活塞環(huán)的機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)

1、機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)班級(jí) B120231 姓名 王志強(qiáng) 學(xué)號(hào) B12023118 2014 年 03 月 14 日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 機(jī)械工程 系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè) 學(xué)生姓名 王志強(qiáng) 班級(jí) B120231 學(xué)號(hào) B12023118 課程名稱： 機(jī)械制造工藝學(xué) 設(shè)計(jì)題目： 活塞環(huán)的機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)內(nèi)容：1產(chǎn)品零件圖 1張2毛坯圖 1張3機(jī)械加工工藝過程綜合卡片 1份4機(jī)械加工工藝工序卡片 1份5課程設(shè)計(jì)說明書 1份設(shè)計(jì)要求：大批生產(chǎn)設(shè)計(jì)（論文）開始日期 2014 年 03 月 03 日 設(shè)計(jì)（論文）完成日期 2014 年 03 月 07 日指導(dǎo)老師 鄒聆昊 課程設(shè)

2、計(jì)評(píng)語 機(jī)械工程 系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè) 學(xué)生姓名 王志強(qiáng) 班級(jí) B120231 學(xué)號(hào) B12023118 課程名稱： 機(jī)械制造工藝學(xué) 設(shè)計(jì)題目： 活塞環(huán)的機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)篇幅： 圖 紙 共 2 張 說明書 共 16 頁指導(dǎo)老師評(píng)語： 年 月 日 指導(dǎo)老師 目 錄1. 零件的分析11.1零件的作用11.2零件的工藝分析11.2.1.零件圖樣分析21.2.2.零件的技術(shù)要求32.工藝規(guī)程設(shè)計(jì)42.1. 確定毛坯的制造形式42.2. 基面的選擇52.3制定工藝路線62.4. 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定72.5. 確定切削用量及基本工時(shí)8總 結(jié)11參考文獻(xiàn)12附表

3、A1-A4：機(jī)械加工工藝過程綜合卡片附表B1-B9：機(jī)械加工工藝（工序）卡片 1. 零件的分析1.1 零件的作用活塞環(huán)作用包括密封、調(diào)節(jié)機(jī)油（控油）、導(dǎo)熱（傳熱）、導(dǎo)向（支承）四個(gè)作用。 密封：指密封燃?xì)猓蛔屓紵业臍怏w漏到曲軸箱，把氣體的泄漏量控制在最低限度，提高熱效率。漏氣不僅會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力下降，而且會(huì)使機(jī)油變質(zhì)，這是氣環(huán)的主要任務(wù)； 調(diào)節(jié)機(jī)油（控油）：把氣缸壁上多余的潤滑油刮下，同時(shí)又使缸壁上布有薄薄的油膜，保證氣缸和活塞及環(huán)的正常潤滑。在現(xiàn)代高速發(fā)動(dòng)機(jī)上，特別重視活塞環(huán)控制油膜的作用；導(dǎo)熱：通過活塞環(huán)將活塞的熱量傳導(dǎo)給缸套，即起冷卻作用。據(jù)可靠資料認(rèn)為，活塞頂所受的的熱量中有708

4、0%是通過活塞環(huán)傳給缸壁而散掉的；支承：活塞環(huán)將活塞保持在氣缸中，防止活塞與氣缸壁直接接觸，保證活塞平順運(yùn)動(dòng)，降低摩擦阻力，而且防止活塞敲缸。 1.2 零件的工藝分析1. 該工藝安排是將毛坯造成筒形狀，粗車切下后再進(jìn)行單件加工。若單件鑄造毛坯單件加工，其工藝安排，只是粗加工前的工序與筒形狀毛坯不同，其他工序基本相同。2. 活塞環(huán)類零件在磨床上磨削加工時(shí)，多采用磁力吸盤裝夾工件，因此在加工后，必須進(jìn)行退磁處理。3. 為了保證活塞環(huán)的彈力，加工中對(duì)活塞環(huán)在自由狀態(tài)下開口有一定的要求，因開口銑削后不能滿足圖樣要求，所以增加一道熱定型工序，熱定型時(shí)需在專用工裝上進(jìn)行，其活塞環(huán)的開口處用一個(gè)鍵撐開，端面

5、壓緊，鍵的寬度要經(jīng)過多次試驗(yàn)后得出合理寬度數(shù)據(jù)之后，再成批進(jìn)行熱定型。4. 對(duì)45°開口的加工采用專用工裝進(jìn)行裝夾工件，但每批首件應(yīng)劃線對(duì)刀，以保證加工質(zhì)量。5. 活塞環(huán)的翹曲度是將工件放在平臺(tái)進(jìn)行檢查，采用0.06mm塞尺進(jìn)行檢查，當(dāng)塞尺未能通過翹曲的縫隙時(shí)為合格。6. 漏光度的檢查，采用專用檢具或在合格的缸體內(nèi)用光照進(jìn)行檢查。7. 上、下端面平行度的檢查，可將活塞環(huán)放在平臺(tái)上，用百分表測量上端面各部；其讀數(shù)最大值與最小值之差為平行度誤差值。1.2.1. 零件圖樣分析1. 活塞環(huán)屬于環(huán)類零件，其直徑與壁厚相差較大，在加工中易發(fā)生翹曲變形。環(huán)的端面翹曲度應(yīng)小于0.07mm。2. 活塞

6、環(huán)上、下平面平行度公差為0.05mm。3. 彈力允差±20%以內(nèi)，彈力19.7kg。4. 漏光檢查，環(huán)的外圓柱面與量具間隙不大于0.05mm，整個(gè)圓周上漏光不能多于2處，單處弧長不能超過25°弧長，兩處弧長之和不能超過45°弧長，并且漏光出距開口處不能小于30°。5. 在磁性工作臺(tái)上加工之后，須進(jìn)行退磁處理。6. 環(huán)的金相組織應(yīng)為分布均勻的細(xì)片狀珠光體。不允許有游離的滲碳體存在。7. 熱處理硬度為91107HRB。8. 材料為HT200。圖1-1 零件圖1.2.2.零件的技術(shù)要求1. 熱處理硬度91107HRB。2. 環(huán)的端面翹曲度0.07mm。3. 上

7、、下端面平行度公差為0.05mm。4. 彈力允差±20%以內(nèi)，彈力19.7kg。5. 漏光檢查，環(huán)的外圓柱面與量具間隙不大于0.05mm，整個(gè)圓周上漏光不能多于2處，單處弧長不超過25°弧長，兩處弧長之和不大于45°弧長，且開口處不少于30°。6. 退磁處理。7. 環(huán)的金相組織是分布均勻的細(xì)片狀珠光體，不允許有游離的滲碳體存在。8. 材料HT200。2.工藝規(guī)程設(shè)計(jì)2.1. 確定毛坯的制造形式依照活塞環(huán)成型的方法不同，制造活塞環(huán)的方法主要有兩種：1. 熱定型法（整體正圓法）：即澆鑄出圓筒形活塞環(huán)毛坯，然后在普通車床上切削加工，切削成單環(huán)；按工作間隙尺寸銑

8、出切口，最后擴(kuò)張至所需要的自由切口間隙尺寸，并在此狀態(tài)下熱處理定型，即成所需尺寸的活塞環(huán)。2. 單體橢圓法：即澆鑄出單個(gè)的橢圓型活塞毛坯，然后在靠模車床上切削加工，并按自由切口間隙尺寸切口，就成為所需尺寸的活塞環(huán)。這兩種方法都獲得廣泛應(yīng)用，但有幾點(diǎn)須指出：1) 單體橢圓法屬于機(jī)械定型。既可用于制造等壓環(huán)，有可用于制造非等壓環(huán)；但主要用于制造非等壓環(huán)。它在造型過程中，設(shè)計(jì)橢圓形狀時(shí)就考慮了彈力和環(huán)的結(jié)構(gòu)尺寸等方面的關(guān)系。熱定型法，環(huán)自由形狀的形成主要靠熱定型，因此在高溫下會(huì)發(fā)生回火，促使環(huán)的彈力消失。由于定型性質(zhì)不同，所以在用前一種方法制成的活塞環(huán)壽命比較長。熱定型主要用于等壓環(huán)。2) 從加工過

9、程看，單體橢圓法在鑄造和機(jī)械加工時(shí)要用專用模具和靠模車床，設(shè)備復(fù)雜，而熱定型法無論從鑄造或機(jī)械加工看都比前法簡單，所以它生產(chǎn)率高，成本低。前一種方法適用于大批量生產(chǎn)，后一種方法大、中、小批量生產(chǎn)均可。目前活塞環(huán)的鑄造方法主要有單體疊箱鑄造、雙片疊箱鑄造、筒體砂型鑄造和筒體離心鑄造，按毛坯的形狀來分又可分為正圓和橢圓兩種。正圓的優(yōu)點(diǎn)是型板制作簡單、加工設(shè)備簡單。缺點(diǎn)是要進(jìn)行熱定型、開口對(duì)面應(yīng)力大，開口處徑向壓力低，熱穩(wěn)定性差，彈力消失厲害。橢圓環(huán)的優(yōu)點(diǎn)與正圓環(huán)的相反。為了很好的滿足活塞環(huán)的特殊要求，以及批量化的工作效率要求，我們選擇的毛坯為正圓，采用熱定型法進(jìn)行加工。圖2-1 毛坯圖2.2. 基

10、面的選擇1. 定位基準(zhǔn)的選擇活塞環(huán)的兩端面的一切加工尤其是外圓和內(nèi)圓加工的基準(zhǔn)面。同時(shí)，兩端面的加工質(zhì)量對(duì)活塞環(huán)的性能影響很大。因此，有必要將兩端面的加工作為活塞環(huán)加工工藝中最初工序，并且要求盡可能提高加工精度。這就符合統(tǒng)一基準(zhǔn)原則。在后續(xù)工序中，除了使用兩端面為定位基礎(chǔ)外，根據(jù)各工序的特點(diǎn)，再選擇內(nèi)圓或外圓定位，實(shí)現(xiàn)各工序的定位?；钊h(huán)兩端面的加工是以其自身作定位基準(zhǔn)，以外圓的導(dǎo)向反復(fù)加工，加工精度高，環(huán)高公差一般為0.010.05mm，同一片環(huán)環(huán)高公差0.008mm，表面粗糙度0.5，保證這些精度要求，對(duì)以后疊放成組加工時(shí)減小環(huán)高積累誤差的影響，有著重要的意義。2. 外圓仿形加工基準(zhǔn)的選擇

11、外圓仿形加工可選擇外圓定位與內(nèi)圓定位兩種方法，這兩種定位方法都采用心軸螺母裝夾。1) 外圓定位即選定毛坯外圓為定位基準(zhǔn)。這種定位方式無內(nèi)襯支承，有三各同時(shí)移動(dòng)的卡爪組成定位元件，卡爪與一組環(huán)的外圓接觸。這種定位方法的優(yōu)點(diǎn)是外圓加工余量均勻，但由于定位元件與夾緊裝置分離，因此，三爪的位置是可調(diào)的，以保證環(huán)的幾何中心與心軸的軸線重合，由于內(nèi)部無支承件，所需夾緊力較大。2) 內(nèi)圓定位即選擇毛坯內(nèi)圓為定位基準(zhǔn)。這種定位方法是在夾緊心軸上內(nèi)襯鋁套定位，內(nèi)圓定位具有裝夾簡單，操作方便的特點(diǎn)。但由于毛坯面粗糙，支承鋁套磨損大，因而定位精度低，鋁套消耗量大在外圓仿形加工和銑切開口后的其他工序中所用精基準(zhǔn)都是選

12、用外圓與端面，與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。2.3制定工藝路線制定加工方案的一般原則為：先粗后精，先近后遠(yuǎn)，先外后內(nèi)，程序段最少，走刀路線最短以及特殊情況特殊處理。制定工藝路線要保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低成本。根據(jù)生產(chǎn)類型是成批生產(chǎn)，零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求，以及加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度，在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下，可以考慮采用專用機(jī)床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)效率。除此之外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。表2-1 活塞環(huán)加工的工藝路線工序號(hào)工序名稱工序內(nèi)容定位基準(zhǔn)工裝1鑄造鑄成一個(gè)長圓筒，其尺寸為308mm×350mm×500mm2

13、清砂清砂3熱處理時(shí)效處理4檢驗(yàn)檢查硬度及金相組織5車夾一端外圓，按毛坯找正，車端面，見平即可，車外圓至尺寸346mm，車內(nèi)圓至尺寸314mm毛坯外圓三抓卡盤、車床6車倒頭裝夾，按已知加工外圓找正，粗、精車外圓及內(nèi)圓至圖樣尺寸。外圓尺寸為340mm，內(nèi)圓尺寸為318.4mm，切下厚度9+0.2 0mm（兩端面各留0.6mm磨削余量）毛坯外圓三抓卡盤、車床7磨粗磨活塞環(huán)兩端面，單邊留量0.2mm。退磁端面磁力吸盤8車車一端內(nèi)圓倒角1.2×45°（專用工裝、端面壓緊）端面磁力吸盤9銑銑45°開口，寬1.31.6mm（專用工裝，端面壓緊）端面磁力吸盤10熱處理熱定型開口，

14、尺寸37.838.1mm，硬度91107HRB（專用工裝）11檢驗(yàn)檢查開口尺寸37.838.1mm，彈力19.7kg，硬度91107HRB12磨精磨兩端面至圖樣尺寸8-0.040 -0.076mm。退磁端面磁力吸盤13鉗修銼飛刺14檢驗(yàn)按圖樣要求檢查各部尺寸及精度15入庫入庫2.4. 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定加工余量可采用查表修正法確定，確定工序尺寸的一般加工方法是，由加工表面的最后工序往前一步推算，最后工序的工序尺寸按零件圖樣的要求標(biāo)注。當(dāng)無基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換時(shí)，同一表面多次加工的工序尺寸只與工序（或工步）的加工余量有關(guān)。當(dāng)基準(zhǔn)不重合時(shí)，工序尺寸用工藝尺寸鏈解算。中間工序尺寸按“單向、入

15、體”原則標(biāo)注，但毛坯和孔心距尺寸公差帶一般為雙向?qū)ΨQ布置。中間工序尺寸的公差可以從相應(yīng)的加工經(jīng)濟(jì)精度表中查得。1. 毛坯尺寸的確定由鑄造要求確定毛坯尺寸為308mm×350mm×500mm。2. 外圓表面的加工余量及工序尺寸的確定按照粗車粗車精車的加工方案，查閱機(jī)械加工余量手冊，有工序間的余量：粗車余量Z=2mm；粗車余量Z=2.5mm；精車余量Z=0.5mm。工序尺寸為：粗車346-0.36 -0.50mm；粗車341-0.36 -0.50mm；精車340-0.36 -0.50mm。3. 內(nèi)圓表面的加工余量及工序尺寸的確定按照粗車粗車精車的加工方案，查閱機(jī)械加工余量手冊，

16、有工序間的余量：粗車余量Z=3mm；粗車余量Z=1.7mm；精車余量Z=0.5mm。工序尺寸為：粗車314+0.32 +0.19mm；粗車317.4+0.35 +0.21mm；精車318.4+0.35 +0.21mm。2.5. 確定切削用量及基本工時(shí)以工序5為例：1. 粗車端面見平1) 選擇刀具：選用45°彎頭車刀。 2) 確定切削用量a) 確定背吃刀量：粗車端面見平,一次走刀完成即ap=2mm。b) 確定進(jìn)給量：查切削用量簡明手冊：加工材料HT200、工件直徑350mm、切削深度ap=2mm，則進(jìn)給量為0.50.7mm/r。再根據(jù)CA6140車床說明書,取進(jìn)給量f =0.51mm/

17、r。c) 確定切削速度Vc：確定切削速度Vc：查（切削手冊）表1.27和1.28，查得Cv=208，xv=0.2，yv=0.4，m=0.28，修正系數(shù)KMv=1，Ksv=0.8，Kkrv=1，Ktv=1，刀具壽命為T=60min。 Vc=（ Cv/Tmapxvfyv）Kv =208×1×1×1×0.8/（600.28×20.2×0.510.4）=35.7m/min 可求主軸轉(zhuǎn)速為，參照實(shí)用機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊表5-4所列CA6140車床的主軸轉(zhuǎn)速，取轉(zhuǎn)速。則可求得該工步的實(shí)際切削速度。 3) 確定基本工時(shí)a) 基本時(shí)間： T=L/nf

18、=0.05minb) 輔助時(shí)間：裝夾工件的時(shí)間為0.8min，測量時(shí)間為0.55min共計(jì)T=1.35min。2. 粗車外圓1) 選擇刀具：選用45°彎頭車刀。 2) 確定切削用量a) 確定背吃刀量：粗車外圓至346mm,所以一次走刀完成即ap1=2mm。b) 確定進(jìn)給量f：查切削用量簡明手冊：加工材料HT200、工件直徑346mm、切削深度ap=2mm，則進(jìn)給量為0.81.2mm/r。再根據(jù)CA6140車床及機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊表4.23查取橫向進(jìn)給量取f =1mm/r。c) 確定切削速度Vc：查表5-109和5-110，查得Cv=208，xv=0.2，yv=0.4，m=0.2

19、8，修正系數(shù)KMv=1，KHv=1，Khv=0.8，Kkrv=1，Ktv=1，刀具壽命為T=60min。 Vc=（ Cv/Tmapxvfyv）Kv =208×0.8×1×1×1/（600.28×20.2×10.4）=46m/mind) 確定機(jī)床轉(zhuǎn)速n：n=1000Vc/dw=1000×46/3.14×346=46r/min查表5-5得相近的機(jī)床轉(zhuǎn)速為50r/min,所以實(shí)際切削速度為46m/min。e) 計(jì)算基本時(shí)間Tj：切削長度100mm =（100+12.8）/50/1=2.25minf) 輔助時(shí)間裝夾工件的時(shí)

20、間為0.8min，測量時(shí)間為0.33min共計(jì)Ti=1.13min3. 粗車內(nèi)圓1) 選擇刀具：選用45°外圓車刀，2) 確定切削用量a) 確定背吃刀量：取套筒內(nèi)圓面的ap=1.5mm。b) 確定進(jìn)給量f根據(jù)機(jī)械制造課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表5-102查得f=0.60.9mm/r；查表5-5根據(jù)機(jī)床的縱向進(jìn)給量，取f=0.8mm/r。c) 確定切削速度Vc查表5-109和5-110，查得Cv=208，xv=0.2，yv=0.4，m=0.28，修正系數(shù)KMv=1.，KHv=1，Khv=0.8，Kkrv=1，Ktv=1，刀具壽命為T=60min。Vc=（ Cv/Tmapxvfyv）Kv =208&

21、#215;1×1×1×0.8/（600.28×1.50.2×0.80.4）=44.7m/mind) 確定機(jī)床轉(zhuǎn)速nn=1000Vc/dw=1000×44.7/3.14×314=45.3r/min查表5-5得相近的機(jī)床轉(zhuǎn)速為100r/min,所以實(shí)際切削速度為44.7m/min。e) 計(jì)算基本時(shí)間Tj：切削加工長度100mm=（100+12.8）/100/0.5=2.25minf) 輔助時(shí)間裝夾工件的時(shí)間為0.5min，測量時(shí)間為0.47min共計(jì)Ti=0.97min其余工序的計(jì)算過程與工序5的方法大致相同，此處不詳細(xì)敘述，具體數(shù)據(jù)見附表機(jī)械加工工序卡?？?結(jié)為期一周的課程設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，回顧整個(gè)過程，我們組共同努力，不斷的查