毕业设计论文CA6140型铝活塞的机械加工工艺设计及夹具设计含图纸 .doc
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1、目 录 第一章 活塞的技术要求-2第二章 活塞的加工-52-1生产类型的确定-52-2 毛坯的分析-52-3 制定工艺路线-72-4 确定加工余量-16 2-5 确定各工序的工艺装备-202-6 确定切削用量-252-7 工序时间的确定-28第三章 钻油孔夹具设计-323-1 工件的定位方案-323-2 工件的夹紧方案-333-3 夹具其它装置的设计-343-4 钻油孔夹具的工作原理-35第四章 铣气门夹具设计-374-1 基本概念-374-2 工件的定位方案-374-3 工件的夹紧方案-384-4 分度装置设计-414-5 夹具体的设计-434-6 铣气门夹具的工作原理-44结束语 -46参
2、考文献-47 附件1-48附件2 实习报告-61完整版设计说明书+CAD图纸,联系QQ394413192第一章 活塞的技术要求一 、活塞的结构组成 在发动机汽缸内,活塞在一部分工作循环压缩气体,而在另一部分工作循环,汽缸内的混合气体燃烧膨胀,活塞承受高温气体的压力,并把压力通过活塞销、连杆传给曲轴。可见活塞是在高温高压下工作长时间变负荷的往复运动,活塞的结构就要适应这样的工作条件。图1表示一个铝活塞.弧面1称为活塞的曲顶面,它承受气体的压力,并受到高温气体的直接作用.四个圆环形的槽2,3,4称为环槽,其中4的两个环槽称为气环槽,在气环槽中放置有弹性的活塞环,用以密封活塞顶面以上的燃烧室;2,3
3、分别为矩形槽和梯形槽,在油环槽中放置油环(或称刮油环),它把飞溅到汽缸套内壁上的多余润滑油刮去,使油从油环槽的小孔5中流回曲轴箱. 包刮曲顶面和油环在内的部分6称为活塞头部,其余部分7称为活塞裙部,在活塞工作过程起到向作用.活塞中间的贯穿孔9称为活塞销孔.图中10是一个短圆柱面和圆锥面的组合,通常称为止口,它是专门为加工活塞而设置的铺助精基面.在结构上和功能上没有作用.镶嵌环11为高镍铸铁,作用是提高活塞该部位的强度和耐磨性,提高活塞的气密性和寿命。二、毛坯的选择1、应考虑的因素包括:(1)、生产批量(2)、零件的结构形状和尺寸大小(3)、零件的力学性能(4)、工厂现有设备和技术水平(5)、技
4、术经济性主要依据一般是零件在产品中的作用和生产纲领以及零件本身的结构。2、从生产批量来看:此零件属于大批量生产,宜采用精度和生产率高的毛坯制造方法,以减少材料消耗和机械加工工作量。可考虑用金属铸造、熔模铸造、模锻、精锻等方法获得毛坯。3、从零件的结构来看:由于此零件属于外形较复杂的小型零件,而且它的壁厚不算薄。故可以考虑采用压铸、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。4、从毛坯的制造方法来看:毛坯的制造方法应与材料的制造工艺性相适应。故铸铁、铸钢、铸铝和铸铜等有色金属材料适合用铸造方法获得毛坯。5、从铸铝件的强度来看:从铸铝件的强度来看可以考虑采用金属型铸造的
5、铸件、金属型浇注的铸件、砂型浇注的铸件。且强度依次递减,毛坯质量依次降低.故从以上可以看到该活塞毛坯可以采用金属型铸造。金属型铸造则适用于成批大量生产、以锌合金、铝合金、镁合金以及铜合金为主的中小型形状复杂不进行热处理的非铁合金的零件。也可用于铸钢、铸铁的厚壁、简单或中等复杂的中小铸件。对于这些材料则金属型铸造(浇铸)更为合适6、从工厂现有设备和技术水平来看:从这一方面来看,金属型浇铸也是可以考虑的。7、从经济合理性来看:零件最大的外轮廓尺寸小于160mm,且复杂程度属于中等,生产类型属于大量生产,故金属型或压力铸造均适合,但在成批生产下金属型铸造比较合适。综上所述,该活塞零件的材料选用ZL1
6、09,毛坯采用金属型铸造。三、毛坯的机械加工余量由简明机械加工工艺手册表10-6查得:金属型铸件的尺寸公差等级为68。故查表10-13可查得:1、 外圆的加工余量为4mm。2、 销孔的加工余量为3mm。其它表面基本为一次性加工,故加工余量由零件尺寸决定。度,在以活塞毛坯内腔为粗基准加工完外圆和端面后,在以外圆为基准加工精基准止口.因为粗车后的外圆面是加工余量小、较准确的、光洁的、面积较大的平面,而且它也是一个重要的表面,它的余量比较均匀。(3)、精基准的选择:和粗基准一样,精基准的选择除了要考虑一般原则外,还有它自身应当注意的原则: 1)、基准重合原则:也就是选设计基准为定位基准。 2)、基准
7、统一原则:也就是在零件的加工过程中,采取统一的基准。 3)、互为基准原则:也就是对某些位置精度要求很高的零件,通常采用互为基准、反复加工的原则。 4)、自为基准原则:也就是以加工表面本身定位,待到夹紧以后将定位元件移去,再进行加工。这样可以使得面的加工达到很高的精度。那么根据以上的各个原则,结合实际情况对精基准的选择如下: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形位精度的要求都很高,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做为统一基准.在精加工时,除精车外圆用止口处的锥面和顶面上的中心孔定位,其余工序都采用止口和端面
8、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:(1)、用这种定位方法可以加工裙部、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(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。二、加工方法的确定及工序的安排零件表面的加工方法,首先取决于加工表面的技术要求。这些技术要求还包括由于基准不重合而提高对某些表面的加工要求。根据各加工表面的技术要求,首先选择能保证该要求的最终加工方法,然后确定各工序、工步的加工方法。选择加工方法应考虑每种加工方法的加工经济精度范围、材料的性质及可加工性;工件的结构形状和尺寸大
9、小;生产率要求;工厂或车间的现有设备与技术条件。下面将从以上各个方面与以考虑并最终确定加工方法。(一)、加工经济精度:各种加工方法所能达到的加工经济精度和表面粗糙度都是在一定的范围内的。任何一种加工方法只要精心操作、细心调整、选择合适的切削用量,其加工经济精度就可以得到提高,其加工表面粗糙度值就可以减少。但是加工经济精度提高得愈高,表面粗糙度值减少得愈小,则所消耗的时间与成本也会愈大。 生产上加工经济精度的高低是用其可以控制的加工误差的大小来表示的。加工误差小,则加工精度高;加工误差大,则加工精度低。一般来说,加工误差和加工成本之间成反比例关系。 可以看出:对一种加工方法来说,加工误差小到一定
10、程度,加工成本提高很多,加工误差却降低得很少;加工误差大到一定程度以后,即使加工误差增大很,加工成本降低得很少。 因此所谓加工经济精度是指在正常加工条件下所能保证的加工精度和表面粗糙度。(二)、材料的性质及可加工性: 本零件的材料采用ZL109,它的化学成分是:Si46%,Cu58%,Mg0.20.5%,Fe1%,其余为Al。 这种材料的工艺性能如下:1、切削性能:ZL109的硬度为100HB,为易切削材料。2、热处理性能: 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180200,保温68h后,自然冷却,活塞经过时效处理后能
11、增加强度和硬度。(三)、工件的结构形状和尺寸大小:本活塞零件属于结构形状并不十分复杂,而尺寸也不很大的零件,因而起来也不是和困难的。(四)、生产率的要求: 本活塞零件的生产类型属于大批大量生产。因而对生产率要求就相对的比较高。(五)、综合以上几点,再考虑工厂的工艺能力和现有设备的加工经济精度,查机械加工工艺手册表5.2-6、5.2-8对本零件的加工方法拟订如下:1、对于活塞零件外圆的加工由于活塞外圆的精度要求为IT6,材料为ZL109,这样对于活塞外圆的加工可以考虑选用:粗车半精车精车,这样可以达到的粗糙度为Ra=0.60.1um。2、对于活塞端平面的加工:由于条件是端面的精度要求为IT8级、
12、材料为ZL109,故可采用一次车削完成,这样能达到的精度等级为IT810,粗糙度为Ra=3.21.6um满足要求。3、对于活塞止口的加工:由于这个部分表面是为了加工出精基准而加工的,粗糙度要求不是很高,为Ra1.6um,精度要求为IT6,故可采用两次车削完成,即采用粗车精车的加工方法,这样能达到的精度等级为IT86,粗糙度为=3.21.6um满足要求。4、对于活塞销孔的加工:由于该孔的表面的精度要求为IT6,要求较高,又是对于孔的加工,故可考虑采用:粗镗精镗细镗,这样可以达到的精度等级为IT68,粗糙度为Ra=0.10.6um满足要求。5、对于活塞斜油孔的加工:这个圆孔的表面粗糙度也为Ra小于
13、等于12.5m,对于它的也精度要求也不高,性质它的孔径也小于20mm,故它的加工方法也可以考虑采用钻来实现,精度也为IT11-IT12。6、对于活塞直油孔的加工:这个圆孔的表面粗糙度也为Ra小于等于12.5m,对于它的也精度要求也不高,性质它的孔径也小于20mm,故它的加工方法也可以考虑采用钻来实现,精度也为IT11-IT12。7、对于活塞油环槽的加工:在这里只它的位置精度要求较高,而尺寸精度要求也不是很高,故可以考虑采用直接车削完成。精度等级为IT810,粗糙度为Ra=3.20.8um满足要求。8、对于活塞油环环岸及倒角的加工:在这里只它的位置精度要求较高,而尺寸精度要求也不是很高,故可以考
14、虑采用直接车削完成。精度等级为IT810,粗糙度为Ra=3.20.8um满足要求。9、对于活塞梯形槽的加工:在这里只它的位置精度要求较高,而尺寸精度要求也不是很高,故仍可以考虑采用直接车削完成。精度等级为IT810,粗糙度为Ra=3.20.8um满足要求10、对于活塞头部外圆的加工:这个部分的精度要求为IT810,而外圆开始已经进行一次粗车,故可以用一次半精车就可以达到要求,这样可以达到的精度等级为IT68,粗糙度为Ra=0.10.6um满足要求。11、对于活塞镶圈槽、的加工:在这里只它们的位置精度要求较高,而尺寸精度要求也都不是很高,故仍可以考虑采用直接车削完成。精度等级为IT810,粗糙度
15、为Ra=3.20.8um满足要求12、对镶圈槽槽底的加工:因为前面已经对镶圈槽进行过一次加工了,在这里对槽底的修复加工只要进行一次精车就行了,这样可以达到的粗糙度为Ra=0.60.1um。满足要求。13、对于活塞燃烧室的加工 :燃烧室的精度要求较高,它的加工余量也较大,所以可以考虑采用:粗车精车这样能达到的精度要求为IT67,粗糙度为Ra=0.60.1um。满足要求 。对其圆角的加工也是采用一次车削完成。14、对于活塞气门内、外槽的加工:在这里只它的位置精度要求较高,而尺寸精度要求也不是很高,故仍可以考虑采用直接一次铣削完成。精度等级为IT1112,粗糙度为Ra=3.20.8um满足要求15、
16、对于活塞销孔外端挡圈槽及其倒角的加工:在这里只它的位置精度要求较高,而尺寸精度要求也不是很高,故仍可以考虑采用直接车削完成。精度等级为IT810,粗糙度为Ra=3.20.8um满足要求。(六)、加工阶段的划分按加工性质和作用不同,工艺过程一般划分如下加工阶段:粗加工阶段;半精加工阶段;精加工阶段;光整加工阶段。它们的主要工作与要求如下:1、粗加工阶段:主要是去除各加工表面的余量,并作出精基准,因此这一阶段关键问题是提高生产率。2、半精加工阶段:在半精加工阶段减小粗加工中留下的误差,使加工面达到一定的精度,为精加工作好准备。3、精加工阶段:在精加工阶段,应确保尺寸、形状和位置精度达到或基本达到图
17、纸规定的精度要求以及表面粗糙度。4、精密、超精密加工、光整加工阶段:这是对那些要求很高的零件安排的,是为了达到零件最终的精度要求。一般情况下,若将加工表面从毛坯面开始到最终的精加工或精密加工都集中在一个工序中连续完成,则难以保证零件的精度要求或浪费人力、物力资源。这是因为粗加工是切削层厚,切削热量大,无法消除因热变形带来的加工误差,也无法消除因粗加工留在工件表层的残余应力产生的加工误差;后续加工容易把已加工好的加工表面划伤;不利于合理地使用设备;不利于合理地使用技术工人,让高技术工人完成粗加工任务是人力资源的一种浪费。但是当加工质量要求不高,工件刚度足够,毛坯质量高,加工余量小,可以考虑一次性
18、完成加工。如自动机上加工的零件;装夹,运输不便的重型零件,在一次安装下完成粗加工和精加工,但在粗加工后,重新以较小的夹紧力夹紧。而本零件对于外圆以及主要的销孔孔的加工质量要求比较高,其余的加工质量要求并不很高,毛坯质量比较高,加工余量小,工件也是有足够的精度,故除了外圆加工时安排了粗车,半精车,精车三个阶段。加工销孔时安排了粗镗,精镗和滚压三个加工阶段。车燃烧室时安排了粗车和精车两个加工阶段。其余的均安排在一个性完成加工。(七)、机械加工顺序的安排:按照以下的几个原则,也就是:(1)、先加工基准面,再加工其它表面。(2)、一般情况下,先加工次要表面。(3)、先加工主要表面,后加工次要表面。(4
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