CA6140型鋁活塞的機(jī)械加工工藝及夾具設(shè)計(jì)
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目 錄
第一章 活塞的技術(shù)要求---------------------------------------------------------------------------------------2
第二章 活塞的加工-----------------------------------------------------------------------------------------------5
§2-1生產(chǎn)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(shí)間的確定-----------------------------------------------------------------------------------------------28
第三章 鉆油孔夾具設(shè)計(jì)----------------------------------------------------------------------------------------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(shè)計(jì)-----------------------------------------------------------34
§3-4 鉆油孔夾具的工作原理---------------------------------------------------------35
第四章 銑氣門夾具設(shè)計(jì)--------------------------------------------------------------------------------------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(shè)計(jì)---------------------------------------------------------------------------------------------------41
§4-5 夾具體的設(shè)計(jì)---------------------------------------------------------------------------------------------------43
§4-6 銑氣門夾具的工作原理-------------------------------------------------------------------------------------44
結(jié)束語(yǔ) ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------46
參考文獻(xiàn)---------------------------------------------------------------------------------------------------------------47
附件1--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------48
附件2 實(shí)習(xí)報(bào)告----------------------------------------------------------------------------------------------61
第一章 活塞的技術(shù)要求
一 、活塞的結(jié)構(gòu)組成
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，活塞承受高溫氣體的壓力，并把壓力通過(guò)活塞銷、連桿傳給曲軸。可見活塞是在高溫高壓下工作長(zhǎng)時(shí)間變負(fù)荷的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞的結(jié)構(gòu)就要適應(yīng)這樣的工作條件。
圖1表示一個(gè)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(gè)圓環(huán)形的槽2,3,4稱為環(huán)槽,其中4的兩個(gè)環(huán)槽稱為氣環(huán)槽,在氣環(huán)槽中放置有彈性的活塞環(huán),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(huán)槽中放置油環(huán)(或稱刮油環(huán)),它把飛濺到汽缸套內(nèi)壁上的多余潤(rùn)滑油刮去,使油從油環(huán)槽的小孔5中流回曲軸箱. 包刮曲頂面和油環(huán)在內(nèi)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(guò)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(gè)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(shè)置的鋪助精基面.在結(jié)構(gòu)上和功能上沒有作用.鑲嵌環(huán)11為高鎳鑄鐵，作用是提高活塞該部位的強(qiáng)度和耐磨性，提高活塞的氣密性和壽命。
活塞在工作過(guò)程中將產(chǎn)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(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(guò)活塞頂部傳到活塞裙部,溫度升高產(chǎn)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(fā)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(wú)論是受力變形或熱變形都使原來(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(fā)生強(qiáng)烈的磨損甚至咬住。為了補(bǔ)償上述變形，由活塞裙部設(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，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(nèi)壁的間隙。橢圓度的大小隨活塞的型號(hào)不同。C6110活塞上，橢圓的長(zhǎng)軸和短軸要控制在離圓位置5°以內(nèi)，相互位置誤差在5°以內(nèi)。
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)償這種不均勻的熱變形，把活塞頭部的外徑設(shè)計(jì)的比裙部小，同時(shí)活塞裙部也設(shè)計(jì)成上小下大的錐形。C6110型柴油機(jī)活塞裙部的錐度是0.02～0.05mm。
為了減少向裙部傳導(dǎo)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(huán)槽鑲嵌一高鎳鑄鐵環(huán)。使鑄鐵的熱膨脹系數(shù)更接近ZL109，以便滿足零件要求。
活塞銷孔內(nèi)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(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。為了避免活塞銷在工作過(guò)程中軸向竄動(dòng)，在鎖環(huán)槽中裝有鎖環(huán)。
二、活塞的一般技術(shù)要求
由于鋁活塞的技術(shù)條件已由國(guó)家科技委員會(huì)制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)個(gè)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(xì)的規(guī)定，現(xiàn)根據(jù)JB3931——85標(biāo)準(zhǔn)摘要說(shuō)明如下：
（1）、活塞裙部外圓要求與氣缸很精密的配合，因?yàn)槿共客鈭A尺寸公差一般為IT6，對(duì)于高速內(nèi)燃機(jī)的活塞甚至要達(dá)IT5。為了減少機(jī)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(shí)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(duì)應(yīng)的組進(jìn)行裝配，以保證達(dá)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(nèi)。裙部外圓粗糙度 ≤0.4um。
（2）、對(duì)于浮動(dòng)式活塞銷孔，為了使活塞銷在工作過(guò)程中能在孔中自由轉(zhuǎn)動(dòng)，銷孔尺寸公差I(lǐng)T6級(jí)以上。為了減少機(jī)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(nèi)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(fā)動(dòng)機(jī)的效率，因此必須控制在一定的范圍內(nèi)。對(duì)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(guò)大將使活塞銷、銷孔和連桿單側(cè)受力，活塞在氣缸套中傾斜，加劇了磨損。對(duì)于C6110活塞。這一垂直度在25.4mm長(zhǎng)度上公差為0.014mm。
3）、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)于C6110活塞，規(guī)定對(duì)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(duì)活塞環(huán)槽作下列規(guī)定：
1）、活塞環(huán)槽平面母線對(duì)裙部軸線的垂直度：
環(huán)槽呈碟形向上傾斜時(shí)不大于25：0.07；
環(huán)槽呈傘形向下傾斜時(shí)不大于25：0.03。
2）、活塞環(huán)槽平面對(duì)裙部軸線圓跳動(dòng)不大于0.05mm。
3）、活塞環(huán)槽底徑對(duì)裙部軸線圓跳動(dòng)不大于0.15mm。
4）、活塞環(huán)槽上下面平面的粗糙度Ra≤0.4um
（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)個(gè)活塞的重量不應(yīng)相差很大。對(duì)于C6110型柴油機(jī)活塞，重量差不得大于活塞名義重量的±2.5%。活塞應(yīng)按重量分組裝配。
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