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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
專(zhuān)業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí) 機(jī)械051 姓名 湯啟峰 下發(fā)日期 2009-3-10
題目
180C柴油機(jī)活塞加工工藝設(shè)計(jì)
專(zhuān)題
180C柴油機(jī)活塞加工工藝設(shè)計(jì)
主
要
內(nèi)
容
及
要
求
設(shè)計(jì)內(nèi)容：首先仔細(xì)分析所加工零件的主要表面、技術(shù)要求、生產(chǎn)綱領(lǐng)，制定一套以上的本零件的加工工藝規(guī)程，認(rèn)真分析各規(guī)程的優(yōu)缺點(diǎn)，從中選擇最優(yōu)的，根據(jù)這一規(guī)程，繪制出各個(gè)主要工序的工序卡片，設(shè)計(jì)主要工序的機(jī)床夾具，分析計(jì)算定位誤差，設(shè)計(jì)機(jī)床夾具的主要零件。
要求：根據(jù)給定的180C活塞零件圖，制定出符合加工要求的工藝規(guī)程，并對(duì)所制定的各種規(guī)程進(jìn)行可得性和優(yōu)化性比較，從中選出最好的工藝設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)其中重要工序的工藝裝備，要求的圖紙量折合為零號(hào)圖后不少于三張，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)不少于二萬(wàn)字。
主要技術(shù)參數(shù)
主要數(shù)據(jù)：
180C柴油機(jī)活塞為組合式活塞，活塞頭材料為42CrMoA，活塞裙的材料為鑄造鋁；規(guī)定活塞為中小批量生產(chǎn)；銷(xiāo)孔精度為H6；重量為12240±20g。
進(jìn)
度
及
完
成
日
期
3月16日至3月27日（2周）:工廠(chǎng)實(shí)習(xí),熟悉了解柴油機(jī)基本結(jié)構(gòu)及其加工工藝。同時(shí)熟悉AUTOCAD或UG等設(shè)計(jì)軟件的使用方法。
3月27日至4月6日（2周）: 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求查閱資料，完成外文翻譯工作。
4月6日至4月12日（1周）：工藝方案設(shè)計(jì)的擬定及技術(shù)分析、可行性分析，確定出最佳方案。
4月 13日至4 月 26日（2周）：編制工藝卡片，計(jì)算主要工序的切削用量和基本時(shí)間，設(shè)計(jì)其中某一重要工序的夾具。
4月 27日至5 月 31日（4周）：繪制主要零件圖及活塞裝配圖和夾具總裝圖。
6月 1日至6 月14日（2周）：編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
6月15日至6月21日（1周）: 修改、整理資料,打印資料。
6月22日至6月23日（2天）: 答辯。
教學(xué)院長(zhǎng)簽字
日 期
教研室主任簽字
日 期
指導(dǎo)教師簽字
日 期
青島理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)
摘 要
在柴油機(jī)氣缸內(nèi)，活塞在一部分工作循環(huán)壓縮氣體，而在另一部分工作循環(huán)氣缸內(nèi)混合氣體燃燒膨脹使活塞頂面承受高溫（約569°C）高壓（約116～120Kgf/cm2）氣體的作用，并把壓力通過(guò)活塞銷(xiāo)、連桿傳給曲軸?？梢?jiàn)，活塞是在高溫高壓下作長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)變負(fù)荷的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，它的負(fù)荷和工作環(huán)境很惡劣。在本設(shè)計(jì)中將對(duì)活塞的加工工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保證活塞長(zhǎng)久穩(wěn)定工作。現(xiàn)將設(shè)計(jì)中所做的工作簡(jiǎn)要介紹如下：
180C柴油機(jī)活塞加工工藝合理性是很重要的，通過(guò)對(duì)零件的作用及工藝方案分析，擬定毛坯的制造形式及工藝路線(xiàn)，通過(guò)分析、比較，采用了相對(duì)集中加工工藝方案，最終確定比較合理的機(jī)械加工工藝路線(xiàn)。制定工藝路線(xiàn)時(shí)主要考慮粗、精加工安排、加工方法選擇、工序集中與分散、加工順序等方面的要求。接著確定加工余量、工序尺寸，經(jīng)過(guò)對(duì)工序特點(diǎn)的分析，恰當(dāng)選擇相應(yīng)加工設(shè)備和工藝裝備。接下來(lái)經(jīng)過(guò)計(jì)算查表確定活塞各主要工序的切削用量并繪制工序卡片，最后設(shè)計(jì)夾具。設(shè)計(jì)夾具時(shí)，要多方面考慮，嚴(yán)格要求，機(jī)床夾具的好壞直接影響工件加工表面的位置精度。所以，機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是裝備設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要的工作，是加工過(guò)程中最活躍的因素之一。在本畢業(yè)設(shè)計(jì)中特別設(shè)計(jì)了定位準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和使用方便的精鏜銷(xiāo)孔夾具。
關(guān)鍵字：活塞；工藝路線(xiàn)；加工設(shè)備；切削用量；夾具
Abstract
In diesel engine cylinder, the piston part of the cycle in the compressed gases, and in another part of the work cycle of the combustion gas mixture within the cylinder so the piston top surface expansion high pressure (about 116 ~ 120Kgf/cm2)°under high temperature (about 569°C) gas role, and the pressure through the piston pin, connecting rod to the crankshaft. Can be seen that the piston is a long time under high temperature and high pressure in continuous reciprocating motion of the load, its load and working conditions were appalling. During the design process of the piston will be designed to ensure long-term stability of the work piston. The design of the work done by a brief introduction as follows:
Diesel Engine Piston 180C reasonable processing technology is important, the role of parts and technology program analysis, preparation of rough form and process manufacturing line, through the analysis, comparison, use of the relative concentration of processing programs, and ultimately more reasonable to determine the mechanical line processing. The development process of rough line the main consideration, finishing arrangements, choice of processing methods, centralized and decentralized processes, such as processing the order requirements. Then determine the allowance, process size, after the analysis of the characteristics of the process, select the appropriate processing equipment and technical equipment. Calculated look-up table to determine the next major piston cutting process and the mapping of processes card, the design of the final fixture. Fixture design, it is necessary to take various aspects into account, the strict requirements of the fixture a direct impact on the surface of the workpiece processing position accuracy. Therefore, the machine tool design fixture design is an important task is the processing of one of the most active. During the graduation project in a specially designed positioning accuracy, simple structure and easy-to-use precision pin hole boring jig.
Keywords: Piston; Technology; processing equipment; cutting; Fixture
目錄
摘要……………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract………………………………………………………………………Ⅱ
目錄……………………………………………………………………………Ⅲ
第1章 序論………………………………………………………………… 1
1.1?180 C柴油機(jī)活塞的由來(lái) ………………………………………………………………1
1.2 機(jī)械加工工藝規(guī)程………………………………………………………………………7
第2章 180C柴油機(jī)活塞零件圖的分析 ……………………………………8
2.1 活塞的功用………………………………………………………………………………8
2.2 活塞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求 …………………………………………………………8
2.3 180C活塞的工作情況 …………………………………………………………………9
2.4 180C組合活塞結(jié)構(gòu) ……………………………………………………………………10
第3章 活塞加工工藝制定 …………………………………………………12
3.1 計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)確定生產(chǎn)類(lèi)型 …………………………………………………………12
3.2 審查零件圖圖樣工藝性 ………………………………………………………………12
3.3 選擇毛坯 ………………………………………………………………………………12
3.4 工藝過(guò)程設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………13
3.5 確定加工余量及毛坯尺寸、設(shè)計(jì)毛坯圖 ……………………………………………25
3.6 部分重要工序設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………29
3.7 確定切削用量及基本用時(shí) ……………………………………………………………33
第4章 夾具設(shè)計(jì)……………………………………………………………50
4.1 機(jī)床夾具概述 …………………………………………………………………………50
4.2 機(jī)床專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)的基本要求 ………………………………………………………50
4.3 活塞夾具的設(shè)計(jì)思路 …………………………………………………………………51
4.4 活塞裙精鏜銷(xiāo)孔夾具設(shè)計(jì) ……………………………………………………………51
結(jié)論…………………………………………………………………………56
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………57
致謝…………………………………………………………………………58
附件 1………………………………………………………………………59
附件 2………………………………………………………………………81
58
第1章 序論
1.1?180C柴油機(jī)活塞的由來(lái) ?? ?
180C柴油機(jī)是四方機(jī)車(chē)廠(chǎng)與奧地利AVL公司合作開(kāi)發(fā)的。下面就四方機(jī)車(chē)廠(chǎng)和AVL公司的發(fā)展歷史做一下介紹，從他們的發(fā)展過(guò)程中，我們能看到柴油機(jī)行業(yè)的一些趨勢(shì)以及中國(guó)柴油機(jī)的發(fā)展歷程。
（1）四方機(jī)車(chē)廠(chǎng)的光輝歷史
四方廠(chǎng)在1958年9月22日試制成的東風(fēng)型內(nèi)燃動(dòng)車(chē)的基礎(chǔ)上，于1959年4月10日制成了國(guó)產(chǎn)第一臺(tái)液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)--衛(wèi)星型客運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車(chē)。機(jī)車(chē)裝用2臺(tái)仿西德的12V175Z型柴油機(jī)，裝車(chē)功率2×1000馬力，最高速度140km/h。
? ?上述早期試制內(nèi)燃機(jī)車(chē)的特征：一是機(jī)車(chē)或柴油機(jī)基本是仿制國(guó)外的產(chǎn)品：二是直流電力傳動(dòng)匹配二沖程中速柴油機(jī)和四沖 程高速柴油機(jī)；三是液力傳動(dòng)匹配高速四沖程柴油機(jī)；四是設(shè)計(jì)技術(shù)水平較低，可靠性較差。
? ? 早期內(nèi)燃機(jī)車(chē)的試制及爾后各工廠(chǎng)、研究所進(jìn)行的大量試驗(yàn)研究和設(shè)計(jì)改進(jìn)工作，為國(guó)產(chǎn)第一代內(nèi)燃機(jī)車(chē)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，也為我國(guó)鐵路內(nèi)燃化拉開(kāi)了序幕。
? ? 1964年，四方廠(chǎng)對(duì)衛(wèi)星型機(jī)車(chē)作了大量試驗(yàn)改進(jìn)后，定型為東方紅1型內(nèi)燃機(jī)車(chē)，1966年投入批量生產(chǎn)。機(jī)車(chē)裝用2臺(tái)經(jīng)改進(jìn)仿制的12V175Z型四沖程高速柴油機(jī)，采用改進(jìn)后多循環(huán)圓液力傳動(dòng)箱，柴油機(jī)裝車(chē)功率為2×1050馬力（后改為2×910馬力），最高速度調(diào)真120km/h。到1972年停產(chǎn)，共生產(chǎn)了160臺(tái)。該機(jī)車(chē)是我國(guó)內(nèi)燃化初期的主型干線(xiàn)客運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車(chē)，為客運(yùn)內(nèi)燃化做出了重大貢獻(xiàn)。
? ???1969年，四方廠(chǎng)制造了6臺(tái)4500馬力等級(jí)的東方紅4型貨運(yùn)液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)。機(jī)車(chē)裝用2臺(tái)16V200ZL型柴油機(jī)，最高速度100km/h。
? ? 1970年,四方廠(chǎng)開(kāi)始生產(chǎn)援助坦-贊鐵路和越南等國(guó)的裝用12V180ZJ型柴油機(jī)的1000馬力的DFH1、3、4、5、型和2000馬力的DFH2型液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)，總數(shù)達(dá)163臺(tái)。這是最早走出國(guó)門(mén)的國(guó)產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)車(chē)。
? ? 1971年，在DFH2型機(jī)車(chē)基礎(chǔ)上，四方廠(chǎng)制成2700馬力的雙機(jī)組東方紅3型液力傳動(dòng)客運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車(chē)。機(jī)車(chē)裝用2臺(tái)12V180ZJ型柴油機(jī)，最高速度120km/h。到1988年停產(chǎn)，共生產(chǎn)了268臺(tái)，是第二代內(nèi)燃機(jī)車(chē)中主型客運(yùn)機(jī)車(chē)之一。
? ??1977-1984年，四方廠(chǎng)為云南米軌鐵路制造了102臺(tái)1100馬力東方紅21型液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)。是米軌鐵路實(shí)現(xiàn)了內(nèi)燃化。
? ? 1984年，四方廠(chǎng)制成了1650馬力新的東風(fēng)5型電力傳動(dòng)調(diào)車(chē)內(nèi)燃機(jī)車(chē)。機(jī)車(chē)裝用8240ZJ型柴油機(jī)，最高速度80km/h。這是對(duì)唐山廠(chǎng)1976年-1981年生產(chǎn)的老東風(fēng)5型機(jī)車(chē)改進(jìn)型。到1998年，東風(fēng)5型機(jī)車(chē)共生產(chǎn)了727臺(tái)，除了中小編組站調(diào)車(chē)作業(yè)的主型機(jī)車(chē)。1984年，戚野堰產(chǎn)開(kāi)發(fā)出單機(jī)組機(jī)車(chē)功率最大的東風(fēng)8型貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車(chē)。機(jī)車(chē)裝用16V280ZJ型柴油機(jī)，裝車(chē)功率4500馬力，在用交直流電力傳動(dòng)。最高速度100km/h。到1988年末，有141臺(tái)東風(fēng)8型機(jī)車(chē)在大坡度線(xiàn)路上運(yùn)用。這是我國(guó)最早批量生產(chǎn)的重載貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車(chē)。
? ? 到1998年末，國(guó)家鐵路過(guò)產(chǎn)地二代內(nèi)燃機(jī)車(chē)運(yùn)用總數(shù)達(dá)7925臺(tái)，占機(jī)車(chē)總保量的52.4%，占內(nèi)燃機(jī)車(chē)總保有量的79.2%。
? ? 屬于第二代內(nèi)燃機(jī)車(chē)的，還有不少工礦鐵路用內(nèi)燃機(jī)車(chē)。中車(chē)公司為工礦鐵路提供的機(jī)車(chē)，由國(guó)家鐵路用的東方紅5、東風(fēng)5、東風(fēng)7、和東風(fēng)4型的內(nèi)燃機(jī)車(chē)；還有專(zhuān)門(mén)為工礦鐵路設(shè)計(jì)的東方紅5B、東方紅5C、東方紅6、東方紅7、東方紅7B、GK3、GK3B型等液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)，有東風(fēng)5B、東風(fēng)5C、GKD1、GKD5、GKD01、GKD02和GKD03型的交直流電力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)。它們?yōu)楣さV鐵路的現(xiàn)代化改造作出了貢獻(xiàn)。
? ? 1999年9月8日，在中車(chē)公司組織領(lǐng)導(dǎo)下，由四方廠(chǎng)、株洲電力機(jī)車(chē)研究所和大連所合作，制成了國(guó)產(chǎn)第一臺(tái)交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)-捷力型（NJ1型）調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)。機(jī)車(chē)裝用8240ZJC型柴油機(jī)，裝車(chē)功率1800馬力；采用架控式交流傳動(dòng)、IPM牽引逆變器和多微機(jī)控制系統(tǒng)；具有彩色顯示、故障診斷、保護(hù)、記錄及數(shù)據(jù)傳輸功能。
? ? 捷力型交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)的研制成功，進(jìn)一步縮小了國(guó)產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)車(chē)與世界先進(jìn)水平差距，為研制和開(kāi)發(fā)大功率交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)辟了繼續(xù)前進(jìn)的道路，也為21世紀(jì)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)第四代內(nèi)燃機(jī)車(chē)奠定了良好的基礎(chǔ)。
3.6國(guó)產(chǎn)內(nèi)燃動(dòng)車(chē)（組）的發(fā)展（1958-1999）
? ? 早在1958年我國(guó)開(kāi)始發(fā)展內(nèi)燃機(jī)車(chē)的同時(shí)，四方廠(chǎng)就設(shè)計(jì)、制成了我國(guó)第一列內(nèi)燃動(dòng)車(chē)--東風(fēng)型雙層摩托列車(chē)。改動(dòng)車(chē)組由2輛動(dòng)車(chē)和4輛雙層客車(chē)組成。每節(jié)動(dòng)車(chē)上裝用1臺(tái)B2-300型高速柴油機(jī)，動(dòng)車(chē)組總功率為600馬力；采用液力傳動(dòng)；最高速度為120km/h。東風(fēng)型內(nèi)燃機(jī)車(chē)組的制成，開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)鐵路客運(yùn)內(nèi)燃化的新時(shí)代，也為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)衛(wèi)星型和東方系列液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)打下了基礎(chǔ)。
? ?進(jìn)入20世紀(jì)90年代，由于各種運(yùn)輸方式的激烈競(jìng)爭(zhēng)，我國(guó)內(nèi)燃動(dòng)車(chē)開(kāi)始迅速發(fā)展，并取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
? ? 1994年和1995年，四方廠(chǎng)制成天安1和天安2型液力傳動(dòng)單節(jié)公務(wù)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)車(chē)；1997年唐山機(jī)車(chē)車(chē)輛廠(chǎng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)唐山廠(chǎng)）制成電力傳動(dòng)單節(jié)公務(wù)內(nèi)燃動(dòng)車(chē)。
? ? 1999年2月，四方廠(chǎng)制成了M+4M+M編組的液力傳動(dòng)單層內(nèi)燃動(dòng)車(chē)組。每節(jié)動(dòng)車(chē)裝用美國(guó)Caterpillar3508B型柴油機(jī)；動(dòng)車(chē)組總功率為2×1360馬力，席位568個(gè)，最高速度120km/h。同時(shí)四方廠(chǎng)又獲得了斯里蘭卡15列6輛編組的內(nèi)燃動(dòng)車(chē)出口訂貨合同。
? ? 內(nèi)燃動(dòng)車(chē)組的發(fā)展，不僅提高了鐵路在國(guó)內(nèi)運(yùn)輸市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力，還提高了在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力，也為21世紀(jì)初葉我國(guó)鐵路客運(yùn)提供了新的運(yùn)輸工具。
（2）李斯特內(nèi)燃機(jī)及測(cè)試設(shè)備公司
李斯特內(nèi)燃機(jī)及測(cè)試設(shè)備公司(AVL List GmbH)是一家在世界汽車(chē)、發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)擁有極高知名度和良好聲譽(yù)的高科技公司。李斯特公司成立于1948年，當(dāng)時(shí)只是一個(gè)簡(jiǎn)陋的設(shè)計(jì)工作間，今天她已發(fā)展成為一個(gè)集發(fā)動(dòng)機(jī)科研、開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、咨詢(xún)、以及發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試設(shè)備生產(chǎn)的跨國(guó)高科技集團(tuán)，3,100名員工。其總部位于風(fēng)景如畫(huà)的奧地利格拉茨市，45個(gè)子公司及分支機(jī)構(gòu)遍布世界各地，是目前世界上最大的、獨(dú)立的、私有的專(zhuān)業(yè)公司。也是全球規(guī)模最大的從事內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、動(dòng)力總成研究分析以及有關(guān)測(cè)試系統(tǒng)和設(shè)備開(kāi)發(fā)制造的私有公司。全世界所有的發(fā)動(dòng)機(jī)制造商都在A(yíng)VL的客戶(hù)名單里，特別是內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域。
在中國(guó)汽車(chē)“江湖”，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)及內(nèi)燃機(jī)“江湖”，AVL（李斯特內(nèi)燃機(jī)及測(cè)試設(shè)備公司）絕對(duì)稱(chēng)得上“武林高手”，而且是來(lái)自?shī)W地利的洋“武林高手”。據(jù)了解，AVL是唯一一家?guī)椭脩?hù)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)一直到投產(chǎn)，而且是唯一一家全部自己提供測(cè)試設(shè)備并百分之百由自己生產(chǎn)的公司。
目前，幾乎你所聽(tīng)說(shuō)過(guò)的國(guó)內(nèi)、國(guó)外汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家都是AVL公司的合作伙伴。其中，AVL的兩大核心業(yè)務(wù)——內(nèi)燃機(jī)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和測(cè)試設(shè)備均占中國(guó)市場(chǎng)70%以上的份額；AVL在中國(guó)已擁有200多家中國(guó)用戶(hù)，與一汽錫柴、濰柴、上柴、大柴等許多發(fā)動(dòng)機(jī)及汽車(chē)廠(chǎng)家都有合作。
李斯特公司和中國(guó)的友誼源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。公司創(chuàng)始人老李斯特教授在1926年到1932年的6年時(shí)間里，一直到在上海同濟(jì)大學(xué)任教。
在過(guò)去的幾十年里，公司創(chuàng)始人老李斯特教授及AVL公司始終把為中國(guó)培養(yǎng)一流的科技人材、支持中國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)事業(yè)的獨(dú)立快速發(fā)展放在第一位。為此，他們向同濟(jì)大學(xué)、吉林工業(yè)大學(xué)等科研教育單位捐贈(zèng)了技術(shù)及設(shè)備；設(shè)立了獎(jiǎng)學(xué)金，資助中國(guó)優(yōu)秀學(xué)生，開(kāi)展學(xué)術(shù)互訪(fǎng)活動(dòng)；為中國(guó)的汽車(chē)、火車(chē)、船用及工業(yè)用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、改型優(yōu)化，并邀請(qǐng)中方技術(shù)人員參與相關(guān)的重要技術(shù)工作，在實(shí)踐中培養(yǎng)中國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的人材，扶植中國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的獨(dú)立發(fā)展。
老李斯特教授及AVL公司的傾心努力，得到了中國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的稱(chēng)贊。至今，中國(guó)的發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)一直把AVL公司親切地稱(chēng)為"李斯特研究所"，言意之中即認(rèn)為AVL公司是一個(gè)科研開(kāi)發(fā)、人材培訓(xùn)的理想基地。另外，為中國(guó)政府部門(mén)提供咨詢(xún)及支持，也是李斯特公司一直不懈努力的一部分：1987年，李斯特公司曾協(xié)助機(jī)械部制定了《中國(guó)內(nèi)燃機(jī)發(fā)展系列型譜》；協(xié)助國(guó)家機(jī)械局制定《中國(guó)柴油機(jī)煙度排放標(biāo)準(zhǔn)》，為其無(wú)償提供咨詢(xún)、設(shè)備等各種軟硬件幫助。
1995年，又一個(gè)熱愛(ài)中國(guó)文化的美國(guó)人加盟AVL。早在1981年，他就踏上了中國(guó)本土，那時(shí)候他只是20歲出頭的小伙子，之前擔(dān)任過(guò)研究員、院長(zhǎng)助理，調(diào)查、撰寫(xiě)、編輯、翻譯有關(guān)中國(guó)大陸和臺(tái)灣地區(qū)經(jīng)濟(jì)狀況的文章，對(duì)中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有相當(dāng)?shù)牧私狻?之后，他擔(dān)任過(guò)美國(guó)公司FUQUA WORLD TRADE CORPORATION 及CONTITRADE SERVICES. INC的中國(guó)部經(jīng)理，還擔(dān)任過(guò)TRANSCONTINENTAL TRADE && FINANCE LIMITED美國(guó)部經(jīng)理等職位。 這個(gè)人就是連世康，他最驕傲的事情之一就是他能講一口流利的普通話(huà)。 連世康具有較強(qiáng)的管理與領(lǐng)導(dǎo)能力，對(duì)中國(guó)市場(chǎng)非常了解，工作經(jīng)驗(yàn)豐富等等，使AVL在中國(guó)市場(chǎng)如虎添翼。
AVL于1995年設(shè)立上海代表處，1999年在福建廈門(mén)與國(guó)家科技部中國(guó)科技開(kāi)發(fā)院(廈門(mén))合資成立了“廈門(mén)海騰發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試設(shè)備有限公司”。2001年是AVL公司在中國(guó)開(kāi)展業(yè)務(wù)的第26個(gè)年頭，5月19日，李斯特技術(shù)中心（上海）有限公司在上海市舉行了隆重的奠基儀式，包括奧地利總統(tǒng)、上海市副市長(zhǎng)在內(nèi)的中奧兩國(guó)政府官員及行業(yè)專(zhuān)家、媒體人士等各界朋友出席了儀式。隨著在中國(guó)業(yè)務(wù)的不斷擴(kuò)大和發(fā)展，AVL公司于2003年在重慶開(kāi)設(shè)了第三個(gè)代表處，以適應(yīng)西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略及開(kāi)拓廣大西部市場(chǎng)的需要，使西部廣大客戶(hù)能享受與東部沿海地區(qū)同樣快捷方便貼近客戶(hù)的服務(wù)。
在2005上海國(guó)際車(chē)展上，奇瑞展示了多款轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)，讓人們大飽眼福；奇瑞也在前不久對(duì)外宣布了他們將進(jìn)軍歐美市場(chǎng)。奇瑞能有如此大的成就，其實(shí)也是多虧有了這位“武林高手”指點(diǎn)迷津。奇瑞董事長(zhǎng)尹同耀曾在公開(kāi)場(chǎng)合說(shuō)過(guò)，“與AVL公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的世界一流的兩個(gè)汽油機(jī)家族和柴油機(jī)系列，均采用了先進(jìn)的技術(shù)，基本上與世界上發(fā)達(dá)公司技術(shù)水平發(fā)展同步，某些高配置的發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到世界領(lǐng)先水平，為奇瑞公司實(shí)行走出去戰(zhàn)略打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)?！?
“在A(yíng)VL與奇瑞之間的合作項(xiàng)目中，AVL與奇瑞的相關(guān)負(fù)責(zé)人員一起溝通，進(jìn)行分工來(lái)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品；我們的目標(biāo)是幫助中國(guó)企業(yè)做強(qiáng)，能夠自主開(kāi)發(fā)品牌產(chǎn)品。”AVL中國(guó)地區(qū)總裁連世康（Michael Laske）介紹道。基于這一點(diǎn)，AVL仍會(huì)繼續(xù)傳授中國(guó)汽車(chē)企業(yè)“內(nèi)功心法”。
2005年6月13日，連世康上任“綠色柴油機(jī)推廣計(jì)劃”（GDI）的聯(lián)合執(zhí)行主席。GDI最初由7家公司共同發(fā)起，如今已經(jīng)進(jìn)入第五個(gè)年頭，GDI的核心成員幾乎都是洋“武林高手”，包括戴姆勒—克萊斯勒，康明斯、博世、沃爾沃卡車(chē)等國(guó)際汽車(chē)巨頭。GDI向中央和地方政府以及企業(yè)、消費(fèi)者介紹先進(jìn)柴油機(jī)技術(shù)以及使用高品質(zhì)的燃油和潤(rùn)滑油以達(dá)到更低的排放標(biāo)準(zhǔn)，旨在協(xié)助中國(guó)實(shí)現(xiàn)社會(huì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的統(tǒng)一目標(biāo)。 據(jù)了解，在2004年，歐洲客車(chē)市場(chǎng)的柴油機(jī)占有率達(dá)到了48%。在一些國(guó)家，在新車(chē)的銷(xiāo)售中，柴油機(jī)車(chē)的比例甚至達(dá)到了60%—70%。 連世康認(rèn)為，柴油機(jī)在中國(guó)的使用需要一個(gè)過(guò)程，因?yàn)橐郧暗牟裼桶l(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)不行，柴油質(zhì)量差等原因，導(dǎo)致在公路上，經(jīng)?？吹揭贿B串黑煙從車(chē)尾冒出來(lái)。但是現(xiàn)在，柴油機(jī)技術(shù)已經(jīng)有了很大的改進(jìn)，但燃油和潤(rùn)滑油的品質(zhì)還有待于進(jìn)一步提高以適應(yīng)先進(jìn)的柴油機(jī)技術(shù)以使先進(jìn)的綠色柴油機(jī)技術(shù)在環(huán)保改善問(wèn)題上發(fā)揮更大的作用。GDI所有成員會(huì)共同努力，盡最大的努力幫助中國(guó)政府、企業(yè)及公眾，讓他們了解目前柴油機(jī)的技術(shù)和今后的發(fā)展趨勢(shì)。
由于快速的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，中國(guó)需要從國(guó)外進(jìn)口更多的石油以維持工業(yè)和交通運(yùn)輸?shù)男枨?，而同時(shí)這些工業(yè)以及運(yùn)輸業(yè)也無(wú)時(shí)無(wú)刻都在產(chǎn)生和排放污染。GDI成員認(rèn)為清潔柴油和高級(jí)的汽車(chē)柴油機(jī)技術(shù)可以幫助中國(guó)減少對(duì)進(jìn)口石油的依賴(lài)，可以減少氣體排放污染，并可以幫助政府和汽車(chē)消費(fèi)者節(jié)省在汽油上的支出。
據(jù)了解，在油耗相同的情況下，柴油機(jī)車(chē)可以駕駛的距離比汽油機(jī)車(chē)要多30%。更好的燃料經(jīng)濟(jì)意味著汽車(chē)消費(fèi)者使用更少的燃料，同時(shí)從使用柴油機(jī)車(chē)中節(jié)省支出。對(duì)于一個(gè)汽車(chē)消費(fèi)者，如果每年行駛20，000公里，使用柴油機(jī)車(chē)可以每年節(jié)省4,000—5,000 人民幣（或每個(gè)月大概330—415 人民幣）。 在中國(guó)，如果有1/3的轎車(chē)使用柴油機(jī)，那么整個(gè)國(guó)家每天就可以節(jié)省百萬(wàn)元人民幣，同時(shí)減少了對(duì)國(guó)外燃油的進(jìn)口依賴(lài)。 而且，使用柴油還帶來(lái)很多好處，柴油機(jī)比較省油，柴油機(jī)車(chē)比汽油機(jī)車(chē)的二氧化碳排放量少30%；柴油機(jī)是非常耐用的，使用壽命比汽油機(jī)要長(zhǎng)。 連世康認(rèn)為，在3—5年內(nèi)，中國(guó)使用柴油機(jī)的狀況會(huì)有較明顯的變化。
據(jù)悉，今年以來(lái)，油價(jià)持續(xù)上漲等消息，似乎使柴油車(chē)的前景變得光明起來(lái)。汽車(chē)企業(yè)將柴油車(chē)及柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)視為重點(diǎn)，成為一種新的趨勢(shì)。日前，專(zhuān)注于SUV生產(chǎn)的華泰現(xiàn)代表示，油價(jià)上漲在很大程度上沖擊了銷(xiāo)量，推出柴油SUV是一種比較經(jīng)濟(jì)、節(jié)約成本的做法。有這種計(jì)劃的并不只是華泰現(xiàn)代，長(zhǎng)豐獵豹也表示，下階段將考慮推出柴油SUV；中興汽車(chē)也有此計(jì)劃。除了SUV企業(yè)，轎車(chē)企業(yè)也將柴油車(chē)項(xiàng)目提上了日程。上海大眾的柴油版帕薩特和POLO也正在研發(fā)過(guò)程中。同時(shí)，東風(fēng)雪鐵龍和長(zhǎng)安福特也準(zhǔn)備在今后推出柴油轎車(chē)。
但目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)研發(fā)柴油機(jī)能力到底怎么樣呢，它們能趕上柴油“新潮流”嗎？或許，我們可以從連世康講述AVL與國(guó)內(nèi)外客戶(hù)合作的情況中略知一二。“如果說(shuō)國(guó)內(nèi)客戶(hù)與國(guó)外客戶(hù)有什么不同的話(huà)，很明顯，國(guó)外的公司比較有經(jīng)驗(yàn)，同你合作時(shí)非常清楚需要的是什么，項(xiàng)目的定義、到底要達(dá)到什么樣的指標(biāo)……在這方面他們不會(huì)再與我們協(xié)商。而國(guó)內(nèi)的客戶(hù)普遍對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)整個(gè)流程所需的時(shí)間估計(jì)不足，通常要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的時(shí)間越短越好，對(duì)樣機(jī)出來(lái)以后的工作往往重視不夠。” 據(jù)了解，樣機(jī)出來(lái)以后的過(guò)程是非常重要的，它需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)，包括12萬(wàn)公里的路試等，確定發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和工藝到底過(guò)不過(guò)關(guān)。國(guó)內(nèi)許多客戶(hù)為了搶奪市場(chǎng)空間，通常要求AVL縮短項(xiàng)目周期。對(duì)此，AVL只有盡力與客戶(hù)協(xié)商想出許多辦法來(lái)解決用戶(hù)的問(wèn)題。
新產(chǎn)品投產(chǎn)一個(gè)很重要的問(wèn)題是供應(yīng)商的選擇，連世康又一次指出了中國(guó)客戶(hù)的軟肋。“中國(guó)的主機(jī)企業(yè)對(duì)供應(yīng)商控制得不大好。AVL可以提出用哪些供應(yīng)商的零件，但到底用不用這些供應(yīng)商、這些零件是怎樣生產(chǎn)的，AVL控制不了。”這有時(shí)就讓AVL陷入了困境，有些客戶(hù)拿到的零件是劣質(zhì)的，AVL的設(shè)計(jì)技術(shù)就算太高明，也難免不會(huì)出問(wèn)題。
作為一家技術(shù)咨詢(xún)公司，AVL很重視技術(shù)創(chuàng)新。據(jù)了解，AVL在中國(guó)每年的銷(xiāo)售收入從1995年的400萬(wàn)美元增長(zhǎng)到2004年的近6000萬(wàn)美元，而公司總部每年銷(xiāo)售收入的10%左右要確保用于新技術(shù)的研發(fā)。連世康認(rèn)為，AVL要始終保持比客戶(hù)了解更多更新的技術(shù)，才能更好地為客戶(hù)服務(wù)。
目前，AVL總部的研究部門(mén)里正在使用著48個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)室，其中有整車(chē)噪聲試驗(yàn)室，14個(gè)排放試驗(yàn)室等，都在應(yīng)用AVL自己生產(chǎn)的排放儀和轉(zhuǎn)鼓。AVL在市場(chǎng)上推出的每一個(gè)新產(chǎn)品都是經(jīng)過(guò)AVL產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門(mén)苛刻的試驗(yàn)。
連世康稱(chēng)，AVL5年之前在中國(guó)的絕大多數(shù)業(yè)務(wù)是測(cè)試設(shè)備，現(xiàn)在設(shè)計(jì)研發(fā)的項(xiàng)目越來(lái)越多。隨著大批外國(guó)公司在中國(guó)開(kāi)始建立技術(shù)中心，他們?cè)跍y(cè)試設(shè)備方面的需求量很大。未來(lái)幾年，設(shè)計(jì)研發(fā)業(yè)務(wù)將以中國(guó)公司為主，測(cè)試設(shè)備業(yè)務(wù)以外國(guó)公司為主。
而且，隨著AVL在中國(guó)的業(yè)務(wù)不斷擴(kuò)大，人員增多，到年底AVL將遷往三元橋附近的佳程廣場(chǎng)辦公；2006年，AVL將成立廣州辦事處。連世康稱(chēng)，廣州、重慶、上海、北京等地是中國(guó)汽車(chē)發(fā)展集中的地方，AVL將擴(kuò)大在這些地方的投資，以擴(kuò)大AVL在中國(guó)的業(yè)務(wù)。未來(lái)3—5年內(nèi)，將使中國(guó)發(fā)展成為AVL的第二大戰(zhàn)略市場(chǎng)。目前，德國(guó)、美國(guó)是AVL的前兩大戰(zhàn)略市場(chǎng)，中國(guó)排在第三位。
1.2機(jī)械加工工藝規(guī)程
機(jī)械加工工藝規(guī)程是規(guī)定產(chǎn)品或零部件機(jī)械加工工藝過(guò)程和操作方法等的文件，生產(chǎn)規(guī)模的大小、工藝水平的高低以及解決各種工藝問(wèn)題的方法和手段都要通過(guò)機(jī)械加工工藝規(guī)程來(lái)體現(xiàn)。因此，機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)師一項(xiàng)重要而又嚴(yán)肅的工作，它要求設(shè)計(jì)者必須具備豐富的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和廣泛的機(jī)械制造工藝學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)。設(shè)計(jì)機(jī)械加工工藝規(guī)程的步驟一般為：1）閱讀裝配圖和零件圖2）工藝審查3）熟悉和確定毛坯4）擬定加工工藝路線(xiàn)5）確定滿(mǎn)足各工序要求的工藝裝備（包括機(jī)床、夾具、刀具、和量具等）6)確定各主要工序的技術(shù)要求和檢驗(yàn)方法7）確定各工序的加工余量，計(jì)算工序尺寸和公差8）確定切削用量9）確定時(shí)間定額10）填寫(xiě)工藝文件
一個(gè)機(jī)床的機(jī)械工藝制造系統(tǒng)由機(jī)床、工件、刀具和夾具組成。機(jī)床夾具是用以裝夾工件的一種裝置，其作用是使工件相對(duì)機(jī)床或刀具有一個(gè)正確的位置，并在加工過(guò)程中保持這個(gè)位置不變。可以看出夾具在機(jī)械 加工中占有很重要的地位，尤其是在中小批量生產(chǎn)時(shí)更是大量采用機(jī)床夾具，它們是機(jī)床和工件之間的連接裝置，使工件相對(duì)機(jī)床或刀具獲得正確的位置。機(jī)床夾具的好壞將直接影響工件加工表面的位置精度。所以，機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是裝備設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要工作，是加工過(guò)程中最活躍的因素之一。
第2章 180C柴油機(jī)活塞零件圖的分析
2.1 活塞的作用
活塞是曲軸連桿機(jī)構(gòu)中重要零件，又是燃燒室的組成部分；它承受氣缸內(nèi)氣體壓力和慣性力的作用，并將此力通過(guò)活塞銷(xiāo)傳給連桿。
2.2 活塞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求
活塞的裝配圖如圖qtech-ssemble-00所示。
內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)，燃燒瞬時(shí)作用于活塞上的氣體壓力很高，而且作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞組的慣性力將達(dá)到很高的數(shù)值。此外，活塞還承受在連桿傾斜位置時(shí)側(cè)壓力的周期性沖擊作用，在氣體壓力、往復(fù)慣性力和側(cè)壓力的綜合作用下，活塞的機(jī)械負(fù)荷相當(dāng)嚴(yán)重，活塞頂部承受彎曲應(yīng)力；活塞銷(xiāo)座承受拉伸、壓縮和彎曲應(yīng)力；活塞環(huán)槽承受沖擊力和磨損；活塞裙部承受側(cè)壓力和磨損等。由此可見(jiàn)，對(duì)于在嚴(yán)重機(jī)械負(fù)荷下工作的活塞，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，而且質(zhì)量要輕。
活塞還承受高溫燃?xì)獾淖饔?，一般活塞頂部平均溫度可達(dá)200~400℃左右。柴油機(jī)活塞頂部常做成各種凹坑，使頂部實(shí)際受熱面積加大，熱負(fù)荷更加嚴(yán)重。活塞溫度過(guò)高，會(huì)破壞與鋼壁之間的正常間隙；在高溫下，活塞內(nèi)部的溫度梯度造成很大的熱應(yīng)力，如果活塞頂部溫度超過(guò)370～400℃時(shí)，則會(huì)引起活塞頂疲勞熱裂現(xiàn)象。因活塞承受著嚴(yán)重的熱負(fù)荷，所以要求活塞應(yīng)具有足夠的耐熱性，并且傳熱要快。
活塞運(yùn)動(dòng)速度和工作溫度高，潤(rùn)滑條件差，因此應(yīng)具有足夠的減摩性或采取特殊的表面處理。
在高溫下，活塞會(huì)產(chǎn)生熱變形而影響配合間隙，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生拉缸現(xiàn)象，因此要求活塞本身熱膨脹小。同時(shí)，在結(jié)構(gòu)上采取適當(dāng)措施，防止過(guò)大的熱變形。
活塞的機(jī)械加工難度大，為了保證活塞的正常工作，對(duì)活塞規(guī)定了嚴(yán)格的技術(shù)要求，包括尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面粗糙度等，還包括活塞頂面的硬膜氧化處理、活塞頭的調(diào)質(zhì)處理、活塞裙噴涂二硫化鉬等。由于活塞工作時(shí)慣性非常大，所以規(guī)定同一臺(tái)柴油機(jī)上成套活塞的重量允差為40g,調(diào)整重量可在底口Ф162處加工，其最大極限尺寸為Ф165。其他技術(shù)要求可見(jiàn)裝配圖。
2.3 180C活塞的工作情況
在柴油機(jī)氣缸內(nèi)，活塞在一部分工作循環(huán)壓縮氣體，而在另一部分工作循環(huán)氣缸內(nèi)混合氣體燃燒膨脹使活塞頂面承受高溫（約569°C）高壓（約116～120Kgf/cm2）氣體的作用，并把壓力通過(guò)活塞銷(xiāo)、連桿傳給曲軸。可見(jiàn)，活塞是在高溫高壓下作長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)變負(fù)荷的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
活塞在上述工作條件下，將產(chǎn)生受力變形和熱變形?；钊斆嬖跉怏w壓力作用下將產(chǎn)生如圖3-1中虛線(xiàn)所示的變形。由于金屬分布不均勻，在活塞銷(xiāo)軸線(xiàn)方向的變形量比垂直于該方向的變形量大。同時(shí)活塞頂面與高溫的燃燒氣體接觸，使活塞的溫度升高，產(chǎn)生熱膨脹。由于圓周上金屬分布不均勻，銷(xiāo)孔軸心線(xiàn)方向的金屬，膨脹量大；而在垂直于軸線(xiàn)的方向上，熱膨脹量小。如果裙部是圓形的，熱膨脹后就變成了橢圓，如圖3-2中的虛線(xiàn)所示。所以無(wú)論是受力變形或熱變形都使原來(lái)的圓柱形的裙部變成橢圓形，橢圓的長(zhǎng)軸在活塞銷(xiāo)孔的軸線(xiàn)方向。因而在設(shè)計(jì)活塞時(shí)，必須要考慮到預(yù)變形，使其外形在正常工作時(shí)必須脹成圓柱形，使其與缸套能有正確的配合間隙，故其外形線(xiàn)比較復(fù)雜。
圖2-1 活塞受力變形示意圖 圖2-2 活塞熱變形示意圖
2.4 180C組合活塞結(jié)構(gòu)
12V180C型柴油機(jī)組合活塞主要由活塞頭（缸頂）、活塞裙（鋁裙）和連接螺釘三部分組合而成的。其結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。
可見(jiàn)，活塞頭與普通整體鑄造鋁合金活塞頂部的不同主要有兩點(diǎn)：一是組合活塞的頂部與裙部是兩體的；二是組合活塞的內(nèi)冷卻油路不是鑄造而成的，而是由加工后的活塞頭冷卻油槽與加工后的活塞裙頂端油槽組裝后而形成的?；钊古c普通整體鑄造鋁合金活塞裙部的主要不同在于頂端要加工出形狀復(fù)雜的冷卻油槽。為保證裝配精度，在活塞頭和活塞裙上都設(shè)有定位圓和支承面。
圖2-3 組合活塞剖面
1.活塞頭 2.螺栓 3.螺栓塞 4.活塞裙
第3章 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
3.1 計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)，確定生產(chǎn)類(lèi)型
如圖所示為180C柴油機(jī)的活塞。該產(chǎn)品年產(chǎn)量為100臺(tái)，設(shè)其備品率為10%，機(jī)械加工廢品率為1%，現(xiàn)制定該活塞的機(jī)械加工工藝規(guī)程。
N=Qn(1+α%+β%)
=100 (1+10%+1%)
=111件/年
活塞的年產(chǎn)量為111件，現(xiàn)已知該產(chǎn)品屬于中型機(jī)械，根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》表1.1-2生產(chǎn)類(lèi)型與生產(chǎn)綱領(lǐng)的關(guān)系，可確定其生產(chǎn)類(lèi)型為中小批量批生產(chǎn)。
3.2審查零件圖樣工藝性
活塞零件圖樣的視圖正確、完整，尺寸、公差及技術(shù)要求齊全。在活塞頭和活塞裙零件圖中，未注明的公差等級(jí)為13級(jí)?；钊^的冷卻油腔和活塞裙的頂部表面比較復(fù)雜，在加工過(guò)程中，有樣板可以作為對(duì)照來(lái)加工。
3.3選擇毛坯
180C柴油機(jī)活塞屬于組合式活塞，所以活塞裙和活塞頭要分開(kāi)進(jìn)行加工，最后裝配在一起構(gòu)成一個(gè)完整的活塞。
活塞的工作條件： 活塞頂部承受汽缸中最高燃燒壓力，并通過(guò)活塞銷(xiāo)座、活塞銷(xiāo)傳給連桿；受到活塞組本身慣性力的作用；裙部承受曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的側(cè)壓力；活塞頂部受到由于溫度分布不均而產(chǎn)生的熱應(yīng)力和熱變形。隨著內(nèi)燃機(jī)強(qiáng)化程度的不斷提高，機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷更趨加劇，因而活塞的工作條件愈加惡劣。
活塞頭頂面（特別是燃燒室部分）應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度，以承受燃?xì)鈮毫Γ⒛艹惺茏銐蚋叩臒嶝?fù)荷，防止熱裂?；钊^的材料為42CrMoA，輪廓尺寸不大，又屬于中小批量生產(chǎn)，故毛坯可采用精密模鍛。
活塞裙部分應(yīng)具有合適的造型，防止熱粘著?；钊沟牟牧蠟殍T造鋁，形狀不是很復(fù)雜，屬于中小批量生產(chǎn)。故活塞裙采用金屬型鑄造。
3.4工藝過(guò)程設(shè)計(jì)
3.4.1 定為基準(zhǔn)的選擇
（1）活塞頭粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)的選擇
活塞頭是一個(gè)典型的盤(pán)狀零件，選擇毛坯的外圓為粗基準(zhǔn)，對(duì)底口端面進(jìn)行加工，然后以底口端面和底口作為精基準(zhǔn)加工其他主要表面或端面。這樣能保證基準(zhǔn)統(tǒng)一和基準(zhǔn)重合，減少加工誤差，提高加工的精度。
（2）活塞裙粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)的選擇
活塞裙是一個(gè)套筒類(lèi)零件，選擇毛坯的外圓為粗基準(zhǔn)，對(duì)底口和底口端面進(jìn)行加工，然后以底口端面和底口作為精基準(zhǔn)加工其他主要表面或端面。這樣能保證基準(zhǔn)統(tǒng)一和基準(zhǔn)重合，減少加工誤差，提高加工的精度。至于精仿橢圓裙，要把活塞頭與活塞裙組合后，以活塞頭的外圓為基準(zhǔn)進(jìn)行精仿。
3.4.2加工階段的劃分與工序順序的安排
活塞頭的主要加工部位是頂部燃燒室、氣環(huán)環(huán)槽和底口端面。次要加工部位是冷卻油腔各種螺紋孔及倒角。除機(jī)械加工外，還有調(diào)質(zhì)處理、劃螺紋孔線(xiàn)、探傷等。另外在機(jī)械加工過(guò)程后還安排了鉗工倒角去毛刺、并對(duì)活塞頭進(jìn)行清洗，為活塞的組裝做好準(zhǔn)備。
活塞裙的主要加工部位是活塞裙頭部表面、活塞裙部橢圓形、銷(xiāo)孔。次要加工部位是底口及底口端面、各種定位連接孔及倒角、油槽。除機(jī)械加工外，還有淬火時(shí)效處理、劃十字線(xiàn)、活塞頭與活塞裙的加工組裝。在機(jī)械加工結(jié)束后，對(duì)活塞進(jìn)行稱(chēng)重、配重，并在裙部噴涂二硫化鉬，最后要進(jìn)行成品的檢驗(yàn)。
（1）加工階段的劃分
1 ).活塞頭機(jī)械加工工藝過(guò)程
活塞頭的機(jī)械加工工藝過(guò)程大致可以分為：加工基準(zhǔn)面——粗車(chē)總長(zhǎng)、外圓及頂部燃燒室——調(diào)質(zhì)處理——半精車(chē)基準(zhǔn)面、總長(zhǎng)、外圓及頂部燃燒室——粗割環(huán)槽——精車(chē)基準(zhǔn)面并進(jìn)行磨削——鉆、鉸、锪各種孔——精車(chē)頂部燃燒室、端面、外圓及環(huán)槽——研磨重要孔的支撐面——鉗工倒角、去毛刺——探傷后鉗工清洗組裝。
活塞頭的頂部燃燒室、外圓、環(huán)槽和底口及底口端面的技術(shù)要求都很?chē)?yán)格，所以對(duì)于頂部燃燒室、外圓、環(huán)槽安排了：粗車(chē)——半精車(chē)——數(shù)控精車(chē)。對(duì)于底口極端面則安排了 ：粗車(chē)——半精車(chē)——精車(chē)——精磨。
對(duì)于180C柴油機(jī)活塞頭進(jìn)行粗加工時(shí)，以底口及底口端面作為精基準(zhǔn)，所以先粗加工底口及底口端面，然后再加工其他各主要表面。各種孔的加工集中在頂部燃燒室，所以將各種孔加工完之后再精車(chē)頂部燃燒室、端面、外圓及環(huán)槽，以保證重要加工表面不被破壞或劃傷。
(2)活塞裙機(jī)械加工工藝過(guò)程
活塞裙的機(jī)械加工工藝過(guò)程大致可以分為：粗車(chē)大體尺寸——粗車(chē)基準(zhǔn)面——淬火時(shí)效處理——半精車(chē)基準(zhǔn)面——?jiǎng)澗€(xiàn)找銷(xiāo)孔中心并粗鏜——精車(chē)基準(zhǔn)面——半精車(chē)重要表面——?jiǎng)澗€(xiàn)找各種油槽孔——精車(chē)重要表面、鉆鉸重要孔——鉆鉸各連接孔——加工組裝——精仿橢圓裙——精鏜孔、孔槽——鉗工倒角、去毛刺、清洗組裝——滾壓銷(xiāo)孔——車(chē)床稱(chēng)重、配重——裙部噴涂二硫化鉬——成品檢查。
活塞裙的頂部、橢圓裙、銷(xiāo)孔的技術(shù)要求比較嚴(yán)格，所以對(duì)活塞裙頂部安排了：粗車(chē)——半精車(chē)——精車(chē)；對(duì)橢圓裙安排了：粗車(chē)——半精車(chē)——精車(chē)——精仿；對(duì)銷(xiāo)孔安排了：粗鏜——精鏜——滾壓加工。
對(duì)于活塞裙進(jìn)行粗加工時(shí)，以毛坯外圓作為粗基準(zhǔn)，然后以底口及底口端面作為精基準(zhǔn)，加工其他的重要表面。頂部的孔槽比較集中，可以考慮采用鉆模提高加工精度和效率。精仿橢圓裙要求比較高，要在活塞頭和活塞裙加工組裝后進(jìn)行。
（2）工序安排
活塞頭在粗加工后安排了調(diào)質(zhì)處理，這樣提高了活塞頭的綜合機(jī)械性能，提高材料的硬度和耐磨性。
活塞頭的底口及端面是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，所以在加工時(shí)，先加工底口及端面，然后加工其他重要的面和進(jìn)行孔槽的加工，這樣保證基準(zhǔn)統(tǒng)一，加工基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，提高了加工的精度。
在加工完各種孔槽后對(duì)活塞頭的頂面進(jìn)行精加工，這樣保證了頂面的加工質(zhì)量，不至于在加工孔槽時(shí)將加工好的表面劃傷。
底口內(nèi)圓面和底口端面為配合面，所以在精加工后對(duì)其進(jìn)行精磨，保重連接的準(zhǔn)確性和可靠度。
活塞裙的在粗加工后安排了淬火加人工時(shí)效處理，目的在于得到高強(qiáng)度。
活塞裙的底口及底口端面是很多重要面的加工基準(zhǔn)，所以應(yīng)當(dāng)首先將其加工，這樣既保證了設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與加工基準(zhǔn)的統(tǒng)一，又實(shí)現(xiàn)了工序的集中，提高了加工的精度和加工的效率。
橢圓裙部的要求是與活塞本身的實(shí)際運(yùn)動(dòng)條件相適用的，它的加工也是比較重要的，為此在將頂部各種表面加工工序完成后，對(duì)活塞裙進(jìn)行數(shù)控車(chē)橢圓，提高加工精度和效率。
活塞裙的銷(xiāo)孔作為與連桿裝配時(shí)的重要接觸面，它的表面質(zhì)量和耐磨性對(duì)于活塞的壽命至關(guān)重要，因此在對(duì)所有的其他機(jī)加工結(jié)束后，對(duì)其進(jìn)行滾壓處理，滾壓后表面粗糙度Ra達(dá)到0.2，耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度大幅度提高。所以安排這一道工序是很有必要的。
在所有的工序和鉗工處理都結(jié)束后，要對(duì)同一柴油機(jī)上的活塞進(jìn)行稱(chēng)重，重量允差不超過(guò)40g,對(duì)于超出范圍的進(jìn)行配重處理。
3.4.3制定工藝路線(xiàn)
制定180C柴油機(jī)活塞工藝路線(xiàn)的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)使活塞的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求得到合理保證，在中批生產(chǎn)的生產(chǎn)條件下，可以考慮采用通用夾具和部分專(zhuān)用夾具等，并盡量使工序集中來(lái)提高生產(chǎn)率，除此之外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)因素，以降低生產(chǎn)成本。由上2.4.2加工階段的劃分與工序順序的安排可以擬定加工路線(xiàn)如下：
(1)加工路線(xiàn)方案一
表 3-1活塞頭加工工藝安排一
序號(hào)
工序名稱(chēng)
定位基準(zhǔn)
1
粗車(chē)底口、端面及冷卻油腔
外圓和頂面
2
粗車(chē)總長(zhǎng)、外圓及頂部燃燒室
底口端面和底口
3
調(diào)制處理HB260～300
4
半精車(chē)底口、端面及冷卻油腔
粗車(chē)后外圓和頂面
5
半精車(chē)總長(zhǎng)、外圓及頂部燃燒室
粗車(chē)后底口端面和底口
6
粗割環(huán)槽
粗車(chē)后外圓和頂面
7
精車(chē)底口、端面及冷卻油腔
半精車(chē)后外圓和頂面
8
磨150H6及兩端面
半精車(chē)后外圓和頂面
9
鉆、鉸8.5、5及倒角
精車(chē)后底口端面和底口
10
劃2-M6孔線(xiàn)
11
4-15、鉆2-M6孔及倒角
精車(chē)后底口和底口端面
12
精車(chē)頂部燃燒室、端面、外圓及環(huán)槽
精車(chē)后底口和底口端面
13
研磨4-15支撐面
精車(chē)后底口和底口端面
14
鉗工攻2-M6修圓、倒角、去毛刺
15
探傷
16
鉗工清洗、組裝
表3-2活塞裙加工工序安排一
序號(hào)
工序名稱(chēng)
定位基準(zhǔn)
1
粗車(chē)頂部、外圓及總長(zhǎng)
活塞裙毛坯外圓
2
粗車(chē)底口
粗加工后外圓和頂面
3
淬火時(shí)效處理HB110～140
4
半精車(chē)底口、端面
粗加工后外圓和頂面
5
劃十字線(xiàn)
6
粗鏜銷(xiāo)孔
半精車(chē)后底口及端面
7
精車(chē)底口及端面
粗加工后外圓和頂面
8
半精車(chē)總長(zhǎng)、頂部、鉆Ф16至Ф14及外圓
精車(chē)后底口及端面
9
劃十字線(xiàn)
10
鉆4-8、4-6及14、擴(kuò)鉸12
精車(chē)后底口及端面
11
鉸20°錐孔
半精車(chē)后外圓及端面
12
鏜油槽R25
精車(chē)后底口及端面
13
精車(chē)總長(zhǎng)、擴(kuò)鉸Ф16孔、冷卻油腔、外圓端面及環(huán)槽
精車(chē)后底口及端面
14
劃十字線(xiàn)
15
鉆、鉸、攻4-M16-6H及鉆鉸
頂部側(cè)面和外端面
16
銑60°油槽
精車(chē)后底口及端面
17
組裝
18
精車(chē)橢圓裙
精車(chē)后底口及端面
19
測(cè)量外圓各尺寸
20
劃十字線(xiàn)
21
鏜槽27mm
頂部側(cè)面和外端面
22
鏜R230±1
頂部側(cè)面和外端面
23
精鏜銷(xiāo)孔
頂部側(cè)面和外端面
24
鉗工油孔倒角、去銳棱、毛刺
25
鉗工清理組裝活塞頭
26
鉗工清洗
27
滾壓銷(xiāo)孔
精車(chē)后底口及端面
28
車(chē)床稱(chēng)重、配重
29
噴涂二硫化鉬
30
成品檢查
(2) 工藝路線(xiàn)方案二：
表3-3活塞頭加工工藝安排二
序號(hào)
工序名稱(chēng)
定位基準(zhǔn)
1
粗車(chē)底口、端面及冷卻油腔
外圓和頂面
2
粗車(chē)總長(zhǎng)、外圓及頂部燃燒室
底口端面和底口
3
調(diào)制處理HB260～300
4
半精車(chē)底口、端面及冷卻油腔
粗車(chē)后外圓和頂面
5
半精車(chē)總長(zhǎng)、外圓及頂部燃燒室
粗車(chē)后底口端面和底口
6
粗割環(huán)槽
粗車(chē)后外圓和頂面
7
精車(chē)底口、端面及冷卻油腔
半精車(chē)后外圓和頂面
8
磨150H6及兩端面
半精車(chē)后外圓和頂面
9
鉆、鉸8.5、5及倒角
精車(chē)后底口端面和底口
10
劃2-M6孔線(xiàn)
11
4-15、鉆2-M6孔及倒角
精車(chē)后底口和底口端面
12
精車(chē)頂部燃燒室、端面、外圓及環(huán)槽
精車(chē)后底口和底口端面
13
研磨4-15支撐面
精車(chē)后底口和底口端面
14
鉗工攻2-M6修圓、倒角、去毛刺
15
探傷
16
鉗工清洗、組裝
表3-4 活塞裙加工工藝安排二
序號(hào)
工序名稱(chēng)
定位基準(zhǔn)
1
粗車(chē)頂部、外圓及總長(zhǎng)
活塞裙毛坯外圓
2
粗車(chē)底口
粗加工后外圓和頂面
3
淬火時(shí)效處理HB110～140
4
半精車(chē)底口、端面
粗加工后外圓和頂面
5
劃十字線(xiàn)
6
粗鏜銷(xiāo)孔
半精車(chē)后底口及端面
7
精車(chē)底口及端面
粗加工后外圓和頂面
8
半精車(chē)總長(zhǎng)、頂部、鉆Ф16至Ф14及外圓
精車(chē)后底口及端面
9
劃十字線(xiàn)
10
鉆4-8、4-6及14、擴(kuò)鉸12
精車(chē)后底口及端面
11
鉸20°錐孔
半精車(chē)后外圓及端面
12
鏜油槽R25
精車(chē)后底口及端面
13
精車(chē)總長(zhǎng)、擴(kuò)鉸Ф16孔、冷卻油腔、外圓端面及環(huán)槽
精車(chē)后底口及端面
14
劃十字線(xiàn)
15
鉆、鉸、攻4-M16-6H及鉆鉸
頂部側(cè)面和外端面
16
銑60°油槽
精車(chē)后底口及端面
17
組裝
18
精仿橢圓裙
精車(chē)后底口及端面
19
測(cè)量外圓各尺寸
20
劃十字線(xiàn)
21
鏜槽27mm
頂部側(cè)面和外端面
22
鏜R230±1
頂部側(cè)面和外端面
23
精鏜銷(xiāo)孔
頂部側(cè)面和外端面
24
鉗工油孔倒角、去銳棱、毛刺
25
鉗工清理組裝活塞頭
26
鉗工清洗
27
滾壓銷(xiāo)孔
精車(chē)后底口及端面
28
車(chē)床稱(chēng)重、配重
29
噴涂二硫化鉬
30
成品檢查
(3) 工藝方案的分析比較
上述兩個(gè)方案中，活塞頭的加工工序很少，加工比較簡(jiǎn)單，所以?xún)蓚€(gè)方案中活塞頭的加工工序是一樣的。對(duì)于活塞裙的工序安排，方案一比較混亂，工序很集中，很容易出現(xiàn)一些影響零件加工質(zhì)量的問(wèn)題，在中小批量生產(chǎn)中應(yīng)該按照工序分散的方法安排工藝過(guò)程。方案二相對(duì)方案一來(lái)說(shuō)工序安排有序，工序分散適中，適合于中小批量生產(chǎn)的特點(diǎn)。對(duì)于活塞裙部橢圓部分的加工，方案二中采用普通的仿形車(chē)床，仿形車(chē)床一般采用液壓裝置來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)，液壓的特點(diǎn)就是工作比較平穩(wěn)，它的加工精度和穩(wěn)定性比較高，特別是對(duì)于單件中小批量生產(chǎn)，它的成本非常低，這也是它的一個(gè)很大的特點(diǎn)。方案一中選擇用數(shù)控車(chē)進(jìn)行加工，雖然它的加工精度高，質(zhì)量可靠，效率高，但是由于活塞裙材料為鑄造鋁，加工時(shí)切削轉(zhuǎn)速比較大，這就需要數(shù)控車(chē)在極短的時(shí)間內(nèi)完成一次橢圓加工，對(duì)于普通的數(shù)控車(chē)來(lái)說(shuō)做不到。另外，數(shù)控車(chē)價(jià)格還是昂貴的，對(duì)于單件中小批量的零件來(lái)說(shuō)成本會(huì)提高很多，是不經(jīng)濟(jì)的。高精度，高效率，高質(zhì)量是機(jī)械加工發(fā)展的大方向，但是要聯(lián)系到生產(chǎn)實(shí)際，不能僅從理論上分析可行性，最佳配置并不一定是精度、效率、成本低都是最好的，而是整體上綜合是最高的。所以在制定工藝方案時(shí)要認(rèn)真綜合考慮各個(gè)方面后做出評(píng)斷。
因此，經(jīng)過(guò)綜合考慮，最終確定180C柴油機(jī)活塞頭加工工藝過(guò)程如表3-5；活塞裙的加工工藝過(guò)程如下表3-6。
表3-5 180C柴油機(jī)活塞頭加工工藝過(guò)程
序號(hào)
工序名稱(chēng)
定位基準(zhǔn)
1
粗車(chē)底口、端面及冷卻油腔
外圓和頂面
2
粗車(chē)總長(zhǎng)、外圓及頂部燃燒室
底口端面和底口
3
調(diào)制處理HB260～300
4
半精車(chē)底口、端面及冷卻油腔
粗車(chē)后外圓和頂面
5
半精車(chē)總長(zhǎng)、外圓及頂部燃燒室
粗車(chē)后底口端面和底口
6
粗割環(huán)槽
粗車(chē)后外圓和頂面
7
精車(chē)底口、端面及冷卻油腔
半精車(chē)后外圓和頂面
8
磨150H6及兩端面
半精車(chē)后外圓和頂面
9
鉆、鉸8.5、5及倒角
精車(chē)后底口端面和底口
10
劃2-M6孔線(xiàn)
11
4-15、鉆2-M6孔及倒角
精車(chē)后底口和底口端面
12
精車(chē)頂部燃燒室、端面、外圓及環(huán)槽
精車(chē)后底口和底口端面
13
研磨4-15支撐面
精車(chē)后底口和底口端面
14
鉗工攻2-M6修圓、倒角、去毛刺
15
探傷
16
鉗工清洗、組裝
表3-6 180C柴油機(jī)活塞裙加工工藝過(guò)程
序號(hào)
工序名稱(chēng)
定位基準(zhǔn)
1
粗車(chē)頂部、外圓及總長(zhǎng)
活塞裙毛坯外圓
2
粗車(chē)底口
粗加工后外圓和頂面
3
淬火時(shí)效處理HB110～140
4
半精車(chē)底口、端面
粗加工后外圓和頂面
5
劃十字線(xiàn)
6
粗鏜銷(xiāo)孔
半精車(chē)后底口及端面
7
精車(chē)底口及端面
粗加工后外圓和頂面
8
半精車(chē)總長(zhǎng)、頂部、鉆Ф16至Ф14及外圓
精車(chē)后底口及端面
9
劃十字線(xiàn)
10
鉆4-8、4-6及14、擴(kuò)鉸12
精車(chē)后底口及端面
11
鉸20°錐孔
半精車(chē)后外圓及端面
12
鏜油槽R25
精車(chē)后底口及端面
13
精車(chē)總長(zhǎng)、擴(kuò)鉸Ф16孔、冷卻油腔、外圓端面及環(huán)槽
精車(chē)后底口及端面
14
劃十字線(xiàn)
15
鉆、鉸、攻4-M16-6H及鉆鉸