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工艺路线方案一：1钻活塞销孔 使用设备： Z148组合机床2铣两侧销座凹坑 80618专用机床3粗车外圆、环槽、裙部及端面 504680四轴数控车床4粗车定位止口 C2-112车床5铣回油槽 ZF041活塞专用铣床6扩活塞销孔 Z149组合机床7钻销座油孔 4023抬钻8去毛刺9粗精镗活塞销孔 T617A卧式铣镗床10销孔内侧倒角 80226专用机床11车削孔锁环槽 C2-115车床12精车止口 504690二轴数控车床13车外圆、环槽、环岸及倒角 504700三轴数控车床14滚挤活塞销孔 ZA125立式钻床15去毛刺16清洗吹净活塞 DTX40-I-G通过式清洗床17终检18装配前裙部分组尺寸复检2.3.2工艺路线方案二：1粗车底面止口 使用设备： C2-112车床2粗镗活塞销孔 T617A卧式铣镗床3粗车顶面，外圆及环槽 504680四轴数控车床4精车下端面，内止口 504690二轴数控车床5精车环槽、外圆面、顶面 504700三轴数控车床6精车燃烧室 C2-115车床7铣裙部圆弧 ZF041活塞专用铣床8精细镗活塞销孔 JL6静压镗床9车锁环槽 504700三轴数控车床10液压销孔 液压销孔车床11精磨裙部外圆 仿型磨床12清洗吹净活塞 DTX40-I-G通过式清洗床13终检14装配前裙部分组尺寸复检2.3.3工艺方案的比较与分析上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先钻销孔，再车定位止口，然后以此为基准加工活塞；而方案二是直接粗车止口，然后镗销孔加工活塞；从工艺路线上分析两套方案都可行，但经比较可见，第一套方案更具体，更适合活塞的批量生产。2.4机械加工余量及工序尺寸1钻活塞销孔：22.9mm 2铣两侧销座凹坑：R10 3粗车外圆、环槽、裙部及端面 外圆 ：102.40.1 2Z=1.2mm 环槽 ：2.250.03、4.4450.03、91.60.05、101.80.05、90.60.05 裙部 ：8.150.03、15.20.03、21.830.03、26.830.03 端面 ：101.5650.435 2Z=4.9354粗车定位止口：87.5650.15 95.5 5铣回油槽：57.38 2.5 6扩活塞销孔26.59 2Z=3.69 7粗精镗活塞销孔 28 2Z=1.41 8精车止口 85.5650.015 96.7 2Z=0.8 机械加工工艺过程卡片（厂名）加工工艺卡片产品型号产 品 名 称活塞零 件 名 称零件图号数量材料名称材料规格mm毛料重量kg活塞4000铝合金 序号工序名称工 序 内 容设备名称1钻削钻活塞销孔22.9钻床2铣削铣两侧销座凹坑铣床3车削粗车外圆、环槽、裙部及端面车床4车削粗车定位止口车床5铣削铣回油槽铣床6车削扩活塞销孔车床7钻削钻销座油孔钻床8钳工去毛刺9镗削粗精镗活塞销孔镗床10磨削销孔内侧倒角磨床11车削车削孔锁环槽车床12车削精车止口车床13车削车外圆、环槽、环岸及倒角车床14钻削滚挤活塞销孔钻床15钳工去毛刺16磨工磨削拨叉脚两端面磨床17清洗吹净活塞18终检编制标准化校对会 签更改单号更改标记更改处数更改人更改日期审核批 准机械加工工序卡片机械加工工序卡片产品型号产品名称零件名称活塞工序号工序名称材料名称02铝合金毛坯种类每毛坯可制件数每台件数铸件11设备名称设备型号同时加工件数1工步号工步内容工艺设备2铣两侧销座凹坑80618专用机床设计（日期）签字3 专用夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。这里的夹具为铣工件的专用夹具，10的刀头。3.1设计主旨本夹具主要用来铣活塞凹坑，且有一定的技术要求。但加工本道工序时，采用销孔定位。因此，主要应该考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，同时还要达到要求的精度。3.2夹具的设计3.2.1定位基准的选择由零件图可知，凹坑定位基准为销孔中心，活塞圆柱表面的圆跳度为0.1mm, 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，立式铣床，用v型快定位，夹紧。3.2.2切削力及夹紧力的计算切削刀具：整体铣刀,则圆周切削分力Fc=902aPf0.75Kp其中，aP =8mm,f=5mm, Kp=1,所以Fc=902850.751=24128.2 Nmm径向切削分力Fp=530f0.75Kp所以Fp=53050.71=10624.6 N轴向切削分力Ff=451f0.4Kp所以Ff=451850.41=6868.4 N计算切削力时，必须考虑安全系数，安全系数K= K1 K2 K3 K4式中 K1 -基本安全系数，K1 =1.5K2 -加工性质系数，K2 =1.1K3 -刀具钝化系数，K3 =1.1K4 -断续切削系数，K4 =1.1于是，K= 1.51.11.11.1=1.9965所以，圆周切削分力Fc=K=24128.21.9965=48172 N径向切削分力Fp=K=10624.61.9965=21212 N轴向切削分力Ff=K=6868.41.9965=13713 N3.2.3定位误差分析（1）定位元件尺寸及公差的确定。本夹具的主要定位元件为一定位销，定位销与夹具体上相应的孔采用过赢配合且能保证零件的公差要求，即为：定位销A22 f725 GB JB/T8014.21999（2）v型块的定位。由于活塞的圆柱表面不是均匀的大小，所以v型块的定位对活塞表面的夹紧会产生相应的误差。3.2.4夹具设计及操作的简要说明此数控铣床机床采用液压夹紧，v型块定位。首先将工件（活塞）放在v型块中间，调节支撑钉使工件达到误差最小的位置，液压缸进油，夹紧活塞。开始铣凹坑，铣完凹坑后，液压缸出油，工序完成。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，知道了铣活塞两侧凹坑夹具的设计方法步骤。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1 王光斗 王春福. 机床夹具设计手册. 上海科学出版社,2000.2 肖继德 陈宁平. 机床夹具设计. 机械工业出版社,2000 3 赵家齐. 机械制造工艺学课程设计知道书 . 机械工业出版社,2002 4 刘守勇. 机械制造工艺与机床夹具 . 机械工业出版社,20055 陆剑中 家宁. 金属切削原理与刀具. 机械工业出版社,20046、陈国香主编 机械制造与模具制造工艺学 清华大学出版社 2006.57、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 2006.18、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 2002.1211、邹青主编 机械制造技术基础课程设计指导教程 机械工业出版社 2004.8