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CA6140型铝活塞的机械加工工艺及夹具设计
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目 录
第一章 活塞的技术要求---------------------------------------------------------------------------------------2
第二章 活塞的加工-----------------------------------------------------------------------------------------------5
§2-1生产类型的确定--------------------------------------------------------------------------------------------------5
§2-2 毛坯的分析------------------------------------------------------------------------------------------------------5
§2-3 制定工艺路线---------------------------------------------------------------------------------------------------7
§2-4 确定加工余量--------------------------------------------------------------------------------------------------16
§2-5 确定各工序的工艺装备 ----------------------------------------------------------------------------------20
§2-6 确定切削用量--------------------------------------------------------------------------------------------------25
§2-7 工序时间的确定-----------------------------------------------------------------------------------------------28
第三章 钻油孔夹具设计----------------------------------------------------------------------------------------32
§3-1 工件的定位方案-----------------------------------------------------------------------------------------------32
§3-2 工件的夹紧方案-----------------------------------------------------------------------------------------------33
§3-3 夹具其它装置的设计-----------------------------------------------------------34
§3-4 钻油孔夹具的工作原理---------------------------------------------------------35
第四章 铣气门夹具设计--------------------------------------------------------------------------------------37
§4-1 基本概念---------------------------------------------------------------------------------------------------------37
§4-2 工件的定位方案-----------------------------------------------------------------------------------------------37
§4-3 工件的夹紧方案-----------------------------------------------------------------------------------------------38
§4-4 分度装置设计---------------------------------------------------------------------------------------------------41
§4-5 夹具体的设计---------------------------------------------------------------------------------------------------43
§4-6 铣气门夹具的工作原理-------------------------------------------------------------------------------------44
结束语 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------46
参考文献---------------------------------------------------------------------------------------------------------------47
附件1--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------48
附件2 实习报告----------------------------------------------------------------------------------------------61
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。
活塞在工作过程中将产生受力变形和热变形.如图2所示,活塞的曲顶面受到汽缸内气体压力的作用,产生弹性变形.由于活塞裙部在圆周方向刚性不同,在销孔轴线方向的弹性变形量大,使活塞裙部在受力后变成椭圆.另一方面,活塞顶部与高温气体接触,热量通过活塞顶部传到活塞裙部,温度升高产生变形.
由于活塞裙部圆周上金属分布不均匀，销孔轴线方向金属厚，热膨胀量大；垂直于销孔轴线发向热膨胀量小。从而使活塞裙部由于热变成椭圆，如图3的虚线所示。
所以无论是受力变形或热变形都使原来的圆柱形的裙部变成椭圆形，椭圆的长轴在活塞的销孔的轴心线方向上。这样，比然使活塞与汽缸的间隙不均匀地减少甚至消失，以至于发生强烈的磨损甚至咬住。为了补偿上述变形，由活塞裙部设计制造成椭圆形，椭圆的长轴在垂直于活塞销孔轴心线的方向上，并在活塞裙部的销孔附近铸出两块凹吭，增加裙部与汽缸内壁的间隙。椭圆度的大小随活塞的型号不同。C6110活塞上，椭圆的长轴和短轴要控制在离圆位置5°以内，相互位置误差在5°以内。
此外，活塞工作时，顶面和高温气体直接接触，热量由头部传到裙部，头部温度高，热膨胀量大；裙部温度低，热膨胀量小。为了补偿这种不均匀的热变形，把活塞头部的外径设计的比裙部小，同时活塞裙部也设计成上小下大的锥形。C6110型柴油机活塞裙部的锥度是0.02～0.05mm。
为了减少向裙部传导的热量，在活塞上铣有横槽，以减少向下传热的面积。在活塞上还铣有纵向槽（稍斜）以增加活塞裙部的弹性（横向槽也有类似作用）。为了活塞的气密性和耐磨性，增加其寿命，在下气环槽镶嵌一高镍铸铁环。使铸铁的热膨胀系数更接近ZL109，以便满足零件要求。
活塞销孔内装活塞销与连杆小头孔相连接。为了使活塞销的磨损均匀，在工作温度下，应使活塞销在活塞孔及连杆小头衬套孔中能自由转动，即所谓“浮动式”活塞销。为了避免活塞销在工作过程中轴向窜动，在锁环槽中装有锁环。
二、活塞的一般技术要求
由于铝活塞的技术条件已由国家科技委员会制定了国家标准，对个部分的尺寸公差、形状和位置公差以及表面粗糙度均作了详细的规定，现根据JB3931——85标准摘要说明如下：
（1）、活塞裙部外圆要求与气缸很精密的配合，因为裙部外圆尺寸公差一般为IT6，对于高速内燃机的活塞甚至要达IT5。为了减少机械加工的困难，将活塞裙部和气缸套孔径的制造公差均放大三倍，装配时将活塞按裙部尺寸分寸三组，气缸套按孔径尺寸分成三组，将对应的组进行装配，以保证达到要求的间隙。裙部的椭圆度和锥度公差在分组尺寸公差范围内。裙部外圆粗糙度 ≤0.4um。
（2）、对于浮动式活塞销孔，为了使活塞销在工作过程中能在孔中自由转动，销孔尺寸公差IT6级以上。为了减少机械加工工作量，活塞销孔和活塞销的装配也采用分组装配法，销孔的圆度不大于0.001mm，圆柱度不大于0.06mm。销孔内圆表面粗糙度
（3）、活塞的销孔的位置公差也有一定要求，主要是：
1）、销孔轴心线到顶面的距离影响气缸的压缩比，即影响发动机的效率，因此必须控制在一定的范围内。对于C6110活塞这一距离为102±0.08mm。
2）、销孔轴心线到裙部轴心线的垂直度影响活塞销、销孔和连杆的受力情况。垂直度误差过大将使活塞销、销孔和连杆单侧受力，活塞在气缸套中倾斜，加剧了磨损。对于C6110活塞。这一垂直度在25.4mm长度上公差为0.014mm。
3）、销孔轴心线在裙部轴心线的对称度误差也会引起不均匀磨损。对于C6110活塞，规定对称度公差为0.13mm 。
（4）、为了使活塞患能随气缸套孔径的大小的变化而自由地膨胀，对活塞环槽作下列规定：
1）、活塞环槽平面母线对裙部轴线的垂直度：
环槽呈碟形向上倾斜时不大于25：0.07；
环槽呈伞形向下倾斜时不大于25：0.03。
2）、活塞环槽平面对裙部轴线圆跳动不大于0.05mm。
3）、活塞环槽底径对裙部轴线圆跳动不大于0.15mm。
4）、活塞环槽上下面平面的粗糙度Ra≤0.4um
（5）、为了保证发动机运转平稳，同一发动机个活塞的重量不应相差很大。对于C6110型柴油机活塞，重量差不得大于活塞名义重量的±2.5%。活塞应按重量分组装配。
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