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CA6140型鋁活塞的機械加工工藝及夾具設計
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目 錄
第一章 活塞的技術要求---------------------------------------------------------------------------------------2
第二章 活塞的加工-----------------------------------------------------------------------------------------------5
§2-1生產類型的確定--------------------------------------------------------------------------------------------------5
§2-2 毛坯的分析------------------------------------------------------------------------------------------------------5
§2-3 制定工藝路線---------------------------------------------------------------------------------------------------7
§2-4 確定加工余量--------------------------------------------------------------------------------------------------16
§2-5 確定各工序的工藝裝備 ----------------------------------------------------------------------------------20
§2-6 確定切削用量--------------------------------------------------------------------------------------------------25
§2-7 工序時間的確定-----------------------------------------------------------------------------------------------28
第三章 鉆油孔夾具設計----------------------------------------------------------------------------------------32
§3-1 工件的定位方案-----------------------------------------------------------------------------------------------32
§3-2 工件的夾緊方案-----------------------------------------------------------------------------------------------33
§3-3 夾具其它裝置的設計-----------------------------------------------------------34
§3-4 鉆油孔夾具的工作原理---------------------------------------------------------35
第四章 銑氣門夾具設計--------------------------------------------------------------------------------------37
§4-1 基本概念---------------------------------------------------------------------------------------------------------37
§4-2 工件的定位方案-----------------------------------------------------------------------------------------------37
§4-3 工件的夾緊方案-----------------------------------------------------------------------------------------------38
§4-4 分度裝置設計---------------------------------------------------------------------------------------------------41
§4-5 夾具體的設計---------------------------------------------------------------------------------------------------43
§4-6 銑氣門夾具的工作原理-------------------------------------------------------------------------------------44
結束語 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------46
參考文獻---------------------------------------------------------------------------------------------------------------47
附件1--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------48
附件2 實習報告----------------------------------------------------------------------------------------------61
第一章 活塞的技術要求
一 、活塞的結構組成
在發動機汽缸內，活塞在一部分工作循環壓縮氣體，而在另一部分工作循環，汽缸內的混合氣體燃燒膨脹，活塞承受高溫氣體的壓力，并把壓力通過活塞銷、連桿傳給曲軸。可見活塞是在高溫高壓下工作長時間變負荷的往復運動，活塞的結構就要適應這樣的工作條件。
圖1表示一個鋁活塞.弧面1稱為活塞的曲頂面,它承受氣體的壓力,并受到高溫氣體的直接作用.四個圓環形的槽2,3,4稱為環槽,其中4的兩個環槽稱為氣環槽,在氣環槽中放置有彈性的活塞環,用以密封活塞頂面以上的燃燒室;2,3分別為矩形槽和梯形槽,在油環槽中放置油環(或稱刮油環),它把飛濺到汽缸套內壁上的多余潤滑油刮去,使油從油環槽的小孔5中流回曲軸箱. 包刮曲頂面和油環在內的部分6稱為活塞頭部,其余部分7稱為活塞裙部,在活塞工作過程起到向作用.活塞中間的貫穿孔9稱為活塞銷孔.圖中10是一個短圓柱面和圓錐面的組合,通常稱為止口,它是專門為加工活塞而設置的鋪助精基面.在結構上和功能上沒有作用.鑲嵌環11為高鎳鑄鐵，作用是提高活塞該部位的強度和耐磨性，提高活塞的氣密性和壽命。
活塞在工作過程中將產生受力變形和熱變形.如圖2所示,活塞的曲頂面受到汽缸內氣體壓力的作用,產生彈性變形.由于活塞裙部在圓周方向剛性不同,在銷孔軸線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,溫度升高產生變形.
由于活塞裙部圓周上金屬分布不均勻，銷孔軸線方向金屬厚，熱膨脹量大；垂直于銷孔軸線發向熱膨脹量小。從而使活塞裙部由于熱變成橢圓，如圖3的虛線所示。
所以無論是受力變形或熱變形都使原來的圓柱形的裙部變成橢圓形，橢圓的長軸在活塞的銷孔的軸心線方向上。這樣，比然使活塞與汽缸的間隙不均勻地減少甚至消失，以至于發生強烈的磨損甚至咬住。為了補償上述變形，由活塞裙部設計制造成橢圓形，橢圓的長軸在垂直于活塞銷孔軸心線的方向上，并在活塞裙部的銷孔附近鑄出兩塊凹吭，增加裙部與汽缸內壁的間隙。橢圓度的大小隨活塞的型號不同。C6110活塞上，橢圓的長軸和短軸要控制在離圓位置5°以內，相互位置誤差在5°以內。
此外，活塞工作時，頂面和高溫氣體直接接觸，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。為了補償這種不均勻的熱變形，把活塞頭部的外徑設計的比裙部小，同時活塞裙部也設計成上小下大的錐形。C6110型柴油機活塞裙部的錐度是0.02～0.05mm。
為了減少向裙部傳導的熱量，在活塞上銑有橫槽，以減少向下傳熱的面積。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）。為了活塞的氣密性和耐磨性，增加其壽命，在下氣環槽鑲嵌一高鎳鑄鐵環。使鑄鐵的熱膨脹系數更接近ZL109，以便滿足零件要求。
活塞銷孔內裝活塞銷與連桿小頭孔相連接。為了使活塞銷的磨損均勻，在工作溫度下，應使活塞銷在活塞孔及連桿小頭襯套孔中能自由轉動，即所謂“浮動式”活塞銷。為了避免活塞銷在工作過程中軸向竄動，在鎖環槽中裝有鎖環。
二、活塞的一般技術要求
由于鋁活塞的技術條件已由國家科技委員會制定了國家標準，對個部分的尺寸公差、形狀和位置公差以及表面粗糙度均作了詳細的規定，現根據JB3931——85標準摘要說明如下：
（1）、活塞裙部外圓要求與氣缸很精密的配合，因為裙部外圓尺寸公差一般為IT6，對于高速內燃機的活塞甚至要達IT5。為了減少機械加工的困難，將活塞裙部和氣缸套孔徑的制造公差均放大三倍，裝配時將活塞按裙部尺寸分寸三組，氣缸套按孔徑尺寸分成三組，將對應的組進行裝配，以保證達到要求的間隙。裙部的橢圓度和錐度公差在分組尺寸公差范圍內。裙部外圓粗糙度 ≤0.4um。
（2）、對于浮動式活塞銷孔，為了使活塞銷在工作過程中能在孔中自由轉動，銷孔尺寸公差IT6級以上。為了減少機械加工工作量，活塞銷孔和活塞銷的裝配也采用分組裝配法，銷孔的圓度不大于0.001mm，圓柱度不大于0.06mm。銷孔內圓表面粗糙度
（3）、活塞的銷孔的位置公差也有一定要求，主要是：
1）、銷孔軸心線到頂面的距離影響氣缸的壓縮比，即影響發動機的效率，因此必須控制在一定的范圍內。對于C6110活塞這一距離為102±0.08mm。
2）、銷孔軸心線到裙部軸心線的垂直度影響活塞銷、銷孔和連桿的受力情況。垂直度誤差過大將使活塞銷、銷孔和連桿單側受力，活塞在氣缸套中傾斜，加劇了磨損。對于C6110活塞。這一垂直度在25.4mm長度上公差為0.014mm。
3）、銷孔軸心線在裙部軸心線的對稱度誤差也會引起不均勻磨損。對于C6110活塞，規定對稱度公差為0.13mm 。
（4）、為了使活塞患能隨氣缸套孔徑的大小的變化而自由地膨脹，對活塞環槽作下列規定：
1）、活塞環槽平面母線對裙部軸線的垂直度：
環槽呈碟形向上傾斜時不大于25：0.07；
環槽呈傘形向下傾斜時不大于25：0.03。
2）、活塞環槽平面對裙部軸線圓跳動不大于0.05mm。
3）、活塞環槽底徑對裙部軸線圓跳動不大于0.15mm。
4）、活塞環槽上下面平面的粗糙度Ra≤0.4um
（5）、為了保證發動機運轉平穩，同一發動機個活塞的重量不應相差很大。對于C6110型柴油機活塞，重量差不得大于活塞名義重量的±2.5%。活塞應按重量分組裝配。
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