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课程设计

汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计

时间:2018-04-11 00:12:30   作者:   来源:   阅读:126   评论:0
第1章 绪论

1.1 课题背景

    随着科学技术的发展,各种新材料、新工艺和新技术不断涌现,机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现,已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴,可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世,提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展,极大地推动了机械加工工艺的进步,使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。

    “工欲善其事,必先利其器。”

    工具是人类文明进步的标志。自20世纪末期以来,现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具(含夹具、刀具、量具与辅具等)在不断的革新中,其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此,无论在传统制造还是现代制造系统中,夹具都是重要的工艺装备。

    活塞体体的加工工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位,夹紧以及工艺路线安排,工艺尺寸确定等问题,并设计出专用夹具,保证零件的加工质量。

本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论,又要注意生产实践的需要,只有将各种理论与生产实践相结合,才能很好的完成本次设计。

第2章 零件的分析

2.1 零件的作用

汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计

图2.1 零件图

    “活塞”是发动机上一个重要零件。发动机将热能转换为活塞运动的动能,从而还动发动机主轴旋转。

2.2 零件的工艺分析

    本活塞体零件的材料为铝合金JS-4,铝合金属于脆性材料,故不能锻造和冲压。但铸造性能和切削加工性能优良。零件的主要由两组加工表面,一组是以是汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计101.5为基准的外圆,一组是以汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计28孔为基准的加工表面,这两组加工表面之间又有垂直度要求;

(1) 以汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计101.5为基准的外圆的加工面,这组加工面包括汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计100.89、汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计92、汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计91、汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计94.5等。

(2) 一组是汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计28为基准的加工表面,这组加工表面包括汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计30.5。

第3章 工艺规程设计

3.1 确定毛坯的制造形式

    零件材料为铝合金JS-4,由于零件成批生产,而且零件的轮廓尺寸不大,选用砂型铸造,采用机械翻砂造型,铸造精度为2级,能保证铸件的尺寸要求,这从提高生产率和保证加工精度上考虑也是应该的。

3.2 毛坯的设计

    活塞体零件材料为铝合金JS-4。生产类型为成批生产,采用砂型铸造,机械翻砂造型,2级精度组。

    根据上述原始资料及加工工艺,分别确定各加工表面的加工余量,对毛坯初步设计如下:

1. 汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计101.5的外圆

    因为孔只有汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计101.5mm大,汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计101.5孔的粗糙度为Ra0.8需要粗车,精车,磨几道工序加工,查相关资料知粗加工和精加工的余量之和为2mm。

2. 活塞体的上下端面

汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计

图3.1 “活塞体”零件毛坯简图

    该活塞体的上下端面粗糙度都是Ra12.5,进行一需要进行粗车,半精车,等加工才能满足要求。根据资料可知,选取加工余量等级为G,选取尺寸公差等级为9级。

    所以根据相关资料和经验可知,活塞的上下端面的单边余量为2mm,符合要求。

3. 孔汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计28的加工表面

    孔汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计28表面的粗糙度为6.3,一次粗铣即可满足要求。

    所以根据相关资料和经验可知宽70mm的2端面的单边余量为2mm。

    根据上述原始资料及加工工艺,确定了各加工表面的加工余量、工序尺寸,这样毛坯的尺寸就可以定下来了,毛坯的具体形状和尺寸见图3.1“活塞体”零件毛坯简图。

 

3.3 选择定位基准

    正确地选择定位基准是设计工艺过程的一项重要内容,也是保证零件加工精度的关键。

    定位基准分为精基准、粗基准和辅助基准。在最初加工工序中,只能用毛坯上未经加工  的表面作为定位基准(粗基准)。在后续工序中,则使用已加工表面作为定位基准(精基准)。         

    在制定工艺规程时,总是先考虑选择怎样的精基准以保证达到精度要求并把各个表面加工出来,然后再考虑选择合适的粗基准把精基准面加工出来。另外,为了使工件便于装夹和易于获得所需加工精度,可在工件上某部位作一辅助基准,用以定位。应从零件的整个加工工艺过程的全局出发,在分析零件的结构特点、设计基准和技术要求的基础上,根据粗、精基准的选择原则,合理选择定位基准。

3.3.1 精基准的选择

①“基准重合”原则

    应尽量选用被加工表面的设计基准作为精基准,即“基准重合”的原则。这样可以避免因基准不重合而引起的误差。

②“基准统一”原则

    应选择多个表面加工时都能使用的定位基准作为精基准,即“基准统一”的原则。

这样便于保证各加工表面间的相互位置精度,避免基准变换所产生的误差,并简化夹具的设计制造工作。

③“互为基准”原则   

    当两个表面的相互位置精度及其自身的尺寸与形状精度都要求很高时,可采用这两个表面互为基准,反复多次进行精加工。

④“自为基准”原则   

    在某些要求加工余量尽量小而均匀的精加工工序中,应尽量选择加工表面本身作为定位基准。

此外,精基准的选择还应便于工件的装夹与加工,减少工件变形及简化夹具结构。需要指出的是,上述四条选择精基准的原则,有时是相互矛盾的。例如,保证了基准统一就不一定符合基准重合等等。在使用这些原则时,要具体情况具体分析,以保证主要技术要求为出发点,合理选用这些原则。

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,进行尺寸换算,这在以后还要专门计算,此处不再重复。

3.3.2 粗基准的选择

①若工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀,则应选该表面为粗基准。

②在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下,若零件上每个表面都要加工,则应以加工余量最小的表面作为粗基准。这样可使这个表面在加工中不致因加工余量不足,造成加工后仍留有部分毛面,致使工件报废。

③在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下,若零件有的表面不需要加工时,则应以不加工表面中与加工表面的位置精度要求较高的表面为粗基准。若既需保证某重要表面加工余量均匀,又要求保证不加工表面与加工表面的位置精度,则仍按本原则处理。

④选作粗基准的表面,应尽可能平整和光洁,不能有飞边、浇口、冒口及其他缺陷,以便定位准确,装夹可靠。

⑤粗基准在同一尺寸方向上通常只允许使用一次,否则定位误差太大。但是,当毛坯是精密铸件或精密锻件,毛坯质量高,而工件加工精度要求又不高时,可以重复使用某一粗基准。

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,阀体零件还算比较规则,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,选择阀体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,底面端顶住夹具体限制3个自由度;工件的大外半圆用活动V型块夹紧,在两个支承钉的外圆柱面上,限制3个自由度;因为我们限制一个自由度,实现完全定位。

3.4 制定工艺路线

3.4.1 工序的合理组合

    确定加工方法以后,就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则:

(1)工序分散原则

    工序内容简单,有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少,产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多,生产面积大,工艺路线长,生产管理复杂。

(2)工序集中原则

    工序数目少,工件装,夹次数少,缩短了工艺路线,相应减少了操作工人数和生产面积,也简化了生产管理,在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少,大量生产可采用高效率的专用机床,以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备,使成本增高,调整维修费事,生产准备工作量大。

    一般情况下,单件小批生产中,为简化生产管理,多将工序适当集中。但由于不采用专用设备,工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。

    加工工序完成以后,将工件清洗干净。清洗是在 的含0.4%~1.1%苏打及0.25%~0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于 。

3.4.2 工序的集中与分散

    制订工艺路线时,应考虑工序的数目,采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则。所谓工序集中,就是以较少的工序完成零件的加工,反之为工序分散。                 

(1)工序集中的特点

工序数目少,工件装,夹次数少,缩短了工艺路线,相应减少了操作工人数和生产面积,也简化了生产管理,在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少,大量生产可采用高效率的专用机床,以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备,使成本增高,调整维修费事,生产准备工作量大。

(2)工序分散的特点

工序内容简单,有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少,产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多,生产面积大,工艺路线长,生产管理复杂。

工序集中与工序分散各有特点,必须根据生产类型。加工要求和工厂的具体情况进行综合分析决定采用那一种原则。

一般情况下,单件小批生产中,为简化生产管理,多将工序适当集中。但由于不采用专用设备,工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。

由于近代计算机控制机床及加工中心的出现,使得工序集中的优点更为突出,即使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工作量,从而可取的良好的经济效果。

3.4.3 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。

方案一

工序01:铸造

工序02:时效处理

工序03:粗车外圆。

工序04:粗车,半精车106两端面

工序05:半精车汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计101.5,精车汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计101.5,

工序06:半精车汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计100.89,车汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计92,汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计91密封槽。

工序07:粗镗孔汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计28,精镗孔汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计28,镗孔汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计30.5

工序08:钻8-汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计3.5的孔

工序09:车孔汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计94.5

工序10:磨汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计101.5外圆

工序11:磨孔汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计28

工序12:打上端面标记

工序13:检验

方案二

工序01:铸造

工序02:时效处理

工序03:粗车外圆。

工序04:粗铣,半精铣106上端面

工序05:粗铣,半精铣106下端面

工序06:半精车汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计101.5,精车汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计101.5,

工序07:半精车汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计100.89,车汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计92,汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计91密封槽。

工序08:粗镗孔汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计28,精镗孔汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计28,镗孔汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计30.5

工序09:钻8-汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计3.5的孔

工序10:车孔汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计94.5

工序11:磨汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计101.5外圆

工序12:磨孔汽车发动机活塞工艺规程及加工尺寸106两端面夹具设计28

工序13:打上端面标记

工序14:检验

上述两个工艺方案的特点在于:方案二是加工工序分散,适合流水线生产,缩短装换刀具的时间。加工完前次的又可成为下次加工的基准,这样使工序非常清晰易提高加工精度,是对中批量生产是很合适的。方案一把工件加工工序分得比较集中,设计基准、工艺基准统一,根据年生产纲领30000件要求,属于中批生产,因此,采用方案一工序较集中,较多的采用专用夹具方案比较合理。


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