【文章內(nèi)容簡介】 活塞零件的材料選用 ZL101，該材料的成分及性能見表 1，毛坯采用金屬型鑄造。用金屬型鑄型，在重力下澆注成型。對鋁合金鑄件有細化組織的作用，生產(chǎn)率高，無粉塵，但是設(shè)備費用高，手工操作時，勞動條件差。鑄件表面的粗糙度～，結(jié)晶細，加工余量小。適用于成批大量的生產(chǎn)。 [8] 確定的機械加工余量鑄鍛件的機械加工余量按 JB373585 確定，確定時，根據(jù)估算的鍛件的重量、加工精度及鍛件形狀的復(fù)雜系數(shù)，由《簡明機械加工工藝手冊》查得：金屬型鑄件的尺寸公差等級為 6～8 級?？刹榈茫?1) 外圓的加工余量為 。 (2) 銷孔的加工余量為 。 毛坯的制造方法及工藝特點金屬型澆注結(jié)構(gòu)緊密，能承受較大壓力，其生產(chǎn)率較高，適用于鐵碳合金、有色金屬及其合金的大批大量生產(chǎn)。金屬型鑄造允許毛坯的最大質(zhì)量為 110kg，毛坯的最小壁厚為 ，形狀復(fù)雜程度一般，精度等級 CT 要求為 6～8 級，毛坯的尺寸公差為 ～，表面粗糙度為 Ra 為 ～，加工余量等級為 F。 基準(zhǔn)的選擇北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文9 定位基準(zhǔn)的選擇定位基準(zhǔn)的選擇一般原則: a. 選最大尺寸表面為安裝面，選最長距離的表面為導(dǎo)向面，選最小尺寸的表面為支承面。b. 首先考慮保證空間位置精度，再考慮保證尺寸精度。c. 應(yīng)盡量選擇零件的主要表面為定位基準(zhǔn)。 粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)的選擇(1) 粗基準(zhǔn)的選擇除了應(yīng)考慮以上的一般原則外，還必須考慮以下幾個原則：a. 盡量選擇不加工表面作為粗基準(zhǔn)，如果在工件上有很多不需加工的表面，則應(yīng)以其中與加工面的位置精度要求較高的表面作為粗基準(zhǔn)。b. 選擇加工余量均勻的表面作為粗基準(zhǔn)。c. 選擇加工余量較小的表面作為粗基準(zhǔn)。d. 選作粗基準(zhǔn)的表面應(yīng)平整，沒有澆口、冒口、飛邊等缺陷，以便定位可靠。e. 粗基準(zhǔn)一般只能使用一次，特別是主要的定位基準(zhǔn)，以避免產(chǎn)生較大的位置誤差。(2) 根據(jù)上述的選擇粗基準(zhǔn)的基本原則，綜合以上各個原則并考慮活塞的實際情況選擇加工粗基準(zhǔn)如下：a. 以活塞毛坯內(nèi)腔為粗基準(zhǔn)加工外圓和端面,再以外圓為基準(zhǔn)加工精基準(zhǔn)止口。因為粗車后的外圓面是加工余量小、較準(zhǔn)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。b. 直接以活塞毛坯外圓和端面為粗基準(zhǔn)加工精基準(zhǔn)止口,由于活塞的毛坯加工是采用金屬型鑄造，其鑄造精度較高，加工余量小且余量均勻，以其作為粗基準(zhǔn)同樣可以滿足加工要求。（3）精基準(zhǔn)的選擇：和粗基準(zhǔn)一樣，精基準(zhǔn)的選擇除了要考慮一般原則外，還有它自身應(yīng)當(dāng)注意的問題：a. 盡量用設(shè)計基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，實現(xiàn)“基準(zhǔn)重合” ，以避免產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差。b. 當(dāng)工件以某一組精基準(zhǔn)定位可以較方便地加工很多表面時，應(yīng)盡可能的采用此組精基準(zhǔn)定位，實現(xiàn)“基準(zhǔn)統(tǒng)一” ，以避免產(chǎn)生基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差。c. 當(dāng)精加工或光整加工工序要求加工余量盡量小而均勻時，應(yīng)選擇加工表面本身作為精基準(zhǔn)，即遵循“自為基準(zhǔn)”的原則。該加工表面與其他表面間的位置精度要求北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文10由先行工序保證。d. 為獲得均勻的加工余量或較高的位置精度，可遵循“互為基準(zhǔn)” 、反復(fù)加工的原則。e. 有多種方案可供選擇時，應(yīng)選擇定位準(zhǔn)確、穩(wěn)定、加緊可靠，可使夾具結(jié)構(gòu)簡單的表面作為精基準(zhǔn)。那么根據(jù)以上的各個原則，結(jié)合實際情況對精基準(zhǔn)的選擇如下：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群托挝痪鹊囊蠖己芨?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做為統(tǒng)一基準(zhǔn)。止口是專門為加工活塞而設(shè)置的輔助基準(zhǔn)面，在結(jié)構(gòu)上和功能上沒有任何作用。在精加工時,除精車外圓等少數(shù)工序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。 擬定工藝路線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(zhì)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活塞的機械加工工藝路線。 加工方法的確定零件表面加工方法的選擇應(yīng)考慮的問題:（1）零件表面的加工方法，主要取決于加工表面的技術(shù)要求。這些技術(shù)要求還包括由于基準(zhǔn)不重合而提高了對作為精基準(zhǔn)表面的技術(shù)要求。根據(jù)各加工表面的技術(shù)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。（2）選擇加工方法應(yīng)考慮每種加工方法的加工經(jīng)濟精度范圍；材料的性質(zhì)及可加工性；工件的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸大??；生產(chǎn)綱領(lǐng)及批量；工廠現(xiàn)有設(shè)備條件等。(3) 加工經(jīng)濟精度分析。各種加工方法所能達到的加工經(jīng)濟精度和表面粗糙度都是在一定的范圍內(nèi)的。任何一種加工方法只要精心操作、細心調(diào)整、選擇合適的切削用量，其加工經(jīng)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(jīng)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(chǎn)上加工經(jīng)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(guān)系?？梢钥闯觯簩σ环N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(jīng)濟精度是指在正常加工條件下所能保證的加工精度和北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文11表面粗糙度。（4）材料的性質(zhì)及可加工性。本零件的材料采用 ZL101，它的化學(xué)成分是:～％,Cu＜%,~%,Zn＜%,其余為 Al。這種材料的工藝性能如下：a. 切削性能：ZL101 的硬度為 100HB，為易切削材料。b. 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(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。時效處理是將活塞加熱至 210～240℃，保溫7～9h 后，自然冷卻，活塞經(jīng)過時效處理后能增加強度和硬度。(5) 生產(chǎn)率的要求。本活塞零件的生產(chǎn)類型屬于大批大量生產(chǎn)。因而對生產(chǎn)率要求就相對的比較高。綜合以上幾點，再考慮工廠的工藝能力和現(xiàn)有設(shè)備的加工經(jīng)濟精度，查《機械加工工藝手冊》對擬訂本零件的加工方法如表 4。 加工工序的安排按照加工順序的選擇原則：(1）先加工基準(zhǔn)面，再加工其它表面。(2）一般情況下，先加工平面，后加工孔。續(xù)表 4加工階段 加工要求粗加工階段主要是去除各加工表面的余量，并作出精基準(zhǔn)，因此這一階段關(guān)鍵問題是提高生產(chǎn)率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(zhǔn)備精加工階段在精加工階段，應(yīng)確保尺寸、形狀和位置精度達到圖紙規(guī)定的精度要求以及表面粗糙度要求續(xù)表 5 加工階段 加工要求精密、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(3）先加工主要表面，后加工次要表面。 [11](4）先安排粗加工工序，后安排精加工工序。根據(jù)活塞零件加工的實際情況，本設(shè)計擬定了加工路線來進行比較分析：北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文12a. 工藝過程15：粗車端面20：粗車小端外圓25：粗鏜內(nèi)孔30：粗車大端外圓35：半精車小端外圓40：粗切外圓環(huán)槽、頂面45：精車小端外圓50：鉆四孔60: 鉆斜油孔65：鉆六孔70: 鉆斜油孔上端直孔80：銑環(huán)槽85：銑小端五槽90:大端锪孔100：精車止口115：精車外圓、環(huán)槽并倒角120：精中心孔125：鉆大端小孔127：銑氣門內(nèi)槽圖形見所附機械加工工藝過程卡片。b. 熱處理工序的安排：時效處理：為了消除殘余應(yīng)力，對于尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件，需在粗加工之前、后各安排一次時效處理；對于一般鑄件在鑄造后或粗加工后安排一次實效處理；對于精度高、鋼度低的零件，在粗車、粗磨、半精磨后需要各安排一次實效處理。鋁合金熱處理安排在機加工前，鋁活塞毛坯在機械加工前要切去冒口，并進行時效處理，消除鑄造時因冷卻不均勻而帶來的內(nèi)應(yīng)力。時效處理是將活塞加熱至180～200 攝氏度，保溫 6～8h 后，自然冷卻。活塞經(jīng)過時效處理后還能增加強度和硬度。c. 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(chǎn)品質(zhì)量合格的關(guān)鍵工序之一，每個操作過程中和操作結(jié)束以后北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文13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；從一個車間到另一個車間的前后；工時較長或重要的關(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工序。在工藝過程的適當(dāng)之處安排去毛刺處理。在工藝過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，因為錫的質(zhì)地軟，親油性好，可以提高冷啟動時活塞的抗拉缸性能。d. 集中與分散：同一個工件，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(chǎn)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(shè)備和夾具比較簡單，調(diào)整、對刀也比較簡單，對操作工人的技術(shù)水平要求比較低?？紤]到此活塞零件的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求、以及工廠機床設(shè)備、工人技術(shù)水平等條件，本設(shè)計采用工序相對集中的原則，也就是每個工序所包含的內(nèi)容相對較多，所使用的工藝設(shè)備與裝備少，同時選擇合理的切削用量，減少了工件的搬運、裝夾等輔助時間，它的設(shè)備數(shù)量少，加工過程中大量使用組合夾具、刀具和機床，生產(chǎn)效率高，廠房占地面積小，總投資少，但該加工方式對工人的技術(shù)水平要求相對較高，不利于產(chǎn)品快速更新?lián)Q代，總體考慮還是適合此活塞零件的生產(chǎn)加工的。 [12] 活塞加工余量的確定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稱為總余量。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。 加工余量的確定方法對于本設(shè)計加工余量的確定主要查表修正法。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也不適合。而經(jīng)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。 加工余量的確定本設(shè)計主要以《簡明機械加工工藝手冊》為依據(jù)來確定加工余量。應(yīng)用時再結(jié)合北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文14加工實際情況進行修正。由于加工工序相對集中，故對各加工部位的加工余量確定如下：（1）外圓的加工:外圓加工為粗～精車,根據(jù)其尺寸選精車加工余量為 ,粗車加工余量為。金剛石車裙部橢圓時長短軸之差為 。05.?（2）端面的加工:端面的加工:端面的加工采用一次性加工。機械加工余量則選為 。（3）止口的加工:止口采用粗～精車加工，精車加工余量為 ，粗車加工余量為 。（4）銷孔的加工:銷孔的最終加工為滾壓，故根據(jù)其尺寸選其加工余量為 ，滾壓前的精鏜的加工余量可選為 ，而粗鏜雙邊加工余量可選為 。（5）直油孔和斜油孔的加工:它們的加工方法都是鉆,加工余量直接由它的孔徑來決定。（6）環(huán)槽的加工:對環(huán)槽的加工采用粗～精車加工，根據(jù)零件和毛坯的尺寸確定其總加工余量為，粗車余量為 ,精車余量為 。（7）頂面的加工：頂面加工路線為粗車—銑氣門內(nèi)、外槽，根據(jù)零件和毛坯的尺寸確定其總加工余量為 ，粗車加工余量為 ,粗銑加工余量均為 。（8）銷孔卡環(huán)槽的加工：銷孔卡環(huán)槽在精鏜銷孔后一次性車削完成，加工余量為 。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。 工序尺寸與公差的確定工序尺寸是某工序加工后應(yīng)達到的尺寸，允許工序尺寸的變動量就是工序公差。工序尺寸的計算要根據(jù)零件圖上的設(shè)計尺寸、已經(jīng)確定的工序余量、定位基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換關(guān)系來進行，而工序公差則按各工序加工方法的經(jīng)濟精度選定。又分兩種情況：a. 表面要進行多次加工而工序基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)重合時，如外圓和內(nèi)孔的加工，其工序尺寸和工序公差的確定較簡單，可直接計算獲得。b. 設(shè)計基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)或定位基準(zhǔn)不重合；測量基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重合時；零件在加工中要多次轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)時；加工一個面要保證好幾個設(shè)計尺寸時，須用尺寸鏈原理北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文15進行分析和計算。（1）工序尺寸與公差的確定的步驟如下：a. 確定各加工工序的加工余量。b. 從終加工工序開始，即從設(shè)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。c. 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(jīng)濟精度確定工序的尺寸公差。d. 填寫工序尺寸并按“入體原則”標(biāo)注工序尺寸公差。上面所說的“入體原則”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(biāo)注。e. 當(dāng)工藝基準(zhǔn)無法同設(shè)計基準(zhǔn)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。（2）具體的計算如下：a. 對外圓的加工：粗