活塞工藝課程設(shè)計(jì)

1 1.活塞工藝分析 1.1.零件圖樣分析 （ 1）該零件軸段的加工精度要求較高，要有較高的形位公差，表面粗糙度最高達(dá)到了 1.6m。零件的中心軸是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和加工工藝基準(zhǔn)。 （ 2）零件 008.0134的外圓柱面要求與內(nèi)圓柱的同軸度為 0.04mm。 （ 3）零件 90mm 的圓柱左右端面要求與內(nèi)圓柱面軸線垂直度為 0.02mm。 （ 4）右端向左數(shù)第一個(gè)環(huán)槽兩側(cè)面要求與內(nèi)圓柱面軸線的垂直度為 0.02mm （ 5） 活塞環(huán)槽 02.008入 口倒角為 0.3 45 ，其余倒角為 1 45 。 （ 6） 該零件內(nèi)圓柱面和環(huán)槽側(cè)面的表面粗糙度要求較高為 1.6 m . （ 7）該零件 材料 為 HT200，采用鑄造工藝形成毛坯。 （ 8）由于鑄件易形成應(yīng)力集中等缺陷，因此，毛坯還需經(jīng)過時(shí)效處理。 1.2零件工藝分析 （ 1）由于是批量生產(chǎn)，因此，毛坯采用鑄件，并且進(jìn)行時(shí)效處理消除內(nèi)部應(yīng)力。 （ 2）該零件為旋轉(zhuǎn)體，因此，大部分工藝采用車削。 （ 3）該零件的位置精度要求較高，并且又是批量生產(chǎn)，因此可在中間生產(chǎn)環(huán)節(jié)采用專用夾具，提高生產(chǎn)效率。 1.3活塞環(huán)表面粗糙度，形狀和位置精度要求與表面粗糙度要求如下表： 加工 表面 尺寸偏差 公差及精度等級(jí) 表面粗糙度 形位公差 外圓柱面 0 08.0134 IT8 12.5 0.04 A 兩端的環(huán)槽 890 3.2 0.02 A 內(nèi)圓柱面 034.0080 IT7 1.6 外環(huán)槽 02.008 IT7 外環(huán)槽側(cè)面 1.6 0.02 A 槽間距 10 中間環(huán)槽 0 01.124 IT9 總長度 132 2 1.4審查零件的結(jié)構(gòu)工藝性 （ 1） 該零件環(huán)槽較多，易產(chǎn)生應(yīng)力集中，因此應(yīng)有合理的圓角半徑。 （ 2） 該零件在加工前應(yīng)進(jìn)行時(shí)效處理。 （ 3） 在其他尖角地方應(yīng)進(jìn)行 1 45 倒角。 2.選擇毛坯確定毛坯尺寸，設(shè)計(jì)毛坯圖 2.1毛坯選擇 由 任務(wù)書要求可知該零件使用材料為 HT200.因此，毛坯直接采用鑄件，進(jìn)行各項(xiàng)機(jī)加工之前必須對(duì)零件進(jìn)行時(shí)效處理。 2.2確定毛坯的尺寸公差及機(jī)械加工 余 量 （ 1） 由于該零件的環(huán)槽較多，并且不利于鑄造成型，并且尺寸又不是很大，因此， 外圓柱面 環(huán)槽不鑄造出來 （ 2） 該零件的內(nèi)孔較大，因此直接的鑄造出來， 對(duì)于內(nèi)圓柱面 034.0080的粗糙度 1.6 m要求，對(duì)其加工方案為粗車 精車。 對(duì)于內(nèi)孔。 查工藝手冊得：精車的加工余量為 1.1，粗車的加工余量為 4.5，總得加工余量 6。 精車： 80-1.5=78.5 粗車： 78.5-4.5=74 確定個(gè)工序的加工經(jīng)濟(jì)精度和表面粗糙度。 有工藝手冊得：精車后的公差等級(jí)為 IT7， Ra 為 0.8 m . 粗車后的公差等級(jí)為 IT11， Ra 為 16 m . 對(duì)于外圓柱面。 由于對(duì)于鑄件的余量要求量分別為 6mm，因此取總余量為 6mm。精車余量為 1mm，半精車加工為 2mm，粗車為 3mm.。 精車： 134+1=135 半精車： 135+2=137 粗車： 137+3=140 對(duì)于軸端面尺寸的確定。 由工藝手冊得端面加工余量為 2，由此可知零件尺寸及形狀如下圖： 3 3.選擇活塞的加工方法制定工藝路線 3.1定位基準(zhǔn)的選擇 （ 1） 粗基準(zhǔn)的選擇 粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)能保證精基準(zhǔn)加工面之間的位置精度，合理分配各加工面的余量，為后續(xù)工序提供精基準(zhǔn)，所以為了更便于定位，裝夾和加工，可選擇該毛坯的外圓柱面作為加工粗基準(zhǔn)。 （ 2） 精基準(zhǔn)的選擇。 根據(jù)零件的加工方便，裝夾方便，定位準(zhǔn)確，誤差少的原則，選擇零件的已加工外圓柱面，內(nèi)圓柱面及兩端面作為精基準(zhǔn)。 3.2零件表面加工方法的確定 根據(jù)零件圖表加工要求，以及材料性質(zhì)等各因素，各加工間的加工方法如下表： 活塞環(huán)外圓柱面 0 08.0134 IT8 12.5 粗車 半精車 精車 活塞環(huán)兩端面 12.5 粗車 精車 活塞 890 3.2 半精車 精車 活塞內(nèi)圓柱面 034.0080 IT7 1.6 粗車 精車 活塞 40124 環(huán)槽 001.124 IT9 12.5 半精車 活塞 02.008環(huán)槽 02.008 IT7 1.6 半精車 粗車 4 3.3 加工階段的劃分 劃分的原因：保證加工余量合理，劃分加工階段能合理地使用機(jī)床設(shè)備，便與熱處理工序的安排，便于及時(shí)的發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷，保護(hù)槽加工過后的表面。 階段的劃分：由于該毛坯為鑄件毛坯，內(nèi)孔可直接形成，并 且毛坯的厚度較大。因此，易形成各種缺陷，因此，粗加工內(nèi)外圓柱面及兩端的加工，然后進(jìn)行二次時(shí)效處理，到了半精加工因此，精加工時(shí)采用工序集中加工，精加工內(nèi)圓柱面右端面，半精加工精加工 890環(huán)槽，半精加工外圓柱面，最后進(jìn)行外圓柱面的環(huán)槽的半精加工 、 精加工。 3.4 工藝路線的確定 序號(hào) 工序名 加工過程 01 鑄造 鑄造 02 清砂 清砂去冒口 03 檢驗(yàn) 檢查鑄件有無缺陷 04 熱處理 時(shí)效處理 05 粗車 夾毛坯外圓 ，粗車 034.0080mm 內(nèi)孔至 78.9， 平端面 ，見平即可 ， 粗車外圓尺寸至 137 mm 06 粗車 調(diào)頭夾 137 mm，粗車外圓尺寸到 137 mm，光滑接刀，車端面保證總長度為 134mm。 07 熱處理 二次時(shí) 效處理 08 檢驗(yàn) 檢驗(yàn)工件有無氣孔，夾渣等缺陷 09 半精車 以內(nèi)孔 034.0080mm 定位夾緊，半精車外圓，留余量 1mm，按圖樣尺寸切槽 02.008mm 至 6mm， 車端面，照顧尺寸 10mm，車 90mmx8mm端槽 ，留加工余量 1mm 10 精車 調(diào)頭裝夾，夾外圓并找正，精車內(nèi)孔至 034.0080mm，車端面，保證尺寸為 132.5mm，車凹槽 890 mm，倒角 C1.5mm，調(diào)頭夾緊，夾外圓并找正，車凹槽 890 mm， 車端面 保證總長度為 132mm，倒角C1mm。 11 精車 以內(nèi)孔定位，使用芯 軸定位夾緊，精車外圓 008.0134mm，切各槽至圖樣尺寸 02.008mm，內(nèi)徑 005.0110mm，保證各槽間距 10mm，及各槽入口處倒角 C0.3，車中間環(huán)槽 40 01.0124mm 12 檢驗(yàn) 檢查各部分尺寸及精度。 13 入庫 4.機(jī)床設(shè)備的選用 4.1 機(jī)床的選用 由于本例為批量生產(chǎn)，而且該零件是旋轉(zhuǎn)體，表面粗糙度最高要求 1.6 m ，車床即可選 5 到要求，因此選擇機(jī)床為 C6140. 4.2 工藝裝備的選用 由于是批量生產(chǎn)，因此可采用專用夾具，量具及普通工具，使用專用 芯 軸定位。 5.工序加工余量的確定，工序尺寸及公差的計(jì)算 5.1 活塞內(nèi)圓柱面加工 其加工工藝路線為粗車 精車。由工序 05、 10 組成，據(jù)之前查到的加工質(zhì)量得，粗車為4.5，精車為 1.5,總的加工余量為 6mm,計(jì)算各工序尺寸： 精車前： 80-1.5=78.5 粗 車前： 78.5-4.5=74 按照加工的方法能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精 度給各工序尺寸的確定公差，查工藝手冊可得到每道工序的經(jīng)濟(jì)精度，所以對(duì)應(yīng)值為： 取精車的經(jīng)濟(jì)精度公差等級(jí)為 IT7，其公差值為 T1=0.03mm 取粗車的經(jīng)濟(jì)精度公差等級(jí)為 IT12，其公差值為 T2=0.3mm 其數(shù)據(jù)如下表： 工序名稱 工序余量（ mm） 加工經(jīng)濟(jì)精度 表面粗糙度Ra（ mm） 工序基本尺寸（ mm） 尺寸公差（ mm） 精車 1.5 IT7 1.6 80 034.0080 粗車 4.5 IT12 12 78.5 15.0 15.05.78 現(xiàn)用計(jì)算法對(duì)磨削徑向工序量進(jìn)行分析：查表面 Z1=1.5.則粗車基本尺寸為A2=80-1.5=78.5mm，粗車的經(jīng)濟(jì)加工精度等級(jí)為 IT12 級(jí)，可確定其公差值為 0.3mm，故取 A1=（ 78.5 0.15） mm， 工序最大余量為 Z1max=80+03034-（ 78.5-0.15） =1.684mm 工序 最小余量為 Z1min=80-（ 78.5+0.15） =1.35mm 5.2 對(duì)于圓柱外圓柱面 008.0134 其加工工藝路線為： 粗車 半精車 精車。（由工序 05 ， 06， 09， 11 組成 ） 查表可得各個(gè)工序余量：精車余量為 1mm，半精車余量為 2mm，粗車余量為 3，總余量為 6mm。 計(jì)算各項(xiàng)工序尺寸：精車后達(dá)到圖紙上的尺寸 008.0134， 精車前尺寸： 134+1=135mm 半精車前尺寸： 135+2=137mm 粗車前尺寸： 137+3=140mm 按照各項(xiàng)工序所得到的經(jīng)濟(jì)精度所對(duì)應(yīng)值： 精車的經(jīng)濟(jì)精度公差等級(jí) IT8，其公差值 T1=0.08mm 6 半精車的經(jīng)濟(jì)精度公差等級(jí) IT10，其公差值 T2=0.16mm 粗車的經(jīng)濟(jì)精度公差等級(jí) IT12，其公差值 T3=0.4mm 將上面的數(shù)據(jù)填入下表： 工序名稱 工序余量（ mm） 加工經(jīng)濟(jì)精度 表面粗糙度Ra（ mm） 工序基本尺寸（ mm） 尺寸公差（ mm） 精車 1 IT8 3.5 134 0 08.0134 半精車 2 IT10 5 135 08.008.0135 粗車 3 IT12 12.5 137 2.02.0137 用計(jì)算法對(duì)精車徑向工序量 Z2 進(jìn)行分析： 查表 Z2=1mm，則半精車的基本尺寸為 A2=134+1=135mm，半精車加工工序的經(jīng)濟(jì)加工精度達(dá)到 IT10，確定公差值為 0.16mm，所以 A1=（ 135 0.08） mm 工序最大余量 Z2max=（ 135+008） -（ 134-0.08） =1.16mm 工序最小余量 Z2min=（ 135-0.08） -134=0.92mm 5.3 對(duì) 02.008環(huán)槽的加工 其 工藝路線為：半精車 精車，（由工序 09 ， 11 組成） 查表確定半精車加工余量為 3mm，精加工余量為 1mm，總加工余量為 4mm，對(duì)于 110圓柱面，精加工余量 2mm，半 精加工余量為 20mm 計(jì)算各項(xiàng)工序尺寸：精車胡達(dá)到圖紙上的尺寸 02.008， 005.0110。 對(duì)于側(cè)面 精車前尺寸： 8-2=6 半精車前尺寸： 6-6=0 對(duì)按照各工序所得到的經(jīng)濟(jì)精度所對(duì)應(yīng)的值： 精車的經(jīng)濟(jì)精度等級(jí) IT7，其公差值 T1=0.05mm 半精車的經(jīng)濟(jì)精度等級(jí) IT8，其公差值 T2=0.022mm Zmax=8+0.02-（ 6-0.011） =2.031 Zmin=8-（ 6+0.011） =1.989 將上面的數(shù)據(jù)填入下表： 工序名稱 工序余量（ mm） 加工經(jīng)濟(jì)精度 表面粗糙度Ra（ mm） 工序基本尺寸（ mm） 尺寸公差（ mm） 精車 2 IT7 1.6 8 02.008 半精車 6 IT8 3.2 6 011.0011.06 對(duì)于圓柱面： 精車前尺寸： 110+2=112mm 半精車 前尺寸： 112+20=132mm 7 按照各項(xiàng)工序的所得到的經(jīng)濟(jì)精度所對(duì)應(yīng)的值： 精車的經(jīng)濟(jì)精度公差等級(jí) IT7，其公差值 T1=0.05mm 半精車的經(jīng)濟(jì)精度公差的等級(jí) IT8，其公差值 T2=0.063mm 將上面的數(shù)據(jù)填入下表： 工序名稱 工序余量（ mm） 加工經(jīng)濟(jì)精度 表面粗糙度Ra（ mm） 工序基本尺寸（ mm） 尺寸公差（ mm） 精車 2 IT7 1.6 110 0 05.0110 半精車 20 IT8 3.2 112 031.0032.0112 Zmax=（ 112+0.031） -（ 110-0.05） =2.081mm Zmin=（ 112-0.032） -110=1.968mm 6.確定工序切削用量，加工工時(shí) 確定切削用量的原則：首先應(yīng)選擇去盡可能大的背吃刀量，其次在機(jī)床動(dòng)力和剛度允許的條件下，又滿足以加工表面粗糙度的情況下，選擇盡可能大的進(jìn)給量，最后根據(jù)公式確定最低切削速度。 6.1.工序 05， 06 分別為工步 1 車內(nèi)孔，工步 2 車左端面，工步 3 車右端面，工步 4 車外圓組 成 背吃刀量的確定： 根據(jù)加工余量，工步 1 的吃刀量為 2.25mm，工步 2， 3 背吃刀量都相同取為 1.5mm，工步 4 背吃刀量取為 1.5mm。 進(jìn)給量的確定： 本設(shè)計(jì)采用的是硬質(zhì)合金車刀，工件材料是 HT200 查表取進(jìn)給量 f=0.86mm/r 切削速度的計(jì)算 硬質(zhì)合金切削 HT200 時(shí)，取切削速度 v 為 60mm/min，根據(jù)公式 n=1000vc/ d，可得車床轉(zhuǎn)速 n1=7514.3 601000 =253r/min n2=)1 5 074(2/114.3 601 0 0 0 =128r/min n3=14014.3 601000 =136r/min 查表 CA6140 的主軸轉(zhuǎn)速的范圍為 10-1400， 1400-158r/min，符合要求。 計(jì)算工時(shí)： 以上的工序均為采用同一進(jìn)給量 f=0.86mm/r 則： t1=fnL=86.0253136=0.634min 8 工步 2， 3 t2=t3=86.0178 2/174140 ）（=0.21min 工步 4， t4=86.0136136=1.16mm 則總共用時(shí)： t 總 =t1+t2+t3+t4=2.71min 6.2 工序 09： 由 工步 1：半精車外圓 ， 工步 2：車環(huán)槽 2.008至 6mm， 工步 3：車端面 ， 工步 4：車 890 mm右環(huán)槽 組成 背吃刀量的確定： 工步 1 取 ap=1mm，工步 2 取 ap=2mm， 工步 3 取 ap=0.2mm,工步 4 取 ap=2.5mm 進(jìn)給量的確定： 由于是半精車， 查工藝手冊， 取 f=0.51mm/r，切削速度取為 vc=90mm/min 切削速度 、時(shí)間 的計(jì)算 n1=13714.3 901000 =204r/min n2=11514.3 901000 =249r/min n3=)761 3 7(2/114.3 901 0 0 0 =358r/min 則用時(shí)： t1=51.0204135=1.16min t2=51.0249 10=0.078min t3=51.0270 33=0.24min t4=51.0358 7=0.044min 則工序 09 共用時(shí)： t 總 =t1+4xt2+t3+2xt4 =1.8min 6.3.工序 10： 由 工步 1：精車內(nèi)圓孔 ， 工步 2：車端面保證尺寸 ， 工步 3：車槽 890 mm， 工步 4：倒角 C1.5，工步 5：車端面，保證尺寸 132 工步 6：精車 890 mm，倒角 C1. 背吃刀量、進(jìn)給量、切削速度的確定： 工步 1 的背吃刀量取 ap=0.75mm，進(jìn)給量 f=0.2mm/r， vc=120mm/min。 工步 2 的背吃刀量取 ap0.5mm，進(jìn)給量 f=0.2mm/r， vc=120mm/min。 工步 3 的背吃刀量取 ap=2.5mm，進(jìn)給量 f=0.2mm/r， vc=120mm/min。 工步 4 的用時(shí)約為 0.1min 工 步 5 的背吃刀量取 ap=0.5mm 9 工步 6 的背吃刀量取 ap=1mm，倒角用時(shí)約為 t=0.1min 切削速度、時(shí)間的計(jì)算 n1=8014.3 1201000 =477.7r/min n2=)13480(2/114.3 1201000 =357r/min n6=8014.3 1201000 =478r/min 用時(shí)： t1=2.0477133=1.4min t2=2.035727=0.4min t3=2 0.044=0.088min t4=0.1min t5=0.4min t6=2.047810=0.1min 則總工序 10 用時(shí)： T 總 =t1+t2+t3+t4+t5+ t6 =2.6min 6.4 工序 11： 由 工步 1：精車外圓 ， 工步 2：精車各 02.008槽 ， 工步 3：各入口處倒角 組成 背吃刀量、進(jìn)給量、切削速度的確定： 工步 1 的背吃刀量取 ap=0.5mm，進(jìn)給量 f=0.2mm/r， vc=120mm/min。 工步 2 的背吃刀量取 ap=1mm，進(jìn)給量 f=0.2mm/r， vc=120mm/min。 工步 3 的 背吃刀量取 ap=1mm。 切削速度、時(shí)間的計(jì)算 則 n1=13514.3 1201000 =282r/min n2=)1 1 01 3 5(2/114.3 1 2 01 0 0 0 =312r/min 則用時(shí) t1=2.0282132=2.35min t2=2.031212=0.2min t3=0.1min 則工序總用時(shí)為 t 總 =t1+8 t2+8xt3 =4.75min 10 7.夾具的設(shè)計(jì) 7.1 零件在本工序的加工要求分析 （ 1） 008.0134的外圓柱面，要求與內(nèi)圓柱面的軸線的同軸度為 0.04 （ 2）車 02.008的環(huán)槽，槽的側(cè)面與軸線的垂直度為 0.02 （ 3）車 40 01.0124的環(huán)槽 7.2.確定夾具的類型 本工序的加工 都 為旋轉(zhuǎn)加工，并且中間的內(nèi)孔較大，因此宜采用芯軸 7.3.擬定定位方案和選擇定位元件 （ 1）定位方案，根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其定位方案如下： 由于內(nèi)孔的加工精度較高，因此以 034.0080內(nèi)孔為定位基準(zhǔn)，同時(shí)由題意要求工件的端面要有較高的垂直度要求，因此還需要以一端面作為基準(zhǔn)。 （ 2）選擇定位元件 由上面的定位基準(zhǔn)知道，為一個(gè)圓柱面和一個(gè)端面，因此選擇 長銷小平面組合 定位， 如下圖所示： 定位方案 由于該零件的加工是在車床上完成的，因此選擇芯軸作為夾具。心軸的軸肩的垂直度要求為0.01mm，定位外圓柱面的配合要求為 H7g5. (3)定位誤差的分析計(jì)算 加工 008.0134外圓柱面時(shí) 基準(zhǔn)重合因此， B=0 基準(zhǔn)位移誤差是軸孔間的配合間隙，故 Y=0.034+0.005=0.039 D= B+ Y=0.0390.08 滿足定位要求 同軸度定位誤差的分析 11 基準(zhǔn)重合，故 B=0 基準(zhǔn)的位移誤差即是軸孔的配合誤差，故 Y=0.034+0.005=0.0390.04 D= B+ Y=0.0390.04 滿足同軸度要求 加工 02.008槽的側(cè)面垂直度的 0.02 的定位誤差 加工時(shí)是以端面為基準(zhǔn)的 ,基準(zhǔn)重合 ,故 B=0 基準(zhǔn)的位移誤差即是端面的垂直度的誤差 ,故 Y=0.01 D= B+ Y=0.010.02 滿足定位要求 7.4 夾緊方案的確定 參考夾具設(shè)計(jì)資料 ,采用特殊的螺帽作為夾緊元件 7.5 夾具的裝配圖紙 (見附錄 ) 12 總結(jié) 課程設(shè)計(jì)是 教學(xué)過程 當(dāng)中的非常重要的一環(huán)，本次課程設(shè)計(jì)時(shí)間不到 三 周略顯得倉促一些。但是通過本次每天都過得很充實(shí)的課程設(shè)計(jì)，從中 體會(huì)到很多樂趣。這次課程設(shè)計(jì)我得到的題目是活塞的工藝及工裝夾具的設(shè)計(jì)。零件圖形不是很復(fù)雜，但是俗話說的好：麻雀雖小，五臟俱全，通過此次設(shè)計(jì)我還是學(xué)會(huì)了很多。 通過這些天的計(jì)算、查手冊、翻書，我對(duì)機(jī)械制造方面的理論知識(shí)掌握的更加的牢靠。工藝設(shè)計(jì)是一門綜合性的課程 ，涉及到了機(jī)床、刀具、夾具、材料、機(jī)械原理等方面的知識(shí)，要完成一份出色的設(shè)計(jì)就要求我們對(duì)這些專知識(shí)很了解才行。在這近三周的時(shí)里，我奔波在教室、寢室、圖書館三點(diǎn)之間，廣泛