4110柴油机活塞零件机械加工工艺及镗销孔夹具设计说明书[带图纸]

4110柴油机活塞零件机械加工工艺及镗销孔夹具设计说明书[带图纸]内容摘要：

活塞零件材料的要求 活塞是在高温、高速、高负荷的条件下工作的，对它 的设计要求有： ① 需要选用耐磨性好、热强度好、热膨胀系数小、导热性好、具有良好工艺性的材料； ② 需要有合理的形状和壁厚。 使散热良好，强度、刚度符合要求，尽量减轻重量，避免应力集中； ③ 在不同的工作情况下都能保持活塞与缸套的最佳配合； ④ 保证燃烧室气密性好，窜气、窜油要少又不增加活塞组的摩擦损失； ⑤ 在较低的油耗条件下，保证滑动面上有足够的润滑油。 为满足上述设计要求，活塞的材料除了少数采用铸铁外，大部分采用导热系数高、热膨胀系数较底的硅铝合金 代号 ZL101。 铝活塞除了导热性 能好外，还具有重量轻、易加工等特点。 一般的铝活塞大多采用金属模浇铸，这样不仅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，适合批量生产。 所以共晶铝硅合金是目前国内外应用最广泛的活塞材料，故选择铝硅合金。 毛坯的制造方法 从生产批量上看，属于大批量生产，宜采用精度和生产率都较高的毛坯制造方法，以减少材料消耗和机械加工工作量。 可考虑金属铸造、熔模铸造、模锻、精锻等方法；从零件的结构上来看，该零件属于外形较复杂的小型零件，可考虑采用压铸、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。 从铸铝材料的强度来看，可采用金属型铸造或砂型铸造。 综合以上分析，该活塞毛坯确定采用金属型铸造。 定位基准的选择 定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。 定位基准选择得正确、合理，毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 可以保证零件的加工质量，提高生产效率。 反之，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，是生产无法进行。 粗基准的选择 选择粗基准时，应考虑两个问题：一，是保证加工面与不加工面之间的相互位置精度要求；二，是合理分配各加工面的余量，所以一般应遵 循下列原则。 （ 1）重要表面原则。 为保证加工表面的余量均匀，应选择重要表面为粗基准。 （ 2）不加工表面原则。 若在设计上要求保证加工面与不加工面的相互位置精度，则应选不加工表面为粗基准。 （ 3）余量最小原则。 如果零件上每个表面都要加工，则应该选加工余量小的表面为粗基准，以避免该表面在加工时因余量不足而留下部分毛坯面，造成工件报废。 （ 4）使用一次原则。 粗基准一般只在第一工序中使用一次，尽量避免重复使用。 （ 5）平整光洁原则。 作为粗基准的表面，应尽量平整光洁，有一定面积，不能有飞边、浇口、易口或其他缺陷，以使工件定位可靠，夹紧方便。 通过对这些粗基准选择原则以及对零件的加工工艺分析的综合考虑，得出初步选择的粗基准为活塞零件的外圆表面。 精基准的选择 精基准选择时，应主要考虑保证加工精度和工件装夹方便可靠。 一般应考虑以下原则。 （ 1）基准重合原则 应尽量选择零件上的设计基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合而引起的定位误差。 （ 2）基准统一原则 尽可能采用同一基准定位加工零件上尽可能多的表面，这就是基准统一原则。 这样可以减少基准转换，便于保证各加工表面的相互位置精度。 （ 3）自 为基准原则 某些表面精加工要求加工余量小而均匀时，长选择加工表面本身作为定位基准。 （ 4）互为基准原则 对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时，需要用两个表面相互为基准，进行反复加工，以保证位置精度要求。 （ 5）所选精基准应保证工件定位准确，夹紧可靠，操作方便 定位基准应有足够的支撑面积，表面粗糙度值较小，精度较高。 活塞是一种薄壁筒形零件，在外力的作用下很容易产生变形，而且其主要表面的位置精度和尺寸精度要求都比较高，所以需要用一个统一的基面定位来加工这些要求高的表面。 针对活塞的结构特点 ，因此采用了活塞的辅助精基准止口内孔和端面来作为统一的基毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 准。 在加工回油槽、环槽、外圆和顶面时，就是采用了这个精基准定位。 也符合了 “基准统一 ”和 “工序集中 ”的原则。 由于活塞毛坯的精度较高，因此在钻、扩销孔时采用销座外端作为角向定位基准。 如采用销孔自定位的话，定位元件不容易布置，夹具的结构也会变得复杂。 精镗销孔时是以顶面为定位基准，止口的精加工也是以顶面为定位基准的，这样也减少了由于基准不重合而产生的定位误差。 在精车和精磨外圆这两道工序中，则采用止口的锥面和顶面的中心孔定位。 采用止口和端面（或中心孔）作为 基准面有下列优点： 1，可以加工裙部、头部、顶面、销孔等主要表面及其他次要表面。 2，活塞裙部在半径方向的刚性差，利用止口和端面定位可以沿活塞轴向夹紧，就不致引起严重的变形，从而可以时行多刀切削。 制定工艺路线 拟定工艺路线的出发点：应当是零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证，在生产纲领和生产类型已确定为大批生产的条件下，可以考虑通用机床配以专用夹具，并尽量使得工序集中来提高生产率。 除此之外应考虑经济效果，以便降低生产成本。 考虑了其主体方向后，对其切削加工顺序进行初步 安排。 在这之前应考虑到气门摇臂切削加工工序的安排原则。 （ 1）、先粗后精 一个零件的切削加工过程总是先进行粗加工再进行半精加工，最后是精加工和光整加工。 这有利于加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而逐步提高零件的加工精度与表面质量。 （ 2）、先主后次 零件的主要加工表面（一般是指设计基准面、主要工作面、装配基面等）应先加工，而次要表面（键槽、螺纹等）可在主要加工表面加工到一定精度后、最终精加工之前进行加工。 （ 4）、先基准后其他 作为精基准的表面要首先加工出来。 通过对这些原则的掌握以及对零件各个加工表面和孔 位置精度、表面粗糙度要求的理解后，初步安排了加 工工艺路线一如下： 工艺路线一 1. 铸造毛坯 2. 时效 3. 止口定位粗车外圆、环槽和倒角 4. 外圆定位粗车下端面和止口 5. 铣两侧销座凹孔 6. 止口定位钻活塞销孔 7. 铣回油槽 8. 扩活塞销孔 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 9. 钻销座油孔 10. 外圆定位精车止口 11. 止口定位精车外圆和环槽 12. 精车燃烧室 13. 靠模车裙部 14. 粗铣活塞顶面 15. 外圆定位精绞销 孔 16. 去毛刺、锐边 17. 清洗吹净活塞 18. 终检 工艺路线二 1. 铸造毛坯 2. 正火 3. 钻活塞销孔 4. 铣两侧销座凹孔 5. 粗车外圆、环槽和倒角 6. 铣回油槽 7. 钻销座油孔 8. 扩活塞销孔 9. 外圆定位粗车下端面和止口 10. 外圆定位精车止口 11. 止口定位精车外圆、环槽和顶面 12. 精车燃烧室 13. 靠模车裙部 14. 粗铣活塞顶面 15. 外圆定位 磨销孔 16. 粗绞活塞销孔 17. 去毛刺、锐边 18. 清洗吹净活塞 19. 终检 工艺方案的比较和分析 方案一是先车止口，然后以止口定位镗销孔，再以此为基准加工活塞；方案二是先加工销孔，再定位止口加工活塞。 在实际生产过程中，活塞的毛坯一般都是铸造出锥形销孔，而销孔是许多工序夹紧力的部位，故应在定位止口后直接粗镗销孔，以便在以后的工序中夹紧力能够分布均匀。 而第一种方案，更使用于活塞的大批量生产。 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 活塞毛坯尺寸、加工余量、工序尺寸的确定 零件机械加工工艺路线拟定后 还需要对每一道工序进行设计，其主要内容包括：确定每一工步的加工余量，计算各工序尺寸及公差，选择各工序所使用的机床及工艺设备，确定切削用量计算工时定额等 [8]。 活塞毛坯尺寸的确定 活塞的零件材料为铝合金，生产类型为大批量生产，采用的毛坯是金属模铸造出来的。 铝活塞的毛坯一般都铸出锥形销孔以便于拔模。 由于销孔是许多工序施加夹紧力的部分，所以在粗车止口工序之后即对销孔进行粗镗，以便在其后的工序，夹紧力能较均匀地分布，而不至于压坏销孔所在的搭子。 根据零件资料及加工工艺，确定活塞毛坯尺寸为： 110m m105m m  ，如图 所示： 图 活塞毛坯图 加工余量的确定 机械加工余量对工艺过程有一定的影响，余量不够，不能保证零件的加工质量，余量过大，不但增加机械加工劳动量，而且增加了材料，道具，能源的消耗，从而增加了成本，所以必须合理地安排加工余量。 (1) 销孔的加工余量 销孔直径 28mm，内部粗糙度为。 查《金属加工工艺及工装设计》表 427,得钻孔加工余量为 ，扩孔加工余量为 ， 粗绞孔的加工余量为，总加工余量为。 （ 2） 外圆表面的加工余量 外圆直径 表面粗糙度为 Ra= 查《金属加工工艺及工装设计》表 425得 外圆表面粗车加工余量为 精车加工余量为 总加工余量为 ，因此粗车分 2 次走刀，第二刀去除。 （ 3）端面的加工余量 顶面直径 查《金属加工工艺及工装设计》表 435 得 顶面粗铣加工余量为 精铣加工余量为 顶面总加工余量为。 （ 4）止口的 加工余量 止口直径为 95mm 长度 10mm 查《金属加工工艺及工装设计》表 425 得 止口粗车加工余量为 精车加工余量为 总加工余量为。 （ 5）环槽的加工余量 环槽直径为 92mm 表面粗糙度 Ra=，查《金属加工工艺及工装设计》，取环槽粗车加工余量为 ，精车加工余量为 ，总加工余量为。 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 表 各工序余量和工序尺寸及公差 加工表面 加工方法 余量 公差等级 工序尺寸 外圆  粗车 3 － φ102 精车 f8  端面 粗铣 － 精铣 h10  销孔 φ28  钻扩 H11  扩 H9 铰 － φ28  止口 粗车 H11  精车 H7 φ95  环槽 粗车 － 精车 h10  确定切削用量及工时定额 外圆表面的切削用量 由于工件是铸造毛坯，表面粗糙度为 Ra 为 ,加工要求比较高 ,分两次走刀，第一次粗车加工余量取 ,半精车加工余量为 [19]。 粗车： ① 选择机床 选择 CA6140 卧式 专用车床 ② 选择刀具 选择指头焊接式外圆车刀。 根据《切削用量简明手册》表 ， CA6140 的中心高为 205mm，选择刀杆尺寸mmmmHB 2516  ，刀片厚度为。 ③ 选择车刀磨钝标准及寿命 根据《切削用量简明手册》表 ，车刀后刀面最大磨损量取 1mm，车刀寿命 min60T。 ④ 选择切削用量 a) 确定切削深度 ap ，由于粗加工余量仅为 ，可一 次走刀完成，故 mmap )(  b) 确定进给量 f , 根据表 ，刀杆尺寸 mmmm 2516  ， mmap 3 ，以及工件 直径为100~400mm时 rmmf /~ 查《切削用量简明手册》表 ，取 f=毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 b) 确定切削 速度 v 根据《切削用量简明手册》表 ，用 YT15 硬质合金车刀加工 σ=630~700MPa， ap ≤， f≤，切削速度 vt=97m/min. 查 《 切削 用 量简 明 手册 》表 得切 削 速度 的修 正 系数 为 ktv=, krv=,knv=,kTv=,kKv= m i n/39。 mkvv vc  m i n/ 0 0039。 1 0 00 rD v  π 查《切削用量简明手册》表 取 min/1600 rn  实际切削速度 m i n/1 0 00 0 00 rDnv oc  π 所以切削用量为 m i n/ in ,/160,/, 0 rvrnrmmfmma cp  ⑤ 基本工时的计算 mmlylL 1 1 0 △， ，查《切削用量简明手册》表 ，车削时的入切量mmy △ ，所以 mmL  m i t [10] 精车： ① 选择刀具 车刀形状，刀杆尺寸和刀片厚度与粗车相同。 ② 选择车刀磨钝标准和寿命。