第6章 活塞的加工工藝分析及夾具設計

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1、典型零件工藝設計 了解活塞的結構特點、材料及技術要求；了解活塞的結構特點、材料及技術要求； 掌握活塞加工的工藝特點，活塞加工工藝規(guī)程制訂；掌握活塞加工的工藝特點，活塞加工工藝規(guī)程制訂； 理解活塞加工的夾具設計特點。理解活塞加工的夾具設計特點。6.1 活塞的工作條件及結構特點6.1.1 6.1.1 活塞主要結構活塞主要結構 圖圖6.16.1表示一個鋁活塞。基本結構是由活塞的頂面、環(huán)槽、油環(huán)表示一個鋁活塞?；窘Y構是由活塞的頂面、環(huán)槽、油環(huán)槽的小孔、活塞頭部、活塞裙部、鎖環(huán)槽、活塞銷孔及止口組成槽的小孔、活塞頭部、活塞裙部、鎖環(huán)槽、活塞銷孔及止口組成 6.1.2 活塞工作過程中的受力變形 活塞在工

2、作過程中將產(chǎn)生受力變形和熱變形。活塞在工作過程中將產(chǎn)生受力變形和熱變形。 6.2 活塞主要技術條件分析6.2.1 6.2.1 活塞的尺寸要求活塞的尺寸要求 活塞頭部外圓直徑公差為0.08mm。 裙部外圓一般要求公差等級IT6，對于高速內燃機的活塞甚至要求公差等級IT5。 裙部外圓粗糙度Ra=15m。6.2.2 6.2.2 活塞銷孔的位置公差要求活塞銷孔的位置公差要求 銷孔軸心線到頂面的距離影響氣缸的壓縮比，即影響發(fā)動機的效率。 銷孔軸心線對裙部軸心線的垂直度影響活塞銷、銷孔和連桿的受力情況。 銷孔軸心線對裙部軸心線的對稱度誤差也會引起不均勻磨損。6.2.3 6.2.3 活塞環(huán)槽的要求活塞環(huán)槽的

3、要求 （1）活塞環(huán)槽平面母線對裙部軸線垂直度要求。 （2）活塞環(huán)槽平面對裙部軸線圓跳動不大于0.05mm。 （3）活塞環(huán)槽底徑對裙部軸線圓跳動不大于0.15mm。 （4）活塞環(huán)槽上下面平面的粗糙度Ra0.63m （5）為了保證發(fā)動機運轉平穩(wěn)，同一發(fā)動機各活塞的重量不應相差很大。6.3 活塞的材料及毛坯制造在汽油發(fā)動機和高速柴油機中，為了減少往復直線運動部分的慣性作用，都采用了銅硅鋁合金作為活塞材料。它的化學成分是：Si4-6%；Cu5-8%；Mg0.2-0.5%；Fe1%；其余是Al。在低速、重負荷、低級燃料的發(fā)動機中，有時用鑄鐵作為活塞材料。在汽車拖拉機工業(yè)中很少用鑄鐵活塞。銅硅鋁合金比鑄鐵

4、具有下列優(yōu)點：銅硅鋁合金比鑄鐵具有下列優(yōu)點： （1 1）導熱性好，使活塞頂面的溫度降低較快，可以提高發(fā)動機的壓縮比，又不至于）導熱性好，使活塞頂面的溫度降低較快，可以提高發(fā)動機的壓縮比，又不至于引起混合氣體自然，因而可以提高發(fā)動機的功率；引起混合氣體自然，因而可以提高發(fā)動機的功率； （2 2）重量輕，慣性力??；）重量輕，慣性力??； （3 3）可切削性好；）可切削性好； （4 4）可以得到精確的毛柸。）可以得到精確的毛柸。但它也有一些缺點但它也有一些缺點: : （1 1）材料價格比較貴；）材料價格比較貴； （2 2）熱膨脹系數(shù)大，約為鑄鐵（機體和汽缸套的材料）的兩倍；）熱膨脹系數(shù)大，約為鑄鐵（機

5、體和汽缸套的材料）的兩倍； （3 3）機械強度及耐磨性較差。）機械強度及耐磨性較差。但是，總的說來，鋁合金的優(yōu)點超過缺點，所以在高速內燃機中都用它。鋁合金毛坯采用金屬模澆鑄。毛坯的精度較高，活塞銷孔也能鑄造出，因此機械加工余量可以相應地減少。鋁合金毛坯在機械加工前要切去澆冒口，并進行時效處理，消除鑄造時因冷卻不均勻而產(chǎn)生的內應力。時效處理是將活塞加熱至180200，保溫68小時后，自然冷卻?；钊?jīng)過時效處理后還能增加強度和硬度。6.4 鋁活塞的工藝過程及夾具分析6.4.1 6.4.1 定位基面的選擇和加工定位基面的選擇和加工活塞是一個薄壁零件，在外力作用下很容易產(chǎn)生變形?；钊饕砻娴某叽缇?/p>

6、和位置精度的要求都很高，因此希望以一個統(tǒng)一基面定位來加工這些要求高的表面。目前生產(chǎn)活塞的工廠大多采用止口和端面作為統(tǒng)一基準；在精加工時，精車外圓和精磨外圓兩工序中用止口處的錐面和頂面上的中心孔定位，其余工序都采用止口和端面定位。采用止口和端面（或錐面和中心孔）作為基面有以下優(yōu)點：采用止口和端面（或錐面和中心孔）作為基面有以下優(yōu)點：(1)用這種定位方法可以加工裙部、頭部、頂面、銷孔等主要表面及其它次要表面。(2)活塞裙部在半徑方向的剛性差，利用止口和端面(或錐面和中心孔)定位可以沿活塞軸向夾緊，就不致引起嚴重的變形，從而可以進行多刀切削。當然采用這種定位方法也有其不足之處。當然采用這種定位方法也

7、有其不足之處。(1)要加工一些本來不需加工的表面，而且這些表面精度要求較高，需要經(jīng)過兩次加工。(2)在活塞技術要求中，環(huán)槽等的位置精度是對裙部外圓的軸心線而言的?；钊臋C械加工工藝過程活塞的機械加工工藝過程 60.1120.1180.1240.14.75+0.04+0.01560.081060-0.17錐度0.03-0.06大端在下方橢圓長軸101.6-0.06-0.113.20.4100.890-0.11920-0.228-0.005-0.0152+0.12030.5+0.14092+0.4601095.5+0.0350橢圓短軸比長軸小0.08-0.13245910-0.250.48-3.5

8、6.4.2 環(huán)槽的加工在技術條件中對環(huán)槽側面的垂直度、圓跳動，粗糙度和槽寬的尺寸精度都有較高的要求，環(huán)槽加工是活塞加工中重要工序之一。精切環(huán)槽的加工示意圖如圖6.7所示。環(huán)槽的寬度決定于切槽刀寬度；槽間的距離決定于夾板厚度。切槽刀的形狀如圖6.8所示，為了保證槽寬的尺寸精度，必須將切槽刀的寬度偏差嚴格控制在0.005mm以內。為了保證槽間距離，切槽刀和夾板兩側面都在平面磨床上磨到粗糙度Ra0.63m，使兩側面互相平行，且夾板的厚度偏差限制在0.01mm以內。6.4.3 裙部外圓的精加工 對于裙部為橢圓的鋁活塞。裙部外圓的精加工可以是精車也可以是磨削。無論是精車還是磨削，要得到橢圓形的表面，都需

9、要使工件相對于刀具有一個附加的往復運動。 6.4.4 活塞銷孔的加工 鋁活塞的毛坯一般都鑄出錐形銷孔(便于拔模)。由于銷孔是許多工序施加加緊力的部位，所以在粗車止口工序之后即對銷孔進行粗鏜，以便在其后的工序夾緊力能較勻地分布，而不至于壓壞銷孔所在的搭子。6.4.5 6.4.5 活塞的檢驗活塞的檢驗 為了保證活塞達到規(guī)定的技術條件，必須在加工中及加工完為了保證活塞達到規(guī)定的技術條件，必須在加工中及加工完畢后進行技術檢查。最后檢查的項目有：畢后進行技術檢查。最后檢查的項目有： (1)(1)檢查外觀和表面粗糙度；檢查外觀和表面粗糙度； (2)(2)檢查活塞銷孔的尺寸及形狀偏差；檢查活塞銷孔的尺寸及形

10、狀偏差； (3)(3)檢查裙部的橢圓度和錐度，按裙部橢圓的長軸分組；檢查裙部的橢圓度和錐度，按裙部橢圓的長軸分組； (4)(4)檢查環(huán)槽寬度、底徑、環(huán)槽側面的垂直度和圓跳動；檢查環(huán)槽寬度、底徑、環(huán)槽側面的垂直度和圓跳動； (5)(5)檢查銷孔軸心線對裙部軸心線的垂直度和對稱度，銷孔軸心線到頂面檢查銷孔軸心線對裙部軸心線的垂直度和對稱度，銷孔軸心線到頂面的距離；的距離； (6)(6)稱活塞的重量，并按重量分組。稱活塞的重量，并按重量分組。 活塞最后檢查中幾個主要技術條件的檢驗方法活塞最后檢查中幾個主要技術條件的檢驗方法: : 裙部直徑和橢圓度的測量裙部直徑和橢圓度的測量 銷孔軸心線與裙部軸心線的對稱度的測量銷孔軸心線與裙部軸心線的對稱度的測量 銷孔軸心線對裙部軸心線的垂直度的測量銷孔軸心線對裙部軸心線的垂直度的測量鋁活塞的機械加工工藝過程采用止口和端面作基準雖然增加了加工工時采用止口和端面作基準雖然增加了加工工時和設備，但它有利于保證加工質量和設備，但它有利于保證加工質量 。