1094-CA6140型鋁活塞的機械加工工藝設計及夾具設計

1094-CA6140型鋁活塞的機械加工工藝設計及夾具設計,ca6140,活塞,機械,加工,工藝,設計,夾具 目 錄 第一章 活塞的技術要求-2第二章 活塞的加工-52-1 生產類型的確定-52-2 毛坯的分析-52-3 制定工藝路線-72-4 確定加工余量-16 2-5 確定各工序的工藝裝備 -202-6 確定切削用量-252-7 工序時間的確定-28第三章 鉆油孔夾具設計-323-1 工件的定位方案-323-2 工件的夾緊方案-333-3 夾具其它裝置的設計-343-4 鉆油孔夾具的工作原理-35第四章 銑氣門夾具設計-374-1 基本概念-374-2 工件的定位方案-374-3 工件的夾緊方案-384-4 分度裝置設計-414-5 夾具體的設計-434-6 銑氣門夾具的工作原理-44結束語 -46參考文獻-47附件 1-48附件 2 實習報告 -612第一章 活塞的技術要求一 、活塞的結構組成在發(fā)動機汽缸內，活塞在一部分工作循環(huán)壓縮氣體，而在另一部分工作循環(huán)，汽缸內的混合氣體燃燒膨脹，活塞承受高溫氣體的壓力，并把壓力通過活塞銷、連桿傳給曲軸?？梢娀钊窃诟邷馗邏合鹿ぷ鏖L時間變負荷的往復運動，活塞的結構就要適應這樣的工作條件。圖 1 表示一個鋁活塞.弧面 1 稱為活塞的曲頂面,它承受氣體的壓力,并受到高溫氣體的直接作用.四個圓環(huán)形的槽 2,3,4 稱為環(huán)槽,其中 4 的兩個環(huán)槽稱為氣環(huán)槽,在氣環(huán)槽中放置有彈性的活塞環(huán),用以密封活塞頂面以上的燃燒室;2,3 分別為矩形槽和梯形槽,在油環(huán)槽中放置油環(huán)(或稱刮油環(huán)),它把飛濺到汽缸套內壁上的多余潤滑油刮去,使油從油環(huán)槽的小孔 5 中流回曲軸箱. 包刮曲頂面和油環(huán)在內的部分 6 稱為活塞頭部,其余部分 7 稱為活塞裙部,在活塞工作過程起到向作用.活塞中間的貫穿孔 9 稱為活塞銷孔.圖中 10 是一個短圓柱面和圓錐面的組合,通常稱為止口,它是專門為加工活塞而設置的鋪助精基面.在結構上和功能上沒有作用.鑲嵌環(huán) 11 為高鎳鑄鐵，作用是提高活塞該部位的強度和耐磨性，提高活塞的氣密性和壽命。 32469107圖 83圖 2圖 3活塞在工作過程中將產生受力變形和熱變形.如圖 2 所示,活塞的曲頂面受到汽缸內氣體壓力的作用,產生彈性變形.由于活塞裙部在圓周方向剛性不同,在銷孔軸線方向的彈性變形量大,使活塞裙部在受力后變成橢圓.另一方面,活塞頂部與高溫氣體接觸,熱量通過活塞頂部傳到活塞裙部,溫度升高產生變形.由于活塞裙部圓周上金屬分布不均勻，銷孔軸線方向金屬厚，熱膨脹量大；垂直于銷孔軸線發(fā)向熱膨脹量小。從而使活塞裙部由于熱變成橢圓，如圖 3 的虛線所示。所以無論是受力變形或熱變形都使原來的圓柱形的裙部變成橢圓形，橢圓的長軸在活塞的銷孔的軸心線方向上。這樣，比然使活塞與汽缸的間隙不均勻地減少甚至消失，以至于發(fā)生強烈的磨損甚至咬住。為了補償上述變形，由活塞裙部設計制造成橢圓形，橢圓的長軸在垂直于活塞銷孔軸心線的方向上，并在活塞裙部的銷孔附近鑄出兩塊凹吭，增加裙部與汽缸內壁的間隙。橢圓度的大小隨活塞的型號不同。C6110 活塞上，橢圓的長軸和短軸要控制在離圓位置 5以內，相互位置誤差在 5以內。此外，活塞工作時，頂面和高溫氣體直接接觸，熱量由頭部傳到裙部，頭部溫度高，熱膨脹量大；裙部溫度低，熱膨脹量小。為了補償這種不均勻的熱變形，把活塞頭部的外徑設計的比裙部小，同時活塞裙部也設計成上小下大的錐形。C6110 型柴油機活塞裙部的錐度是0.020.05mm。為了減少向裙部傳導的熱量，在活塞上銑有橫槽，以減少向下傳熱的面積。在活塞上還銑有縱向槽（稍斜）以增加活塞裙部的彈性（橫向槽也有類似作用）。為了活塞的氣密性和耐磨性，增加其壽命，在下氣環(huán)槽鑲嵌一高鎳鑄鐵環(huán)。使鑄鐵的熱膨脹系數(shù)更接近 ZL109，以便滿足零件要求。活塞銷孔內裝活塞銷與連桿小頭孔相連接。為了使活塞銷的磨損均勻，在工作溫度下，應使活塞銷在活塞孔及連桿小頭襯套孔中能自由轉動，即所謂“浮動式”活塞銷。為了避免活塞銷在工作過程中軸向竄動，在鎖環(huán)槽中裝有鎖環(huán)。二、活塞的一般技術要求由于鋁活塞的技術條件已由國家科技委員會制定了國家標準，對個部分的尺寸公差、形狀和4位置公差以及表面粗糙度均作了詳細的規(guī)定，現(xiàn)根據 JB393185 標準摘要說明如下：（1） 、活塞裙部外圓要求與氣缸很精密的配合，因為裙部外圓尺寸公差一般為 IT6，對于高速內燃機的活塞甚至要達 IT5。為了減少機械加工的困難，將活塞裙部和氣缸套孔徑的制造公差均放大三倍，裝配時將活塞按裙部尺寸分寸三組，氣缸套按孔徑尺寸分成三組，將對應的組進行裝配，以保證達到要求的間隙。裙部的橢圓度和錐度公差在分組尺寸公差范圍內。裙部外圓粗糙度0.4um。Ra（2） 、對于浮動式活塞銷孔，為了使活塞銷在工作過程中能在孔中自由轉動，銷孔尺寸公差IT6 級以上。為了減少機械加工工作量，活塞銷孔和活塞銷的裝配也采用分組裝配法，銷孔的圓度不大于 0.001mm，圓柱度不大于 0.06mm。銷孔內圓表面粗糙度 0.2aRum（3） 、活塞的銷孔的位置公差也有一定要求，主要是：1） 、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，因此必須控制在一定的范圍內。對于 C6110 活塞這一距離為 1020.08mm。2） 、銷孔軸心線到裙部軸心線的垂直度影響活塞銷、銷孔和連桿的受力情況。垂直度誤差過大將使活塞銷、銷孔和連桿單側受力，活塞在氣缸套中傾斜，加劇了磨損。對于 C6110 活塞。這一垂直度在 25.4mm 長度上公差為 0.014mm。3） 、銷孔軸心線在裙部軸心線的對稱度誤差也會引起不均勻磨損。對于 C6110 活塞，規(guī)定對稱度公差為 0.13mm 。（4） 、為了使活塞患能隨氣缸套孔徑的大小的變化而自由地膨脹，對活塞環(huán)槽作下列規(guī)定：1） 、活塞環(huán)槽平面母線對裙部軸線的垂直度：環(huán)槽呈碟形向上傾斜時不大于 25：0.07；環(huán)槽呈傘形向下傾斜時不大于 25：0.03。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 Ra0.4um（5） 、為了保證發(fā)動機運轉平穩(wěn)，同一發(fā)動機個活塞的重量不應相差很大。對于 C6110 型柴油機活塞，重量差不得大于活塞名義重量的2.5%?；钊麘粗亓糠纸M裝配。5第二章 活塞的加工2-1 生產類型的確定生產類型是企業(yè)生產專業(yè)化程度的分類，一般分為大量生產、成批生產和單件生產三種類型。其中成批生產又可以分為大批生產、中批生產和小批生產。如果從工藝特點方面來看單件生產其產品數(shù)量少，每年產品的種類、規(guī)格較多，是根據定貨單位的要求確定的，多數(shù)產品只能單個生產，大多數(shù)工作地的加工對象是經常改變的，很少重復。成批生產其產品數(shù)量較多，每年產品的結構和規(guī)格可以預先確定，而且在某一段時間里是比較固定的，生產可以分批進行，大部分工作地的加工對象是周期輪換的。大量生產其產品數(shù)量很大，產品的結構和規(guī)格比較固定，產品生產可以連續(xù)進行，大部分工作地的加工對象是單一不變的。因此生產類型的確定，對于工藝規(guī)程的制定是非常重要的。顯然，產量愈大，生產專業(yè)化程度應該愈高。但生產類型的劃分一方面要考慮生產綱領即年產量；另一方面還必須考慮產品本身的大小和結構的復雜性。下面對該 C6110 活塞的生產類型確定如下：N=Qn（1+a%）（1+b%）式中 N-零件的年生產綱領 （件/年）Q-產品的年生產綱領 40 萬臺/年n-每臺產品中含該零件的數(shù)量 1 件/臺 a-備品率 一般而言，以上的備品率根據易磨損和損壞的程度定為 3%-5%?，F(xiàn)取 4%。b-廢品率由于屬于機械零件，故取為 1%。則 N=40（1+4%）（1+1%）=401.05=42 萬臺另一方面由于本產品屬于輕型機械，且生產綱領為 42 萬臺，遠遠大于 5 萬臺。所以 C6110 活塞的生產類型屬于大量生產。2-2 毛坯的分析正確的選擇毛坯是工藝技術人員應該高度重視的問題。零件加工過程中工序的內容或工序的數(shù)目，材料消耗，熱處理方法，零件制造費用等都與毛坯的材料、制造方法、毛坯的誤差與毛坯的余量有關。應慎重對待。一、材料：在高速柴油機中,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.6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.在汽車工業(yè)中很少用鑄鐵活塞. 銅硅鋁合金比鑄鐵具有下列優(yōu)點:(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,又不至于引起混合氣體的自燃,因而可以提高發(fā)動機的功率;(2)、重量輕,慣性力小;(3)、可切削性好;(4)、可以得到精確的毛坯;但它也有一些缺點:(1)、材料的價格比較貴;(2)、熱膨脹系數(shù)大,約為鑄鐵的兩倍;(3)、機械強度及耐磨性較差.但總的來說,鋁合金的優(yōu)點超過缺點,所以在高速內燃機中都用它.而且耐磨性方面可以通過鑲嵌一高鎳鑄鐵環(huán)來提高其氣密性和耐磨性，增加其壽命。二、毛坯的選擇1、應考慮的因素包括：（1） 、生產批量（2） 、零件的結構形狀和尺寸大?。?） 、零件的力學性能（4） 、工廠現(xiàn)有設備和技術水平（5） 、技術經濟性主要依據一般是零件在產品中的作用和生產綱領以及零件本身的結構。2、從生產批量來看：此零件屬于大批量生產，宜采用精度和生產率高的毛坯制造方法，以減少材料消耗和機械加工工作量。可考慮用金屬鑄造、熔模鑄造、模鍛、精鍛等方法獲得毛坯。3、從零件的結構來看：由于此零件屬于外形較復雜的小型零件，而且它的壁厚不算薄。故可以考慮采用壓鑄、金屬鑄造、熔模鑄造等精密鑄造方法。同時可以減少切削加工或不進行切削加工。4、從毛坯的制造方法來看：毛坯的制造方法應與材料的制造工藝性相適應。故鑄鐵、鑄鋼、鑄鋁和鑄銅等有色金屬材料適合用鑄造方法獲得毛坯。5、從鑄鋁件的強度來看：從鑄鋁件的強度來看可以考慮采用金屬型鑄造的鑄件、金屬型澆注的鑄件、砂型澆注的鑄件。且強度依次遞減,毛坯質量依次降低.故從以上可以看到該活塞毛坯可以采用金屬型鑄造。金屬型鑄造則適用于成批大量生產、以鋅合金、鋁合金、鎂合金以及銅合金為主的中小型形狀復雜不進行熱處理的非鐵合金的零件。也可用于鑄鋼、鑄鐵的厚壁、簡單或中等復雜的中小鑄7件。對于這些材料則金屬型鑄造（澆鑄）更為合適6、從工廠現(xiàn)有設備和技術水平來看：從這一方面來看，金屬型澆鑄也是可以考慮的。7、從經濟合理性來看：零件最大的外輪廓尺寸小于 160mm，且復雜程度屬于中等，生產類型屬于大量生產，故金屬型或壓力鑄造均適合，但在成批生產下金屬型鑄造比較合適。綜上所述，該活塞零件的材料選用 ZL109，毛坯采用金屬型鑄造。三、毛坯的機械加工余量由簡明機械加工工藝手冊表 10-6 查得：金屬型鑄件的尺寸公差等級為 68。故查表 10-13 可查得：1、外圓的加工余量為 4mm。2、銷孔的加工余量為 3mm。其它表面基本為一次性加工，故加工余量由零件尺寸決定。2-3 制定工藝路線這是制訂機械加工工藝規(guī)程的核心。其主要內容有：1、選擇定位基準2、確定加工方法3、安排加工次序4、安排熱處理、檢驗5、安排其它工序機械加工工藝路線的最終確定，一般要通過一定范圍的論證，即通過對幾條工藝路線的分析與比較，從中選出一條適合本廠條件的、確保加工質量、高效和低成本的最佳工藝路線。下面將從以上幾個方面來確定 C6110 型活塞的機械加工工藝路線。一、基準的選擇基準是機械制造中應用得十分廣泛的一個概念，是用來確定生產對象上幾何要素之間的幾何關系所依據的那些點、線或面。機械產品從設計、制造到出廠經常要遇到基準問題：設計時零件尺寸的標注、制造時工件的定位、檢查時尺寸的測量以及裝配時零、部件的裝配位置等都要用到基準的概念。基準一般包括：1、設計基準：設計者在設計零件時，根據零件在裝配結構中的裝配關系以及零件本身結構要素之間的相互位置關系，確定標注尺寸（或角度）的起始位置。簡言之，設計圖樣上所采用的基準就是設計基準。2、工藝基準：8零件在加工、測量和裝配過程中所采用的基準稱為工藝基準。它又可以分為：（1） 、定位基準：加工時用于工件的定位的基準。它又可分為粗基準、精基準。另外還有附加基準。其中粗基準是未經機械加工的定位基準。反之經過機械加工的定位基準稱為精基準。而附加基準是指零件上根據零件機械加工工藝需要而專門設計的定位基準。（2） 、測量基準：在加工過程中或加工后用來測量工件的形狀、位置和尺寸誤差所采用的基準。（3） 、裝配基準：在裝配時用來確定零件或部件在產品中的相對位置所采用的基準。在這里主要考慮定位基準的選擇，而測量基準、裝配基準則在后面的設計中進行選擇。3、定位基準的選擇（1） 、一般原則 1） 、選最大尺寸的表面為安裝面，選最長距離的表面為導向面，選最小尺寸的表面為支承面。2） 、首先考慮保證空間位置精度，再考慮保證尺寸精度。3） 、應盡量選擇零件的主要表面為定位基準。4） 、定位基準應有利于夾緊，在加工過程中穩(wěn)定可靠。下面根據以上一般原則分別進行粗基準和精基準的選擇。（2） 、粗基準的選擇： 粗基準的選擇除了應考慮以上的一般原則外，還必須考慮以下幾個原則：1） 、選加工余量小的、較準確的、光潔的、面積較大的毛面做粗基準。2） 、選重要表面為粗基準。3） 、選不加工的表面做粗基準。4） 、粗基準一般只能使用一次。上述的選擇粗基準的四條原則，每一條都只能說明一個方面的問題。綜合以上各個原則并考慮零件的實際情況選擇如下：粗基準一般都是為了加工出精基準，而在活塞零件加工中,為了提高零件的生產精度,在以活塞毛坯內腔為粗基準加工完外圓和端面后,在以外圓為基準加工精基準止口.因為粗車后的外圓面是加工余量小、較準確的、光潔的、面積較大的平面，而且它也是一個重要的表面，它的余量比較均勻。（3） 、精基準的選擇：和粗基準一樣，精基準的選擇除了要考慮一般原則外，還有它自身應當注意的原則：1） 、基準重合原則：也就是選設計基準為定位基準。2） 、基準統(tǒng)一原則：也就是在零件的加工過程中，采取統(tǒng)一的基準。3） 、互為基準原則：也就是對某些位置精度要求很高的零件，通常采用互為基準、反復加工的原則。4） 、自為基準原則：也就是以加工表面本身定位，待到夾緊以后將定位元件移去，再進行加工。這樣可以使得面的加工達到很高的精度。9那么根據以上的各個原則，結合實際情況對精基準的選擇如下：活塞是一個薄壁零件,在外力作用下很容易產生變形.活塞主要表面的尺寸精度和形位精度的要求都很高,因此希望以一個統(tǒng)一基面定位來加工這些要求高的表面.目前生產活塞的工廠大多采用止口和端面做為統(tǒng)一基準.在精加工時,除精車外圓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）作為基面有下列優(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他次要表面。（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。二、加工方法的確定及工序的安排零件表面的加工方法，首先取決于加工表面的技術要求。這些技術要求還包括由于基準不重合而提高對某些表面的加工要求。根據各加工表面的技術要求，首先選擇能保證該要求的最終加工方法，然后確定各工序、工步的加工方法。選擇加工方法應考慮每種加工方法的加工經濟精度范圍、材料的性質及可加工性；工件的結構形狀和尺寸大??；生產率要求；工廠或車間的現(xiàn)有設備與技術條件。下面將從以上各個方面與以考慮并最終確定加工方法。（一） 、加工經濟精度：各種加工方法所能達到的加工經濟精度和表面粗糙度都是在一定的范圍內的。任何一種加工方法只要精心操作、細心調整、選擇合適的切削用量，其加工經濟精度就可以得到提高，其加工表面粗糙度值就可以減少。但是加工經濟精度提高得愈高，表面粗糙度值減少得愈小，則所消耗的時間與成本也會愈大。生產上加工經濟精度的高低是用其可以控制的加工誤差的大小來表示的。加工誤差小，則加工精度高；加工誤差大，則加工精度低。一般來說，加工誤差和加工成本之間成反比例關系。可以看出：對一種加工方法來說，加工誤差小到一定程度，加工成本提高很多，加工誤差卻降低得很少；加工誤差大到一定程度以后，即使加工誤差增大很，加工成本降低得很少。因此所謂加工經濟精度是指在正常加工條件下所能保證的加工精度和表面粗糙度。（二） 、材料的性質及可加工性：本零件的材料采用 ZL109，它的化學成分是:Si46%,Cu58%,Mg0.20.5%,Fe1%,其余為Al。這種材料的工藝性能如下：1、切削性能：ZL109 的硬度為 100HB，為易切削材料。2、熱處理性能： 鋁活塞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生的內應力。時效處理是將活塞加熱至 180200，保溫 68h 后，自然冷卻，活塞經過時效處理后能增加強度和硬度。（三） 、工件的結構形狀和尺寸大?。罕净钊慵儆诮Y構形狀并不十分復雜，而尺寸也不很大的零件，因而起來也不是和困難的。10（四） 、生產率的要求：本活塞零件的生產類型屬于大批大量生產。因而對生產率要求就相對的比較高。（五） 、綜合以上幾點，再考慮工廠的工藝能力和現(xiàn)有設備的加工經濟精度，查機械加工工藝手冊表 5.2-6、5.2-8 對本零件的加工方法擬訂如下：1、對于活塞零件外圓的加工由于活塞外圓的精度要求為 IT6，材料為 ZL109，這樣對于活塞外圓的加工可以考慮選用：粗車半精車精車，這樣可以達到的粗糙度為 Ra=0.60.1um。2、對于活塞端平面的加工：由于條件是端面的精度要求為 IT8 級、材料為 ZL109，故可采用一次車削完成，這樣能達到的精度等級為 IT810，粗糙度為 Ra=3.21.6um 滿足要求。3、對于活塞止口的加工：由于這個部分表面是為了加工出精基準而加工的，粗糙度要求不是很高，為 Ra1.6um，精度要求為 IT6，故可采用兩次車削完成，即采用粗車精車的加工方法,這樣能達到的精度等級為 IT86，粗糙度為 =3.21.6um 滿足要求。aR4、對于活塞銷孔的加工：由于該孔的表面的精度要求為 IT6，要求較高，又是對于孔的加工，故可考慮采用：粗鏜精鏜細鏜，這樣可以達到的精度等級為 IT68，粗糙度為 Ra=0.10.6um 滿足要求。5、對于活塞斜油孔的加工：這個圓孔的表面粗糙度也為 Ra 小于等于 12.5m，對于它的也精度要求也不高，性質它的孔徑也小于 20mm，故它的加工方法也可以考慮采用鉆來實現(xiàn)，精度也為 IT11-IT12。6、對于活塞直油孔的加工：這個圓孔的表面粗糙度也為 Ra 小于等于 12.5m，對于它的也精度要求也不高，性質它的孔徑也小于 20mm，故它的加工方法也可以考慮采用鉆來實現(xiàn)，精度也為 IT11-IT12。7、對于活塞油環(huán)槽的加工：在這里只它的位置精度要求較高，而尺寸精度要求也不是很高，故可以考慮采用直接車削完成。精度等級為 IT810，粗糙度為 Ra=3.20.8um 滿足要求。8、對于活塞油環(huán)環(huán)岸及倒角的加工：在這里只它的位置精度要求較高，而尺寸精度要求也不是很高，故可以考慮采用直接車削完成。精度等級為 IT810，粗糙度為 Ra=3.20.8um 滿足要求。9、對于活塞梯形槽的加工：在這里只它的位置精度要求較高，而尺寸精度要求也不是很高，故仍可以考慮采用直接車削完成。精度等級為 IT810，粗糙度為 Ra=3.20.8um 滿足要求10、對于活塞頭部外圓的加工：這個部分的精度要求為 IT810，而外圓開始已經進行一次粗車，故可以用一次半精車就可11以達到要求，這樣可以達到的精度等級為 IT68，粗糙度為 Ra=0.10.6um 滿足要求。11、對于活塞鑲圈槽、的加工：在這里只它們的位置精度要求較高，而尺寸精度要求也都不是很高，故仍可以考慮采用直接車削完成。精度等級為 IT810，粗糙度為 Ra=3.20.8um 滿足要求12、對鑲圈槽槽底的加工：因為前面已經對鑲圈槽進行過一次加工了，在這里對槽底的修復加工只要進行一次精車就行了，這樣可以達到的粗糙度為 Ra=0.60.1um。滿足要求。13、對于活塞燃燒室的加工 ：燃燒室的精度要求較高，它的加工余量也較大，所以可以考慮采用：粗車精車這樣能達到的精度要求為 IT67，粗糙度為 Ra=0.60.1um。滿足要求 。對其圓角的加工也是采用一次車削完成。14、對于活塞氣門內、外槽的加工：在這里只它的位置精度要求較高，而尺寸精度要求也不是很高，故仍可以考慮采用直接一次銑削完成。精度等級為 IT1112，粗糙度為 Ra=3.20.8um 滿足要求15、對于活塞銷孔外端擋圈槽及其倒角的加工：在這里只它的位置精度要求較高，而尺寸精度要求也不是很高，故仍可以考慮采用直接車削完成。精度等級為 IT810，粗糙度為 Ra=3.20.8um 滿足要求。（六） 、加工階段的劃分按加工性質和作用不同，工藝過程一般劃分如下加工階段：粗加工階段；半精加工階段；精加工階段；光整加工階段。它們的主要工作與要求如下：1、粗加工階段：主要是去除各加工表面的余量，并作出精基準，因此這一階段關鍵問題是提高生產率。2、半精加工階段：在半精加工階段減小粗加工中留下的誤差，使加工面達到一定的精度，為精加工作好準備。3、精加工階段：在精加工階段，應確保尺寸、形狀和位置精度達到或基本達到圖紙規(guī)定的精度要求以及表面粗糙度。4、精密、超精密加工、光整加工階段：這是對那些要求很高的零件安排的，是為了達到零件最終的精度要求。一般情況下，若將加工表面從毛坯面開始到最終的精加工或精密加工都集中在一個工序中連續(xù)完成，則難以保證零件的精度要求或浪費人力、物力資源。這是因為粗加工是切削層厚，切削熱量大，無法消除因熱變形帶來的加工誤差，也無法消除因粗加工留在工件表層的殘余應力產生的加工誤差；后續(xù)加工容易把已加工好的加工表面劃傷；不利于合理地使用設備；不利于合理地使用技術工人，讓高技術工人完成粗加工任務是人力資源的一種浪費。但是當加工質量要求不高，工件剛度足夠，毛坯質量高，加工余量小，可以考慮一次性完成加工。如自動機上加工的零件；裝夾，運輸不便的重型零件，在一次安裝下完成粗加工和精加工，但在粗加工后，重新以較小的夾緊力夾緊。而本零件對于外圓以及主要的銷孔孔的加工質量要求12比較高，其余的加工質量要求并不很高，毛坯質量比較高，加工余量小，工件也是有足夠的精度，故除了外圓加工時安排了粗車，半精車，精車三個階段。加工銷孔時安排了粗鏜，精鏜和滾壓三個加工階段。車燃燒室時安排了粗車和精車兩個加工階段。其余的均安排在一個性完成加工。（七） 、機械加工順序的安排：按照以下的幾個原則，也就是：（1） 、先加工基準面，再加工其它表面。（2） 、一般情況下，先加工次要表面。（3） 、先加工主要表面，后加工次要表面。（4） 、先安排粗加工工序，后安排精加工工序。將該活塞的工序進行安排，為了獲得一條適合的、能確保加工質量、高效和低成本的最佳工藝路線，本設計將通過兩個方案的比較分析來最終確定一個最佳的方案。1、方案一：（1） 、工藝過程第一個工序：粗車外圓第二個工序：車端面第三個工序：車止口、打中心孔第四個工序：粗鏜銷孔第五個工序：半精車外圓第六個工序：鉆斜孔第七個工序：鉆直油孔第八個工序：切油環(huán)槽第九個工序：車油環(huán)槽環(huán)岸及其倒角第十個工序：切梯形槽第十一個工序：半精車頭部外圓第十二個工序：切鑲圈槽第十三個工序：切鑲圈槽第十四個工序：切鑲圈槽槽底第十五個工序：精車外圓第十六個工序：粗車燃燒室第十七個工序：粗車燃燒室圓角第十八個工序：精車燃燒室第十九個工序：銑氣門內槽第二十個工序：銑氣門外槽第二十一個工序：精鏜銷孔第二十二個工序：車銷孔外端擋圈及倒角第二十三個工序：細鏜銷孔13圖形見所附工藝過程卡片.（2） 、熱處理工序及表面處理工序的安排：鋁合金熱處理安排在機加工前。（3） 、其它輔助工序的安排：檢查、檢驗工序、去毛刺、平衡、清洗工序等也是工藝規(guī)程的重要組成部分。檢查、檢驗工序是保證產品質量合格的關鍵工序之一，每個操作過程中和操作結束以后都必須自檢。在工藝規(guī)程中，下列情況下應安排檢查工序：零件加工完畢之后；從一個車間到另一個車間的前后；工時較長或重要的關鍵工序前后。故根據以上原則，在本零件中外圓以及銷孔的粗、精加工之后均安排一次檢驗工序，個個環(huán)槽加工完后也要進行一次檢驗。在零件加工完畢后再安排一次檢驗工序。切削加工之后，安排去毛刺的處理。零件表層或內部的毛刺，影響裝配操作、裝配質量以至會影響整機性能，因此應給以充分的重視。在工件進入裝配之前，一般都應安排清洗。工件的內孔、殼體的內腔易存留切屑，清洗時應給以特別注意。在工件加工完畢進入裝配之前必須安排一次清洗的工序。（4） 、工序的組合：同一個工件，同樣的加工內容，可以安排兩種不同形式的工藝規(guī)程：一種是工序集中，另一種是工序分散。前者是使每個工序中包括盡可能多的工步內容，因而使總的工序數(shù)目減少，夾具的數(shù)目和工件的安裝次數(shù)也相應的減少。后者是將工藝路線中的工步內容分散在更多的工序中完成，因而每道工序的工步少，工藝路線長。它們各有所長。前者有利于保證各加工面間的相互位置精度要求，有利于采用高生產效率的機車，節(jié)省安裝工件的時間，減少工件的搬動次數(shù)。而后者可使每個工序使用的設備和夾具比較簡單，調整、對刀也比較簡單，對操作工人的技術水平要求比較低。因此考慮到本活塞零件的結構特點和技術要求、以及工廠機床設備、工人技術水平等條件，并看到工序集中和工序分散的優(yōu)缺點，本零件采用工序分散的原則，也就是每個工序所包含的內容不多，所使用的工藝設備與裝備比較簡單，易于調整和掌握，同時有利于選用合理的切削用量，減少基本時間。它的設備數(shù)量多，生產面積大，設備投資少，易于更換產品，比較適合本產品的加工。2、方案二：（1） 、工藝過程第一個工序：粗車外圓、車端面第二個工序：車止口、打中心孔第三個工序：半精鉸第四個工序：半精車外圓第五個工序：車油環(huán)槽及梯形槽第六個工序：車油環(huán)槽環(huán)岸及其倒角第七個工序：鉆斜孔14第八個工序：鉆直油孔第九個工序：半精車頭部外圓第十個工序：車鑲圈槽、第十一個工序：車鑲圈槽槽底第十二個工序：精車外圓第十三個工序：粗車燃燒室第十四個工序：粗車燃燒室圓角第十五個工序：精車燃燒室第十六個工序：銑氣門內槽第十七個工序：銑氣門外槽第十八個工序：精鉸第十九個工序：車銷孔外端擋圈及倒角第二十個工序：細鉸熱處理及其他的同方案一。3、工藝方案的比較與技術經濟分析：本設計主要通過對以上兩條工藝路線的分析與比較來選擇一條最佳的工藝路線。以上兩個工藝方案中除了第一、第四、第十、第十八、第二十不太相同之外，其他的工序基本上是相同的。因此對于這兩個方案的分析與比較將從工藝方案的技術經濟特性指標、工藝成本，技術經濟對比等各個方面進行。（1） 、產品工藝方案技術特性主要指標：1） 、勞動力消耗率：方案一與方案二相比，工時數(shù)與臺時數(shù)比較多，生產率相對低，但同時所達到的精度比較高2） 、設備構成比：在這一方面，兩個方案基本相同。3） 、工藝裝備系數(shù)：在這一方面，兩個方案基本相同。4） 、工藝過程的分散與集中程度：本產品屬于大批大量生產，故第一個方案的分散集中程度比較適中，而第二個工序則過于集中。5） 、金屬消耗量：兩個方案基本相同。6） 、占用生產面積數(shù)：兩個方案基本相同。（2） 、機械加工工藝過程技術特性指標：機械加工工藝過程技術特性指標包括：出廠量、毛坯數(shù)量、制造毛坯所需金屬質量、毛坯凈重、毛坯的成品率、設備總功率、專用夾具裝備系數(shù)、量具裝備系數(shù)、刀具裝備系數(shù)、操作工人的平均等級；鉗工修整勞動量及其占機床工作量的比列；生產面積總數(shù)、總面積、平均每臺機床占用生產面積、平均每臺機床占用總面積，對于這些指標，兩個方案是相同或相近的。因而不于分析。另外還有機械加工工序總數(shù)、各類機床總數(shù)、專用夾具數(shù)量，這些第一個方案比第二個方案要多一些。而機床負荷系數(shù)第一個方案要比第二個方案小，機動時間系數(shù)則比第二個方案大。15綜合以上指標，并看到方案二的加工精度要高于方案一，但表面粗糙度也大于方案一，而方案一的加工精度與表面粗糙度又是適中的。故相比之下，方案一要優(yōu)于方案二。（3） 、工藝成本的分析表 1 零件成本的組成表 計量單位： 元全年零件成本全年工藝成本 Sn 其它費用全年可變費用 NV 全年不變費用 Cn 行政員的工資Sc-每件材料費 Stz-調整工人工資 總務人員工資Sz-每件機床工人工資 Szz-專用機床折舊費 辦公費用Sw-每件機床維持費 Szdz-專用刀具折舊費 廠房維持費及折舊費Stjz-每件通用機床折舊費 Szjz-專用夾具折舊費 照明費等Sdz-每件刀具維持費及通用刀具折舊費運輸費Sjz 每件夾具維持費及通用夾具折舊費注:有些費用是隨生產批量而變換的,如調整費、用于在制品占用資金等,一般情況下不于單列.零件的全年工藝成本:Sn=VNCn式中 V-每件零件的可變費用, 元/件N-零件的生產綱領, 件Cn-全年的不變費用, 元而單個零件的工藝成本應為:Sd=VCn/N16由于這兩個工藝方案中只有少數(shù)工序不同,多數(shù)工序是相同的,故可以通過計算少數(shù)不同的工序的單件成本來進行比較。在這里選擇第五個工序來進行計算并比較，其他的也都類似的計算。對于第一個工序：Sp1=V1C1/N=NV1/NC1/N其中 NV1=Sc1Sz1Sw1Stjz1Sdz1Sjz1故 V1= Sc1Sz1Sw1Stjz1Sdz1Sjz1/NC1=Stz1Szz1Szdz1Szjz1對于 Sp2=V2C2/N同樣有 V2= Sc2Sz2Sw2Sdz2Sjz2/NC2=Stz2Szz2Szdz2Szjz2由于兩個方案對于環(huán)槽及鑲圈槽等的加工工不同在于一個采用的是車削，另一個采用的是銑削。故 Sp1Sp2= Sz1Sdz1Sjz1（Sz2Sdz2Sjz2）其中 Sz=Tmz（1a/100）/60式中 Tmz-單件時間 minZ-機床工人每小時工資 元/小時a-與工資有關的雜費 元在上面各量中取 a=13Sjz=Cj（Pj1Pj2）式中 Cj-夾具成本 元Pj1-夾具折舊率 每年 33%Pj2-維護費折合百分數(shù) 取為 26%Sdz=（CpKcw）TmT（K1） 元/件 式中 Cp-刀具價格 元T-刀具耐用度 minK-可重磨次數(shù) Cw-每磨一次刀所花費用 元代入數(shù)據：Sp1Sp2= Sz1Sjz1（Sz2Sjz2）由于 Sz1Sz2 Sjz1Sjz2所以有 Sp1Sp2綜合以上的分析比較可知：采用方案一相對的比較經濟合理，故本設計將采用方案一。2-4 確定加工余量17完成某工序所需切除的材料層的厚度稱為工序余量，從毛坯到成品的整個工藝過程中所切除的材料層的厚度成為總余量。加工總余量的大小取決于加工過程中各個工序所切除的金屬厚度的總和。每一工序所切除的金屬層厚度稱為工序余量。 一、加工余量的確定方法加工余量的確定通常有三種方法：（一） 、經驗法：由有經驗的工程技術人員或工人根據經驗確定加工余量的大小。而由經驗確定的加工余量往往偏大。故這種方法多在單件小批生產中采用。（二） 、分析計算法：采用這種方法是在影響因素清楚的情況下，可以獲得比較準確的加工余量。而要作到對余量影響因素清楚，必須具備一定的測量手段和掌握必要的統(tǒng)計分析資料。在掌握了各個誤差因素大小的條件下，才能進行余量的比較準確的計算。（三） 、查表修正法：這種方法是以生產實踐和試驗研究材料制成的表格為依據，在查表應用是結合加工實際情況進行修正來確定加工余量。對于本設計加工余量的確定主要采用第三種方法。因為考慮到對于影響加工余量的個個誤差因素并不是很清楚，而且也沒有一定的測量手段和掌握必要的統(tǒng)計分析資料，所以采用分析計算法是不適合的。而經驗法確定的加工余量又往往偏大，所以采用查表修正法是最適合的。二、各工序的加工余量本設計主要以表格簡明機械加工工藝手冊表 113-125 為依據來確定加工余量。應用時再結合加工實際情況進行修正，擬定如下：在本設計中由于總加工余量已經在前面確定了,在這里不再重復.其它的確定如下1、第一、第五及第十五個工序的加工:外圓的最終加工為精車,故根據其尺寸選其加工余量為 0.25mm,而粗車后的半精車外圓,選其加工余量為 0.7mm,粗車加工余量選為 1.25mm。2、第二個工序的加工:端面的加工:端面的加工是為了以后加工燃燒室，所以可以采用一次性加工。機械加工余量則選為 8mm。3、第三個工序的加工:止口為一次性加工，單邊加工余量為 0.7mm。4、第四、第二十一及第二十三工序的加工:銷孔的最終加工為細鏜，故根據其尺寸選其加工余量為 0.10mm，細鏜前的精鏜的加工余量可選為 0.25mm，而粗鏜的加工余量可選為 1.5mm。5、第六個工序的加工:這個工序的加工方法是鉆,故它的加工余量直接由它的孔徑來決定。6、第七個工序的加工:這也是一個鉆的加工方法, 故它的加工余量也直接由它的孔徑來決定。7、第八個工序的加工:對油環(huán)槽的加工是采用一次性銑削加工，故它的加工余量由零件和毛坯的尺寸決定，雙邊余18量為 12.87mm。8、第九個工序的加工：對這個位置的加工采用的是一次性加工，環(huán)岸的雙邊余量為 2.4mm。9、第十個工序的加工: 對梯形槽的加工是采用一次性銑削加工，故它的加工余量由零件和毛坯的尺寸決定，雙邊余量為 12.3mm10、第十二個工序的加工:對鑲圈槽的加工也是采用一次性銑削加工，故它的加工余量由零件和毛坯的尺寸決定，雙邊余量為 11.81mm11、第十三個工序的加工：對鑲圈槽的加工仍是采用一次性銑削加工，故它的加工余量由零件和毛坯的尺寸決定，雙邊余量為 12.07mm12、第十四個工序的加工：鑲圈槽槽底的加工也是一次性加工，鑲圈槽槽底的雙邊欲來年感為 1mm，鑲圈槽槽底的雙邊余量為 1.5mm。13、第十六和十八個工序的加工：燃燒室的最終加工采用精車，精車余量選為 0.48mm，粗車的加工余量 23mm。14、第十九及第二十個工序的加工：氣門內、外槽的加工均采用一次性銑削加工，加工余量均為 7.44mm。15、第二十個工序的加工：銷孔外端擋圈一次性車削完成，加工余量為 3.318mm。以上對于加工余量的確定只是初步確定,還有待進一 步的檢驗與修正。三、工序尺寸與公差的確定（一）工序尺寸與公差的確定安排可按如下方法進行：1、確定各加工工序的加工余量。2、從終加工工序開始，即從設計尺開始，到第一道終加工工序，依次加上每次加工余量，可分別得到各工序基本尺寸。3、除終加工工序外，其它各加工工序按各自所采用加工方法的加工經濟精度確定工序的尺寸公差。4、填寫工序尺寸并按“人體原則”標注工序尺寸公差。上面所說的“人體原則”是指對被包容尺寸（軸的外徑，實體長、寬、高） ，其最大加工尺寸就是基本尺寸，上偏差為零。對包容尺寸（孔的直徑、槽的寬度） ，其最小加工尺寸就是基本尺寸，下偏差為零。毛坯尺寸按雙向或不對稱偏差形式標注。5、當工藝基準無法同設計基準重合等情況下，確定了工序余量后，需通過工藝尺寸鏈進行工序尺寸和公差換算。（二）具體的計算如下：191、對外圓的加工：半精車： 139.80.25140.05mm粗車： 140.050.7140.75mm毛坯: 140.751.25142mm2、對銷孔的加工：精鏜： 50.760.150.66mm粗鏜： 50.660.2450.42mm把粗鏜的加工余量休整為 1.42mm,則:毛坯: 50.421.4249mm 3、對燃燒室的加工：因為燃燒室的最后尺寸 136.020.09 不能直接測量，所以要通過尺寸鏈的換算尺寸鏈 1基本尺寸為：A 0160.5136.0223.48mm上偏差為： 12()()()0.8ESAEI下偏差為： 0IS這樣精車完全滿足這樣的精度要求。其余的工序都是一次性加工，在這就不再一一計算.(三)公差的選擇：查簡明機械加工工藝手冊表 15-19 有：1、外圓的加工：外圓的直徑處于120180mm 的范圍，故選粗車： IT12-IT13 公差 420m。半精車： IT10 公差 160m。精車： IT7 公差 40m。2、銷孔的加工：銷孔的直徑粗加工時處于3050mm 的范圍，故選粗鏜： IT12-IT13 公差 320m半精加工時處于5080mm 的范圍，故選精鏜： IT8 公差 46um細鏜： IT6 公差 19um3、油孔的加工：油孔的直徑范圍為36mm， 故選20鉆孔： IT1213 公差 75um4、槽的加工：槽的圓柱直徑范圍為120180mm， 故選四個環(huán)槽： IT10 公差 160其余公差見工藝過程卡,另外毛坯公差由機械加工余量手冊表 1-4，4-1 查得，就不再一一列出。（四）各種加工方法所能達到的表面粗糙度：查機械加工工藝手冊表 5.2-6 有：粗車： Ra520m半精車： Ra1.2510m粗鏜： Ra520m半精鏜： Ra2.510m圓柱銑刀粗銑： Ra2.520m 圓柱銑刀精銑： Ra0.635m鉆孔： Ra1.2520m（五）主要工序匯總，如表 2表 2 工序余量、公差表 計量單位： mm工序基本尺寸與偏差工序名稱 工序余量 （mm） 工序公差 基本尺 寸（mm）上偏差（mm）下偏差（mm）精車外圓 0.25 IT8 139.8 0 -0.025半精車外圓 0.7 IT11 140.05 0 -0.063粗車外圓 3 IT12-13 140.75 0 -0.25細鏜銷孔 0.1 IT6 50.76 +0.019 0精鏜銷孔 0.24 IT8 50.66 +0.046 0粗鏜銷孔 1.42 IT12-13 50.42 +0.19 0精車燃燒室 0.48（休整后） IT8 136.02 0 -0.026粗車燃燒室 23 IT11 136.5 0 -0.2注：其余一次性加工的加工余量沒有一一列出（詳見后附工序卡）2-5 確定各工序的工藝裝備工藝裝備的確定包括：機床、夾具、刀具、量具等，以下將分別予以選擇確定。21一、機床的選擇：機床和工裝的選擇應盡量作到經濟合理，使之與被加工零件的生產類型、加工精度和零件的形狀尺寸相適應。而機床的選擇應考慮以下基本原則：1、機床的加工規(guī)格范圍應與零件的外部形狀、尺寸相適應。2、機床的精度應與工序要求的加工精度相適應。3、機床的生產率應與被加工零件的生產類型相適應單件小批量生產宜選用通用機床，大批大量生產宜選高生產率的專用機床、組合機床或自動機床。4、機床的選擇應與現(xiàn)有條件相適應，作到盡量發(fā)揮現(xiàn)有設備的作用，并盡量作到設備負荷平衡。5、各個工序機床的選擇根據以上基本原則，查機械制造工藝設計手冊表 4-14-20 并結合實際情況對機床的選擇如下：（1） 、車外圓及端面:外圓最終的端面圓的同軸度為 0.02mm,外圓的最大直徑為 142mm,整個工件總長為 164mm。最終要求內軸孔圓柱度公差為 0.013mm。故可選 CA6140。它的最大加工長度為 750mm，最大加工直徑為 400mm，主軸轉速的級數(shù)為 24，范圍為 101400 轉/分。其他條件也滿足要求（2） 、對止口的加工止口加工可以采用粗車止口專機。（3） 、銷孔：銷孔與活塞軸向的垂直度為 100：0.055，徑向跳動為 0.06，銷孔的最大加工直徑為 60mm，銷孔的最大加工長度為 141mm。故選擇鏜床 T616，屬于臥式鏜床，它加工的最大直徑為 240mm，主軸轉速的級數(shù)為 14，范圍為 131160 轉/分。其他等均滿足要求。