1、摘 要機械加工工藝過程，是指用機械加工方法逐步改變毛坯的狀態（形狀、尺寸和表面質量），使之成為合格的零件所進行的全部過程。發動機活塞的機械加工工藝是很典型的工藝過程。活塞的機械加工工藝過程包括結構工藝性分析、毛坯的選擇、基準的選擇、加工余量的確定、工藝路線的擬定、工序尺寸及公差的確定和加工設備的選擇等。其中，加工余量的確定需遵守一定的原則，并通過查表和計算而得；簡單的工序尺寸及其公差可以根據零件圖而直接得到，但復雜的需通過尺寸鏈的計算而得；其他步驟的確定也得遵守一定的原則。最后，要填寫相關的工藝文件。為了提高勞動生產率，保證加工質量和改善勞動條件，需要設計專用的夾具來加工。機床夾具是用來準確、

2、迅速地確定工件與機床、刀具間的相對位置的工藝裝配。在鉆油孔工序中，設計了專用的鉆夾具來進行加工。鉆夾具的設計是完成裝夾機構、分度裝置、操縱機構和夾具體的設計，以及如何將這些機構裝配起來形成一個完整的裝配的過程。結構方案確定以后，繪制了主要的零件圖和裝配圖。關鍵詞： 活塞加工 ； 工藝過程 ； 夾具設計AbstractMechanical manufacturing process is all course carrying on of changing the state of the blank (the form, size and surface quality) with mecha

3、nical manufacturing method progressively, and making it become qualified products. The mechanical manufacturing process of the engine piston is a very typical process. The mechanical manufacturing process of the engine piston includes analysis of structure, choosing block, choosing standard , confir

4、ming process size and tolerance and choosing equipment, etc. . Among them, confirming the allowance of finish must meet certain principle by checking some table and computing; The size of simple working procedure and its tolerance obtain directly according to the detail drawing, but complex must thr

5、ough computing size chain; Other steps also must meet certain principle. Finally, fill in relevant files.In order to enhance the productivity, guarante the processing quality and improve working condition, needs to design the special-purpose fixture to process. The jig used on Machine tools is a too

6、ling used to confirm work pieces relative position with the machine tools and cutting tool exactly and rapidly. When drilling the oil hole, we design the special-purpose jig which used on drill. The process of designing jig used on drill includes designing fixture, indexing mechanism, handle mechani

7、sm, and fixture body, and how to fit them into a whole assemblage. After confirming structure plan, we should draw up the assembly drawing. This jig is simple, also the working procedure precision request is not very high, therefore does not have to carry on the precision analysis.Key words: piston

8、； process ； designing jig 目 錄緒論 1第一部分 發動機活塞機械加工工藝規程 2第1章 工藝過程概述及其重要性 211 工藝過程概述 2111 生產過程、工藝過程和工藝規程 2112 機械加工工藝過程及其組成 2113 設計工藝過程的基本要求 3114 設計工藝過程的技術依據 312 工藝過程重要性 4第2章 活塞加工基礎知識 521 活塞功用和結構特點 522 活塞的技術要求 723 活塞的材料 8第3章 活塞加工工藝規程的擬定 931 活塞的結構工藝性分析 932 毛坯的選擇123.2.1 毛坯選擇原則123.2.2 鋁活塞毛坯的選擇1433 定位基準的選擇 15

9、331 工件的定位 15332 基準的概念 18333 定位基準選擇的原則 19334 活塞加工基準的選擇 1934 加工余量的確定 21341 毛坯的加工余量 21342 工序間的加工余量 2235 加工工藝路線的擬定22351 表面加工方法的選擇 22352 加工階段的劃分 25353 工序集中與工序分散 26354 加工順序的安排 2636 工序尺寸及公差確定27361 簡單的工序尺寸 27362 尺寸鏈 28363 活塞加工主要工序尺寸及其公差的確定 3037 加工設備的選擇 32 第二部分 鉆油孔夾具的設計 34第1章 機床夾具概述 3411 機床夾具的定義及分類 34111 機床夾

10、具的定義34112 機床夾具的分類3412 機床夾具的功用和組成 35121 功用35122 組成3613 夾具的設計特點和基本要求37131 夾具設計工作的特點37132 設計的基本要求3714 機床夾具在工藝系統中的地位38第2章 工件的裝夾4021 裝夾的定義4022 工件定位的原理4023 對定位元件的基本要求4024 定位基面和定位基面41241 工件以平面定位時的定位元件 41242 工件以圓孔定位時的定位元件 41243 工件以外圓柱面定位時的定位元件 4225 夾緊裝置的組成和基本要求4226 基本夾緊機構43第3章 夾具的其他裝置4431 對刀裝置44311 對刀裝置的基本結

11、構 44312 對刀裝置尺寸的確定 4432 分度裝置 45321 分度裝置的基本形式 4533 靠模裝置4734 夾具體47341 夾具體的結構形式 47342 夾具體的毛坯類型 47343 夾具體設計的基本要求 48第4章 鉆床夾具設計基礎知識5041 鉆模的結構類型和特點5042 鉆床夾具設計要點 51421 鉆模類型的選擇51422 鉆模板的選擇51423 鉆套的選擇與設計52424 支腳的設計53第5章 活塞機械加工過程中鉆床專用夾具的設計5451 工件加工工藝分析5452 確定夾具的結構方案5453 繪制夾具總裝配圖5654 標注尺寸及技術要求5755 夾具精度分析58結論59致謝

12、60參考文獻61附錄緒論制造業是國民經濟的支柱產業。據統計美國68的財富來源于制造業，日本國民總產值的49是有制造業提供的。中國制造業在工業總產值中也占有40的比例。而機械制造業正是制造業的重中之重。制造技術是使原材料變成產品的技術的總稱，是制造業本身賴以生存的關鍵基礎技術。有人指出，當代的機械制造它已經不是傳統意義上的機械制造，它是集機械、電子、光學、信息科學、材料科學、生物科學、激光學、管理學等最新成就為一體的一個新興技術與新興工業。一些先進的制造技術諸如敏捷制造、綠色制造、并行工程、快速成形技術、虛擬制造等等不斷涌現。認為傳統的機械制造已經退出歷史舞臺，沒有用武之地。然而，機械加工技術各

13、種新的制造技術的基礎。機械加工技術即傳統意義上的機械制造技術。它是以力學、切削理論為主要基礎的一門學科。各種工藝理論包括切削機理的研究，以及機床基本性能（如精度、可靠性、剛度、熱變形、震動、噪聲等）及試驗的研究，是傳統機械制造中的基礎理論研究。現代機械制造技術的發展，無一不是基礎理論和試驗研究的綜合效果。隨著機械制造技術向著高精度、高效率、和高度自動化方向的迅速發展，以及新材料、新刀具與新加工方法的不斷涌現，有關這些基礎理論的研究必將進一步等到重視與加強。工藝是機械產品設計、制造過程中的重要組成部分。研究零件機械加工工藝過程的科學即為機械制造工藝學，是制造工藝的重要組成部分，它是一門綜合性的技

14、術應用科學，是研究制造過程中各種加工過程的規律、合理選擇過程參數和控制這些參數的方法與手段的科學，即研究制造過程的本質、相互聯系和反展規律的科學。由此可見，研究機械加工工藝有其重要的作用和現實意義。隨著科學技術的進步、生產的發展和商品市場的競爭，新產品會不斷出現，產品的品種和規格業越來越多，質量要求也更高。多品種、短周期、小批量生產逐漸占重要地位。為此，設計與制造機械加工過程中重要的工藝裝配夾具是很重要的環節。而且它對于保證加工質量，擴大機床的使用范圍，降低成本等均起著重要作用。由此看出，夾具的設計是具有很大的現實意義。汽車的制造工藝從一定程度上反映一個國家的制造技術水平，而發動機活塞的制造工

15、藝是汽車制造工藝中一個重要的環節。發動機活塞結構復雜、技術要求高、制造精度要求很高，其機械加工工藝規程的制定值得研究，有其重要的意義。現在活塞的加工大多為大批量的生產，故都在專用機床上加工，其工藝過程變得簡單，生產效率也很高。但本設計是針對中小批量的活塞生產而制定的工藝規程，其工藝過程更能體現機械加工的特點。而其鉆夾具的設計也體現了夾具設計的精髓。第一部分 發動機活塞機械加工工藝規程第1章 工藝過程概述及其重要性1.1 工藝過程概述1.1.1 生產過程、工藝過程與工藝規程工廠的生產過程是將原材料或者半成品轉變為成品所進行的全部過程。工廠的生產過程，是一個十分復雜的過程，它不僅包括那些直接作用到

16、生產對象上去的工作，而且也包括許多生產準備工作和生產輔助工作。在工廠的生產過程中，占重要地位的是工藝過程。工藝過程是與改變原材料或者半成品使之成為成品直接有關的過程。工藝過程有鍛壓、鑄造、機械加工、沖壓、焊接、熱處理、表面處理、裝配和試車等。因此，工藝過程可分為機械加工工藝過程、鑄造工藝過程、鍛造工藝過程、焊接工藝過程、熱處理工藝過程、裝配工藝過程等。通常把合理的工藝過程編寫成技術文件（機械加工工藝過程卡片、機械加工工序卡片或機械加工工藝卡片），用于指導生產，這類文件稱為工藝規程。1.1.2 機械加工工藝過程及其組成機械加工工藝過程，是指用機械加工方法逐步改變毛坯的狀態（形狀、尺寸和表面質量）

17、，使之成為合格的零件所進行的全部過程。（1）工序機械加工工藝過程是由一系列工序組成的，毛坯依次通過這些工序而變為成品。工序是工藝過程的基本組成部分，它是指在一個工作地點上，對一個工件（或一組工件）進行加工所進行的連續工作。在組織計劃工作中，工序是工藝過程的基本單元。完成一個工序，常需要進行許多工作，這些工作可分為基本工作（切削）和輔助工作（裝卸工件、開動機床、引進工具和測量工件等）兩部分。在輔助工作中，工件的安裝占有很重要的地位。（2）安裝在同一道工序中，工件可能要安裝幾次。工件在機床上每裝卸一次所完成的那部分工序，稱為安裝。（3）工位在一次安裝中，工件在機床上所占的位置。在這個位置上所完成的

18、那部分工序，稱為工位。工位分單工位和多工位。（4）工步在一次安裝或一個工位中，當加工表面、切削工具、切削速度和進給量都不變的情況下所完成的那部分工序，稱為工步。一個工步有可以分為幾次走刀。（5）走刀走刀是指在一個工步中，切削用量從被加工表面上每切去一層金屬所進行的工作。當工件表面上需要切去的金屬太厚，不可能或不宜一次切下時，就需要分幾次走刀來進行加工。1.1.3 設計工藝過程的基本要求一個零件可以采用不同的工藝過程制造出來，但是，正確與合理的工藝過程，應滿足下列基本要求：（1） 保證產品的質量符合設計圖的技術條件所規定的要求；（2） 保證高的勞動生產率；（3） 保證經濟上的合理性。另外，在設計

19、工藝過程時，必須特別重視改善勞動條件。同時，所設計的工藝過程要能夠保證產品質量的穩定。即工藝過程要能夠可靠的實現圖紙和技術條件所規定的要求。也就是說，產品的質量盡可能不依賴操作者的技藝，而要決定于設備、工藝裝配和工藝方法的完善程度。總之，在設計工藝過程中，要合理解決技術和經濟問題。為了使所設計的工藝過程更為合理，就必須對各種可行的方案進行分析比較。以使工藝過程能全面的符合質量、生產率和經濟性的要求。1.1.4 設計工藝過程的技術依據零件機械加工的工藝過程，取決于零件的要求、產量的大小和現場的生產條件。所以，在設計工藝過程時，必須掌握下列資料作為基本的依據。（1） 零件圖及其技術條件零件圖及其技

20、術條件，時制造的對象，時設計工藝過程的主要技術依據。（2） 生產量 工藝過程必須根據給定的生產量的大小來設計。產品的產量及其勞動量的大小，是影響生產類型的主要因素生產可分為三種類型，即單件生產、成批生產和大量生產。如果生產類型不同，則設計工藝過程的詳細程度也有所不同。單件生產時，一般只設計工藝路線；在成批和大量生產時，才詳細地設計工藝過程。（3） 生產條件 設計工藝過程，可能是在現有工廠的條件下，或者是在新設計的工廠條件下進行。在后一種情況下，可以根據需要和我國當前可能的條件來選擇設備，因而可以采用較為先進的技術。而在前一種情況下，主要應從工廠現有的機床設備出發來設計較為合理的工藝過程，使得現

21、有的設備得到充分利用。新技術、新工藝的發展，新設備的不斷出現，標志著生產工藝水平的不斷提高。因此，為了更好的保證質量、提高勞動生產率并降低生產成本，在設計工藝過程時，要充分注意新技術的引用。1.2 工藝過程的重要性在機械產品的制造過程中，機械加工在總勞動量中占的比重最大，大約為60，而且它是獲得復雜構形和高精度零件的主要手段。今年來，由于科學技術的飛速發展，對產品的精度要求也越來越高。因此，機械加工工藝過程在產品生產的整個工藝過程中，占有重要的地位。先進工藝過程的采用，與發展機械工業的技術水平有非常重大的關系。工藝過程的設計，在生產準備過程中起著決定性的作用。按照規定的工藝過程組織生產，對保證

22、產品的質量和經濟性，并對提高生產率都有十分重要的意義。同時，生產中的各種生產準備工作和生產輔助工作，也都以規定的工藝過程為依據。而且，只有執行規定的工藝過程，才能夠建立起正常的生產秩序。因此，設計正確合理的工藝過程，是一項十分重要的工作。第2章 活塞加工基礎知識 通過對活塞零件圖的審查及其查閱關于活塞的相關資料及標準，對活塞的功用、結構特點、材料選擇及其技術要求等有了初步了解，以便于制定其機械加工工藝規程，現簡要說明如下：2.1 活塞的功用和結構特點活塞是發動機曲柄連桿機構中的一個主要零件。它與活塞環、氣缸套、氣缸蓋構成了工作容積和燃燒室。發動機發動時，燃燒氣體的壓力推動活塞作直線運動，經過活

23、塞銷、連桿帶動曲軸告訴旋轉，以實現將熱能變為機械能的能量轉化，從而輸出動力。在反動機工作過程中，依靠活塞的往復運動，使氣缸工作容積周期性的改變著，從而實現進氣、壓縮、膨脹、排氣的工作循環。要使發動機連續地高效地工作，氣缸內部活塞上邊的空間，必須有良好的密封，這是由活塞及活塞環實現的。活塞在氣缸中往復運動時，要經常保持正常的配合間隙，不“敲缸”（撞擊缸壁）、不“拉缸”（刮傷缸壁）。這就要求活塞具有良好的導向作用。由于可燃氣體在爆炸的瞬間要產生相當高的溫度，同時又產生強大的推力作用于活塞頂部、迫使活塞向下移動，所以活塞是在高溫、高壓下作長時間連續交變負荷的往復運動。圖1是發動機活塞結構示意圖（其零

24、件圖見附圖）。圖示中1為活塞頂面，它承受著高溫高壓氣體的直接作用。3為氣環槽，在氣環槽中裝有氣環，用以密封活塞頂面的燃燒室。4為油環槽，通過油環把飛濺到氣缸套內壁上的多余潤滑油刮掉，并通過油環槽內的回油孔 2 流回油底殼。活塞中間的貫穿孔,稱為活塞銷孔，5為擋圈槽，活塞銷孔6內裝有活塞銷，通過活塞銷將活塞、連桿聯接起來。兩端擋圈槽內裝有彈性擋圈，防止活塞銷的竄動。7和8分別稱為上開襠和下開襠，用于連桿定位。底部的止口9是機械加工的工藝基準，它在發動機工作過程中沒有作用。12、11、10分別稱為頭部外圓、環岸外圓和裙部外圓，其中裙部外圓在活塞工作過程中起導向作用。活塞裙部與缸壁直接接觸，不但要保

25、證活塞良好的導向性能，而且要能承載受缸壁給予的側向壓力。活塞在工作狀態下，沿活塞銷孔的方向會伸長，原因有三：一是作用在活塞頂部的燃氣壓力使頂面在銷座跨度內發生彎曲，導致銷座部位的裙部向外擴張；二是活塞裙部在側向力的作用下壓向缸壁，致使裙部有變扁的趨勢；三是活塞受熱發生膨脹，但因活塞在銷座方向的剛度大，而在垂直于銷座方向上剛度較差，膨脹時互相牽制，剛度大的方向發生膨脹時，有牽動低剛度方向活塞壁反向回縮的趨勢。為了使得活塞工作條件下，保持活塞與缸壁之間具有均勻的間隙，常用下述方法對活塞的變形加以控制和補償。 圖1發動機活塞結構示意圖1活塞頂面 2回油孔 3氣環槽4油環槽 5擋圈槽 6活塞銷孔7上開

26、檔 8下開檔 9止口10裙部外圓 11環岸外圓 12頭部外圓（1） 開絕熱槽在活塞油環槽底部，在活塞銷座的兩側邊開出絕熱槽，減少從活塞頭部傳到裙部的熱量以降低裙部的溫度。（2） 活塞裙部作成橢圓形熱量通過活塞頂部傳到活塞裙部， 溫度升高產生熱變形。再是活塞裙部圓周 上壁厚不均勻，銷孔軸線方向厚，熱膨脹量大；垂直于銷孔方向熱膨脹量小。從而使活塞裙部由于熱變形變成橢圓。如圖2所示。為了能夠補償活塞的熱變形，將活塞作成橢圓形，并使其長軸方向與銷座方向垂直。每100mm缸徑，橢圓的長軸之差約為0.30.5mm。圖1所示活塞之差為0.5mm。 圖 2 活塞工作過程中的變形 a)受力變形 b）熱變形（3）

27、 鑲裝剛片 在鋁合金活塞中鑲入熱膨脹系數壁鋁合金銷的材料，以阻礙活塞的熱膨脹。（4） 沿活塞高度方向對直徑進行補償活塞工作時，頂面與高溫氣體直接接觸，熱量由頭部傳到裙部，頭部溫度高，熱膨脹量大；裙部溫度低熱膨脹量小。為了補償這種 不均勻的熱變形，把活塞頭部的外徑設計得比裙部外徑小，同時活塞裙部也設計成上小下大的錐形，即裙部為一橢圓錐面。通常，活塞裙部的直徑差約為0.0450.075mm。零件圖所示活塞的裙部母線是拋物線，稱為桶面活塞。桶面活塞在熱膨脹后仍呈桶形，在活塞作往復運動時，與缸壁形成雙向油楔，大大改善了裙部的潤滑條件病提高了裙部的承載能力。實踐證明，活塞裙部表面的微觀輪廓對活塞壽命，特

28、別是對抗咬合性有很大的影響。表面粗糙度太小的表面，其抗咬合性反而不好，其凹處可以存儲潤滑油，凸處容易磨合，因而，可以改善活塞的工作性能。為了防止活塞環岸部分與缸壁咬合，可以在環岸部分加工處細小的環槽，從而使得活塞在過熱或者碳渣落入裝配間隙的情況下具有一定的退讓性。高速汽油機的活塞銷孔中心線與裙不中心線不相交，而是向承受膨脹側壓力的一側偏移12mm。零件圖所示活塞偏移量為1mm。為了改善和加速磨合，活塞外表面鍍有一層薄錫。22 活塞的技術要求活塞的裙部外圓、活塞銷孔及環槽都是比較重要的表面。因此，對這些表面要提出比較高的精度喝表面粗糙度要求。另外，為了保證發動機運轉平穩，對裝配在同一發動機上的各

29、活塞的重量差要加以控制。鋁合金活塞的技術條件已有國家標準JB3931-85，對于各部分的尺寸公差，形狀和位置公差以及表面粗糙度均作了詳細規定（附圖1為活塞零件圖及部分技術要求）。（1）裙部外圓 裙部外圓起導向作用，要求與氣缸精密配合，其尺寸公差等級一般為IT6,，對于高速內燃機的活塞甚至要求為IT5。在大批量生產中為了減少機械加工的難度，經常將活塞裙部和氣缸套孔徑的制造公差均放大，裝配時采用分組裝配法，以保證達到要求的間隙。在此，活塞裙部的制造精度為IT6，表面粗糙度為Ra0.4m。并且，活塞裙部直徑差一般為0.0450.075。在此為0.050.075。（2）銷孔 銷孔尺寸精度要求很高，一般

30、在IT6以上，為了減少機械加工的困難，活塞銷孔的加工和活塞銷的裝配也采用分組裝配法。此活塞的銷孔尺寸為28，表面粗糙度為Ra0.1m。其圓柱度公差為4級，公差值為1.5m。活塞銷孔的位置度公差是：1）銷孔的軸心線到頂面的距離（壓縮高）影響氣缸的壓縮比，即影響發動機的效率， 因此必須控制在一定的范圍內，此活塞的這一距離為52.5±0.06mm。2）銷孔軸心線對頂部外圓軸心線的垂直度影響活塞銷、活塞銷孔和連桿的受力情況。垂直度誤差過大將使活塞銷、銷孔和連桿單側受力，導致活塞在氣缸中傾斜，加劇磨損。其垂直度公差規定為6級。3）銷孔軸心線對頭部外圓軸心線的對稱度誤差 也會引起不均勻磨損，此活

31、塞的對稱度為0.20mm。4）兩段銷孔中心線的同軸度公差按相關公差的零公差給出，即銷孔為最大實體尺寸時，同軸度公差為零。5）銷孔中心線裙部中心線的偏移量在圖示活塞中為1mm。以1mm為理論正確尺寸，銷孔中心線的位置度公差為0.1mm。（3）環槽 為了使活塞環能隨氣缸套孔徑大小的變化而自由的脹縮，對圖示活塞環槽作下列規定：1）環槽兩側面對頭部外圓軸心線的垂直度公差等級為9級；2）環槽兩側面對頭部外圓軸心線的圓跳動公差等級為8級；3）環槽寬度尺寸公差等級為IT8；4）環岸的尺寸公差等級為IT9;5) 槽底的尺寸公差等級為IT11;6）環槽兩側面的表面粗糙度為Ra0.8m。（4）活塞質量 了保證發動

32、機的運轉平穩，同一臺發動機的活塞其相互間的質量差不應相差很大，圖示活塞之質量差要求不大于8g。23 活塞的材料由前面分析可知，活塞工作的主要特點是在高溫高壓下作長期的連續變負荷往復運動。為了提高活塞的工作性能和可靠性，其材料必須滿足如下要求：（1）在高溫高壓下具有足夠的強度和剛度；（2）較小的結構質量；（3）良好的耐應性和抗腐蝕性；（4）良好的導熱性，熱膨脹系數小。為了滿足上述要求，在汽油發動機和高速柴油機中活塞的材料一般都選用硅鋁共晶合金。而在低速、高負荷、低級燃料的發動機中有時采用鑄鐵作為活塞材料。鋁合金比鑄鐵具有下列優點：（1）導熱性好，使活塞頂面的溫度降低較快，可以提高發動機的壓縮比，

33、又不至引起混合氣體自燃，因而可以提高發動機的功率；（2）質量小，慣性力小；（3）可切削性好；（4）鑄造性能好。但它也有下述缺點：（1）材料價格較貴；（2）熱膨脹系數大，約為鑄鐵的兩倍；（3）機械強度及耐磨性較差。綜合比較，高速發動機中都用鋁合金作為活塞的材料。目前，國內外廣泛使用的活塞材料為含硅12的共晶硅鋁合金，如ZL82、ZL9等。圖示活塞使用材料代號為ZL8。第3章 活塞加工工藝規程的擬定 通過以上敘述，對活塞的工作條件、結構及其技術要求等都有了初步了解，也給工藝規程的制定作了必要的準備。3.1 活塞的結構工藝性分析鋁合金活塞的特點可以歸納為：結構復雜，內應力大；壁薄剛性差，容易發生徑向

34、變形；精度要求很高；活塞的線膨脹系數大，加工時有較大的熱變形；鋁合金的硬度低，容易產生碰傷；活塞質量有嚴格的要求必須加以控制。下面根據這些特點分析活塞的工藝特點及工藝上應采取的措施：3.1.1 結構復雜,內應力大 由零件圖知，活塞內腔的結構與形狀均較復雜，頂部、頭部及裙部各處的壁厚又相差較多。在毛坯制造過程中勢必產生較大的內應力。因此，在機械加工之前，要安排人工失效處理，以消除內應力。3.1.2 壁薄、剛性差、易變形除了銷座之外，活塞裙部的壁厚均較薄。采用鑄件毛坯時，需要設置冒口，以避免澆不足，冷隔、縮孔等缺陷。活塞的薄壁結構使得活塞裙部極易發生受力變形，引起變形的因素主要是夾緊力及切削力。根

35、據這一特點，在工藝上采用如下相應措施：（1）盡量避免在裙部徑向力夾緊 除非采取特殊措施，否則不應在裙部的徑向施加加緊力，以免裙部產生不均勻變形。一般說來，夾緊力的方向應當平行于活塞的軸心線。由于活塞頂部厚度尺寸相對較大，徑向剛度較高，在第一環岸部位，沿徑向施加夾緊力是可以的。前面已經述及，為了減少從頭部傳導給裙部的熱量，汽油機的活塞油環槽中開有絕熱槽；為了使裙部具有一定的彈性；由于這些槽的存在，加之裙部壁厚較薄，活塞的徑向剛度很小，徑向夾緊裙部時，容易產生較大的變形，影響加工精度。因而，活塞下部設有止口。以止口內孔與端面定位時，可在銷孔、銷座上部的凹坑處或者頂面施加軸向夾緊力。也可以在活塞毛坯

36、頂面設置工藝凸臺，利用止口處的錐面和凸臺上的中心孔定位并實現軸向夾緊。采用這些措施，都可以避免因徑向剛度差而產生的夾緊變形，為保證加工精度創造了必要的條件。特別的，在鉆孔工序時，由于孔徑很小，受力不是很大，且有開檔處有銷子撐著，加上輕微的變形可以在后續工序中消除，故可以利用三爪卡盤夾緊裙部。（2）控制切削力的大小加工過程中的切削力會造成活塞裙部的徑向變形，在安排加工工藝過程時，應當從選擇適當的加工方法及合理的切削用量兩方面來加以控制，特別對于各精加工工序更應仔細權衡。活塞銷孔的加工采用單刃粗鏜半精鏜精鏜工藝就比采用多刃的擴孔、絞孔工藝要好。又例如，橢圓裙部精加工時，采用單刃細車就比切入磨削要哈

37、。為了控制切削力的大小，還必須控制加工時的切削深度a及進給量f，必要時還可以用增加走刀次數以減少切削深度，從而控制切削力的大小。3.1.3 鋁合金活塞的線膨脹系數大鋁合金活塞的線膨脹系數比黑色金屬大一倍，一次在加工過程中和檢驗過程中溫度變化會造成明顯的尺寸變化。由于活塞裙部厚度部均勻，溫度變化也將造成裙部幾何形狀的變化，因而給加工增加了一定的難度。例如，直徑為100mm的鋁合金活塞，實際測量其直徑隨溫度的變化量可知：當溫度提高1時，活塞直徑約增大0.00085mm。為了控制活塞加工時的熱膨脹，在活塞加工中特別時最終精加工中應采用措施控制活塞溫度。控制措施大概有兩個方面：一是控制精加工的切削用量

38、以減少切削熱；二是保證冷卻效果以控制活塞的溫度。3.1.4 活塞精度要求高 活塞裙部外圓及銷孔的尺寸精度要求極高，如汽車鋁活塞的裙部尺寸，按裝配要求，其公差等級為IT4IT6。零件圖所示活塞的裙部直徑公差值為0.01mm，其公差等級為IT4。活塞銷孔的直徑公差要求甚至更高。零件圖所示活塞的銷孔直徑公差，按裝配要求應為0.0025。這樣高的要求，要保證加工精度是極其困難的。為了保證活塞能達到裝配尺寸要求而又部不至于過多增加活塞的加工成本，活塞加工工藝過程中將銷孔直徑及裙部直徑公差放大到經濟精度的范圍內，精加工完成后進行精密測量將活塞按尺寸分組以便進行分組裝配。活塞零件圖上標注的銷孔直徑及裙部直徑

39、公差是放大后的公差，裙部尺寸公差已經放大到IT8IT9；銷孔尺寸公差已經放大到IT5IT6。3.1.5 鋁合金材料硬度低鋁合金質地較軟，很容易碰傷而形成傷痕，使得已經加工的精密表面受到損害。因而活塞外表面精加工后不能任意堆放，工序間運輸過程中必須單個存放，一般應當用木質材料分隔。3.1.6 活塞質量有嚴格要求 每一臺汽車發動機的活塞，質量差應不大于±4g。為了準確控制活塞質量，首先要控制活塞頂面的壁厚，為此，在加工活塞止口時，必須以活塞頂部內表面作度量基準。其次，在活塞各表面精加工以后，用下述方法之一來控制活塞的質量:一是逐一稱量活塞的質量，對不符合質量要求的活塞，在裙部止口的內圓柱

40、表面上切除一部分金屬；二是稱量以后，按活塞質量大小進行分組，使得同一組的活塞質量差滿足±4g的要求。 3.2 毛坯的選擇查閱【1】喬世民主編、高等教育出版社出版的機械制造基礎第五章，第二節可知毛坯的選擇原則，現將原文抄錄如下：321 毛坯選擇原則5.2 毛坯選擇的原則5.2.1 滿足材料的工藝性能要求零件材料的選擇與毛坯的選擇關系密切，零件材料的工藝性能直接影響著毛坯生產方法的選擇。按加工工藝方法的不同，金屬材料可分為鑄造合金和壓力加工合金兩大類。各種材料與毛坯生產方法的關系見表 5.2.1。根據表 5.2.1可以粗略地估計各種材料所能適應的毛坯生產方法和各種方法所能適應的材料。例如

41、，碳素鋼主要適應鍛造生產，但有些碳素鋼也具有較好的鑄造性能。這時就要在保證滿足力學性能要求的前提下，根據材料工藝性能的好壞來作出選擇。應當指出，鑄鐵、鑄鋁等鑄造合金焊接性一般都較差，因此，在采用“鑄焊”方法生產毛坯時，主要是利用各種鑄鋼。5.2.2 滿足零件的使用要求機械產品都是由若干零件組成的，保證零件的使用要求是保證產品使用要求的基礎。因此，毛坯選擇首先必須保證滿足零件的使用性能要求。零件的使用要求主要包括零件的工作條件（通常指零件的受力情況、工作環境和接觸介質等）對零件結構形狀和尺寸的要求，以及對零件性能的要求。1.結構形狀和尺寸的要求機械零件由于使用功能的不同，其結構形狀和尺寸往往差異

42、較大，各種毛坯制造方法對零件結構形狀和尺寸的適應能力也不相同。所以，選擇毛坯時，應認真分析零件的結構形狀和尺寸特點，選擇與之相適應的毛坯制造方法。對于結構形狀復雜的中小型零件，為使毛坯形狀與零件較為接近，應選擇鑄件毛坯。為滿足結構形狀復雜的要求，可根據其他方面的要求選擇砂型鑄造、金屬型鑄造或熔模鑄造等；對于結構形狀很復雜且輪廓尺寸不大的零件，宜選擇熔模鑄造。對于結構形狀較為復雜，且抗沖擊能力、抗疲勞強度要求較高的中小型零件，宜選擇模鍛件毛坯；對于那些結構形狀相當復雜且輪廓尺寸又較大的大型零件，宜選擇組合毛坯。2.力學性能的要求對于力學性能要求較高，特別是工作時要承受沖擊和交變載荷的零件，為了提

43、高抗沖擊和抗疲勞破壞的能力，一般應選擇鍛造毛坯，如機床、汽車的傳動軸和齒輪等；對于由于其他方面原因需采用鑄件，但又要求零件的金相組織致密、承載能力較強的零件，應選擇相應的能滿足要求的鑄造方法，如壓力鑄造、金屬型鑄造和離心鑄造等。3.表面質量的要求為降低生產成本，現代機械產品上的某些非配合表面有盡量不加工的趨勢，即實現少、無切削加工。為保證這類表面的外觀質量，對于尺寸較小的非鐵金屬件，宜選擇金屬型鑄造、壓力鑄造或精密模鍛；對于尺寸較小的鋼鐵件，則宜選擇熔模鑄造（鑄鋼件）或精密模鍛（結構鋼件）。4.其他方面的要求對于具有某些特殊要求的零件，必須結合毛坯材料和生產方法來滿足這些要求。例如，某些有耐壓

44、要求的套筒零件，要求零件金相組織致密，不能有氣孔、砂眼等缺陷。如果零件選材為鋼材，則宜選擇型材（如液壓油缸常采用無縫鋼管）；如果零件選材為鑄鐵，則宜選擇離心鑄造（如內燃機的汽缸套，其材料為 QT 600-2，毛坯即為離心鑄造鑄件），對于在自動機床上進行加工的中小型零件，由于要求毛坯精度較高，故宜采用冷拉型材，如微型軸承的內、外圈是在自動車床上加工的，其毛坯采用冷拉圓鋼。5.2.3 滿足降低生產成本的要求要降低毛坯的生產成本，在選擇毛坯時，必須認真分析零件的使用要求及所用材料的價格、結構工藝性、生產批量的大小等各方面情況。首先，應根據零件的選材和使用要求確定毛坯的類別，再根據零件的結構形狀、尺寸

45、大小和毛坯生產的結構工藝性及生產批量大小確定具體的制造方法，必要時還可按有關程序對原設計提出修改意見，以利于降低毛坯生產成本。1.生產批量較小時的毛坯選擇生產批量較小時，毛坯生產的生產率不是主要問題，材料利用率的矛盾也不太突出，這時應主要考慮的是減少設備、模具等方面的投資，即使用價格比較便宜的設備和模具，以降低生產成本。如使用型材、砂型鑄造件、自由鍛件、胎模鍛件、焊接結構件等作為毛坯。2.生產批量較大時的毛坯選擇生產批量較大時，提高生產率和材料的利用率，降低廢品率，對降低毛坯的單件生產成本將具有明顯的經濟意義。因此，應采用比較先進的毛坯制造方法來生產毛坯。盡管此時的設備造價昂貴、投資費用高，但

46、分攤到單個毛坯上的成本是較低的，并由于工時消耗、材料消耗及后續加工費用的減少和毛坯廢品率的降低，從而有效地降低毛坯生產成本。5.2.4 符合生產條件為兼顧零件的使用要求和生產成本兩方面的原則，在選擇毛坯時還必須與本企業的具體生產條件相結合。當對外訂貨的價格低于本企業生產成本，且又能滿足交貨期要求時，應當向外訂貨，以降低成本。考慮生產條件要認真分析以下三方面的情況：)當代毛坯生產的先進技術與發展趨勢，在不脫離我國國情及本廠實際的前提下，盡量采用比較先進的毛坯生產技術；+產品的使用性能和成本方面對毛坯生產的要求；,本廠現有毛坯生產能力狀況，包括生產設備、技術力量（含工程技術人員和技術工人）、廠房等

47、方面的情況。總之，毛坯選擇應在保證毛坯質量的前提下，力求選用高效、低成本、制造周期短的毛坯生產方法。選擇毛坯制造方法的順序見表 5.2.2。首先由設計人員提出毛坯材料和加工后要達到的質量要求。然后，再由工藝人員根據零件圖、生產批量或一定時間內的數量，并綜合考慮交貨期限及現有可利用的設備、人員和技術水平，選定合適的毛坯制造方法，以便在保證產品質量的前提下，獲得最好的經濟效益。322 活塞毛坯選擇根據以上原則，可對鋁活塞毛坯進行選擇：鋁活塞毛坯一般都采用金屬模鑄造。鑄件的尺寸與形狀準確，壁厚均勻，表面光潔，無粘砂等缺陷，加工余量小，材料利用率高。總的看來，鑄造鋁合金活塞成本較低。雖然金屬模鑄造的毛

48、坯有較高的精度，但因鋁合金收縮率大，凝固時間長，容易吸收氣體，因而容易產生熱裂、氣孔、針孔及縮松等缺陷。為了克服鑄造缺陷，可以采用壓鑄法鑄造。圖示活塞毛坯采用低壓鑄造工藝鑄造。鋁合金活塞在機械加工前要切去澆冒口，并淬火、時效處理：將活塞加熱至180200，保溫68h后，自然冷卻至室溫。這樣可以提高物理、力學性能并改善切削條件；也可以消除因冷卻不均勻產生的內應力，并提高活塞強度和硬度。 為了提高活塞耐磨性與耐腐蝕性，要進行化學處理，在活塞表面生成一層氧化膜，在活塞裙部鍍上一層厚0.020.04的錫膜，以延長使用壽命。 圖3為活塞的毛坯簡圖： 圖 3 毛坯簡圖3.3 定位基準的選擇3.3.1 工件

49、的定位在機床上加工工件時，必須使工件在機床或夾具上處于某一正確位置，這過程稱為定位。為了使工件在切削力的作用下仍能保持其正確位置，工件定位之后還需要夾緊、夾牢，這一過程稱為夾緊。所以，工件在機床（或夾具）上的安裝一般經過定位和夾緊兩個過程。（1） 工件的定位原理不受任何約束的物體，在空間具有6個自由度，即沿3個互相垂直的坐標軸的移動（用表示）和繞這3個坐標軸的轉動（用表示）,如圖4所示。因此，要使物體在空間具有確定的位置（即定位）就必須約束這6個自由度。在機床上要確定工件的正確位置,同樣要限制工件的6個自由度。一般情況下，是用支承點來限制工件的自由度，一個支承點限制工件的一個自由度，要限制工件

50、上的6個自由度，最少需要6個支承點，而且必須按一定的規律分布。工件的定位原理是指用按照一定的規律分布在3個相互垂直表面內的6個支承點來限制工件上的6個自由度。由于采用6個支承點，所以也稱“六點定則”。如圖5所示XOY平面上的3個支承點限制和 3個自由度；XOZ平面上的兩個支承點限制 和 兩個自由度；YOZ 平面上的1個支承點限制 1個自由度。 圖 4 物體的六個自由度 圖 5 六點定位原理簡圖（2） 六點定則的應用工件在夾具上定位時，并非在任何情況下都必須限制6個自由度，究竟哪幾個自由度需要限制，主要取決于工件的技術要求、結構尺寸和加工方法等。1）完全定位：工件上的6個自由度全部被限制的定位稱

51、為完全定位。如圖6和圖7所示：圖6為銑槽零件，圖7為其完全定位 圖6 銑槽零件 圖 7 完全定位2）不完全定位：工件上的6個自由度沒有被全部限制的定位稱為不完全定位。如圖8和圖9所示 圖 8 銑臺階零件 圖 9 不完全定位 3）欠定位：應該限制的自由度，定位時未被限制的定位稱為欠定位（定位不足）。在存在欠定位時，有些自由度應該限制而未被限制，這樣就不能保證尺寸。因此，欠定位在加工過程中是不允許出現的。4）過定位：有1個或1個以上的自由度被重復限制了兩次或兩次以上的定位稱為過定位（或超定位）。過定位一般情況下不允許采用。3.3.2 基準的概念在零件或部件的設計、制造和裝配過程中，必須根據一些點、

52、線或面來確定另一些點、線或面的位置，這些作為根據的點、線或面稱為基準。基準按其作用可分為設計基準和工藝基準。（1） 設計基準在零件圖上用以標注尺寸和表面相互位置關系時所用的基準（點、線或面）稱為設計基準。（2） 工藝基準在制造零件和裝配機器的過程中所使用的基準稱為工藝基準。按用途不同，工藝基準又分為定位基準、測量基準和裝配基準三種。1）定位基準：在機械加工中用來確定工件在機床或夾具上正確位置的基準（點、線或面）稱為定位基準。要說明的是，工件上作為定位基準的點、線和面，通常是由具體的表面來體現的。因此，定位基準可稱為定位基面。2）測量基準：檢驗已加工表面的尺寸及位置精度時所使用的基準稱為度量基準。3)裝配基準：裝配時用以確定零件或部件在機器中位置的基準稱為裝配基 準。3.3.3 定位基準選擇的