【正文】 。因?yàn)闄C(jī)械磨損是活塞在正常工作中主要損壞形式[4]。銷孔是交變應(yīng)力高度集中的部位之一，易產(chǎn)生開(kāi)裂和磨損，影響工作性能和使用壽命，必須提高銷孔尺寸精度。而活塞的外形也會(huì)在復(fù)雜的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷的作用下變形膨脹[5]。此外，由于活塞在工作過(guò)程中受到高溫高壓的作用，所以必須產(chǎn)生熱形和受力變形?；钊捻斆媸艿狡變?nèi)氣體壓力的作用，產(chǎn)生彈性變形。由于活塞裙部在圓周方向剛性不同，在活塞銷軸線方向的彈性變形量比垂直于該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，活塞頂面與高溫氣體接觸，致使銷座部位的裙部向外擴(kuò)張。熱量通過(guò)活塞頂部傳到活塞裙部，溫度升高產(chǎn)生熱變形。再是活塞裙部圓周上壁厚不均勻，銷孔軸線方向厚，熱膨脹量大，垂直銷孔方向熱膨脹量小，從而使活塞裙部由于熱變形變成橢圓。所以無(wú)論是受力變形還是熱變形，都使原來(lái)的圓柱形的裙部變成橢圓形，橢圓的長(zhǎng)軸在活塞銷孔的軸線方向。這樣必然使活塞與汽缸壁間的間隙不均勻甚至消失，以至于發(fā)生劇烈磨損甚至咬死。為了補(bǔ)償上述變形，把活塞裙部設(shè)計(jì)制造成橢圓形，橢圓的長(zhǎng)軸在垂直于活塞銷孔軸心線的方向上，橢圓度的大小隨活塞的型號(hào)而不同?；钊ぷ鲿r(shí)，頂面與高溫氣體直接接觸，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(bǔ)償這種部均勻的熱變形，把活塞頭部的外徑設(shè)計(jì)得比裙部外徑小，同時(shí)活塞裙部也設(shè)計(jì)成中間大，上下兩端小的腰鼓形，以保證其具有良好的導(dǎo)向性。由上可知，由于活塞長(zhǎng)期在高溫高壓的環(huán)境下工作，承受高溫及機(jī)械交變負(fù)荷，在發(fā)動(dòng)機(jī)各零部件中，活塞的損傷率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它部件[6]?；钊霈F(xiàn)的故障約占整個(gè)柴油機(jī)故障半數(shù)以上，僅從其直接經(jīng)濟(jì)效益來(lái)講，%左右，如果活塞出現(xiàn)相應(yīng)損壞，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢，僅從發(fā)動(dòng)機(jī)方面直接損失數(shù)萬(wàn)元。因此，活塞在發(fā)動(dòng)機(jī)中的重要性和工作環(huán)境的惡劣性決定了活塞制造工藝的重要性[7]。 活塞工藝的難點(diǎn)活塞主要表面尺寸及各表面間的相互位置精度要求較高，在加工后還要求保證活塞裙部及活塞頂?shù)谋诤窬鶆颉Ｉ鲜鎏攸c(diǎn)與要求，使得活塞機(jī)械加工比較困難，其加工工藝特點(diǎn)主要有以下方面：1) 活塞壁薄，徑向剛度差，若按一般回轉(zhuǎn)體零件加工，在夾緊力和切削力影響下很容易變形，所以在制訂工藝及選擇設(shè)備時(shí)，應(yīng)同時(shí)注意夾壓點(diǎn)及夾具的選用。2) 活塞加工表面較多，不僅各加工面尺寸要求較高而且相互位置精度要求較高。因此，在考慮工藝時(shí)，應(yīng)正確選擇定位基面以減小因定位基準(zhǔn)變換而引起的加工誤差[8]。3) 活塞銷孔精度要求很高，粗糙度要求很小，故一般采用鏜削加工。4) 由于活塞壁薄，剛性差，為防止切削力過(guò)大而引起變形，在加工時(shí)，進(jìn)刀量要小，切削速度要大，同時(shí)，重要表面（銷孔、裙部外圓）的精加工要放在最后進(jìn)行[9] 。 活塞的工藝特點(diǎn)決定了不同的定位裝夾形式，如表11。由于采用止口定位配合以銷孔或活塞頂面的裝夾方式簡(jiǎn)單可靠，應(yīng)用范圍廣，可實(shí)現(xiàn)定位基準(zhǔn)的統(tǒng)一，同時(shí)保證了活塞的各種位置精度[10]。表31活塞主要定位裝夾形式定位裝夾方式適用加工范圍 止口定位+銷孔夾緊活塞頂面、頭部、裙部外圓特征的加工 止口定位+頂面（中心孔）夾緊頂面、頭部、裙部外圓特征的加工 止口+銷孔（預(yù)）定位+頂面夾緊銷孔部位特征的加工 頭部外圓定位及夾緊環(huán)槽、裙部外圓、止口、銷孔、內(nèi)腔特征的加工 銷孔定位及夾緊銷孔部位特征的加工3 活塞材料及毛坯由前面分析可知，活塞工作的主要特點(diǎn)是在高溫高壓下作長(zhǎng)期的連續(xù)變負(fù)荷往復(fù)運(yùn)動(dòng)。為了提高活塞的工作性能和可靠性，本次研究的活塞的材料是硅鋁合金。鋁合金具有下列有點(diǎn)[19]：1) 導(dǎo)熱性好，使活塞頂面的溫度降低較快，可以提高活塞的壓縮比，又不致引起混合氣體的自燃，因而可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率；2) 質(zhì)量小，慣性力?。?) 鑄造性能好；但它也有下列缺點(diǎn)：1) 材料價(jià)格較貴；2) 熱膨脹系數(shù)大；3) 機(jī)械強(qiáng)度及耐磨性較差；總體來(lái)看，鋁合金還是較為理想的材料。本次活塞工藝設(shè)計(jì)采用的毛坯為金屬模澆鑄。因?yàn)樗设T出形狀不太復(fù)雜的鑄件，金屬模澆鑄的毛坯有較高的精度，單邊機(jī)械加工余量可減小到1～，～，～。鑄件力學(xué)性能好，是用于中小型零件大批量生產(chǎn)，特別適合有色金屬的制造，銷孔也可鑄出，材料利用率高。鋁活塞毛坯需經(jīng)過(guò)時(shí)效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力和獲得所需要的硬度。定位基準(zhǔn)的選擇直接影響零件的加工精度和生產(chǎn)效率。1) 精基準(zhǔn)的選擇活塞各加工表面的相互位置精度有：銷孔軸心線與裙部外圓軸心線垂直且相交；環(huán)槽兩側(cè)面與裙部外圓軸心線垂直。從保證上述技術(shù)要求來(lái)看，應(yīng)以裙部外圓表面為精基準(zhǔn)。但實(shí)際生產(chǎn)中大多不用裙部外圓而用止口作為統(tǒng)一基準(zhǔn)。精車外圓和精磨外圓工序中用止口錐面和頂面中心孔定位，其余工序都采用止口和端面定位。采用止口端面或止口中心孔作為精基準(zhǔn)，有其特有的優(yōu)點(diǎn)[21]：(1) 它可以作為加工裙部、頭部、頂面和銷孔等主要表面的定位基準(zhǔn)，而且可以在一次安裝中車削外圓、頂面、環(huán)槽，實(shí)現(xiàn)工序集中。(2) 活塞是薄壁零件，裙部沿半徑方向容易產(chǎn)生變形，利用止口和中心孔定位，可以沿活塞軸向夾緊，因而不會(huì)引起嚴(yán)重的變形，可以進(jìn)行多刀切削。(3) 適合于多品種生產(chǎn)和配件生產(chǎn)。因?yàn)橛弥箍诙ㄎ唬a(chǎn)品改變時(shí)更換夾具方便。特別是配件生產(chǎn)中，同一型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)汽缸磨損后，須用加大外徑的活塞以保證配合精度?；钊鈴郊哟?，止口尺寸可以不變，就不需要更換定位元件。當(dāng)然，采用活塞的止口定位也有其缺點(diǎn)：(1) 定位誤差較大 由于止口是工藝基準(zhǔn)，其與活塞各主要技術(shù)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不一致，這就存在基準(zhǔn)不重合的誤差，影響加工精度。如銷孔到頂面間的距離（封閉環(huán)）公差本來(lái)就很小，采用止口定位，活塞高度（組成環(huán)）也參與尺寸鏈，使工序尺寸公差縮小，給加工帶來(lái)困難。另外，止口與活塞頭部外圓的同軸度及止口與定位銷的配合間隙（產(chǎn)生基準(zhǔn)位移誤差）也會(huì)影響活塞裙部、環(huán)岸、環(huán)槽、銷孔等的位置精度。(2) 增加了多余加工工序 止口與活塞性能無(wú)關(guān)，加工止口實(shí)際上是多余的，且止口精度要求較高，不僅增加了工序，還給加工帶來(lái)了一定的難度。綜上所述，采用止口和頂面作精基準(zhǔn)雖有以上缺點(diǎn)，但從保證加工質(zhì)量方面來(lái)看，采用統(tǒng)一基準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)比較明顯，且其缺點(diǎn)可以采取措施克服。2) 粗基準(zhǔn)的選擇止口加工安排在第一道工序。由于活塞內(nèi)腔表面是不加工的，所以加工止口的粗基準(zhǔn)的選擇必須考慮不加工表面的要求。活塞零件要求壁厚均勻，否則活塞相對(duì)其軸心線重量不對(duì)稱，影響工作時(shí)的平穩(wěn)性。因此所選的粗基準(zhǔn)必須保證壁厚差也即內(nèi)壁和裙部外圓的同軸度達(dá)到規(guī)定的要求。如圖31所示采用長(zhǎng)三爪卡盤(pán)，它以活塞外圓和頂面為粗基準(zhǔn)。如果毛坯精度低，內(nèi)外表面偏心大，就不能保證壁厚差。由于鋁活塞采用永久型金屬模澆鑄，毛坯精度高，因此可以采用這種定位方法。加長(zhǎng)三爪可防止工件受切削力后發(fā)生傾斜，使夾緊可靠。圖 31 粗基準(zhǔn)采用外圓表面3) 精基準(zhǔn)的使用與修整如上所述，止口作為活塞加工的統(tǒng)一基準(zhǔn)，但也并非用于每道工序。精鏜銷孔為了避免止口定位時(shí)的夾緊變形，改用頂面定位。止口經(jīng)第一道工序加工后精度不可能很高，在活塞粗加工階段，切除余量多，夾緊力和切削力較大，止口精度可能降低。因此，在各主要表面精加工之前，需修整基準(zhǔn)面，提高精度。a．工藝過(guò)程:第一道工序：粗車止口，端面 外圓及頂面定位第二道工序：粗車外圓 止口及端面定位第三道工序：粗鏜銷孔 止口及端面定位 第四道工序：粗車外圓環(huán)槽、頂面 止口及端面定位第五道工序：鉆油孔 止口及端面定位第六道工序: 銑直橫槽 止口及端面定位第七道工序: 去內(nèi)腔毛刺第八道工序：精車止口 外圓及頂面定位第九道工序：精車外圓、 止口及端面定位第十道工序：精車環(huán)槽及倒角 止口及端面定位第十一道工序：精鏜銷孔 止口及端面定位第十二道工序：車鎖環(huán)槽 止口及銷孔內(nèi)端定位第十三道工序：精車頂面及倒角 止口及端面定位第十四道工序：精磨外圓 止口及端面定位第十五道工序：滾壓銷孔 止口及端面定位b．熱處理方法:時(shí)效處理：為了消除殘余應(yīng)力，對(duì)于尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件，需在粗加工之前、后各安排一次時(shí)效處理；對(duì)于一般鑄件在鑄造后或粗加工后安排一次實(shí)效處理；對(duì)于精度高、鋼度低的零件，在粗車、粗磨、半精磨后需要各安排一次實(shí)效處理。鋁合金熱處理安排在機(jī)加工前，鋁活塞毛坯在機(jī)械加工前要切去冒口，并進(jìn)行時(shí)效處理，消除鑄造時(shí)因冷卻不均勻而帶來(lái)的內(nèi)應(yīng)力。時(shí)效處理是將活塞加熱至180～200攝氏度，保溫6～8h后，自然冷卻?；钊?jīng)過(guò)時(shí)效處理后還能增加強(qiáng)度和硬度。C. 其它輔助工序的安排：檢查、檢驗(yàn)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(yàn)工序是保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的關(guān)鍵工序之一，每個(gè)操作過(guò)程中和操作結(jié)束以后都必須自檢。在工藝規(guī)程中，下列情況下應(yīng)安排檢查工序：零件加工完畢之后；從一個(gè)車間到另一個(gè)車間的前后；工時(shí)較長(zhǎng)或重要的關(guān)鍵工序前后。故根據(jù)以上原則，在零件加工完畢后安排一次終驗(yàn)工序。在工藝過(guò)程的適當(dāng)之處安排去毛刺處理。在工藝過(guò)程的最后一般安排清洗工序。表面鍍錫：在活塞表面鍍錫可以改善活塞初期磨合性，因?yàn)殄a的質(zhì)地軟，親油性好，可以提高冷啟動(dòng)時(shí)活塞的抗拉缸性能。d. 集中與分散：同一個(gè)工件，同樣的加工內(nèi)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(gè)工序中包括盡可能多的工步內(nèi)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(yīng)的減少。后者是將工藝路線中的工步內(nèi)容分散在更多的工序中完成，因而