【正文】 ............... 46 分度裝置設(shè)計(jì) .................................................................. 47 標(biāo)準(zhǔn)件的選擇 .................................................................. 48 夾具體的設(shè)計(jì) .................................................................. 48 鉆油孔夾具的工作原理 ......................................................... 48 6 總結(jié) ................................................................................ 45 設(shè)計(jì)體會(huì) ....................................................................... 50 前景展望 ....................................................................... 50 參考文獻(xiàn) ............................................................................... 52 致謝 .................................................................................... 53 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 1 1 緒 論 、本課題的研究意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢 活塞是發(fā)動(dòng)機(jī)中的重要零件之一。因此活塞是在高溫、高壓和連續(xù)變負(fù)載下工作的。 發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的材料為鋁合金，它的導(dǎo)熱性好、重量輕、慣性力小，并具有較好的切削加工性。毛坯的精度較高，活塞銷孔也能鑄出，因此機(jī)械加工余量可以相應(yīng)地減少。 隨著中國汽車市場的快速發(fā)展，我國車用發(fā)動(dòng)機(jī)活塞市場也將“水漲船高”。 面臨的發(fā)展機(jī)遇 ： 未來三年，我國中高檔柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞市場存在著幾方面的發(fā)展機(jī)遇： 一是長距離運(yùn)輸車輛的快速增長。目前國外載貨汽車市場以 300 千瓦以上大功率車型為主，而在國內(nèi)僅有 5%的車型為 300 千瓦以上。 二是自卸車市場的強(qiáng)勁增長。 三是發(fā)展節(jié)油型重車成為趨勢。 四是國家新農(nóng)村建設(shè)的強(qiáng)勁拉動(dòng)。因此，在農(nóng)機(jī)配套領(lǐng)域，多缸機(jī)逐步占據(jù)以傻大黑粗為特點(diǎn)的單缸機(jī) 市場。進(jìn)入 20xx 年，我國全面實(shí)施國 3 排放標(biāo)準(zhǔn)，將對(duì)中重型汽車的技術(shù)提升和老舊產(chǎn)品的淘汰起到促進(jìn)作用。據(jù)測算，目前國內(nèi)重型汽車市場保有量為 190萬輛，全國貨運(yùn)總量平均每年增長約 10%。每年更新車輛總量約 23萬 — 25萬輛，這是拉動(dòng)重型汽車市場需求上漲的重要因素。未來三年，我國中高檔柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞市場將上演“三國演義”， 馬勒、濱洲渤海、江濱三家企業(yè)將占據(jù)整個(gè)中高檔柴油車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞市場 85%以上的份額。 20xx 年，馬勒在上海成立馬勒中國技術(shù)中心，這是馬勒繼在上海、南京、重慶、營口、天津、廣州等地成立8 家零部件制造廠之后再次加快進(jìn)軍中國步伐的一大舉措。未來三年，隨著馬 勒在中國布局的進(jìn)一步完善，特別是進(jìn)一步適應(yīng)中國市場的“水土”之后，在中高檔柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞市場的占有率排名將上升至第一位，總的市場占有率達(dá) 35%以上。江濱是國內(nèi)最早從國外引進(jìn)活塞設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的企業(yè)，通過 30 多年對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化吸收和自主創(chuàng)新，在“專注增壓，專注環(huán)保”思想的指導(dǎo)下，曾先后研制出我國第一只帶耐磨鑲?cè)钊?、第一只?nèi)冷油道活塞、第一 只石墨噴涂活塞、第一只異形銷孔活塞、第一只鼓形變橢圓活塞、第一只組合式活塞、第一只擺體式活塞、第一只電子束焊接活塞，其中電子束焊接、鋼頂鋁裙組合式活塞為國內(nèi)獨(dú)家生產(chǎn)。公司產(chǎn)品品種達(dá) 700 多個(gè)，廣泛用于各種汽車、摩托車、船舶、空壓機(jī)、冷凍機(jī)、工程機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、軍工等，為一汽集團(tuán)、東風(fēng)集團(tuán)等大型汽車廠和發(fā)動(dòng)機(jī)廠配套。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 3 、未來三年中高檔柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞市場預(yù)測 ： 按照整車年均增長 15%的速度， 20xx 年柴油商用車產(chǎn)銷將分別達(dá)到 萬輛和 萬輛， 20xx 年將達(dá)到 萬輛和 萬輛， 20xx 年將達(dá)到 萬輛和 萬輛， 20xx 年將達(dá)到 萬輛和 萬輛。 同時(shí)，由于未來幾年我國柴油商用車市場處于產(chǎn)品升級(jí)換代和發(fā)展高峰時(shí)期，我國柴油商用車活塞維修市場也將十分活躍，按照主機(jī)與維修 1∶ 1 的比例計(jì)算， 20xx20xx 年我國柴油商用車活塞維修市場的產(chǎn)銷量將與主機(jī)市場產(chǎn)銷量同步。我們采用 AutoCAD 軟件繪制零件圖，一方面增加對(duì)零件的了解認(rèn)識(shí)，另一方面增加我們對(duì) AutoCAD 軟件的熟悉。 3）為了工件定位準(zhǔn)確和夾緊的快速，提高效率和降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高零件加工精度和安裝找正方便，我們要采用專用的夾具。因?yàn)槲覀兾?學(xué)習(xí)過夾具的設(shè)計(jì)和計(jì)算。所以，夾具的設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn)。我們將通過對(duì)工件與夾具的認(rèn)真分析，結(jié)合一些夾具的具體設(shè)計(jì)事例，查閱相關(guān)的夾具設(shè)計(jì)資料，聯(lián)系在工廠看到的一些活塞加工的夾具來解決這些問題。逐步提高定位基準(zhǔn)的精度和加工表面的精度。 在加工發(fā)動(dòng)機(jī)活塞零件的工藝過程中，我們必須保證其各部分的加工精度和與連接部件 的裝配精度，其主要技術(shù)要求如下： 1）裙部外圓要求與汽缸精密配合，尺寸公差為 6 級(jí)精度等級(jí)，表面粗糙度 。 3）為了使活塞銷和銷孔受力均勻，減少不均勻摩擦，活塞銷孔對(duì)裙部軸線必須垂直，在 100 mm 長度上公差為 ，對(duì)稱度為 mm。 5）為使活 塞環(huán)能隨氣缸套孔徑大小而自由地漲縮，環(huán)槽的寬度尺寸、表面粗糙度及對(duì)裙部外圓軸線的位置也有較高的要求。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 活塞結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 5 2 活塞結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 活塞的工作環(huán)境及承受的作用力 活塞在氣缸內(nèi)工作時(shí)，混合氣在燃燒室內(nèi)燃燒時(shí)產(chǎn)生的溫度超過 700攝氏度；活塞高速運(yùn)動(dòng)時(shí)其加速度達(dá)到 20xx0～ 60000m/s；四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)活塞頂部中心溫度在 250 攝氏度左右，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)則為 300 到 350 攝氏度。在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)，活塞在一部分工作循環(huán)壓縮氣體，而在另一部分工作循環(huán)，汽缸內(nèi)的混合氣體燃燒膨脹，活塞承受高溫氣體壓力，并把壓力通過活塞銷、連桿傳給曲軸。 活塞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 活塞頂面用于承受高溫氣體的壓力 ,在活塞外圓表面上有三個(gè)環(huán)槽，離頂面最遠(yuǎn)的一個(gè)環(huán)槽是油環(huán)槽，槽 內(nèi)裝有油環(huán) ， 將氣缸壁上多余的潤滑油刮去，第一環(huán)為氣環(huán)槽 ，用于安裝氣環(huán)，密封燃燒工質(zhì)，第二環(huán)為扭曲環(huán)。 活塞采用 ZL101 鋁銅合金材料鍛造，它由頂部、頭部、裙部三部分組成。 圖 21 活塞簡圖 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 活塞結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 6 如圖所示， 平面 1稱為活塞的頂面，它承受氣體的壓力，并受到高溫氣體的直接作用。包括頂面和環(huán)槽在內(nèi)的部分 4稱為活塞頭部?；钊虚g的貫穿孔 6稱為活塞銷孔，活塞孔的兩端有鎖環(huán)槽。它是專為加工活塞而設(shè)置的輔助基準(zhǔn)面，在結(jié)構(gòu)上和功能上沒有作用。另一方面 ,活塞頂部與高溫氣體接觸 ,熱量通過活塞頂部傳到活塞裙部 ,溫度升高產(chǎn)生熱變形。從而使活塞裙部由于熱變成橢圓，如圖 22的虛線所示。這樣，比然使活塞與汽缸的間隙不均勻地減少甚至消 失，以至于發(fā)生強(qiáng)烈的磨損甚至咬住。橢圓度的大小隨活塞的型號(hào)不同。 以內(nèi)，相互位置誤差在 5176。 此外，活塞工作時(shí)，頂面和高溫氣體直接接觸，熱量由頭部傳到裙部，頭部攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 活塞結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 7 溫度高，熱膨脹量大；裙部溫度低，熱膨脹量小?；钊共康腻F度 是 ～ 。在活塞上還銑有縱向槽（ 稍斜）以增加活塞裙部的彈性（橫向槽也有類似作用）。使鑄鐵的熱膨脹系數(shù)更接近 ZL101，以便滿足零件要求。為了使活塞銷的磨損均勻，在工作溫度下，應(yīng)使活塞銷在活塞孔及連桿小頭襯套孔中能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，即所謂“浮動(dòng)式”活塞銷。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 活塞的工藝規(guī)程的制訂 8 3 活塞的工藝規(guī)程的制訂 機(jī)械加工工藝過程的基本概念 工藝就是制造產(chǎn)品的方法。 工步是在加工表面不變，加工工具不變，切削用量不變的條件下所連續(xù)完成的那一部分工序。 安裝與工位 安裝：工件經(jīng)一次裝夾后所完成的那一部分工序。 制訂機(jī)械加工工藝規(guī)程的原始資料及活塞的工藝分析 產(chǎn)品的零件圖 (見圖紙 ) 產(chǎn)品驗(yàn)收的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 活塞的技術(shù)要求已由國家科委制定了國家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各部分的尺寸公關(guān)、形狀和位置公差以及表面粗糙度均有詳細(xì)的規(guī)定，現(xiàn)采用 JB3931— 85標(biāo)準(zhǔn)說明如下： (1) 活塞裙部外圓要求與氣缸很精密的配合，因此裙部外圓尺寸公差一般為IT6， 對(duì)于高速內(nèi)燃機(jī)要達(dá) IT5。裙部的橢圓度和錐度公差在分組尺寸公差范圍內(nèi)。 (2) 對(duì)于浮動(dòng)式活塞銷孔，為了使活塞在工作過程中能在孔中自由轉(zhuǎn)動(dòng)，銷孔尺寸公差 IT6 級(jí)以上。 (3) 活塞銷孔的位置公差要求如下： a. 銷孔軸心線到頂面的距離影響氣缸的壓縮比，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，對(duì)于此活塞 這一距離為 56177。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 活塞的工藝規(guī)程的制訂 9 b. 銷孔軸心線對(duì)裙部軸心線的垂直度過影響活塞銷、銷孔及連桿的受力情況。 c. 銷孔軸心線在裙部軸心線的對(duì)稱度誤差也會(huì)引起不均勻磨損，對(duì)稱度公差為 。 b. 活塞環(huán)槽平面對(duì)裙部軸線圓跳動(dòng) 為 。 (5) 為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，同一發(fā)動(dòng)機(jī)各活塞的重量不應(yīng)相差很大，重量差不得大于 名義重量的 ％ 。 產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)類型 生產(chǎn)綱領(lǐng)是企業(yè)在計(jì)劃期內(nèi)應(yīng)當(dāng)生產(chǎn)的包括備品和廢品在內(nèi)的年產(chǎn)量。 故 N ＝ 6 179。 （ 1+4%+1%） ＝ （萬 件） 生產(chǎn)類型是企業(yè)生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類，一般分為大量生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和單件生產(chǎn)三種類型。 根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊(cè)》中查得：本產(chǎn)品屬于輕型機(jī)械，且生產(chǎn)綱領(lǐng)為 萬臺(tái)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 5 萬臺(tái)，所以 此 活塞的生產(chǎn)屬于大量生產(chǎn)。 (2) 鑄件廣泛采用金屬模機(jī)器造型高生產(chǎn)率毛坯制造方法，毛坯精度高，加工余量小。 (4) 廣泛采用高生產(chǎn)率刀具、夾具和量具。 (6) 必須制定詳細(xì)的工藝規(guī)程。 材料選擇 采用高碳合金工具鋼整體淬火的 活塞，在工作中和釬桿接觸的平面不變形，不易產(chǎn)生裂紋，而采用低碳合金鋼滲碳淬火的活塞，在工作中和釬桿接觸的平面易產(chǎn)生變形（平面凹陷）和裂紋，如果裂紋擴(kuò)大，就會(huì)產(chǎn)生斷裂使活塞報(bào)廢。在低速、重負(fù)荷、低級(jí)燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)中，有時(shí)用鑄鐵作為活塞材料。 銅硅鋁合金比鑄鐵具有下列優(yōu)點(diǎn) : (1) 導(dǎo)熱性好 ,使活塞頂面的溫度降低較快，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，又不至于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) 重量輕 ,慣性力??； (3) 可切削性好。 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。 毛坯的選擇 選擇毛坯應(yīng)考慮的因素： (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。 (2） 零件的結(jié)構(gòu)形狀和外輪廓尺寸 形狀較簡單、壁厚均勻的毛坯可采用金屬型鑄造。 (4） 現(xiàn)場生產(chǎn)條件和發(fā)展 應(yīng)經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和論證。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。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。用金屬型鑄型，在重力下澆注成型。鑄件表面的粗糙度 ～ ，結(jié)晶細(xì)，加工余量小。 表 31 鑄鋁 101 的成分及性能（ GB1173— 86） 合金代號(hào) 主要化學(xué)成分 /％ 鑄造方法 bσ sσ 用途 Si Cu Mg Zn MPa % 鋁硅合金 ZL101 ～ ＜ ～