活塞的设计(编辑修改稿)

活塞的设计(编辑修改稿)内容摘要：

合金的 1/10，而销座通过恒范钢片与裙部相连，牵制了裙部的热膨胀变形量。 ⑹ 有的汽油机上，活塞销孔中心线是偏离活塞中心线平面的，向作功行程中受主侧压力的一方偏移了 1～ 2mm。 这种结构可使活塞在 从压缩行程到作功行程中较为柔和地从压向气缸的一面过渡到压向气缸的另一面，以减小敲缸的声音。 在安装时，这种活塞销偏置的方向不能装反，否则换向敲击力会增大，使裙部受损。 二．活塞主要技术条件的分析 对于铝活塞的技术条件，已 由国家科委制定了国家标准，对于各部分的尺寸精度，几何形状精度，相对位置精度和表面光洁度都作了详细的规定。 现摘要说明如下： ，所以尺寸精度通常为 2级， 对于高速内燃机的活塞甚至要求是 1级精度。 为了减少机械加工的困难，将活塞裙部和气缸套孔直径的制造公差均放大三倍。 装配时，将活塞按裙部尺寸，气缸套接孔径尺寸个分为三组，将对应的组进行装配（这种方法称为分组装配法），以保证达到要求的设计间隙。 裙部的椭圆度和锥度允差一般都在 分 组的尺寸公差范围内。 活塞裙部外圆的光洁度不低于 ▽ 8。 ，为了使活塞销在工作温度下能在孔中自由转动，销孔尺寸要求 1级以上的精度。 为了减少机械加工劳动量，活塞销孔和活塞销的装配也采用分组装配法。 对于销孔直径 50 毫米的情况，销孔的椭圆读和锥度应不大于 毫米，光洁度为▽ 10。 目 前暂时按   ，▽ 8 制造，以便在装配时用铰刀精铰。 3．活塞销孔的相对位置精度也有一定的要求，主要是： ⑴ 销孔轴心线到顶面的距离影响气缸的压缩比，即影响到发动机的效率，所以必须控制在一定的范围内。 对于解放牌活塞，这一距离规定为 56177。 毫米。 ⑵ 销孔轴心线对裙部轴心线的不垂直度直接影响活塞销，活塞销杆和连杆的受力情况，不垂直度过大将使活塞销，活塞销孔和连杆单侧受力，活塞在气缸中亦倾斜，加剧了磨损。 对于解放牌活塞， 这一不垂直度在 100 毫米长度内允差 毫米。 ⑶ 销孔轴心线 对裙部轴心线 的不相交度亦影响活塞在气缸套中 的倾斜情况，影响磨损。 对于解放牌活塞，规定不相交度不大于 毫米。 4．为了使活塞环能随气缸套孔径大小的变化而自由地胀缩，对活塞环槽作以下规定： ⑴ 环槽两侧对裙部轴心线的不垂直度在 25 毫米长度上不大于 毫米； ⑵ 环槽两侧面对裙部轴心线的跳动量不大于 毫米； ⑶ 环槽宽度的尺寸精度在 — 毫米左右； ⑷ 环槽两侧面的光洁度不低于 ▽ 8。 5．为了保证发动机的运转平稳，同一发动机中个活塞的重量不应相差很大。 对于解放 牌活塞，重量相差不应大雨 8 克。 因此活塞应按重量分组装配。 三．活塞的材料及毛坯制造 在汽油发动机和高速柴油机中，为了减少往复直线运动的惯性的作用，都采用了铜硅铝合金作为活塞材料。 它的化学成分是 Si4~6%。 Cu5~8%。 ~%。 Fe≤ 1%。 其余是 Al。 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。 在汽车拖拉机工业中很少用铸铁活塞。 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性，又不 至于引起混合气体自然，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； 4．可以得到精确的毛坯。 但它亦有一些缺点： 1． 材料价格比较贵； 2． 热膨胀系数大，约为铸铁（机体和气缸套的材料）的两倍； 3． 机械强度及耐磨性差。 但是，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。 铝活塞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响应地减少。 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内应力。 时效处理是将活塞加 热至 180— 200℃，保温 6— 8 个小时后，自然冷却。 活塞经过时效处理后还能增加强度和硬度。 四．铝活塞的机械加工工艺过程 表 1是某汽车配件厂用于加工解放牌活塞 所采用的机械加工工艺过程。 整个工艺过程分为粗加工和精加工两个阶段。 在精加工之前设有休整和加工辅助基准的工艺。 该厂的活塞年产量为 25— 30 万个，属于大批大量生产。 厂中成立了专用的生产流水线。 流水线中有专用机床，亦有经过改装的通用机床，并采用了大量的专用工夹具保证，不依靠工人的技术水平，因此机床和工夹具都应精确调整。 五．铝活塞机械加工工艺过程的分析 1．定位基面的选择和加工 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相互位置精度的要求都很高，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作为粗加工的统一基准；在精加工时，精车外圆和精磨外圆两工序中用止口处的锥面和顶面上的中心孔定位，其余工序亦采用止口和端面定位。 采用止口和端面（或锥面和中心孔）作为基面有下列优点； ⑴用这种定位方法可以加工裙部 、头部、顶面、销孔等主要表面级其他次要表面。 而且在工序 6 中，在一次安装中可以车削外圆、顶面、 环槽，既提高了生产率，又能保证这些面的相互位置精度。 ⑵活塞裙部在半径方向容易产生变形。 而利用止口和端面（或锥面和中心孔）定位可以沿活塞轴向夹紧，就不致引起严重的变形，从而可以进行多刀切削。 当然采用这种定位方法也有不足之处： ⑴要加工一些本来不需要加工的地方，而且精度要求较高，还要经过第二次休整和加工。 ⑵在活塞技术要求中，环槽、销孔等精度位置精度都是对裙部外圆的轴心线而言的。 现在加工时用止口定位，止口对裙部外圆的不同轴度就要影响环槽、销孔的位置精度， ⑶增加了精切面的工序（切去中心孔）。 这些都需要增加 设备、工时等。 但是从保证加工质量这方面 看来，利用统一基准的优点超过缺点，所以这种定位方式得到广泛的应用。 止口和端面的加工： 在装夹时用外圆和顶面定位。 由于工件还是毛坯表面，用一般的三爪卡盘夹持不够牢固，所以故意把卡爪加长（厂中称为长三爪卡盘），以避免工件在切削力作用下产生倾斜。 用这种方法装夹工件对夹具的要求比较简单，但有一个问题必须注意，即外圆和毛坯内孔的同轴度问题。 很明显，如毛坯的外圆和内壁有较大的不同轴度，用外圆定位加工出的止口就与外圆同轴，而与内壁不同轴，以后再用止口定位加工外圆 ，内外表面仍不同轴，造成壁厚差。 但是，由于铝活塞是用金属模浇铸的，毛坯精度较高，内外毛坯表面的不同轴度较小，因而可以采用外圆定位的方法。 采用外圆定位车止口的方法，基本上能保证技术条件规定的壁厚差小于 — 毫米的要求。 但是比较合理的方法应该是用内表面定位加工止口，使止口与表面同心；然后用止口定位加工外圆，从而保证活塞有较小的壁厚差。 在进行各主要表面的精加工前，必须对基面再进行一次精加工（工序 9，精车止口，打中心孔）。 因为在粗加工时，金属切除余量比较大，切削力也比较大，基面的精度有可能被破坏（这一点虽 然对铝活塞更为突出，但对精度要求 高的钢制工件，亦是应该注意的一个问题）。 基面再进行一次精加工可以提高基面本身的精度。 由于外圆已加工过，切切削用量不大，所以可以用普通的三爪卡盘定位夹紧。 在车床空心主轴中装有能轴向移动的发中心钻（用于钻反转工件用的中心钻）。 用来在精车止口、端面、锥面的同时在顶面的搭子上打中心孔，保证了这些表面的相对位置精度（同轴度和垂直度）。 2．环槽的加工 如前所述，在技术条件中对环槽侧面的垂直度、跳动量、光洁度和槽宽尺寸精度都有较高的要求，因此环槽加工是活塞加工中重要工序之一。 环槽的宽度 决定于切槽刀厚度；槽间的距离决定于夹板厚度。 环槽刀的形状见图 3。 为了保证槽宽的尺寸精度，必须将切槽刀的宽度严格控制在 毫米以内。 为了保证槽间的距离，切槽刀和夹板两侧都在平面磨床上磨到▽ 8，使两侧面互相平行，且夹板的厚度偏差限制在 毫米以内。 为了保证槽的侧面与裙部的轴心线垂直，除了刀架溜板的运动方向与活塞的。