毕业设计（论文）题目活塞的加工工艺及夹具设计
学院
专业班级
学生姓名学号
指导教师职称
评阅教师职称
201_年_ 月_ 日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
3）其它
学生毕业设计（论文）原创性声明
本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
毕业设计（论文）作者（签字）：
年月日
摘要
本设计通过对活塞加工技术在国内外的发展、活塞的结构特点、工作条件和结构特征的分析，设计了一套活塞的加工工艺过程和方案，其中主要包括：活塞材料的选择、毛坯制造方法、机械加工余量的确定、每个工序切削用量的确定。最后还设计了一套机床夹具--精镗活塞销孔的夹具，其中包括的内容有：定位方案、夹紧装置的组成、对定装置、标准件的选取、夹具体的设计以及在过程中应该注意的问题。经过分析和论证，活塞的工艺设计和夹具设计是合理的。
关键词：活塞，工艺，工序，机床夹具，定位夹紧。
Abstract
Through the design of the piston machining technology development at home and abroad, the structure characteristic, working conditions and the analysis of the structure characteristics, design process and design of a piston, which mainly include: the piston material selection, blank manufacturing method, mechanical machining allowance, each process to determine the determination of cutting conditions. Finally, has designed a set of machine tool fixture boring piston pin hole jig, which includes the following content: positioning, clamping device, fixing device, composed of standard parts selection, fixture design and in the process should pay attention to the problem. Through the analysis and demonstration, process design and fixture design of the piston is reasonable.
Keywords：Piston,technology,process,fixture,positioning and clamping.
目录
摘要................................................................ I Abstract........................................................... II 1 绪论.. (1)
1.1 本课题的研究意义 (1)
1.2 活塞的加工工艺国、内外研究状况 (1)
1.3 本设计的基本内容，估计会遇见的困难和排除困难的方法 (2)
2 活塞的加工工艺 (3)
2.1 活塞的结构特点 (3)
2.2 活塞的主要技术要求 (4)
2.2.1 尺寸精度 (4)
2.2.2 几何形状精度 (4)
2.2.3 相互位置精度 (4)
2.2.4 活塞的重量差 (5)
2.3 精准的选择 (5)
2.3.1 定位精准的选择 (5)
2.3.2 粗基准的选择和精基准的选择 (5)
3 活塞材料及毛坯的选择 (7)
3.1 选择毛坯应考虑的因素 (7)
3.2 活塞材料的选择 (7)
3.3 活塞毛坯的选择 (8)
3.4 拟定工艺过程 (8)
3.4.1 加工工序安排 (8)
3.5 活塞加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (11)
3.6 确定切削用量 (14)
4精镗销孔夹具设计 (17)
4.1 加工活塞销孔夹具的定位误差解析 (17)
4.1.1 定位方式和定位元件 (17)
4.1.2 定位元件尺寸及公差计算 (17)
4.1.3 定位误差分析与计算 (18)
4.2工件的夹紧装置的设计 (19)
4.2.1夹紧装置的组成 (19)
4.2.2 对定装置 (22)
4.2.3 标准件的选取 (22)
4.2.4 夹具体的设计 (23)
（3）夹具体的排屑结构 (23)
（4）精镗销孔夹具工作原理 (23)
参考文献 (25)
致谢 (26)
1 绪论
1.1 本课题的研究意义
活塞是内燃机重要零件之一，发动机在工作的时候，燃油燃烧所产生的气体膨胀力使活塞运动，通过连杆的传动，使曲轴快速旋转。活塞在很高的温度、很高的压力下做长时间变负荷的高速往复运动。因此对活塞的各项指标要求很高。它在工作时的状况会影响到发动机的燃油消耗率和使用持久度的关键，而且还关系到发动机的排放功能。若活塞设计不合理，内燃机工作时所会让活塞的整个温度都非常高。并且热量的不平均分布会让活塞发生变形。所以，活塞的加工在发动机的设计中非常重要。
1.2 活塞的加工工艺国、内外研究状况
中国活塞加工技术通过四五十年的成长，具备了较好的基础，在经过了技术人员的不断进步和学习外国的技术，使活塞的加工技术得到了很好的发展，活塞质量有了提高，新产品在市场中所占比例越来越大。但是，由于发动机活塞的每项技术指标每个企业的技术条件不一样，活塞加工方法之间有一些不一样。我国的大多数工厂都是用的改装车床或者专用机床所组成的流水线来加工活塞。
目前, 我国的活塞制造企业大所属都运用如下活塞加工工艺, 所用的技术不够先进, 制造成本很高、环境危害大。下面是我国大部分活塞生产工厂所用的工艺过程:
买铝材料溶解铝材料合金化变质加工精炼加工( 除气、除渣) 毛坯铸造加热融化再淬火机械加工美化外表封装存库。
活塞精加工过程是重点，所以必须使用数控机床, 再由普通的车床来进行粗加工。这是我过大部分工厂所使用的方法, 然而还是有许多私人工厂依然使用一般的机床制作活塞。这样会使活塞的精细度不高，尺寸误差大，制造速度慢，不合格产品多，工人的劳动时间也很长。
我国现在很合理加工活塞的方法如下：
高温电解铝液——用剩余热量合金化——用余热来变质处理——精练处理——制造毛坯——加工冒口——锻造猝火+ 时校热处理——机加工——外表处理——封装存库。
在高温下来电解铝液、通过优化活塞铸造工艺改性的途径, 利用高温电解铝液（1000℃）融合合金（680 ~ 780℃）铸坯, 除去溶解铝材料的步骤。这个工序不仅减少了溶解铝材料需要的能量, 而且降低了铝的烧损, 提升了铝的使用率; 同时, 也降低了铝材料溶解过程时的废渣、废气的排放, 减少了对环境的危害, 经济、社会效益得到了很大的提高。
随着大马力汽车发动机高速发展，特别是重型柴油发动机的涡轮增压，中冷器的应用，技术和大口径的高压缩比，低排放的规定不断提高。如今的铝活塞已经没有办法让使用要求的到满足，现在我国已经用于活塞生产的材料有:①铝合金活塞②铸铁活塞③铸钢活塞④镶体活塞。在国外，除上面的几类活塞材料以外，已经把铝基复合材料用在了活塞上。1984年日本已经把这样材料的活塞成功的用在了丰田内燃机上。
1.3 本设计的基本内容，估计会遇见的困难和排除困难的方法
1）在课题入手前，咱们应当研究一下活塞结构图，理解所加工活塞机构持征和与它有关的工艺特性，对于活塞的各个特征，应必须细心研究。比如活塞制造外表得同轴度、粗糙度、平行度等。主要是注重每个部位本身的精度和它的彼此位置精度，活塞各孔的尺寸是这个工艺地重点，一定要搞懂它各个尺寸的含义。咱们要画一张零件图出来以加强我们对这个零件的理解。
2）活塞的加工工艺过程是该论文的核心内容，在设计过程中，咱们务必认真地选取活塞的毛坯、订制工艺计划、算出工艺大小与定位差距，为了负荷实际生产过程，我们必然要对加工设备、加工装备、切削用量、单边余量等进行合理的抉择和计划，它波及的规模很大，为了设计的数据合适，我们必须去图书馆和网上查看与之有关的书籍和文献，来让这个设计合理性和实用。
3）为了零件的夹紧的迅速和定位确切，提升生产速率和减少人员的工作强度，提升工件加工精度，我们要使用专用夹具。在夹具的设计时，咱们把端面与止口作为第一定位面来加工活塞。
2 活塞的加工工艺
2.1 活塞的结构特点
1）活塞上面作为燃烧室的一部份，受到的压强来自高温气体。零件的头部有平、凸、凹顶等不一样外形，一些活塞的头部在和汽门相应的地方存在凹陷，这么做得原因是让气门和上止点不碰撞在设计的。
2）活塞头部。指的是在活塞环槽上面的部分，作用是用来装活塞环，来使气缸能够被封好。活塞头部具备环槽用以安放活塞环，大多数有3根活塞环槽，在最底下这个环槽的作用是用作安放油环其余的环槽的作用是用以安放气环。油环环槽下面的孔的作用是使气缸内壁上剩余的润滑油能够顺利的回到曲轴箱。一些油环槽的下面是一根很窄的槽，除了让润滑油回到曲轴箱的功用以外，还可以用来降低活塞整体的温度，则叫做隔热槽。一些活塞在裙部下面设有隔热槽。另外一些活塞再第一个环槽的上面做有隔热槽，来降低活塞顶部朝下面传输的热能。
3）活塞裙部。活塞槽以下的部分我们称之为活塞的裙部，对活塞的重复运动起到一个引导的功能。在室温下，活塞裙部的轴是垂直于活塞椭圆的方向，以确保在热状态的活塞和气缸之间的间隙均匀。在常温下活塞呈上小下大的锥形。一些活塞的裙部除设置隔热层之外，另设有膨胀槽，膨胀槽让活塞裙部拥有了一些韧性，在温度比较小的时候与缸壁之间的距离很小，还有在高温度很大时在气缸中不会拉缸。膨胀槽一定要斜着，不能与活塞的轴处于同一个平面，来防止气缸的损毁。为了让槽根除不至于损毁，在隔热槽和膨胀槽的底部都一定要添加止裂孔。活塞的环槽会导致其强度和刚度的减小，因此这个方法只能运用于小负荷内燃机。
为了降低活塞裙部的胀大量，一些活塞在销孔中装配得有“恒范钢片”。
4）活塞销。活塞销座位于活塞裙上端，加工一个孔，用于安装活塞销。在大多数活塞销孔内设有卡环槽，用来方便的装配卡环，制止活塞销运作时候的轴向运动。大多数活塞销座上钻有油孔，用来方便润滑内燃机。为了减少加热后的活塞销座的变形，在活塞销座的外表面有凹陷。在活塞内部的活塞销座与活塞顶部之间都设有加强筋，来增加活塞的强度。
2.2 活塞的主要技术要求
2.2.1 尺寸精度
(1) 与活塞销与销孔的精度要求比较高，如果装配互换的方法，然后尺寸公差销与活塞销孔很小，甚至比IT6级精度更高。所以我们就使用分组的选择方式，把活塞销和活塞销孔公差等级都放大到合理的精度加工，再按照实际的尺寸来分组选择，这样使工件可以有较高的精度和生产简单。这个活塞销孔尺寸是
005.0001.015+
+φ，粗糙度是Ra0.4。
(2) 活塞裙部的配合的圆柱度要求很高，它基本上是IT7级，二转速高的内燃机对活塞裙部的要求更加苛刻，大多为IT6级。为了降低活塞的机械加工困难，我们还是用分组选配法，把气缸的直径和活塞裙部直径均增加3倍，分为三组来装置，来完成该设计的间隔距离。
(3) 环槽应确保活塞环与气缸套的孔径尺寸变化和自由膨胀环槽应确保和气缸的尺寸变化和自由膨胀和收缩的活塞环。公差等级，其宽度约IT7，粗糙度ra6.3。
(4) 活塞销孔中心线到底面的距离是22.5mm ，主要考虑影响发动机工作时的压缩比。
(5) 活塞环槽外圆应不和汽缸相连接，精度等级取IT8，粗糙度为Ra6.3。
2.2.2 几何形状精度
(1) 销孔圆柱度和线平面度不高于1.8um 。
(2) 裙部必须是椭圆，长轴应该和活塞销孔中心线成90度。
(3) 裙部外圆是锥形的，较大的一方在下面。锥度和圆柱度都必须在合理的范围中。
2.2.3 相互位置精度
(1) 销孔中心对裙部外圆的平行度差距会让汽缸损坏不平均，大多数情况下，活塞的直径比100mm 小的时候是0.1mm ，活塞的直径比100mm 大时候是0.15mm 。本次研究的活塞的直径为63.5mm ，则销孔中心线对裙部外圆的平行度差距是0.1mm 。
(2) 销孔中线对裙部外圆中线的直角误差让活塞在内燃机不平行，工作时回有倾斜里，加快了损坏。这个设计的活塞规定该垂直度是0.06mm 。
(3) 环槽的侧面必须要和裙部外圆轴线成90度，侧面与裙部轴线的园跳动
大小是0.06毫米。
2.2.4 活塞的重量差
为了使内燃机能平顺工作，相同的引擎，每个活塞重量差异应该不是很大，活塞的重量145 3g 。因此活塞还应按重量分组装配。
2.3 精准的选择
2.3.1 定位精准的选择
定位基准的选择一般原则:
a. 安装面应该是表面尺寸最大的面，导向面应该是距离最长的表面，支承面应该是表面尺寸最小的表面。
b. 首要确保的是位置精度，其次确保的是尺寸精度。
c. 尽可能选取工件的重要面来定位。
2.3.2 粗基准的选择和精基准的选择
(1) 粗基准选择应考虑上述的一般原则，还必须考虑以下原则：
a. 尽可能找非加工平面来当粗精准，若零件有较多不加工平面，那么应该选择精度很高的非加工面来作为粗基准。
b. 选取加工均匀的平面作为粗基准。
c. 精基准的选取必须是加工余量很小的表面。
d. 选择的定位表面必须要平顺，缺陷很少，这样可以使定位可靠。
e. 作为粗基准的表面应光滑，无浇冒口，Flash等缺陷，以让定位可靠。
(2) 依据上面选取粗基准的准则，归纳上面每个原则和思考活塞的切实情况选取加工基准如下：
a. 让活塞腔作为粗基准加工端面外圆，外圆为精基准车止口。由于粗车后的外圆面的加工余量小、准确度高、表面光滑、面积很大，并且它的表面非常重要，拥有比较均匀的加工余量。
b. 精加工止口要用活塞的外圆和端面作为粗基准，应为制造活塞毛坯的方法是用铝来铸造，它的铸造精确度高，加工余量小而且很匀称，让它来作为粗基准依然可以满足要求。
（3）精基准的选择：
作为精基准，除了考虑一般原则参考精选，还应注意的问题：
a. 尽量用设计基准作为定位基准，实现“基准重合”，以避免产生基准不重合误差。
b. 当一个精基准定位工件可以更容易地处理了许多的表面，应尽可能的这组精密定位的使用，实现了“基准”，以避免基准转换误差。
c. 当精加工对加工余量的要求比较小的时候，那么就该选取需要加工面自己来做为精基准。这个加工面的位置精度应该优先考虑。
d. 为了做出更准确的定位，加工余量小，可以遵循“共同参考”，反复加工的原则。
e. 当选择方案很多的时候，选择定位准确，稳定，夹紧可靠，可以让夹具结构紧凑的表面作为精基准。
所以按照上述的每个准则，根据实际情况对精基准的选取如下：
活塞是薄壁零件，容易在荷载作用下产生变形。活塞的重要表面的定位精度要求比较高,所以要找一个统一定位面来定位来制造那些要求很高的面。现今的活塞生产基本使用止口和端面来定位。止口是加工活塞的辅助基准面，对结构和功能没有一点影响。
使用止口与端面当做基准面具有如下的好处：
a. 用这种定位方法可以加工裙部、头部、顶面、销孔等主要表面及其他次要表面。安装一次就可以车几个面，不仅是生产效率增加，而且可以确保这些面的位置精度。
b. 活塞裙部沿轴线的刚性差，运用止口和端面（或锥面和中心孔）定位沿着的活塞中心线方向夹紧。便不回产生严重的形变，那么就可以用多刀来切削。
3 活塞材料及毛坯的选择
3.1 选择毛坯应考虑的因素
(1）零件应力的要求同样的材料使用不一样的毛坯生产方法，他的应力就会不一样。这些浇铸方法的铸造强度依次递减离心浇注、压力浇注的铸件，金属型浇注的铸件，砂型浇注。
(2）工件的外形和构造不很复杂而壁厚平均的毛坯能够用金属型铸造。
(3）生产批量和任务生产任务多的时候应使用高精度和高生产效率的毛坯生产方式。
(4）当场制造条件和发展通过技术经济研究和取证。
通过制造批量来观察，这个工件的生产批量很大，应使用高精度和高生产效率的毛坯生产方式，来降低材料的使用和工人的工作量。金属铸造，锻造，精密铸造，精密锻造方法可以考虑可以考虑使用这些方法来制造毛坯；从工件的结构方面来说，由于这些小零件的外形很复杂，并且壁厚比较厚。所以应该使用压铸、金属铸造、熔模铸造等比较精细铸造方式。也可以减少和没有切削加工；通过毛坯的生产方法来观察，铜和铝等金属比较适用铸造法来得到毛坯；从铸铝的应力来考虑，就可以使用金属铸造和金属浇铸的方法来获得铸件，并且刚度逐渐减小,毛坯的质量逐渐下降。
结合上面的情况，这个工件的原料选取ZL101，毛坯采用金属铸造地方式。采用金属型铸造，在重力的作用下浇注完成。使铝合金逐渐的组织更加细化，生产效率增加，没有粉尘，然而设备的费用却很高，人工生产时，劳动条件不好。毛坯的Ra为10.5～6.3μm，结晶很小，加工余量合适。适合大批量制造。
3.2 活塞材料的选择
活塞的设计应当根据发动机的各项指标，使用条件和加工条件的各方面考虑，先设计出加工技术上与经济上很合理的何塞接够方法，再设计出相关的技术需要。活塞结构特征选择重点如下：
1）根据活塞单位面积效率或者表面平均压力，设计出适当的活塞构造，确保活塞所受到的机械负荷和热负荷达到要求。
2为了降低活塞的惯性力和质量应该选用密度很小的材料。
3）运用导热系数较大的材料，来减低活塞顶部的温度，使活塞
能够得打哦充分的散热。
4）线膨胀系数应很小。来降低活塞因受热二产生的形变，来使运行时不拉缸，启动时不敲缸。
5）可以保持良好的高温力学性能。
6）拥有优秀的减小摩擦力的性能，来降低摩擦损失并拥有充足的热稳性和耐磨性。
7）易于铸造或模压，易于加工。
8）具有较好的耐腐蚀性。
3.3 活塞毛坯的选择
选择毛坯应考虑的因素：
(1）工件的应力要求同样的原料使用不一样的毛坯生产方式，他的应力分布会有所不同。铸铁的刚度，离心浇注、重力浇注的工件，金属型浇注的铸件，砂型浇注的铸件顺次递减。
(2工件的构造和外形尺寸外形不复杂、壁厚平均的材料就可以使用金属铸造。
(3）制造纲领和数量制造纲领比较多的时候适合用生产效率很的毛坯生产方式。
从制造数量来说，这个工件生产数量很大，比较适合使用生产效率很很高的毛坯生产方式，这样可以减低材料的使用和工人的工作量。那么我们就可以使用金属铸造和精锻的方式来制造毛坯；从工件的构造来说，因为这个弓是外形很复杂的小工件，并且它的壁厚比较厚。所以我们可以使用荣模铸造和压铸等很精密的制造方式。并且还能降低或者不进行切削；从毛坯的生产方式来说，铝与铸等这类金属适宜使用铸造的方式来得到毛坯。
综合上面的情况来看，这个工件的材料就用铝合金，毛坯使用金属铸造的方式来获得。用金属铸造，在重力的作用下制造成型。对铝合金材料可以起到细化组织的功用，制造速度快，没有灰尘，然而对设备的磨损却很大，人工作业时，精度不够高。铸件外表的粗糙度Ra为12.5～6.3μm。比较适合大批量的制造。
3.4 拟定工艺过程
3.4.1 加工工序安排
方案一：