设计活塞环的机械加工工艺规程

设计活塞环的机械加工工艺规程内容摘要：

，其曲率半径沿环周各点是变化的，且大于气缸半径，只有当装入气缸后方成为正圆形。 环装入气缸前的形状称为自由状态，环的自由状态决定环装入气缸后的径向压力分布。 径向压力分布大致可分为：均匀分布（等压环） 、梨形分布（高点环）和苹果型分布（低点环）三种。 1 等压环等压环从自由状态变到工作状态后，沿环周的径向压力是均匀分布，即 P0=const。 等压环由于使用后磨损等原因，环周压力分布恶化，在开口处的径向压力急剧下降，所以使用寿命短，一般使用于二冲程中速发动机。 2 高点环高点环开口处的径向压力 P 高于平均径向压力 P0，P：P 0 可达 3：1。 能提高环开口端的减震能力，耐磨性和气密封好。 现代高速四冲程柴油机和汽车发动机广泛应用高点环。 3 低点环低点环主要用于二冲程柴油机和大型柴油机，开口处的径向压力低于平均径向压力，以防止环端跳入气口使环折断，或者是为了矫正热变形的影响，以保证均匀贴合。 S1闭口间隙一般按 GB/T1149 选取，或按产品图纸要求而定，但最小间隙必须大于下式计算值。 S1 = πd 1αΔt ( mm) 式中：d 1—缸径，mm； α—热膨胀系数，合金铸铁按 α= 10 —5/℃； Δt—温差，气环为 100℃，油环为 80℃ Ft 切向弹力是在环的切口处径向厚度中点上沿切线方向施加力，使环从自由开口尺寸压缩到闭口间隙时所需的力。 尺寸系列的切向弹力值仅适用于平均弹性模量 E=100000 N/mm2材料（即非调质铸铁环），其它材料则按弹性模量 E 由表 37 修正系数乘以尺寸系列表的切向弹力值即可。 镀铬或喷钼活塞环的切向弹力修正系数为表 37 推荐值的 倍。 表 37活塞环材料 平均弹性模量 N/mm2 切口弹力修正系数调质铸铁球墨铸铁钢1127761569061962002切向弹力 FtEh1（m S1）Ft = ────────— K 1K2（kgf）(d1/α 11)3 式中：E—弹性模量，kgf / mm 2；h1—环高，mm；m—自由开口，mm；S1—闭口间隙，mm；d1—缸径，mm；α 1—径向厚度，mm；K1——断面减弱系数；K2—表面处理对弹力减弱系数。 镀铬环一般取 8%～11%，球铁环取 8%，合金铸铁对铬层厚度小于 mm，径向弹力小于 3㎏f 的取 11%，其余均取 10%。 活塞环设计时，首先确定切向弹力，然后再决定环的自由开口尺寸。 高速发动机活塞环设计通常用改变环的径向厚度方法来调节环的弹力。 P 0比压 P0是活塞环设计的重要参数之一，比压选择适合与否，将直接影响活塞环的密封性、摩擦损失、耐磨性。 比压过高，磨损加剧导致缸套磨损严重；比压过低，环密封性差，最终导致烧机油，加剧磨损，抗振性差，易产生断环。 一般选择原则：合金铸铁为～2㎏f/㎝ 2，球墨铸铁为 ～㎏f/㎝ 2。 2 FtP0 = ─── MPa ｈ 0 d1 式中：ｈ 0—环外圆面与气缸壁的接触高度，等于刮片数量与刮片高度的乘积，mm Ft—切向弹力，N d1—缸径，mm Eα 1（mS 1）工作应力 σ 1 = ─────── ㎏f/ mm 2 （d 1α 1） 2 Eα 1 (8α 1 m)安装应力 σ 2 = ──────── ㎏f/ mm 2 （d 1α 1） 2 式中：E—弹性模量，㎏f/ mm 2 ； α 1—径向厚度，mm； m—自由开口尺寸，mm； S1—闭口间隙，mm； d1—缸径，mm。 按有关标准规定，合金铸铁 σ 1＜25㎏f/ mm2，球墨铸铁 σ 1＜40㎏f/ mm2， 但实际σ 1值可大于上述值，合金铸铁为 30㎏f/ mm2， 球墨铸铁为 50㎏f/ mm2。 合金铸铁σ 2≤50㎏f/ mm 2，球墨铸铁 σ 2≤80㎏f/ mm 2 课程设计中活塞环的主要参数选择第三章 活塞环的制造工艺 活塞环的性能对整台发动机系统的良好工作运转是十分重要的，活塞环组件必须有较长的使用寿命。 现在通过改进材料和表面制造工艺，活塞环已能满足这样的寿命要求。 活塞环的生产特点 活塞环是内燃机中的重要易损件，生产批量很大，可想而知，必须高度专业化，组织流水生产作业线。 活塞环流水生产具有下列特点：1 工作地专业化程度高。 每个工作地固定完成一道或几道工序，而每一道工序都在固定的工作地加工。 如活塞环粗磨两端面统一在粗磨组进行加工。 2 产品在流水线上按单向运输路线移动，生产过程具有良好的连续性。 活塞环单向运动移动路线为：粗磨→去油→热处理→细磨→去油→半成品检查→切削流水工作线→表面处理→成品检查→配组入库。 3 在整个加工过程中，产品按平行移动方式在各工序的工作地之间移动，生产具有明显的节奏性；4 工艺过程是封闭的，产品的所有工序在流水线内全部完成，如活塞环切削流水线在两端面加工完成后，内圆、外圆、开口间隙等加工全部在切削生产线上完成，加工过程象流水一样从上一工序转到下一工序，连续生产。 活塞环的加工方法 依照活塞环成型的方法不同，制造活塞环的方法主要有两种： 1 热定型法（整体正圆法）：即浇铸出圆筒形活塞环毛坯，然后在普通车床上切削加工，切割成单环；按工作间隙尺寸铣出切口，最后扩张至所需要的自由切口间隙尺寸，并在此状态下热处理定型，即成所需尺寸的活塞环。 2 单体椭圆法：即浇铸出单个的椭圆形活塞毛坯，然后在靠模车床上切削加工，并按自由切口间隙尺寸切口，就成为所需尺寸的活塞环。 这两种方法都获得广泛采用，但有几点需指出：（1）单体椭圆法属于机械定型。 既可用于制造等压环，又可用于制造非等压环；但主要用于制造非等压环。 它在造型过程中，设计椭圆形状时就考虑了弹力和环的结构尺寸等方 面的关系。 热定型法，环自由形状的形成主要靠热定型，因此在高温下会发生回火，促使环的弹力消失。 由于定型性质不同，所以在用前一种方法制成的活塞环寿命比较长。 热定型法主要用于制造等压环。 （2）从加工过程看，单体椭圆法在铸造和机械加工时要用专用模具和靠模车床，设备复杂，而热定型法无论从铸造或机械加工看都比前法简单，所以它的生产率高，成本低。 前一种方法适用于大批量生产，后一种方法大、中、小批量生产均可。 （3）单体椭圆法节省金属材料，因为它的切削加工裕量可以留得很少。 活塞环的加工工艺规程 为了进行科学管理，将工艺过程的各项内容写成文件，用来指导生产和组织生产，工厂的各种工艺规程是将有关内容编写成各种文件图纸和表格等形式来表达的，这些文件统称为工艺文件。 零件生产所用的工艺文件的种类很多，也没有统一的规定格式，由各工厂自行规定。 主要的工艺文件有工艺过程卡片、工序卡片、调整卡片、检验卡片等。 1 工艺过程卡片：也称综合卡片或工艺流程卡片。 在卡片上规定了制造该零件所经过的各个车间，经过的全部工艺过程。 按照零件工艺过程的加工顺序列出所有的工序，表示零件的生产路线。 以及对每个工序所使用设备，工艺参数等作出简要说明，表示零件加工完整的工艺过程。 在单件、小批生产中一般只用工艺过程卡。 2 工序卡片：这种卡片也称操作卡片，用来具体指导工人进行生产，这是为零件生产过程中的每一道工序编写的，是工艺过程卡上每一道工序的详细规定。 在工艺过程上绘有工序简图，注明定位基准和加工表面的工序尺寸，光洁度、技术要求等，并分出工步的次序和内容、切削规范和工时定额以及使用的设备工、夹、量、辅具的具体情况等。 对于大批量生产的零件和小批量生产的关键零件，除了工艺卡片，还要详细编制工艺装备明细表。 3 调整卡片：对于在自动和半自动机床上完成的工序，往往不用工序卡片，而要编制调整卡片，供机床操作人和调整人使用。 4 检验卡片：它是检查人员使用的主要文件，其中对检验对象、检验项目、检查方法及使用检具均有具体规定。 零件加工完毕按检验卡检收。 对于成批大量产品，一般需要检验卡。 确定毛坯的制造方法与加工余量 活塞环的制造方法目前活塞环的铸造方法主要有单体叠箱铸造、双片叠箱铸造、筒体砂型铸造和筒体离心铸造，按毛坯的形状来分又可分为正圆和椭圆两种。 正圆的优点是型板制造简单、加工设备简单。 缺点是要进行热定形、开口对面应力大，开口处径向压力低，热稳定性差，弹力消失厉害。 椭圆环的优缺点与正圆环的相反。 为了很好的满足活塞环的特殊要求，以及批量化的工作效率的要求，我们选择毛坯的形状为正图 4 活塞环热定型加温曲线圆。 加工余量的确定确定内外断面上的总余量为 mm 确定上下两个平面上的总余量为 mm 定位基准的选择 （1）定位基准的选择活塞环的两端面是一切加工尤其是外圆和内圆加工的基准面。 同时，两端面的加工质量对活塞环的性能影响很大。 因此，有必要将两端面的加工作为活塞环加工工艺中的最初工序，并且要求尽可能提高加工精度。 这就符合统一基准原则。 在后续工序中，除了使用两端面为定位基础外，根据各工序的特点，再选择内圆或外圆定位，实现各工序的定位。 活塞环两端面的加工是以其自身作定位基准的，以外圆的导向反复加工。 加工精度高，环高公差一般为 ，同一片环环高公差 mm，表面粗糙度。 保证这些精度要求，对以后叠放成组加工时减小环高积累误差的影响，有着重要的意义。 （2）外圆仿形加工基准的选择外圆仿形加工可选择外圆定位与内圆定位两种方法。 这两种定位方法都采用心轴螺母装夹a)外圆定位即选定毛坯外圆为定位基准。 这种定位方法无内衬支承，由三个同时移动的卡爪组成定位元件，卡爪与一组环的外圆接触。 这种定位方法的优点是外圆加工余量均匀。 但由于定位元件与夹紧装置分离，因此，三爪的位置是可调的，以保证环的几何中心与心轴的轴线重合。 由于内部无支承件，所需夹紧力较大。 b)内圆定位即选择毛坯内圆为定位基准。 这种定位方。