【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 比較貴； b. 熱膨脹系數(shù)大 ,約為鑄鐵的兩倍； c. 機(jī)械強(qiáng)度及耐磨性較差。 但總的來說 ,鋁合金的優(yōu)點(diǎn)超過缺點(diǎn)，所以在高速內(nèi)燃機(jī)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。 毛坯的選擇 選擇毛坯應(yīng)考慮的因素： 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 8 (1） 零件力學(xué)性能的要求 相同的材料采用不同的毛坯制造方法，其力學(xué)性能有所不同。鑄鐵件的強(qiáng)度，離心澆注、壓力澆注的鑄件，金屬型澆注的鑄件，砂型澆注的鑄件依次遞減。 (2） 零件的結(jié)構(gòu)形狀和外輪廓尺寸 形狀較簡(jiǎn)單、壁 厚均勻的毛坯可采用金屬型鑄造。 (3） 生產(chǎn)綱領(lǐng)和批量 生產(chǎn)綱領(lǐng)大時(shí)宜采用高精度與高生產(chǎn)率的毛坯制造方法。 (4）現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件和發(fā)展 應(yīng)經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和論證。 從生產(chǎn)批量來看，此零件屬于大批量生產(chǎn)，宜采用精度和生產(chǎn)率高的毛坯制造方法，以減少材料消耗和機(jī)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；從零件的結(jié)構(gòu)來看，由于此零件屬于外形較復(fù)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(shí)可以減少切削加工或不進(jìn)行切削加工；從毛坯的制造方法來看，鑄 鋁和鑄銅等有色金屬材料適合用鑄造方法獲得毛坯；從鑄鋁件的力學(xué)性能來看，可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(qiáng)度依次遞減 ,毛坯質(zhì)量依次降低。 綜上所述，該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(duì)鋁合金鑄件有細(xì)化組織的作用，生產(chǎn)率高，無粉塵，但是設(shè)備費(fèi)用高，手工操作時(shí)，勞動(dòng)條件差。鑄件表面的粗糙度～ ，結(jié)晶細(xì)，加工余量小。適用于成批大量的生產(chǎn)。 [8] 確定的機(jī)械加工余量 鑄鍛件的機(jī)械加工 余量按 JB373585 確定，確定時(shí)，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(jiǎn)明機(jī)械加工工藝手冊(cè)》查得：金屬型鑄件的尺寸公差等級(jí)為 6～ 8 級(jí)?？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(diǎn) 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(jí) CT 要求為 6～ 8 級(jí)，毛坯的尺寸公差為 ～，表面粗糙度為 Ra 為 ～ ， 加工余量等級(jí)為 F。 基準(zhǔn)的選擇 定位基準(zhǔn)的選擇 定位基準(zhǔn)的選擇一般原則 : 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 9 a. 選最大尺寸表面為安裝面，選最長(zhǎng)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(gè)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(gè)原則并考慮活塞的實(shí)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?yàn)榇周嚭蟮耐?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(gè)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(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，實(shí)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(shí)，應(yīng)盡可能的采 用此組精基準(zhǔn)定位，實(shí)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(shí)，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(shí)，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(jiǎn)北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 10 單的表面作為精基準(zhǔn)。 那么根據(jù)以上的各個(gè)原則，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)精基準(zhǔn)的選擇如下： 活塞是一個(gè)薄壁零件 ,在外力作用下很容易產(chǎn)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(gè)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(shí) ,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(jī)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(duì)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(gè)方面來確定活塞的機(jī)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(duì)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(jì)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(jì)精度分析。各種加工方法所能達(dá) 到的加工經(jīng)濟(jì)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(xì)心調(diào)整、選擇合適的切削用量，其加工經(jīng)濟(jì)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(jì)精度提高得愈高，表面粗糙度值減少得愈小，則所消耗的時(shí)間與成本也會(huì)愈大。 生產(chǎn)上加工經(jīng)濟(jì)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。 可以看出：對(duì)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(jīng)濟(jì)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。 （ 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。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 11 b. 熱處理性能：鋁活塞毛坯在機(jī)械加工前要切去澆冒口，并進(jìn)行時(shí)效處理，消除鑄造時(shí)因冷卻不均勻而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。時(shí)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(shí)效處理后能增加強(qiáng)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(duì)生產(chǎn)率要求就相對(duì)的比較高。 綜合以上幾點(diǎn)，再考慮工廠的工藝能力和現(xiàn)有設(shè)備的加工經(jīng)濟(jì)精度，查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》 對(duì)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(dá)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(dá)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(duì)那些要求很高的零件安排的，是為了達(dá)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(shí)際情況，本設(shè)計(jì)擬定了加工路線來進(jìn)行 比較分析： a. 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 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 12 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(jī)械加工 工藝過程卡片。 b. 熱處理 工序的安排： 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?yàn)殄a的質(zhì)地軟，親油性好，北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 13 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，因而每道工序的工步少，工藝路線長(zhǎng)。它們各有所長(zhǎng)。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(jī)車，節(jié)省安裝工件的時(shí)間，減少工件的搬動(dòng)次數(shù)。而后者可使每個(gè)工序使用的設(shè)備和夾具比較簡(jiǎn)單，調(diào)整、對(duì)刀也比較簡(jiǎn)單，對(duì)操作工人的技術(shù)水平要求比較低。 考慮到 此 活塞零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求、以及工廠機(jī)床設(shè)備、工人技術(shù)水平等條件，本設(shè)計(jì)采用工序相對(duì)集中的原則，也就是每個(gè)工序所包含的內(nèi)容相對(duì)較多，所使用的工藝設(shè)備與裝備少，同時(shí)選擇合理的切削用量，減少了工件的搬運(yùn)、裝夾等輔助時(shí)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(jī)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(duì)工人的技術(shù)水平要求相對(duì)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(gè)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(gè)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(duì)于本設(shè)計(jì)加工余量的確定主要查表修正法。因?yàn)榭紤]到對(duì)于影響加工余量的個(gè)個(gè)誤差因素并不是很清楚，而且也沒有一定的測(cè)量手段和掌握必要的統(tǒng)計(jì)分析資料，所以采用分析計(jì)算法也不適合。而經(jīng)驗(yàn)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(jì)主要以《簡(jiǎn)明機(jī)械加工工藝手冊(cè)》為依據(jù)來確定加 工余量。應(yīng)用時(shí)再結(jié)合加工實(shí)際情況進(jìn)行修正。 由于加工工序相對(duì)集中，故對(duì)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(shí)長(zhǎng)短軸之差為 0 ? 。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 14 （ 2）端面的加工 : 端面的加工 :端面的加工采用一次性加工。機(jī)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