山东农业大学机械与电子工程学院汽车制造工艺学课程设计课程名称：汽车制造工艺学设计课题：活塞零件的机械加工工艺规程的编制指导老师：吕钊钦专业：车辆工程班级： 3班姓名：高超学号： 201206672014年 12月 11日序言本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。
活塞加工工艺规程及其夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。
在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。
关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。
目录序言 (3)一. 零件分析 (4)1.1 零件作用 (4)1.2零件的工艺分析 (5)二. 工艺规程设计 (6)2.1确定毛坯的制造形式 (6)2.2基面的选择 (7)2.3制定工艺路线 (10)2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (11)2.5确定切削用量及基本工时 (13)三夹具设计 (16)3.1问题的提出 (16)3.2定位基准的选择 (17)3.3定位误差分析 (19)3.4夹具设计及操作简要说明....................................20 总结 (21)参考文献…………………………………………………………22 （附）机械加工工艺过程卡片 *1套机械加工工序卡片 *1套绪论我国的汽车行业正在飞速发展，汽车的动力部分也在不断改进，内燃机作为一种可移动的动力源已广泛应用于生产和生活的各个领域。
活塞是内燃机的关键零件，其结构复杂，加工工序多。
目前，国内活塞行业所用加工机床除引进外，大多为国产通用机床或在此基础上进行较为简易改造的设备，一条生产线一般由17-20台设备组成，采用粗放型生产方式，设备精度低，工件需多次装夹定位，加工过程累积误差大，工件精度低、稳定性差、废品率高、劳动生产率低，生产现状和设备远远不能满足市场竞争的需要。
国内机床行业虽然也为活塞行业提供了一定数量的活塞专用机床，但由于对活塞加工工艺缺乏深入的了解，也未能摆脱活塞行业原有的生产加工方式。
在国外工业发达国家的一些实力较强的活塞制造公司，如德国MAHLE 公司、KS 公司、英国AE 公司、日本AR7等，其活塞加工己实现了工序优化组合，一人多机数控化生产，机加工过程中周转环节少，工艺条件稳定，产品尺寸精度高。
对于批量大的活塞品种，他们将其加工设备连成数控全自动生产线，设备基本上全是自行设计制造。
由于国外机床行业雄厚的基础，他们采用了一定数量的机床通用零部件，专业性较强的零部件仍靠自主开发设计。
设计过程中，他们充分利用国外机床行业的先进设计及制造技术对机床进行优化，如有限元法等动、静态设计分析，使其能够满足活塞高精加工的要求。
一、零件的分析1.1 零件的作用活塞位于发动机汽缸内, 作往复运动, 当燃烧室里的混合气体(空气和燃料点燃并膨胀时, 活塞受到气体的压力, 并经过活塞销及连杆将压力送给曲柄。
气体的吸入, 压缩, 废气的排除, 也都由活塞的运动来完成。
因此活塞工作的主要特点是在高温高压下作长时间的连续变负荷往复运动。
1.2 零件的工艺分析为了提高活塞的工作性能和寿命, 它必须具有如下的要求：（1）在高温高压下具有足够的强度和刚度。
（2）较轻的结构重量。
（3）良好的耐磨性和耐蚀性。
（4）良好的导热性, 热膨胀系数小。
（5）保证气缸内部空间密封。
二. 工艺规程设计2.1活塞的材料及毛坯的制造活塞在发动机内是做高速的往复运动, 为了减少其惯性的作用采用的材料为共晶铝硅合金。
它的化学成分为：共晶铝硅合金（％）Ｓi 11-13 ; Cu 1-2 ; Mg 0.4-1 ;Mn 0.2-0.7; Fe ≤0.8; 其余Ａl它比铸铁具有以下的优点：(1 导热性好，使活塞顶面降温快，可以提高发动机的压缩比，下至于引起混合气体自燃, 可以提高发动机效率。
(2 重量轻，惯性力小。
(3 切销性能好。
(4 可以得到精确的毛坯。
由于是大批大量的生产３０万件每年，为了提高毛坯的精度，铸出活塞的销孔及燃烧室，减少机加工余量，故而毛坯的铸造是采用金属模铸造。
毛坯在机械加工前先要去浇冒口，并进行时效处理，消除铸造时因冷却不匀而产生的内应力，增加强度及硬度，时效处理是将活塞加热到１８０°－２００°Ｃ，保温６－８小时后自然冷却[2]。
2.2 毛坯的设计活塞是一种薄壁型零件，在外力作用的情况下是很容易产生变形的，而活塞主要表面的尺寸精度和位置精度的要求都很高，因此应以一个统一的统一基面定位来加工这些要求高的表面，如直接采用外圆定位的话（即设计基准）将有可能产生大的变形。
故在这里采用活塞的止口端面来作为统一基准[3]。
加工活塞通常选择活塞内腔顶部和止口为粗基准，裙部端面和止口为大多数工序的精基准，有时还要用外圆表面、销孔及顶面作为以后各工序的定位基准。
由于以内腔面作为粗基准来直接加工内止口不方便，故先安排以毛坯内腔圆面为粗基准来粗车外圆，再以外圆表腔顶面定位，加工止口和裙部端面，这样可保证外圆表面和内腔之间壁厚的均匀性及顶厚，并为以后的工序准备好定位基准面和内经验表明，在活塞定位止口的相对表面出现环状磨痕，是由于定位止口配合间隙偏大、精车时余量不均或松动引起的。
在精车外圆和精磨外圆工序中用止口处孔定位，其余工序都采用止口和端面定位．采用止口和端面作为基面有下列优点：(1 用这种定位方法可以加工裙部，头部，顶面，销孔等主要及其它次要表面，而且在有一道工序中，一次安装就可以车削外圆，顶面，环槽, 实现了工序的集中．既可提高生产率，又能保证这些表面的位置精度。
(2 活塞裙部在半径方向的刚性差，利用止口和端面定位可以沿活塞轴向夹紧，就不至引起严重的变形，同时又可以进行多刀切削提高生产效率．当然也有一些缺点：如果加工一些本来不需要加工的表面，而且是一些精度要求极高的要经过两次加工的表面。
止口对裙部外圆的同轴度误度将影响环槽的位置精度，但总的说来，采用止口端面作为统一基准虽然增加了加工工时和设备，但它有利于保证加工质量，故而采用它来定位是可行的。
2.3 基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。
否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法进行。
粗基准的选择：对于零件的加工而言，粗基准的选择对后面的精加工至关重要。
从零件图上可以看出，零件还算比较规则，所以粗基准容易选择。
为了保证前后端面的位置精度的要求，选择B 面和底面作为作为粗基准，，依照粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时，应该以这些不加工表面作为粗基准，若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面做为粗基准）来选取。
工件被放在夹具体，右端面与定位套接触限制3个自由度，定位套固定中心孔限制2个自由度，一挡销固定翻转式钻模板，这样就实现完全定位。
对于精基准而言，主要应该考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。
2.4制定工艺路线制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。
在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中在提高生产率。
除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降下来。
工序号工艺名称1. 铸造2. 清沙3. 检验4. 时效热处理5. 粗车外圆Φ806. 粗车外圆Φ1387. 二次时效热处理8. 检验9. 半精车Φ90留加工余量1mm10. 精车至Φ80长度132.5mm11. 精车另一端面至132mm12. 检验13. 入库2.5 机械加工余量. 工序尺寸及毛坯尺寸的确定该活塞零件材料为硅铝合金, 毛坯重量约为2300克, 生产类型为大批大量生产, 采用的毛坯为金属模铸造出来的。
根据上述原始资料及加工工艺, 分别确定各加工表面的机械加工余量, 工序尺寸及毛坯尺寸如下：Φ138 x 134(mm2.5.1 止口的加工余量总余量：3mm 粗车余量：2.6mm 精车余量：0.4mm2.5.2 端面及顶面的加工余量端面的总余量为：4mm粗车余量为： 3.8mm精车余量为： 0.2mm顶面的总余量为： 5mm粗车的加工余量为： 3.5mm半粗车的加工余量为： 1.37mm精车的加工余量为： 0.13mm2.5.3外圆的加工余量:毛坯的总加工余量为：3 mm精车之后细车加工余量： 0.25 mm粗车之后精车的加工余量： 0.6 mm粗车的加工余量： 2.15 mm2.5.4 计算切削用量镗刀的进给量为： 0.10mm/r切削速度为： 4m/s主轴每分钟转数： 1700r/min切削深度： 0.15mm2.5.5 基本工时机动时间的定额定义：在一定的技术组织条件下制定出来的完成单位产品某顶工作所必须的时间, 时间定额是安排生产计划核算成本的重要依据之一, 也是设计或扩建工厂或车间时计算设备和人员数量的重要资料, 时间定额中的基本时间则要根据切削用量和行程长度来确定, 其余的组成时间则根据经验数据来确定。
其理论公式为：T 单体=T基本+T技术服务+T组织服务+T间隙+T准备终结其中 T 辅助=(15-20%T基本T 技术服务=(10-15%T基本T 组织服务=(5-7%T基本T 间隙==(2-6%T基本T 准备终结==(1.35-1.5%T基本总之 T 单体==(1.35-1.5%T基本在本工序的加工情况下,T 基本的计算如下：T 基本=(L1+L2+L3i/ns式中 i-走刀次数;s-每转进给量;n-每分钟转数车刀L1=3-5mm L2=2-3mm则T 基本=(147+3+2/170*0.1≈0.88minT 基本=1.32min2.6 重点工序的加工说明2.6.1 止口的加工止口的加工分为粗加工和精加工两步, 由于止口是作为整个加工过程中的工艺基准, 其加工精度要求当然是相当高的, 所以必须采用合理的加工方法才能保证精度和要求如图2.2所示支承钉长三爪图2.2 长三爪卡盘用一般的三爪卡盘夹持不够牢固, 所以把卡爪加长以避免工件在切削力作用下产生倾斜, 工件的初始位置由支承钉确定轴向位置, 而被加工的止口和端面的最终位置由装在刀架的长杆决定。