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1、1 / 30一绪论一绪论 3 3二活塞结构特点二活塞结构特点 4 4三活塞的工艺规程的制订三活塞的工艺规程的制订 5 53.1.13.1.1 产品的零件图产品的零件图 5 53.1.23.1.2 产品验收的质量标准产品验收的质量标准 5 53.1.33.1.3 产品的生产纲领和生产类型产品的生产纲领和生产类型 6 63.2.13.2.1 材料选材料选择择 7 73.2.23.2.2 毛坯的选择毛坯的选择 8 83.2.33.2.3 确定的机械加工余量确定的机械加工余量 8 83.2.43.2.4 毛坯的制造方法及工艺特点毛坯的制造方法及工艺特点 8 83.3.13.3.1 定位基准的选择定位基
2、准的选择 9 93.3.23.3.2 粗基准和精基准的选择粗基准和精基准的选择 9 93.4.13.4.1 加工方法的确定加工方法的确定 10103.4.23.4.2 加工工序的安排加工工序的安排 11113.5.13.5.1 加工余量的确定方法加工余量的确定方法 13133.5.23.5.2 加工余量的确定加工余量的确定 14143.73.7 机床与工艺装备的确定机床与工艺装备的确定 16163.7.13.7.1 机床的选择机床的选择 16163.7.23.7.2 夹具的选择夹具的选择 16163.7.33.7.3 刀具的选择刀具的选择 17173.7.43.7.4 量具的选择量具的选择 1
3、7173.83.8 切削用量的确定切削用量的确定 18183.8.13.8.1 切削用量的选择切削用量的选择 18183.93.9 工序时间的计算工序时间的计算 1919四五槽夹具设计四五槽夹具设计22224.14.1 活塞五槽加工夹具的定位及误差分析活塞五槽加工夹具的定位及误差分析 22224.1.14.1.1 定位方式和定位元件定位方式和定位元件 22224.1.24.1.2 定位误差分析与计算定位误差分析与计算 22224.24.2 工件的夹紧装置的设计工件的夹紧装置的设计 23234.2.14.2.1 夹紧装置的组成夹紧装置的组成 23234.2.24.2.2 夹紧力的确定夹紧力的确定
4、 23234.34.3 对定装置对定装置 24244.44.4 标准件的选取标准件的选取 24242 / 304.54.5 夹具体的设计夹具体的设计 24244.5.14.5.1 夹具体的毛坯结构夹具体的毛坯结构 24244.5.24.5.2 夹具体外形尺寸的确定夹具体外形尺寸的确定 24244.5.34.5.3 夹具体的排屑结构夹具体的排屑结构 2525五四孔夹具设计五四孔夹具设计25255.15.1 工件的定位工件的定位 25255.25.2 定位误差的分析与计算定位误差的分析与计算 25255.35.3 工件工件的的夹紧夹紧 27275.45.4 导向装置的确定导向装置的确定 27275
5、.55.5 标准件的选择标准件的选择 2828六结论六结论 2929七参考文献七参考文献 3030八八 致致 31313 / 30活塞的机械加工工艺及夹具设计活塞的机械加工工艺及夹具设计摘 要本设计通过对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,其中主要包括：生产纲领和生产类型的确定、材料的选择、毛坯的制造方法、机械加工余量的确定、各加工工序切削用量的确定、工序时间的计算以及工序卡片的编制。最后,进一步选择并设计了两套典型的机床夹具,钻四孔夹具设计和铣五槽夹具设计,其中主要包括：定位方案与夹紧方案的设计,分度装置的设计、两套夹具的工作原理以及在
6、夹具设计过程中应该注意的问题。经过设计分析和论证,活塞的工艺设计与夹具设计是可行的。关键词关键词：活塞、工序、机床夹具、机械加工、定位夹紧、分度装置1 绪 论1.1 本课题的研究意义,国外研究现状、水平和发展趋势活塞是发动机中的重要零件之一。它在工作时承受发动机汽缸高温气体的压力,并通过活塞销、连杆将压力传给曲轴。因此活塞是在高温、高压和连续变负载下工作的。发动机活塞的材料为铝合金,它的导热性好、重量轻、惯性力小,并具有较好的切削加工性。铝活塞的毛坯采用金属模浇铸。毛坯的精度较高,活塞销孔也能铸出,因此机械加工余量可以相应地减少。毛坯在机械加工前要切去浇冒口,并进行时效处理,以消除铸造时因冷却
7、不均匀而产生的应力。1.2 本课题的基本容,预计可能遇到的困难,解决问题的方法和措施本课题基本容是某活塞机械加工工艺及其夹具设计,要研究的主要容有：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 Solideworks 软件绘制零件图,一方面增加对零件的了解认识,另一方面
8、增加我们对 Solideworks 软件的熟悉。2活塞的加工工艺过程是整个设计的重点容,在设计过程中,我们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4 / 30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,这个阶段容较多,涉及的围也比较广,为了设计的参数合理,我们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,我们统一采用以端面和中心孔为主要定位面来进行加工。因为我们未学习过
9、夹具的设计和计算。所以工作量大增加了,只有通过在实习过程中对夹具的感性认识和夹具设计参考书以及夹具图册来进行设计和计算。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。我们将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,联系在工厂看到的一些活塞加工的夹具来解决这些问题。1.3 本课题采用的研究手段和可行性分析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
10、工分开进行。逐步提高定位基准的精度和加工表面的精度。在加工发动机活塞零件的工艺过程中,我们必须保证其各部分的加工精度和与连接部件的装配精度,其主要技术要求如下：1裙部外圆要求与汽缸精密配合,尺寸公差为 6 级精度等级,表面粗糙度Ra0.63um。2为了使活塞销工作时能在空中自由转动,活塞销孔尺寸公差为 6 级以上精度、表面粗糙度 Ra0.16um、圆度公差 0.0015mm、孔的圆柱度公差 0.003 mm。3为了使活塞销和销孔受力均匀,减少不均匀摩擦,活塞销孔对裙部轴线必须垂直,在 100 mm 长度上公差为 0.035mm,对称度为 0.2 mm。4销孔轴线到顶面距离为 56,上下偏差为+
11、0.08 mm,-0.08 mm。5为使活塞环能随气缸套孔径大小而自由地涨缩,环槽的宽度尺寸、表面粗糙度及对裙部外圆轴线的位置也有较高的要求。 12 活塞结构特点2.1 活塞的工作环境及承受的作用力活塞在气缸工作时,混合气在燃烧室燃烧时产生的温度超过 890 摄氏度；活塞高速运动时其加速度达到 2500070000m/s；四冲程发动机工作时活塞顶部中心温度在330 摄氏度左右,二冲程发动机则为 400 到 450 摄氏度。由此可见,活塞是在一个高温5 / 30的环境中工作。在发动机汽缸,活塞在一部分工作循环压缩气体,而在另一部分工作循环,汽缸的混合气体燃烧膨胀,活塞承受高温气体压力,并把压力通
12、过活塞销、连杆传给曲轴。可见活塞是在高温高压下作长时间变负荷的往复运动,活塞的结构就要适应这样的工作条件。2.2 活塞的结构特点活塞顶面用于承受高温气体的压力,在活塞外圆表面上有三个环槽,离顶面最远的一个环槽是油环槽,槽装有油环,将气缸壁上多余的润滑油刮去,第一环为气环槽 ,用于安装气环,密封燃烧工质,第二环为扭曲环。活塞环上部分称为头部,其余部分称为活塞裙部。活塞采用 ZL101 铝铜合金材料锻造,它由顶部、头部、裙部三部分组成。头部呈圆锥体,裙部呈椭圆,顶部为 形；头部有三道环槽,上面两道安装气环,下面一道安装油环；油环底部分布着两排回油孔,油槽下面还有一排油孔；活塞头部从上至下呈圆锥体,
13、裙部呈椭圆,腔复杂,壁厚较均匀。为了减少向裙部传导的热量,在活塞主要是高速燃机用活塞上铣有横槽,以减少向下传热的面积。在活塞上还铣有纵向槽稍斜以增加活塞裙部的弹性横向槽也有类似作用 。为了活塞的气密性和耐磨性,增加其寿命,在气环槽下镶嵌一高镍铸铁环。使铸铁的热膨胀系数更接近 ZL101,以便满足零件要求。活塞销孔装活塞销与连杆小头孔相连接。为了使活塞销的磨损均匀,在工作温度下,应使活塞销在活塞孔及连杆小头衬套孔中能自由转动,即所谓浮动式活塞销。为了避免活塞销在工作过程中轴向窜动,在锁环槽中装有锁环。43 活塞的工艺规程的制订3.1 制订机械加工工艺规程的原始资料及活塞的工艺分析3.1.1 产品
14、的零件图3.1.2 产品验收的质量标准活塞的技术要求已由国家科委制定了国家标准,对各部分的尺寸公关、形状和位置公差以及表面粗糙度均有详细的规定,现采用 393185 标准说明如下： 活塞裙部外圆要求与气缸很精密的配合,因此裙部外圆尺寸公差一般为 IT6,对于高速燃机要达 IT5。为了减少机械加工的困难,将活塞裙部和气缸套孔径的制造公差放大三倍,装配时将活塞按裙部尺寸分为三组,气缸套按孔径尺寸分成三组,对相应的组的进行装配,以保证达到要求的间隙。裙部的椭圆度和锥度公差在分组尺寸公差围。裙部外圆粗糙度 Ra0.63m。5 对于浮动式活塞销孔,为了使活塞在工作过程中能在孔中自由转动,销孔尺寸6 /
15、30公差 IT6 级以上。为了减少机械加工工作量,活塞销孔和活塞销的装配也采用分组装配法,当销孔圆表面粗糙度 Ra0.16。 活塞销孔的位置公差要求如下：a. 销孔轴心线到顶面的距离影响气缸的压缩比,影响发动机的效率,对于此活塞这一距离为 560.08mm。b. 销孔轴心线对裙部轴心线的垂直度过影响活塞销、销孔及连杆的受力情况。垂直度误差过大将使活塞销、销孔及连杆单侧受力,活塞在气缸中倾斜,加剧磨损,垂直度在 100mm 长度上为 0.030mm。c. 销孔轴心线在裙部轴心线的对称度误差也会引起不均匀磨损,对称度公差为0.030mm。 为了使活塞 环能随气缸孔径大小的变化而自由地胀缩,对活塞环
16、槽作下列规定：a. 活塞环平面母线对裙部轴线的垂直度,且在长度上为 0.06mm。b. 活塞环槽平面对裙部轴线圆跳动为 0.04mm。c环槽宽度尺寸公差为 0.0150.035mmd.活塞环槽上下面平面粗糙度 Ra0.63m。 为了保证发动机运转平稳,同一发动机各活塞的重量不应相差很大,重量差不得大于名义重量的 2.2。活塞按重量分组装配。6Error!Error! NoNo bookmarkbookmark namename given.given.3.1.3 产品的生产纲领和生产类型生产纲领是企业在计划期应当生产的包括备品和废品在的年产量。可按下式计算: )1 ( QnN式中：零件的年生产
17、纲领件年 ；N产品的年产量台年 ；Q每台产品中,该零件的数量件台 ；n备品率；%a废品率；%b根据零件易磨损和损坏的程度,备品率定为 2.8 %-4.7 %,现取 4%,此活塞属于机械零件,一般废品率取 1%。故 6 1 1+4%+1%N 6.3万件生产类型是企业生产专业化程度的分类,一般分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型。其中成批生产又可以分为大批生产、中批生产和小批生产。7 / 30 根据机械制造工艺设计简明手册中查得：本产品属于轻型机械,且生产纲领为 6.3 万台,远远大于 5 万台,所以此活塞的生产属于大量生产。结合活塞加工 3931-85 标准其工艺过程的主要特点为: 工件具有
18、互换性,装配采用分组选择装配法。 铸件广泛采用金属模机器造型高生产率毛坯制造方法,毛坯精度高,加工余量小。 广泛采用高生产率的专用机床及自动机床,按流水线形式排列。 广泛采用高生产率刀具、夹具和量具。 对操作工人的技术要求较低,对调整工人的技术要求较高。 必须制定详细的工艺规程。73.2 活塞的材料及毛坯制造铸造铝合金按化学成分可分为：铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金。3.2.1 材料选择采用高碳合金工具钢整体淬火的活塞,在工作中和钎杆接触的平面不变形,不易产生裂纹,而采用低碳合金钢渗碳淬火的活塞,在工作中和钎杆接触的平面易产生变形平面凹陷和裂纹,如果裂纹扩大,就会产生断裂使活塞报废。在
19、高速柴油机中,为了减少往复直线运动部分的惯性作用,都采用了铜硅铝合金作为活塞材料。在低速、重负荷、低级燃料的发动机中,有时用铸铁作为活塞材料。在汽车工业中很少用铸铁活塞。铜硅铝合金比铸铁具有下列优点: 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； 重量轻,惯性力小； 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。3.2.2
20、毛坯的选择选择毛坯应考虑的因素：1零件力学性能的要求 相同的材料采用不同的毛坯制造方法,其力学性能有所8 / 30不同。铸铁件的强度,离心浇注、压力浇注的铸件,金属型浇注的铸件,砂型浇注的铸件依次递减。 2零件的结构形状和外轮廓尺寸 形状较简单、壁厚均匀的毛坯可采用金属型铸造。3生产纲领和批量 生产纲领大时宜采用高精度与高生产率的毛坯制造方法。4现场生产条件和发展 应经过技术经济分析和论证。从生产批量来看,此零件属于大批量生产,宜采用精度和生产率高的毛坯制造方法,以减少材料消耗和机械加工工作量。可考虑用金属铸造、熔模铸造、模锻、精锻等方法获得毛坯；从零件的结构来看,由于此零件属于外形较复杂的小
21、型零件,而且它的壁厚不算薄。故可以考虑采用压铸、金属铸造、熔模铸造等精密铸造方法。同时可以减少切削加工或不进行切削加工；从毛坯的制造方法来看,铸铝和铸铜等有色金属材料适合用铸造方法获得毛坯；从铸铝件的力学性能来看,可采用金属型铸造的铸件、金属型浇注的铸件、砂型浇注的铸件,且强度依次递减,毛坯质量依次降低。综上所述,该活塞零件的材料选用 ZL101,该材料的成分及性能见表 1,毛坯采用金属型铸造。用金属型铸型,在重力下浇注成型。对铝合金铸件有细化组织的作用,生产率高,无粉尘,但是设备费用高,手工操作时,劳动条件差。铸件表面的粗糙度Ra12.56.3m,结晶细,加工余量小。适用于成批大量的生产。8
22、3.2.3 确定的机械加工余量铸锻件的机械加工余量按 3735-85 确定,确定时,根据估算的锻件的重量、加工精度及锻件形状的复杂系数,由简明机械加工工艺手册查得：金属型铸件的尺寸公差等级为 68 级。可查得： 外圆的加工余量为 4.0mm。 销孔的加工余量为 3.0mm。3.2.4 毛坯的制造方法及工艺特点金属型浇注结构紧密,能承受较大压力,其生产率较高,适用于铁碳合金、有色金属及其合金的大批大量生产。金属型铸造允许毛坯的最大质量为 110kg,毛坯的最小壁厚为 1.5mm,形状复杂程度一般,精度等级 CT 要求为 68 级,毛坯的尺寸公差为0.090.47,表面粗糙度为 Ra 为 12.5
23、6.3m,加工余量等级为 F。3.3 基准的选择3.3.1 定位基准的选择定位基准的选择一般原则: a. 选最大尺寸表面为安装面,选最长距离的表面为导向面,选最小尺寸的表面为支9 / 30承面。b. 首先考虑保证空间位置精度,再考虑保证尺寸精度。c. 应尽量选择零件的主要表面为定位基准。3.3.2 粗基准和精基准的选择 粗基准的选择除了应考虑以上的一般原则外,还必须考虑以下几个原则：a. 尽量选择不加工表面作为粗基准,如果在工件上有很多不需加工的表面,则应以其中与加工面的位置精度要求较高的表面作为粗基准。b. 选择加工余量均匀的表面作为粗基准。c. 选择加工余量较小的表面作为粗基准。d. 选作
24、粗基准的表面应平整,没有浇口、冒口、飞边等缺陷,以便定位可靠。e. 粗基准一般只能使用一次,特别是主要的定位基准,以避免产生较大的位置误差。 根据上述的选择粗基准的基本原则,综合以上各个原则并考虑活塞的实际情况选择加工粗基准如下：a. 以活塞毛坯腔为粗基准加工外圆和端面,再以外圆为基准加工精基准止口。因为粗车后的外圆面是加工余量小、较准确的、光洁的、面积较大的平面,而且它也是一个重要的表面,它的余量比较均匀。b. 直接以活塞毛坯外圆和端面为粗基准加工精基准止口,由于活塞的毛坯加工是采用金属型铸造,其铸造精度较高,加工余量小且余量均匀,以其作为粗基准同样可以满足加工要求。3精基准的选择：和粗基准
25、一样,精基准的选择除了要考虑一般原则外,还有它自身应当注意的问题：a. 尽量用设计基准作为定位基准,实现基准重合,以避免产生基准不重合误差。b. 当工件以某一组精基准定位可以较方便地加工很多表面时,应尽可能的采用此组精基准定位,实现基准统一,以避免产生基准转换误差。c. 当精加工或光整加工工序要求加工余量尽量小而均匀时,应选择加工表面本身作为精基准,即遵循自为基准的原则。该加工表面与其他表面间的位置精度要求由先行工序保证。d. 为获得均匀的加工余量或较高的位置精度,可遵循互为基准、反复加工的原则。e. 有多种方案可供选择时,应选择定位准确、稳定、加紧可靠,可使夹具结构简单10 / 30的表面作
26、为精基准。那么根据以上的各个原则,结合实际情况对精基准的选择如下：活塞是一个薄壁零件,在外力作用下很容易产生变形。活塞主要表面的尺寸精度和形位精度的要求都很高,因此希望以一个统一基面定位来加工这些要求高的表面。目前生产活塞的工厂大多采用止口和端面做为统一基准。止口是专门为加工活塞而设置的辅助基准面,在结构上和功能上没有任何作用。在精加工时,除精车外圆等少数工序用止口处的锥面和顶面上的中心孔定位,其余工序都采用止口和端面定位。3.4 拟定工艺路线机械加工工艺路线的最终确定,一般要通过一定围的论证,即通过对几条工艺路线的分析与比较,从中选出一条适合本厂条件的、确保加工质量、高效和低成本的最佳工艺路
27、线。下面将从以上几个方面来确定活塞的机械加工工艺路线。3.4.1 加工方法的确定零件表面加工方法的选择应考虑的问题:1零件表面的加工方法,主要取决于加工表面的技术要求。这些技术要求还包括由于基准不重合而提高了对作为精基准表面的技术要求。根据各加工表面的技术要求,首先选择能保证该要求的最终加工方法,然后确定各工序、工步的加工方法。2选择加工方法应考虑每种加工方法的加工经济精度围；材料的性质及可加工性；工件的结构形状及尺寸大小；生产纲领及批量；工厂现有设备条件等。 加工经济精度分析。各种加工方法所能达到的加工经济精度和表面粗糙度都是在一定的围的。任何一种加工方法只要精心操作、细心调整、选择合适的切
28、削用量,其加工经济精度就可以得到提高,其加工表面粗糙度值就可以减少。但是加工经济精度提高得愈高,表面粗糙度值减少得愈小,则所消耗的时间与成本也会愈大。生产上加工经济精度的高低是用其可以控制的加工误差的大小来表示的。加工误差小,则加工精度高；加工误差大,则加工精度低。一般来说,加工误差和加工成本之间成反比例关系。可以看出：对一种加工方法来说,加工误差小到一定程度,加工成本提高很多,加工误差却降低得很少；加工误差大到一定程度以后,即使加工误差增大很,加工成本降低得很少。 因此所谓加工经济精度是指在正常加工条件下所能保证的加工精度和表面粗糙度。4材料的性质及可加工性。本零件的材料采用 ZL101,它
29、的化学成分是:Si6.57.5,Cu0.1%,Mg0.250.45%,Zn0.1%,其余为 Al。这种材料的工艺性能如下：11 / 30a.切削性能：ZL101 的硬度为 100HB,为易切削材料。b. 热处理性能：铝活塞毛坯在机械加工前要切去浇冒口,并进行时效处理,消除铸造时因冷却不均匀而产生的应力。时效处理是将活塞加热至 210240,保温79h 后,自然冷却,活塞经过时效处理后能增加强度和硬度。生产率的要求。本活塞零件的生产类型属于大批大量生产。因而对生产率要求就相对的比较高。综合以上几点,再考虑工厂的工艺能力和现有设备的加工经济精度,查机械加工工艺手册对拟订本零件的加工方法如表 4。3
30、.4.2 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。续表 4加工阶段加工要求粗加工阶段主要是去除各加工表面的余量,并作出精基准,因此这一阶段关键问题是提高生产率半精加工阶段在半精加工阶段减小粗加工中留下的误差,使加工面达到一定的精度,为精加工作好准备精加工阶段在精加工阶段,应确保尺寸、形状和位置精度达到图纸规定的精度要求以及表面粗糙度要求续表 5 加工阶段加工要求精密、超精密加工、光整加工阶段这是对那些要求很高的零件安排的,是为了达到零件最终的精度要求3先加工主要表面,后加工次要表面。114先安排粗加工工序,后安排精加工工序。根据
31、活塞零件加工的实际情况,本设计拟定了加工路线来进行比较分析：a. 工艺过程15：粗车端面20：粗车小端外圆25：粗镗孔12 / 3030：粗车大端外圆35：半精车小端外圆40：粗切外圆环槽、顶面45：精车小端外圆50：钻四孔60:钻斜油孔65：钻六孔70: 钻斜油孔上端直孔80：铣环槽85：铣小端五槽90:大端锪孔100：精车止口115：精车外圆、环槽并倒角120：精中心孔125：钻大端小孔127：铣气门槽图形见所附机械加工工艺过程卡片。b. 热处理工序的安排：时效处理：为了消除残余应力,对于尺寸大、结构复杂的铸件,需在粗加工之前、后各安排一次时效处理；对于一般铸件在铸造后或粗加工后安排一次实
32、效处理；对于精度高、钢度低的零件,在粗车、粗磨、半精磨后需要各安排一次实效处理。铝合金热处理安排在机加工前,铝活塞毛坯在机械加工前要切去冒口,并进行时效处理,消除铸造时因冷却不均匀而带来的应力。时效处理是将活塞加热至 180200 摄氏度,保温 68h 后,自然冷却。活塞经过时效处理后还能增加强度和硬度。c. 其它辅助工序的安排：检查、检验工序、去毛刺、平衡、清洗工序等也是工艺规程的重要组成部分。检查、检验工序是保证产品质量合格的关键工序之一,每个操作过程中和操作结束以后都必须自检。在工艺规程中,下列情况下应安排检查工序：零件加工完毕之后；从一个车间到另一个车间的前后；工时较长或重要的关键工序
33、前后。故根据以上原则,在零件加工完毕后安排一次终验工序。在工艺过程的适当之处安排去毛刺处理。在工艺过程的最后一般安排清洗工序。13 / 30表面镀锡：在活塞表面镀锡可以改善活塞初期磨合性,因为锡的质地软,亲油性好,可以提高冷启动时活塞的抗拉缸性能。d. 集中与分散：同一个工件,同样的加工容,可以安排两种不同形式的工艺规程：一种是工序集中,另一种是工序分散。前者是使每个工序中包括尽可能多的工步容,因而使总的工序数目减少,夹具的数目和工件的安装次数也相应的减少。后者是将工艺路线中的工步容分散在更多的工序中完成,因而每道工序的工步少,工艺路线长。它们各有所长。前者有利于保证各加工面间的相互位置精度要
34、求,有利于采用高生产效率的机车,节省安装工件的时间,减少工件的搬动次数。而后者可使每个工序使用的设备和夹具比较简单,调整、对刀也比较简单,对操作工人的技术水平要求比较低。考虑到此活塞零件的结构特点和技术要求、以及工厂机床设备、工人技术水平等条件,本设计采用工序相对集中的原则,也就是每个工序所包含的容相对较多,所使用的工艺设备与装备少,同时选择合理的切削用量,减少了工件的搬运、装夹等辅助时间,它的设备数量少,加工过程量使用组合夹具、刀具和机床,生产效率高,厂房占地面积小,总投资少,但该加工方式对工人的技术水平要求相对较高,不利于产品快速更新换代,总体考虑还是适合此活塞零件的生产加工的。123.5
35、 活塞加工余量的确定完成某工序所需切除的材料层的厚度称为工序余量,从毛坯到成品的整个工艺过程中所切除的材料层的厚度称为总余量。加工总余量的大小取决于加工过程中各个工序所切除的金属厚度的总和。每一工序所切除的金属层厚度称为工序余量。3.5.1 加工余量的确定方法对于本设计加工余量的确定主要查表修正法。因为考虑到对于影响加工余量的个个误差因素并不是很清楚,而且也没有一定的测量手段和掌握必要的统计分析资料,所以采用分析计算法也不适合。而经验法确定的加工余量又往往偏大,所以采用查表修正法是最适合的。3.5.2 加工余量的确定本设计主要以简明机械加工工艺手册为依据来确定加工余量。应用时再结合加工实际情况
36、进行修正。由于加工工序相对集中,故对各加工部位的加工余量确定如下：1外圆的加工:外圆加工为粗精车,根据其尺寸选精车加工余量为 0.3mm,粗车加工余量为3.7mm。14 / 30金刚石车裙部椭圆时长短轴之差为。05 . 05 . 02端面的加工:端面的加工:端面的加工采用一次性加工。机械加工余量则选为 1.0mm。3止口的加工:止口采用粗精车加工,精车加工余量为 0.3mm,粗车加工余量为 1.2mm。4销孔的加工:销孔的最终加工为滚压,故根据其尺寸选其加工余量为 0.10mm,滚压前的精镗的加工余量可选为 0.20mm,而粗镗双边加工余量可选为 2.7mm。5直油孔和斜油孔的加工:它们的加工
37、方法都是钻,加工余量直接由它的孔径来决定。6环槽的加工:对环槽的加工采用粗精车加工,根据零件和毛坯的尺寸确定其总加工余量为12.79mm,粗车余量为 12.69mm,精车余量为 0.3mm。7顶面的加工：顶面加工路线为粗车铣气门、外槽,根据零件和毛坯的尺寸确定其总加工余量为14.17mm,粗车加工余量为 3.17mm,粗铣加工余量均为 11.0mm。8销孔卡环槽的加工：销孔卡环槽在精镗销孔后一次性车削完成,加工余量为 4.8mm。以上对于加工余量的确定只是初步确定,还有待进一步的检验与修正。3.6 工序尺寸与公差的确定工序尺寸是某工序加工后应达到的尺寸,允许工序尺寸的变动量就是工序公差。工序尺
38、寸的计算要根据零件图上的设计尺寸、已经确定的工序余量、定位基准的转换关系来进行,而工序公差则按各工序加工方法的经济精度选定。又分两种情况：a. 表面要进行多次加工而工序基准与设计基准重合时,如外圆和孔的加工,其工序尺寸和工序公差的确定较简单,可直接计算获得。b. 设计基准与工序基准或定位基准不重合；测量基准与设计基准不重合时；零件在加工中要多次转换基准时；加工一个面要保证好几个设计尺寸时,须用尺寸链原理进行分析和计算。1工序尺寸与公差的确定的步骤如下：a. 确定各加工工序的加工余量。b. 从终加工工序开始,即从设计尺开始,到第一道终加工工序,依次加上每次加工余量,可分别得到各工序基本尺寸。15
39、 / 30c. 除终加工工序外,其它各加工工序按各自所采用加工方法的加工经济精度确定工序的尺寸公差。d. 填写工序尺寸并按入体原则标注工序尺寸公差。上面所说的入体原则是指对被包容尺寸轴的外径,实体长、宽、高,其最大加工尺寸就是基本尺寸,上偏差为零。对包容尺寸孔的直径、槽的宽度,其最小加工尺寸就是基本尺寸,下偏差为零。毛坯尺寸按双向或不对称偏差形式标注。e.当工艺基准无法同设计基准重合等情况下,确定了工序余量后,需通过工艺尺寸链进行工序尺寸和公差换算。2具体的计算如下：a. 对外圆的加工：粗车： 2480.25248.255mm毛坯: 248.253.75252mm2公差的选择：由简明机械加工工
40、艺手册有：a. 外圆的加工：外圆的直径处于 120180 mm 的围粗车： IT12IT13 公差 530m精车: IT7IT8 公差 40m金刚石车：IT5IT6 公差 20m b. 中心孔的加工：销孔的孔径处于 5080 mm 的围粗镗： IT12IT13 公差 400m精镗： IT7IT8 公差 46m滚压： IT6 公差 19mc. 油孔的加工：油孔的直径围为36 mm 钻孔： IT12IT13 公差 80md. 槽的加工：槽的圆柱直径围为120180 mm 粗车： IT12IT13 公差 530m精车: IT7IT8 公差 80m其余公差见工艺过程卡,另外毛坯公差由机械加工余量手册查
41、得,就不再列出。4各种加工方法所能达到的表面粗糙度：查机械加工工艺手册表 5.2-6 有：粗车：Ra520m；精车：Ra0.81.6m；金刚石车：Ra0.0250.4m；粗镗： Ra520m；精16 / 30镗： Ra0.81.6m；滚压：Ra0.81.6m；圆柱铣刀粗铣： Ra2.520m；钻孔： Ra0.080.20m。5主要工序的汇总如表 7 所示。表 7 工序余量和公差表Tab 7 Process margin and tolerances table3.7 机床与工艺装备的确定工艺装备的确定包括：机床、夹具、刀具、量具等加工设备的选择。3.7.1 机床的选择本设计所使用的机床主要是
42、C620 车床。3.7.2 夹具的选择本设计的夹具均为随床夹具或使用组合夹具,并且自成系列。3.7.3 刀具的选择刀具选择包括刀具的类型、构造和材料的选择。主要应根据加工方法、工序应达到的加工精度、粗糙度、工件的材料、生产率、和经济性等因素加以考虑,原则上尽量采用标准刀具,必要时采用各种高生产率的复合刀具。故此根据零件的实际情况,并依据简明机械加工工艺手册选择如下所示： 1 YG8 普通外圆车刀。2YG8 普通车刀 3.采用 YG8 专用镗刀 4.采用直柄麻花钻GB1436-85 5.采用普通砂轮 6. YG8X 普通外圆车刀、顶尖 7. YG8X 普通外圆车刀、专用组合刀具 8. YG8 专
43、用镗刀 9.专用切槽刀 10.金刚石车刀 11：50 圆柱铣刀GB1115-85 12.盘铣刀车刀部分参数：主偏角 Kr：工序基本尺寸与偏差工序名称工序余量mm工序公差mm基本尺寸mm上偏差mm下偏差mm精车外圆0.25IT7130.20-0.040粗车外圆3.75IT12130.450-0.32滚压销孔0.1IT652.12+0.0100精镗销孔0.2IT752.02+0.0460粗镗销孔2.7IT1251.82+0.200注：其余一次性加工的加工余量没有逐个列出详见后附工序卡17 / 30系统刚性好L/D6,加工盘套之类的工件可取 30 度45 度。当切深较小,走刀量大时可取 10 度30
44、 度。副偏角 Kr：精车 510；粗车 1015；粗镗 1520。刃倾角 s：精车、精镗 040；粗车、粗镗-5-10。3.7.4 量具的选择1量具选择的原则量具的选择应做到量具的精度应与零件的加工精度相适应。量具的量程应与被测零件的尺寸大小相适应。量具的类型应与被测表面的性质、生产类型、生产方式相适应。同时按量具的极限尺寸选择量仪时还与被测尺寸的公差值,测量精度系数,测量工具和测量方法的极限误差有关。故对于量具的选择按上面所述确定如下：按量具的极限尺寸选择量仪,应保证： TK式中: T-被测尺寸的公差值mm ； K-测量精度系数；-测量工具和测量方法的极限误差。根据上式并查简明机械加工工艺手
45、册选游标卡尺测量围: 0300mm；用途：测外径以及长度、高度；选深度游标卡尺测量围: 0200mm；用途:测各孔深度；选杠杆百分表测量围: 018mm；用途:测量油孔等的等高 。对机床、工夹具及刀具的选择如附录机械加工工艺卡片所示。3.8 切削用量的确定正确的选用切削用量,对保证产品质量,提高切削效率和经济效益,具有重要的作用。切削用量选择主要依据工件材料,加工精度和表面粗糙度的要求,还应考虑刀具合理的耐用度,工艺系统刚度急机床功率等条件。其基本原则是：1应首先选择一个尽可能大的切削深度；2其次选择一个较大的进给量；3最后在刀具和机床功率允许条件下选择一个合理的切削速度。133.8.1 切削
46、用量的选择切削用量的选择方法有：计算法和查表法,本设计基本上采用查表法。考虑以上因素并查简明机械加工工艺手册确定如下： 活塞外圆的车削加工：18 / 30a. 已知条件：工件材料 ZL101,金属型铸造,时效处理,202MPa。加工要b求：外圆车削,表面粗糙度 Ra0.4m,使用机床：C620b. 确定粗加工时的切削用量：确定切削深度 计算可得单边总余量 4.0/22.0mm,留 0.15mm 作为pah半精车余量,取粗车切削深度 1.85mm。pa确定进给量 由机械加工工艺手册可查得0.81.2mm/r,初步选定ff1.0 mm/r。f确定切削速度 由机械加工工艺手册可查得 1.6674.6
47、67m/s,取vv4.8m/s。v确定主轴转速由公式 /1000 即 132.3/10002.0,得nvdnn4.81 r/s,根据机床说明书,取 n5.0 r/s,此时切削速度为nVdn/1000132.35.0/10003.1m/s 。c校核机床功率由机械加工工艺手册可查得切削力的公式及相关数据。主切削力：FzFznFzyFzxpckvfaFFzC代入相关数据可求得1953 cF切削功率：19532.084062 4.06 cPcFcV由机床说明书查得,机床电机功率 PN=7.5,取机床传动效率 =0.8 时：4.060.87.50.86 cPnP所以机床功率足够,最后选定粗车的切削用量为
48、0.625mm,1.0 pafmm/r, 2.08 m/s。v同理可算得,精车时的切削用量为0.15mm,0.5 mm/r, 1.66 m/s。pafv车床转速4.0r/s。n同理可算得其它表面加工的切削用量如表 8 所示。143.9 工序时间的计算所谓时间定额是指在一定条件下完成一道工序所需要消耗的时间。它是安排作业计划、进行成本核算、确定设备数量、人员编制以及规划生产面积的重要依据。时间定额订的过紧,容易导致忽视产品质量的倾向,或者会影响工人的主动性、创造性和积极性。时间定额订的过松又起不到指导生产和促进生产发展的积极作用。因此合理的制订时间定额对保证产 品质量、提高劳动生产率、降低成本都
49、是十分重要的。19 / 301工时定额的基本组成单件工时定额由下列公式组成：zajfwxTTTTTTK式中：基本时间,对机床加工工序来说,就是机动时间。它是直接改变生产对jT象的形状、尺寸、表面质量等消耗的时间。铺助时间,为保证基本时间的完成进行的辅助动作所消耗的时间。如装卸工fT件、操作机床、测量、改变切削用量等。可从有关表格中查取,也可按 估算；fT j（0. 150. 20）T工作地点的服务时间,如调整和更换刀具、修砂轮、润滑檫试机床,清除切屑wT等。一般可按0.020.07计算；jfTT休息时间,可按 0.02计算；xTjfTT准备终结时间,成批生产时间,每加工一批之前工人要熟悉工艺文
50、件、领取zT毛坯、领取和安装工艺装备、调整机床等,加工终了时拆下和归还工装,送成品等。在大批量生产中,每个工作地点常期固定完成一道工序容,故单件定额中不计入；zT 基本时间和工序时间之和称为工序时间,以表示。即：aT gjfTTT2 现在根据技术时间定额的组成确定工序的时间定额a、工序四基本时间 jTjLTifn 123Lllll 代入数据得 35.0 1 jT其中： 刀具的行程长度mm ；L主轴每转刀具的进给量mm/r ；f进给次数；i机床主轴每分钟转数r/min ；n加工长度mm ；l刀具的切入尺寸mm ；1l刀具的切出尺寸mm ；2l试切附加长度mm 。3l辅助时间：辅助时间按估算,在这
