发布时间 : 星期一 文章活塞的工艺规程及工装毕业设计更新完毕开始阅读9a0aa961b52acfc788ebc92b
图2-1所示为活塞的一般结构
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图 2-1 活塞结构
1) 顶面 它承受气体的压力和高温。本此研究的活塞顶面呈凹面，这是由于燃烧室的需要和为了换气时引导气体的流动方向。
2) 环槽 位于活塞头部，分为气环槽和油环槽。在气环槽中放置活塞环，使活塞头部与汽缸部接触，并使燃烧室密封，防止漏气。油环槽中放置的油环，将汽缸壁上多余的润滑油刮去，使之不进入燃烧室。
3) 油孔 使刮下的润滑油流回活塞内腔。
4) 裙部 它起导向作用。活塞工作时受到高温气体作用产生热膨胀，如图2-2所示。由于裙部圆周上厚度不均匀，销孔座处厚，膨胀量大。同时，越靠近顶部温度越高，膨胀量也越大。因此，为了补偿热变形，将裙部设计成椭圆形，椭圆长轴垂直于销孔轴心线，长短直径之差有一定要求，同时裙部应有锥度，大端在下方。活塞与汽缸壁之间应保证有0.05～0.4mm的间隙。这样活塞在工作时受热膨胀后能有比较均匀的间隙，而不致使摩擦增大，磨损加快，保证活塞正常工作。
图 2-2 活塞的热变形
5) 销孔 装活塞销用，并由装在锁环槽中的弹簧挡圈防止活塞销轴向移动。为了使活塞销磨损均匀，采用“浮动”设计，使活塞销在工作条件下（即在销孔和销均发生热膨胀之后）能在销孔和连杆小头的孔中自由转动。
6) 止口 包括止口内圆、锥面及端面，是活塞加工的统一基准面。从活塞的工作性能上看，对它并没有要求。
2.2 活塞的主要技术要求
1) 尺寸精度和光洁度
(1) 活塞销与销孔的配合精度要求高，如果采用完全互换法进行装配，则销子和销孔的尺寸公差都应很小，比IT6级精度还要高。因此采用分组选配的方法，将销子和销孔的制造公差都放大到经济加工精度，然后按实际尺寸进行分组选配，这样使零件制造容易而又能达到很高的装配精度。本次研究的活塞销孔的制造尺寸为
0.014，粗糙度为Ra0.4。 φ18??0.006(2) 活塞裙部外圆与汽缸的配合精度要求也很高，其尺寸精度通常为IT7级，高速发动机活塞的裙部要求为IT6级。为了减小机械加工的困难，也采用分组选配法，将活塞裙部直径和汽缸直径都放大3倍，各分三组装配，以保证达到原设计的
0.01间隙要求。本次研究的活塞裙部外圆直径（长轴）的制造尺寸为φ71?，粗糙度?0.03为Ra1.6。
(3) 环槽应保证活塞环能随汽缸套孔径大小的变化而自由地胀缩。其宽度公差约为IT8级精度，粗糙度为Ra6.3。
(4) 销孔轴心线到底面的距离是29.5?0.05mm，主要考虑影响发动机工作时的压缩比。
(5) 活塞槽部外圆不与汽缸接触，直径公差取为IT9级精度，粗糙度为Ra6.3。 2) 几何形状精度
(1) 销孔椭圆度和素线平行度不超过1.5um。 (2) 裙部要求为椭圆，长轴在销孔垂直方向。
(3) 裙部外圆为锥体，大端在下方。椭圆度和锥度公差在其分组尺寸的公差范围内。
3) 相互位置精度
(1) 销孔轴心线对裙部外圆的对称度误差将引起汽缸不均匀磨损，一般当活塞直径小于100mm时为0.1mm，活塞直径大于100mm时为0.15mm。由于本次研究的活塞的直径为φ71mm，所以销孔轴心线对裙部外圆的对称度误差为0.1mm。
(2) 销孔轴心线对裙部外圆轴心线的垂直度误差使活塞在汽缸内偏斜，运动时产生倾侧力，加剧了磨损。本次研究的活塞规定这一垂直度公差为0.07mm。
(3) 环槽两侧面应垂直于裙部外圆轴心线，两侧面对裙部中心线的跳动量为0.05mm。
4) 活塞的重量差
为了保证发动机运转平稳，同一发动机各个活塞的重量相差不应很大，本次研究的活塞的重量为176?2g 。因此活塞还应按重量分组装配。 2.3 活塞工艺设计的意义
活塞是发动机的重要部件之一，它与活塞环、气缸套、气缸盖构成了工作容积和燃烧室。它承受燃气作用力并把它传递给连杆，也通过活塞顶部接受的热量通过气缸壁传入冷却介质中。它还可以密封气缸以防燃气泄漏及润滑油窜入燃烧室
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。活塞也是发动机中工作条件最恶劣的关键零部件之一，它是在高温、高压、高
速、润滑不良的条件下作长时间连续变负荷的往复运动的。一般车用柴油机中，燃烧室的瞬时温度可达2000℃左右。活塞还受100公斤/厘米左右的燃气压力，或八百倍于重力的惯性力作用。活塞环槽特别是第一环槽，对活塞的寿命影响很大。因为机械磨损是活塞在正常工作中主要损坏形式。销孔是交变应力高度集中的部位之一，易产生开裂和磨损，影响工作性能和使用寿命，必须提高销孔尺寸精度。而活塞的外形也会在复杂的机械负荷和热负荷的作用下变形膨胀。
此外，由于活塞在工作过程中受到高温高压的作用，所以必须产生热形和
受力变形。活塞的顶面受到汽缸内气体压力的作用，产生弹性变形。由于活塞裙部在圆周方向刚性不同，在活塞销轴线方向的弹性变形量比垂直于该方向的弹性变形量大，使活塞裙部在受力后变成椭圆。另一方面，活塞顶面与高温气体接触，致使销座部位的裙部向外扩张。热量通过活塞顶部传到活塞裙部，温度升高产生热变形。再是活塞裙部圆周上壁厚不均匀，销孔轴线方向厚，热膨胀量大，垂直销孔方向热
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膨胀量小，从而使活塞裙部由于热变形变成椭圆。
所以无论是受力变形还是热变形，都使原来的圆柱形的裙部变成椭圆形，
椭圆的长轴在活塞销孔的轴线方向。这样必然使活塞与汽缸壁间的间隙不均匀甚至消失，以至于发生剧烈磨损甚至咬死。为了补偿上述变形，把活塞裙部设计制造成椭圆形，椭圆的长轴在垂直于活塞销孔轴心线的方向上，椭圆度的大小随活塞的型号而不同。
活塞工作时，顶面与高温气体直接接触，热量由头部传到裙部，头部温度高，热膨胀量大，裙部温度低，热膨胀量小。为了补偿这种部均匀的热变形，把活塞头部的外径设计得比裙部外径小，同时活塞裙部也设计成中间大，上下两端小的腰鼓形，以保证其具有良好的导向性。
由上可知，由于活塞长期在高温高压的环境下工作，承受高温及机械交变负荷，在发动机各零部件中，活塞的损伤率远远大于其它部件[6]。活塞出现的故障约占整个柴油机故障半数以上，仅从其直接经济效益来讲，活塞的价格在整台发动机中所占比例仅为1.5%左右，如果活塞出现相应损坏，严重时将导致整台发动机报废，仅从发动机方面直接损失数万元。因此，活塞在发动机中的重要性和工作环境的恶劣性决定了活塞制造工艺的重要性[7]。 2.4 活塞工艺的难点
活塞主要表面尺寸及各表面间的相互位置精度要求较高，在加工后还要求保证活塞裙部及活塞顶的壁厚均匀。上述特点与要求，使得活塞机械加工比较困难，其加工工艺特点主要有以下方面：
1) 活塞壁薄，径向刚度差，若按一般回转体零件加工，在夹紧力和切削力影响下很容易变形，所以在制订工艺及选择设备时，应同时注意夹压点及夹具的选用。
2) 活塞加工表面较多，不仅各加工面尺寸要求较高而且相互位置精度要求较高。因此，在考虑工艺时，应正确选择定位基面以减小因定位基准变换而引起的加工误差[8]。
3) 活塞销孔精度要求很高，粗糙度要求很小，故一般采用镗削加工。 4) 由于活塞壁薄，刚性差，为防止切削力过大而引起变形，在加工时，进刀量要小，切削速度要大，同时，重要表面（销孔、裙部外圆）的精加工要放在最后进行
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