第6章 活塞的加工工艺分析及夹具设计

活塞的机械加工工艺过程
6.4.2 环槽的加工
• 在技术条件中对环槽侧面的垂直度、圆跳动 ，粗糙度和槽宽的尺寸精度都有较高的要求 ，环槽加工是活塞加工中重要工序之一。 • 精切环槽的加工示意图如图6.7所示。环槽 的宽度决定于切槽刀宽度；槽间的距离决定 于夹板厚度。 • 切槽刀的形状如图6.8所示，为了保证槽宽 的尺寸精度，必须将切槽刀的宽度偏差严格 控制在0.005mm以内。为了保证槽间距离， 切槽刀和夹板两侧面都在平面磨床上磨到粗 糙度Ra≤0.63μm，使两侧面互相平行，且 夹板的厚度偏差限制在0.01mm以内。
6.4.5 活塞的检验
• 为了保证活塞达到规定的技术条件，必须在加工中及加工完 毕后进行技术检查。最后检查的项目有：
(1)检查外观和表面粗糙度； (2)检查活塞销孔的尺寸及形状偏差； (3)检查裙部的椭圆度和锥度，按裙部椭圆的长轴分组； (4)检查环槽宽度、底径、环槽侧面的垂直度和圆跳动； (5)检查销孔轴心线对裙部轴心线的垂直度和对称度，销孔轴心线到顶面 的距离； (6)称活塞的重量，并按重量分组。
典型零件工艺设计
第6章 活塞的加工工艺分析及夹具设计
【本章学习目标】
了解活塞的结构特点、材料及技术要求； 掌握活塞加工的工艺特点，活塞加工工艺规程制订； 理解活塞加工的夹具设计特点。
6.1 活塞的工作条件及结构特点
6.1.1 活塞主要结构 • 图6.1表示一个铝活塞。基本结构是由活塞的顶面、环槽、油环 槽的小孔、活塞头部、活塞裙部、锁环槽、活塞销孔及止口组成
• 但是，总的说来，铝合金的优点超过缺点，所以在高速内燃机中都用它。铝 合金毛坯采用金属模浇铸。毛坯的精度较高，活塞销孔也能铸造出，因此机 械加工余量可以相应地减少。铝合金毛坯在机械加工前要切去浇冒口，并进 行时效处理，消除铸造时因冷却不均匀而产生的内应力。时效处理是将活塞 加热至180～200℃，保温6～8小时后，自然冷却。活塞经过时效处理后还能 增加强度和硬度。
• 在汽油发动机和高速柴油机中，为了减少往复直线运动部分的惯性作用，都 采用了铜硅铝合金作为活塞材料。它的化学成分是：Si4-6%；Cu5-8%； Mg0.2-0.5%；Fe≤1%；其余是Al。在低速、重负荷、低级燃料的发动机中， 有时用铸铁作为活塞材料。在汽车拖拉机工业中很少用铸铁活塞。
• 铜硅铝合金比铸铁具有下列优点： （1）导热性好，使活塞顶面的温度降低较快，可以提高发动机的压缩比，又不至于 引起混合气体自然，因而可以提高发动机的功率； （2）重量轻，惯性力小； （3）可切削性好； （4）可以得到精确的毛柸。 • 但它也有一些缺点: （1）材料价格比较贵； （2）热膨胀系数大，约为铸铁（机体和汽缸套的材料）的两倍； （3）机械强度及耐磨性较差。

（1）活塞环槽平面母线对裙部轴线垂直度要求。 （2）活塞环槽平面对裙部轴线圆跳动不大于0.05mm。 （3）活塞环槽底径对裙部轴线圆跳动不大于0.15mm。 （4）活塞环槽上下面平面的粗糙度Ra≤0.63μm （5）为了保证发动机运转平稳，同一发动机各活塞的重量不应 相差很大。
6.3 活塞的材料及毛坯制造
6.1.2 活塞工作过程中的受力变形
• 活塞在工作过程中将产生受力变形和热变形。
6.2 活塞主要技术条件分析
6.2.1 活塞的尺寸要求 活塞头部外圆直径公差为0.08mm。 裙部外圆一般要求公差等级IT6，对于高速内燃机的活塞甚至要求公差等级 IT5。 裙部外圆粗糙度Ra=1~5μm。 6.2.2 活塞销孔的位置公差要求 销孔轴心线到顶面的距离影响气缸的压缩比，即影响发动机的效率。 销孔轴心线对裙部轴心线的垂直度影响活塞销、销孔和连杆的受力情况。 销孔轴心线对裙部轴心线的对称度误差也会引起不均匀磨损。 6.2.3 活塞环槽的要求
• 活塞最后检查中几个主要技术条件的检验方法:
裙部直径和椭圆度的测量 销孔轴心线与裙部轴心线的对称度的测量 销孔轴心线对裙部轴心线的垂直度的测量
铝活塞的机械加工工艺过程
采用止口和端面作基准虽然增加了加工工时 和设备，但它有利于保证加工质量 。
6.4.3 裙部外圆的精加工
• 对于裙部为椭圆的铝活塞。裙部外圆的精加工可以是精车也 可以是磨削。无论是精车还是磨削，要得到椭圆形的表面， 都需要使工件相对于刀具有一个附加的往复运动。
6.4.4 活塞销孔的加工
• 铝活塞的毛坯一 般都铸出锥形销 孔(便于拔模)。 由于销孔是许多 工序施加加紧力 的部位的工序夹紧力 能较匀地分布， 而不至于压坏销 孔所在的搭子。
6.4 铝活塞的工艺过程及夹具分析
6.4.1 定位基面的选择和加工 • 活塞是一个薄壁零件，在外力作用下很容易产生变形。活塞主要表面的尺寸 精度和位置精度的要求都很高，因此希望以一个统一基面定位来加工这些要 求高的表面。目前生产活塞的工厂大多采用止口和端面作为统一基准；在精 加工时，精车外圆和精磨外圆两工序中用止口处的锥面和顶面上的中心孔定 位，其余工序都采用止口和端面定位。 采用止口和端面（或锥面和中心孔）作为基面有以下优点： • (1)用这种定位方法可以加工裙部、头部、顶面、销孔等主要表面及其它次要 表面。 • (2)活塞裙部在半径方向的刚性差，利用止口和端面(或锥面和中心孔)定位可 以沿活塞轴向夹紧，就不致引起严重的变形，从而可以进行多刀切削。 当然采用这种定位方法也有其不足之处。 • (1)要加工一些本来不需加工的表面，而且这些表面精度要求较高，需要经过 两次加工。 • (2)在活塞技术要求中，环槽等的位置精度是对裙部外圆的轴心线而言的。