1、Anhui Vocactional & Technical College of Industry & Trade畢畢 業業 論論 文文活塞工藝夾具設計所在系院： 機械與汽車工程系 專業班級： 機械制造與自動化(一）班 學生學號： 2014490133 學生姓名： 吳馮立 指導教師： 方 旭 年 月 日安徽工貿職業技術學院安徽工貿職業技術學院畢業設計（論文）任務書畢業設計（論文）任務書系（院） 專業 班級 學生姓名 學號 一、題一、題 目：目： 二、內容與要求：二、內容與要求：畢業論文應按照安徽工貿職業技術學院畢業設計（論文）工作管理規定的要求書寫，論文應具有一定的專業性、創新

2、性、觀點正確、論據充分、層次分明、條理清楚、語言簡練，目的是培養學生運用所學專業知識分析問題、解決問題的能力，提高學生綜合素質和創新思維能力。三、設計（論文）起止日期：三、設計（論文）起止日期：任務下達日期： 年 月 日完成日期： 年 月 日 指導教師簽名： 年 月 日四、教研室審查意見：四、教研室審查意見：教研室負責人簽名： 年 月 日安徽工貿職業技術學院畢業設計（論文）I活塞工藝夾具設計摘要 活塞是內燃機重要零件之一，發動機在工作的時候，燃油燃燒所產生的氣體膨脹力使活塞運動，通過連桿的傳動，使曲軸快速旋轉。活塞在很高的溫度、很高的壓力下做長時間變負荷的高速往復運動。因此對活塞的各項指標要求

3、很高。它在工作時的狀況會影響到發動機的燃油消耗率和使用持久度的關鍵，而且還關系到發動機的排放功能。若活塞設計不合理，內燃機工作時所會讓活塞的整個溫度都非常高。并且熱量的不平均分布會讓活塞發生變形。所以，活塞的加工在發動機的設計中非常重要。因此，針對各種內燃機活塞機械加工工藝過程的廣泛探索，從而縮短或簡化工藝流程、提高產品質量、降低生產制造成本也變得越來越重要。本畢業設計論文對活塞加工技術的發展、活塞的結構特點、活塞各個工作面的加工特征進行了分析，以及在夾具設計過程中應該注意的問題。關鍵詞：活塞 加工工藝 夾具設計 安徽工貿職業技術學院畢業設計（論文）4Piston technology of

4、fixture design 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

5、, 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

6、 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.安徽工貿職業技術學院畢業設計（論文）5目 錄摘要引言11

7、 活塞材料及毛坯的選擇21.1 活塞材料21.2 毛坯選擇2 1.2.1 毛坯的發放2 1.2.2 確定機械加工余量21.3 定位基準的選擇2 1.3.1 粗基準的選擇2 1.3.2 精基準的選擇32 活塞的加工工藝42.1 活塞的結構特點4 2.1.1 活塞頂部4 2.1.2 活塞頭部4 2.1.3 活塞裙部42.2 活塞的加工階段劃分43 夾具體的設計63.1 夾具體的毛坯結構63.2 夾具體外形尺寸的確定63.3 夾具體的排屑結構6四四孔夾具設計64.1 工件的定位 .74.2 定位誤差的分析與計算 .94.3 工件的夾緊 .94.4 導向裝置的確定 .94.5 標準件的選擇 .10五

8、結論11安徽工貿職業技術學院畢業設計（論文）6六 參考文獻12七 致謝13引 言制造業是國民經濟的支柱產業，其發展程度體現了一個國家科學技術和生產力的發展水平。近年來我國國民經濟增長迅速，社會購買力不斷提升，汽車工業更是呈現了前所未有的發展勢頭。2012 年中國汽車產銷量突破 2000 萬輛，2013 年更是突破了 2300 萬輛，當今，中國已成為世界最主要的汽車產銷大國之一。汽車市場的持續增長為汽車零部件制造業提供了廣闊的市場空間和難得的發展機遇。在汽車當中，活塞相當于汽車的“心臟”，它在運行過程中它承受交變的機械負荷同時又承受熱負荷，是發動機中工作條件最為惡劣的零部件之一，是影響發動機性能

9、指標和平均無故障使用壽命的較為薄弱的零件，同時也是最為關鍵的零部件之一。隨著汽車整車對發動機的動力性、經濟性、環保性以及可靠性要求越來越嚴格。何實現活塞生產中的高產量、低成本、高標準、準時交付、快速響應以及使產品快速占領市場等要求，已經越來越成為現在制造業中企業所追求的目標。因此，針對各種內燃機活塞機械加工工藝過程的廣泛探索從而縮短或簡化工藝流程、提高產品質量、降低制造成本尤為顯得重要。 安徽工貿職業技術學院畢業設計（論文）71 活塞材料及毛坯的選擇1.1 活塞材料活塞的設計應當根據發動機的各項指標，使用條件和加工條件的各方面考慮，先設計出加工技術上與經濟上很合理的何塞接夠方法，再設計出相關的

10、技術需要。活塞結構特征選擇重點如下： （1）為了降低活塞的慣性力和質量應該選用密度很小的材料。（2）運用導熱系數較大的材料，來減低活塞頂部的溫度，使活塞能夠充分的散熱。（3）可以保持良好的高溫力學性能。 （4）擁有優秀的減小摩擦力的性能，來降低摩擦損失并擁有充足的熱穩性和耐磨性。（5）易于鑄造或模壓，易于加工。 （6）具有較好的耐腐蝕性。1.2 毛坯選擇 1.2.1 毛坯的發放 毛坯一般由鑄造車間生產，經檢測合格后入庫，再由物流部按照生產計劃統一發放毛坯進入機加工車間進行生產。 1.2.2 確定機械加工余量 鑄鍛件的機械加工余量按 JB3735-85 確定，加工余量的確定應根據估算的鍛件的重量

11、、加工精度及鍛件形狀的復雜系數來確定，由簡明機械加工工藝手冊查得：金屬型鑄件的尺寸公差等級為 68 級。相應的加工余量為：外圓加工余量為 4.0mm，銷孔加工余量為 3.0mm。 1.3 定位基準的選擇1.3.1 粗基準的選擇 粗基準選擇應從以下幾方面考慮：（1）應當盡量選用不加工表面作為粗基準，當在工件上有很多不需加工的表面時，以其中與加工面的位置精度要求較高的表面作為粗基準。（2）選擇加工余量較為均勻的表面作為粗基準。（3）選擇加工余量較小的表面作為粗基準。安徽工貿職業技術學院畢業設計（論文）8（4）作為粗基準的表面應盡量平整，沒有冒口、澆口以及飛邊等缺陷，以便定位可靠。（5）一般粗基準只

12、能使用一次，特別是對于主要的定位基準，這樣可以避免產生較大的位置誤差。 1.3.2 精基準的選擇 活塞屬于薄壁筒形零件，其徑向剛度較差，并且其主要表面的尺寸精度以及各主要表面之間的相對位置精度要求較高。根據這種結構特點和其技術要求，精基準的選擇應主要從以下幾方面考慮：（1）盡量用設計基準作為定位基準，實現“基準重合”，以避免產生基準不重合誤差。（2）當工件以某一組精基準定位可以較方便地加工很多表面時，應盡可能的采用此組精基準定位，實現“基準統一”，以避免產生基準轉換誤差。（3）當精加工或光整加工工序要求加工余量盡量小而均勻時，應選擇加工表面本身作為精基準，即遵循“自為基準”的原則。該加工表面與

13、其他表面間的位置精度要求由先行工序保證。（4）為獲得均勻的加工余量或較高的位置精度，可遵循“互為基準”、反復加工的原則。（5）有多種方案可供選擇時，應選擇定位準確、穩定、加緊可靠，可使夾具結構簡單的表面作為精基準。安徽工貿職業技術學院畢業設計（論文）92 活塞的加工工藝2.1 活塞的結構特點 2.1.1 活塞頂部活塞上面作為燃燒室的一部份，受到的壓強來自高溫氣體。零件的頭部有平、凸、凹頂等不一樣外形，一些活塞的頭部在和汽門相應的地方存在凹陷，這么做得原因是讓氣門和上止點不碰撞在設計的。 2.1.2 活塞頭部活塞頭部指的是在活塞環槽上面的部分，作用是用來裝活塞環，來使氣缸能夠被封好。活塞頭部具備

14、環槽用以安放活塞環，大多數有 3 根活塞環槽，在最底下這個環槽的作用是用作安放油環其余的環槽的作用是用以安放氣環。油環環槽下面的孔的作用是使氣缸內壁上剩余的潤滑油能夠順利的回到曲軸箱。一些油環槽的下面是一根很窄的槽，除了讓潤滑油回到曲軸箱的功用以外，還可以用來降低活塞整體的溫度，則叫做隔熱槽。一些活塞在裙部下面設有隔熱槽。另外一些活塞再第一個環槽的上面做有隔熱槽，來降低活塞頂部朝下面傳輸的熱能。2.1.3 活塞裙部活塞槽以下的部分我們稱之為活塞的裙部，對活塞的重復運動起到一個引導的功能。在室溫下，活塞裙部的軸是垂直于活塞橢圓的方向，以確保在熱狀態的活塞和氣缸之間的間隙均勻。在常溫下活塞呈上小下

15、大的錐形。一些活塞的裙部除設置隔熱層之外，另設有膨脹槽，膨脹槽讓活塞裙部擁有了一些韌性，在溫度比較小的時候與缸壁之間的距離很小，還有在高溫度很大時在氣缸中不會拉缸。膨脹槽一定要斜著，不能與活塞的軸處于同一個平面，來防止氣缸的損毀。為了讓槽根除不至于損毀，在隔熱槽和膨脹槽的底部都一定要添加止裂孔。活塞的環槽會導致其強度和剛度的減小，因此這個方法只能運用于小負荷內燃機。為了降低活塞裙部的脹大量，一些活塞在銷孔中裝配得有“恒范鋼片” 。 2.2 活塞加工階段劃分活塞加工工藝過程按階段可劃分為：粗加工階段半精加工階段精加工階段光整加工階段。活塞外圓以及銷孔是活塞的重要加工面，其加工質量要求比較高，因此

16、外圓加工時安排了粗車，精車，金剛石車三個加工階段，銷孔加工時安排了粗鏜，精鏜和安徽工貿職業技術學院畢業設計（論文）10滾壓三個加工階段。而其余的加工質量要求并不高，并且毛坯采用金屬型鑄造精度比較高，加工余量小，故其余工序均安排粗加工、精加工兩階段完成。各階段加工技術要求如表 1.2 所示： 表 1.2 活塞各階段加工要求加工階段加工要求粗加工階段去除各加工表面的余量，作出精基準，此階段主要加工要求是提高生產率半精加工階段減小粗加工中留下的誤差，使加工面達到一定的精度，為下一步精加工做好準備精加工階段確保零件的尺寸、形狀和位置精度達到所規定的精度要求安徽工貿職業技術學院畢業設計（論文）113 精

17、鏜銷孔夾具設計 3.1 加工活塞銷孔夾具的定位誤差解析 制造鋁活塞的時候在毛坯上大都有錐形銷孔（方便拔模） 。因為很多工序的夾緊力都作用在銷孔上，那么就必須對銷孔實行精鏜加工在所有的精加工之前，這樣可以讓家境里能夠平均的分布，確保重要的表面處理，可以獲得較高的精度，而不破壞銷孔的位置精度。 3.1.1 定位方式和定位元件 設計夾具的時候應當根據工藝步驟來選擇定位精準。不管是定位基準或者工藝基準，都必須滿足六點定位的要求。某個東西在三維空間里能運動的方向叫做自由度。在三維空間里，物體能沿著 X、Y、Z 軸的平移或者繞著 X、Y、Z 軸的旋轉，總共可以擁有六個互不干擾的運動，就是所謂的六個自由度。

18、零件的位置確定，即是使用合適的方式來約束它，用以去除零件的這六個自由度，來使零件能準確的定位，叫做六點定位原理。 依據上面的加工工藝，這個工藝步驟我們使用止口、端面和銷孔來進行定位，為使和止口能配合，我們就用止口盤來作為定位的原件。零件的端面和止口與止口做接在一起，這樣便制止的除 Z 軸之外的 5 個白由度；Z 軸方向的定位方式為在銷孔中插入菱形銷。零件的所有自由度被確定下來，便完成了定位。 3.1.3 定位誤差分析與計算 （1） 、 產生定位誤差的原因 a. 基準不重合所產生的定位誤差 工序定位基準和夾具定位基準和一樣，這兩個定位基準所產生的位置誤差回被反映到加工的位置上，這樣產生的誤差叫做

19、基準轉換誤差。 b. 間隙引起的定位誤差 在利用銷、軸和定位套來進行定位的時候，定位工件和該定位面之間的間隔會使其發生定位的不準確。菱形銷和銷孔的定位最大間隔是： maxminxgDd 式中 maxD 定位孔最大直徑； mind 定位銷最小直徑； 銷與孔的最小間隙； x銷的公差； g孔的公差； 因為菱形銷和銷孔間有間隔，工件安裝時可能會產生一些偏離，它的偏離距離是以 為直徑，把銷孔中心店最為圓心的圓。如多在定位的時候永遠是以偏向銷的一邊，那么定位就會以銷的一根母線作為精準，零件定位誤差便是 g2安徽工貿職業技術學院畢業設計（論文）121。 在精鏜銷孔的時候活塞銷孔和凌形銷之間的配合是 H7/f

20、6，那么，maxD=52.08+0.0552.13mm，mind520.02251.978mm，銷孔和菱形銷的最大間隔是 52.1351.9780.152mm。 c. 定位誤差和夾具的相關因素 這個原因大都是因為夾具在設計和制造過程中所產生的誤差，例如1）定位基準面與定位元件表面的開關誤差。 2）導向元件的位置誤差，刀具元件與定位元件，其形狀誤差由于定位誤差和差異。 3）夾具安裝在機床上所產生的誤差，對定誤差使零件相對于刀具軸向或者移動方向所發生的位置差距。 4）夾緊力使工件或夾具產生變形，產生位置誤差。 5）定位元件相互之間所產生的位置誤差，還有導向元件、定位元件和定向元件等相互、關原件的磨

21、損。 計算上面所說的的定位誤差，大多是在大批量制造時運用調整法加工的時候，相對具體的夾具才能分析出相關的定位誤差，要尋找出每個環節所產生的誤差，再用概率法求出總的定位誤差。若使用試切發來加工，大都不會做定位誤差的分析計算了。 3.2 工件的夾緊裝置的設計 3.2.1 夾緊裝置的組成 一般的夾具，是典型的夾緊裝置，是由下列幾個部分組成。 (1) 中心傳遞結構：中心傳遞機構是在夾具和力源質檢的傳遞結構。他將力源中的夾緊力傳送給夾具，再由夾具來完成對零件的最終加緊。大多數傳遞機構可以再傳輸力的同時，還可以變化夾緊力的大小和方向。我們設計的夾具是壓桿和拉頭的傳遞力的結構。 (2) 需要夾緊的零件和夾緊

22、機構: 夾緊元件是最后一個元素的夾緊裝置。經過夾緊機構和零件的受壓面相接觸來進行夾緊。我們這個夾具設計是依據工件的特征來設計成螺旋裝置來夾緊。 3.2.2 對定裝置 安徽工貿職業技術學院畢業設計（論文）13夾具的低面是夾具最重要基面，對于底面的處理更加精細，夾具上的每個定位工件相對低面來說需要很高的位置精度。為保證夾具在切削是能夠準確的運動，在夾具的最下面設計得有定向槽，安設兩個確定方向的鍵，這兩個鍵便可以將夾具體穩定的固定在 T 行槽內。使用優良配合，大多使用 H7/g6。因而得知，為了確保零件在切削是能夠沿著規定的方向，上述的兩個鍵和定位元件碧璽有很高的位置精度。 3.2.3 標準件的選取

23、 夾具的緊固螺栓的選擇：選擇的螺栓是 M8，長度為 45mm,功能級數是 88 級，外表氧化處理，螺栓的原料為 35 號鋼，全螺紋螺栓，標記為：M845。 選著緊固襯套的螺大小，依照國際標準來選取，螺栓的數據是 M4，螺栓長度為 10mm，功能級數是 4.8 級，原料為 35 號鋼，不經表面處理開槽圓柱頭螺釘，標記為 M410。 選著選裝手柄和壓緊螺栓，選著的直徑是 10mm，長為 38mm，原料為 35 號鋼，不經過淬火處理，也不進行外表處理的圓柱銷，標記為：10M6X38安徽工貿職業技術學院畢業設計（論文）144 鉆四孔夾具設計4.1 工件的定位 1.由于加工的四孔沒有嚴格的位置要求，只限

24、制四個自由度就行。所以采用中心孔定位。 4.2 工件的夾緊查機械加工工藝手冊表 10411 有：鉆孔加工時軸向力計算公式為： ( 7 . 08 . 01.40d 3.48bfF18 )式中 鉆削加工軸向切削力；F 鉆頭直徑；0d 切削進給量；F 加工材料的屈服強度；b代入數據計算得 201 N7 . 08 . 04 . 12022 . 02 . 348. 3F取夾緊安全系數為 K2.5螺旋夾緊機構源動力： =1056.8 N012tantanQZMWrr為方便加工完成以后取出活塞零件，在夾具中增加了彈簧。根據機械設計手冊表 261-1、261-11 可知，該彈簧選用國標件 GB/T208919

25、94，彈簧半徑 D20mm，彈簧材料 65Mn,截面直徑 d2mm，有效圈數 n6.5，長度 H20mm，一圈彈簧的剛度K316N/mm。彈簧的預緊壓縮量為 0，夾緊工件后的壓縮行程 S0.2mm，故彈簧產生的力 6.5316N/mm0.2mm410.8N。qnKS所以本夾具的夾緊力 1056.8 N + 410.8 N 1467.6 NqWF4.3 導向裝置的確定刀具的導向是為了保證孔的位置精度 ，增加鉆頭和鏜桿的支承以提高其剛度，減少刀具的變形，確保孔加的位置精度。本設計中所選用的導向裝置是可換鉆套。如圖 7 所示，可換鉆套是先把襯套用過盈配合 H7/r6 固定在鉆模板上，再采用間隙配合

26、H7/g6 將可換鉆套裝入襯套中，并用螺釘壓住鉆套。這種鉆套更換方便，適用于中批以上的生產。安徽工貿職業技術學院畢業設計（論文）151鉆套 2襯套 3鉆模板 4螺釘查機械加工工藝手冊表 10411 有：鉆孔加工時軸向力計算公式為：7 . 08 . 01.40d 3.48bfF式中 鉆削加工軸向切削力；F 鉆頭直徑；0d 切削進給量；F 加工材料的屈服強度；b代入數據計算得 201 N7 . 08 . 04 . 12022 . 02 . 348. 3F取夾緊安全系數為 K2.5螺旋夾緊機構源動力： =1056.8 N012tantanQZMWrr為方便加工完成以后取出活塞零件，在夾具中增加了彈簧

27、。根據機械設計手冊表 261-1、261-11 可知，該彈簧選用國標件 GB/T20891994，彈簧半徑 D20mm，彈圖 7 可換鉆套Fig 7 Replaceable drill sleeve簧材料 65Mn,截面直徑 d2mm，有效圈數 n6.5，長度 H20mm，一圈彈簧的剛度K316N/mm。彈簧的預緊壓縮量為 0，夾緊工件后的壓縮行程 S0.2mm，故彈簧產生的力 6.5316N/mm0.2mm410.8 N。qnKS所以本夾具的夾緊力 1056.8 N + 410.8 N 1467.6 N 20 qWF4.4 標準件的選擇查相關書籍及機械加工工藝手冊 ，聯接銷選用 GB/T11

28、92000，材料為 35 鋼，不安徽工貿職業技術學院畢業設計（論文）16經淬火、不經表面處理；夾緊螺釘選用 GB/T652000；夾緊螺栓選用 GB/T57832000；墊圈選用 GB/T97.12002, 材料為 Q235，不經表面處理；鍵選取 GB/T10961979；壓緊螺母選取 GB/T61702000，螺紋規格為 DM20，性能等級為 8 級，不經表面處理，產品等級為 A 級的 1 型六角螺母，標記為：螺母 GB/T6170；彈簧選取 GB/T20891994,A 型、材料為 60Si2MnA，表面渡漆處理的右旋圓柱螺旋壓縮彈簧；鉆套按 GB226880 選取，材料 T10A，熱處理

29、： HRC586；與鉆套配合使用的鉆套用襯套從 GB226380 選取，材料T10A，熱處理： HRC5864（具體見夾具裝配圖） 。安徽工貿職業技術學院畢業設計（論文）17結 論綜上所述，我對汽車發動機活塞加工工藝進行了分析及其夾具的設計。本設計的設計思想從整體功能設計出發，先分析設備需要完成哪些功能，可能實現這些功能的方式，然后分析其可行性。繪裝配圖的過程是不斷查資料，邊畫、邊算、邊改的過程，查閱了各種資料，最終設計了本次方案。另外，在畢業設計過程中，通過搜集文獻，搜集產品樣本，思考可行方案，三年里所學的專業知識得到一定程度的運用，也培養了我的獨立思考和研究能力，也養成了遇到困難積極思考和

30、查閱資料的好習慣。此次設計我也重點針對以上問題做了研究，如可采用可控熱膨脹結構活塞設計來減小裙部的熱膨脹量，減小活塞與氣缸之間的間隙，降低發動機噪音；采用止口和端面作為統一基準。在精加工過程,除精車外圓等少數工序用止口錐面和中心孔定位外,其余工序均采用止口和端面定位，以此減小由于基準不統一帶來的加工誤差；盡量將簡化加工工序，縮短每道工序時間，采取工序集中的原則，減少由于多次裝夾帶來的加工誤差，提高產品合格率。 目前，制造活塞的材料有很多，但各有其缺點，同時活塞的結構和加工工藝也還需要進一步改進，活塞的生產具有較為寬廣的市場空間。從短期發展來看,鋁合金仍是活塞生產的主導材料,但從長期發展來看,隨著新型復合材料制備技術的成熟及生產成本的不斷降低,新材料活塞應用前景日益廣闊，在活塞生產領域，誰能夠不斷的更新產品結構和改進機械加工工藝，誰就能主導活塞生產市場。由于能力所限，設計中還有許多不足之處，懇請各位老師、同學們批評指正！ 安徽工貿職業技術學院畢業設計（論文）18參考文獻：1 侯家駒.韓德恩.汽車制造工藝學M.機械工業出版社，2001. 2 孫志成.汽車構造實訓J.合肥工業大學出版社，2006. 3 王先逵.機械制造工藝