材科专业活塞销课程设计

专业课程设计任务书

学生姓名： XXXX 班级：材科102

设计题目：活塞销冷挤压模具材料的选择及工艺设计

设计内容：

1、根据零件工作原理，服役条件，提出机械性能要求和技术要求。

2、选材，并分析选材依据。

3、制订零件加工工艺路线，分析各热加工工序的作用。

4、制订热处理工艺卡，画出热处理工艺曲线，对各种热处理工艺进行分析，并

分析所得到的组织，说明组织及性能的检测方法与使用的仪器设备。

5、分析热处理过程中可能产生的缺陷及补救措施。

6、分析零件在使用过程中可能出现的失效方式及修复措施。

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目录

0前言 (3)

1活塞销冷挤压模具工作条件及性能要求 (4)

1.1活塞销冷挤压模具工作条件 (4)

1.2冷挤压模具的性能要求 (4)

1.2.1冷挤压模具的机械性能要求 (4)

1.2.2冷挤压模具的技术性能要求 (5)

2.活塞销冷挤压模具材料及选用方法 (6)

2.1活塞销冷挤压模具材料的要求 (6)

2.2活塞销冷挤压模具常用材料及选择 (6)

3活塞销冷挤压模具热处理工艺制定及分析 (9)

3.1活塞销冷挤压模具的加工工艺路线 (9)

3.2锻造 (9)

3.320C r M n T i热处理 (9)

3.3.120C r M n T i退火（预处理） (9)

3.3.2 20CrMnTi工艺（渗碳及回火淬火等工艺） (10)

4活塞销热处理过程中可能出现的缺陷及预防措施 (12)

5活塞销在使用过程中可能出现的失效方式 (13)

6提高活塞销冷挤压模具寿命的途径 (16)

7心得体会 (18)

8参考文献 (19)

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0前言

活塞销（英文名称：Piston Pin)是装在活塞裙部的圆柱形销子，它的中部穿过连杆小头孔，用来连接活塞和连杆，把活塞承受的气体作用力传给连杆。为了减轻重量，活塞销一般用优质合金钢制造，并作成空心。活塞销用来连接活塞和连杆，并将活塞承受的力传给连杆或相反。活塞销在高温条件下承受很大的周期性冲击负荷，且由于活塞销在销孔内摆动角度不大，难以形成润滑油膜，因此润滑条件较差。为此活塞销必须有足够的刚度、强度和耐磨性，质量尽可能小，销与销孔应该有适当的配合间隙和良好的表面质量。在一般情况下，活塞销的刚度尤为重要，如果活塞销发生弯曲变形，可能使活塞销座损坏.。活塞销孔是活塞推动点的回转部位，它是直线运动与旋转运动的交换点。通过它将活塞与连杆小头组合起来，将直线运动转换为圆周运动。由此可见，销孔在活塞连杆机构中十分重要。它的正常与否关系到活塞在气缸内能否耐久运行。在更新活塞时应注意以下要求，才能保障活塞销孔及销在发动机里起到应有的作用。绞削全浮式活塞销孔时应保证两孔的同心度，两孔的偏摆和不同心度应控制在0.015毫米之内。销与孔的间隙应在冷态时不可转动，在热态时(水沸点)可转动。销与孔的接触面应在800/0以上，要光洁、平整。这样就可避免活塞销敲击装配。销与孔靠合面不良会加速磨损，造成活塞销异响。两孔不同心而摆差较大者，不但活塞销与孔磨损加速，而且活塞与气缸壁磨损增加。如果销与孔过紧，就会产生活塞粘缸，导致气缸拉缸。如果活塞销孔长期松旷不加纠正，那就会导致销磨断卡簧，出现活塞销拉缸的严重故障。活塞销是一种细长和空心的零件，若采用切削加工方法制造，将耗费大量的金属新材料和工时。为了提高材料利用率和生产效率，采用了先进的冷挤压新工艺。采用这种工艺，能使金属的纤维组织在强压力作用下不被破坏，并使金属产生适宜的塑形流动，形成所需要的形状，达到少无切削的目的。此外，冷挤压模具寿命较高，零件质量稳定，故采用冷挤压生产活塞销是既经济又合理的先进加工方法。

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1活塞销冷挤压模具工作条件及性能要求

1.1活塞销冷挤压模具工作条件

冷挤压是在常温下对金属材料进行塑性变形，其单位挤压力相当大，同时由于金属材料的激烈流动所产生的热效应可使模具工作部分温度高达200℃以上，加上剧烈的磨损和反复作用的载荷，模具的工作条件相当恶劣。活塞的工作条件十分恶劣。活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。活塞直接与高温气体接触，瞬时温度可达2500K以上，因此，受热严重，而散热条件又很差，所以活塞工作时温度很高，顶部高达600～700K，且温度分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很大，特别是作功行程压力最大，汽油机高达3～

5MPa，柴油机高达6～9MPa，这就使得活塞产生冲击，并承受侧压力的作用；

活塞在气缸内以很高的速度(8～12m/s)往复运动，且速度在不断地变化，这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。活塞在这种恶劣的条件下工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。它要承受高温（最高达2500℃以上）、高压（大气压力的40～60倍）、高速（12～20 m/s）、周期性冲击及化学腐蚀。例如一个直径90 mm 的活塞，大约要承受3吨的压力，可见活塞确实是重担在肩。为了减轻重量和惯性力，活塞一般用铝合金铸造，有些赛车的活塞采用锻造，结实耐用。

1.2冷挤压模具的性能要求

1.2.1冷挤压模具的机械性能要求

(1)模具应有足够的强度和刚度，要在冷热交变应力下正常工作；

(2)模具工作部分零件材料应具有高强度、高硬度、高耐磨性，并有一定的韧性；

(3)凸、凹模几何形状应合理，过渡处尽量用较大的光滑圆弧过渡，避免应力集中；

(4)模具易损部分更换方便，对不同的挤压零件要有互换性和通用性；

(5)为提高模具工作部分强度，凹模一般采用预应力组合凹模，凸模有时也采用组合凸模；

(6)模具工作部分零件与上下模板之间一定要设置厚实的淬硬压力垫板，以扩大承压面积，减小上下模板的单位压力，防止压坏上下模板；

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