汽车制造工艺学课程设计

汽车制造工艺学课程设计题目：设计活塞环的机械加工工艺规程院系：襄樊学院机汽学院班级：0713姓名：薛明学号：07131010指导教师：张进二零一零年九月十四日汽车制造工艺学课程设计任务书一、设计目的汽车制造工艺学课程设计是综合运用《汽车制造工艺学》及有关课程内容，分析和解决实际工程问题的一个重要教学环节。通过课程设计培养学生制定零件机械加工工艺规程和分析工艺问题的能力。在设计过程中，学生应熟悉有关标准和设计资料，学会使用有关手册和数据库。汽车制造工艺学课程设计是作为未来从事机械制造技术工作的一次基本训练。二、设计的题目和内容1、课程设计的题目：设计活塞环的机械加工工艺规程条件：年产5000件。零件图如附件所示。2、设计应完成的内容：1）制定指定零件（或零件组）的机械加工工艺规程，编制机械加工工艺卡片，选择所用机床、夹具、刀具、量具、辅具；（一套）2）对所制定的工艺进行必要的分析论证和计算；3）确定毛坯制造方法及主要表面的总余量；4）确定主要工序的工序尺寸、公差和技术要求；5）对主要工序进行工序设计，编制机械加工工序卡片，画出的工序简图，选择切削用量；（一份）6）设计加工该零件的毛坯图或者零件与毛坯合图；（一张）7）编写设计说明书。（封面、目录参考附后、不少于1万字）（一份）2010年9月目录第一章概述-----------------------------------------------------------()1.1活塞环的作用-----------------------------------------()1.2活塞环的种类----------------------------------------(）1.3活塞环的工作条件-------------------------------------()1.4活塞环各部分名称及代号------------------------------()第二章活塞环的结构尺寸及受力分析---------------------------()2.1径向厚度a1--------------------------------------()2.2环高h1--------------------------------------------()2.3自由开口尺寸m-------------------------------------()2.4活塞环组合----------------------------------------()2.5活塞环的计算---------------------------------------()2.5.1径向压力P2.5.2工作状态下活塞环的闭口间隙S12.5.3切向弹力Ft2.5.4平均比压P02.5.5活塞环的工作应力和安装应力2.6课程设计中活塞环的主要参数选择------------------()第三章活塞环的制造工艺-------------------------------------------()3.1活塞环的生产特点----------------------------------()3.2活塞环的加工方法----------------------------------()3.3活塞环的加工工艺规程------------------------------()3.4确定毛坯的制造方法与加工余量--------------------()3.4.1活塞环的制造方法3.4.2加工余量的确定3.5定位基准的选择--------------------------------------()3.6活塞环一般工艺流程----------------------------------()3.7端面加工----------------------------------------------()3.8活塞环的热处理---------------------------------------()3.9活塞环的平面加工--------------------------------------()3.10活塞环的仿形加工------------------------------------()3.11铣切开口加工-----------------------------------------()3.11.1活塞环开口铣削加工的特点及工艺要求3.11.2铣切开口的工艺要求3.12内圆加工的工艺要求----------------------------------()3.13精车外圆---------------------------------------------()3.14精修开口--------------------------------------------()3.15活塞环的表面处理------------------------------------()参考文献----------------------------------------------------------------()附件一活塞环零件图附件二活塞环毛坯图附件三活塞环机械加工工艺规程卡片附件四活塞环机械加工工序卡片第一章概述活塞环是内燃机关键零件之一，它与活塞、气缸套相互联系在一起，组成发动机动力源组件。随着内燃机向高强化、低排放、高寿命方向发展，对活塞环质量要求越来越高，不仅要求活塞环有很高的可靠性、经济性，而更重要的是要有最佳性能。1.1活塞环的作用机曲活塞环在内燃机中，其主要作用有四点：1密封在往复式内燃机中，活塞环是一种运动件，亦是一种密封件。活塞环在高速往复运动状态下，在高温、高压燃气的作用下，完成对燃烧室和曲轴箱之间的密封作用，即阻止气缸中燃烧产生的高温高压气体窜到曲轴箱中，这是活塞环的主导功能。一般，燃气通过活塞环有三条通道：（1）活塞环与气缸内壁的周向间隙；（2）活塞环与环槽上、下侧面间隙；（3）活塞环开口间隙。其中活塞环与气缸内壁的周向间隙是燃气漏泄的主要途径，为减少漏气量，要求活塞环与气缸内壁之间必须存在一条连续不断的线贴合区域，并使环的一个平面与相应活塞环槽的一个侧面处于良好接触状态，从而达到切断漏气通道的作用。同时，由于环槽底燃气压力，把活塞环紧紧压向气缸内壁，亦有利于环的密封。另外，活塞环与气缸内表面的几何形状贴合良好与否、环的截面形状以及环的数量等都对密封有很大影响。2控制润滑油活塞环控制润滑油作用就是活塞环对气缸壁润滑油膜厚度的控制和调节。活塞环在气缸中阻止润滑油从曲轴箱进入燃烧室，从而降低滑油耗量。我们知道，活塞环组中滑油是无规则的，中小型机多用飞溅方式，强载机则用压力循环润滑。为了使活塞环正常滑动，必须不断地供给滑油，同时又要求活塞环能刮落气缸壁上的过多滑油，也就是既要保证活塞环润滑所需要的油膜厚度，又要保持较低的滑油耗量，以防止过多的滑油上窜到燃烧室，不仅滑油耗量增大，又会因燃烧产生的积碳影响传热性能。3导热活塞环在气缸中起着传热作用。当内燃机工作时，活塞温度很高，一部分热量经活塞环传给气缸壁，再由气缸壁传至冷却水，从而降低活塞温度。一般，冷却活塞中，活塞环传导的热量为30～40%；非冷却活塞中，活塞环传导的热量可达活塞顶所承受热量的70～80%。活塞环的散热作用实际上与环的几何尺寸，截面形状，材料的导热性、热膨胀系数，环与环槽间的间隙以及有关表面精度等都有很大关系，应慎重选取。4支承导向活塞在气缸内运动靠环支撑。因活塞受燃气的加热而膨胀，所以气缸与活塞之间必须留有间隙，以防活塞咬死。对热负荷高的发动机，其间隙更要大一些，由于间隙的存在，活塞就必须依赖活塞环才能在气缸内保持运动平衡，防止活塞不断撞击气缸壁。一旦减弱和破坏活塞环的支承作用，必将导致活塞组件失去运动平衡，从而产生噪声、偏磨、擦伤等故障，甚至出现融着、折损和拉缸等严重故障。因此，活塞环基体材料的选择，活塞环断面形状，以及必要的结构力学计算，强度、应力计算，刚性、共振频率计算以及各种变形计算尤为重要。1.2活塞环的种类活塞环按功能分类，可以分为以气密功能为主导的气环和以控油功能为主导的油环。1气环气环以安装位置分，有第一道压缩环、第二道压缩环和第三道压缩环。气环以结构形状分，有矩形环、桶面环、锥面环、梯形环和扭曲环。其中扭曲环又包括内倒角环、内台阶环、外台阶环、鼻形环和楔形环等。（1）矩形环剖面是矩形的气环。几何形状简单，在正常工作条件下具有足够的密封性，便于加工，曾为中小功率柴油机经常采用，但随着发动机的日益强化，活塞热负荷增加，热变形加大，活塞头摇摆加剧等原因，致使矩形环在工作中失去与气缸壁的良好贴合，其上缘与气缸壁接触，而下缘离开缸壁，就起不到刮油作用，反而向上泵油，增大滑油耗量，因此矩形环的使用受到限制，在低速十字头发动机中还广泛采用。（2）桶面环桶面环的表面形状多呈凸圆弧形。一般取公称直径的一半作桶形面的半径（即桶面半径等于气缸半径）。它主要用作第一道气环（通常经镀铬处理），常与锥面环串联使用。其优点如下：a因桶面环的两面均是楔形，机油的入口间隙大，则机油以楔形进入并产生一个使环浮起的油压形成液体润滑，因此磨损可以减小；b桶面环与气缸之间是线接触，能适应活塞的晃动，因改善接触情况，减少粘着磨损的发生；c磨合性能好，桶面环实质上是双向微锥面环，所以易于磨合；d密封性能好。环与气缸线接触，即使表面发生变形时仍能保持良好的接触。（3）锥面环锥面环的外圆呈锥形，锥度一般为8.7～26.2mＲ(0.5o～1.5o)采用镀层或非镀层结构。锥面环是在活塞环外圆面上加工一个很小的斜角，由于减少了环与气缸壁接触面，从而提高表面接触压力，有利于磨合和气密，同时，活塞下行时，易于刮油；活塞上行时，由于斜角的“油楔”作用，能在油膜上“飘浮”过去，不会引起熔着磨损。锥面环斜角选取必须恰当，一般在20ˊ～60ˊ范图图围内。安装时注意斜面角不能倒装，否则会引起很大的窜油现象。一般用于中间环。（4）梯形环两侧面倾斜的气环。由于梯形剖面，环在径向运动时，侧隙将不断变化，因而能使燃烧室积碳减到最低程度。为了提高气环的抗结胶能力，梯形环结构应运而生了。当活塞受侧压力的作用而改变位置时，环的侧隙发生变化，能将环槽中的结焦挤出，从而使活塞环槽处的许用工作温度比矩形环高20℃左右，能使活塞环在240～250℃下长期工作而不结焦。梯形环的夹角一般为15o，也有用10o，20o的。梯形环又分直角梯形环（环截面为直角梯形）和等腰梯形环（环截面为等腰梯形）。梯形环在第一道环中使用最广，也可以用于第二、第三道环。梯度可以是一边或两边都有，环槽也有相应的梯度。选择一定的环槽和环的锥角和公差，使内外底面匹配良好，以优化窜气和机油控制。环和环槽间的相对运动可避免积碳形成，以防止环在环槽中卡死现象。直角梯形环适合于烧重油柴油机或航空发动机，等腰梯形环多用于烧重油强载柴油机，近年来，小功率柴油机和二冲程汽油机也开始采用。（5）扭曲环扭曲环的扭转角度一般为径向厚度上的扭曲量为环径向厚度的0.5～1.5%，而扭曲的斜角为15ˊ～30ˊ。但倒角环[图（g）]和锥面环[图（f）]的斜角度比较大，倒角环可达10o～20o；a)直角梯形b)等腰梯形角环；(h)—鼻形环锥面环为2.5o～5o。2油环油环具有回油孔或等效结构，能从缸壁上刮下机油的活塞环。主要用来调节（或控制）气缸壁上润滑油并带有回油通道的活塞环。油环又分外阶梯倒角环、鼻形环、开槽油环，弹簧胀圈油环、钢片组合环等。（见图1-7）（1）外阶梯倒角油环广泛应用于大缸径发动机，作为向下刮油和布油环。（2）鼻形环切台呈鼻形外切扭曲环。作为中速发动机的向下刮油环。钩形切口保证了刮油边尖角的竖实性和不变形侧面接触宽度。（3）开槽油环侧面平行，具有两个接触环岸，并有回油孔的油环。由于环岸狭窄，可得到高的比压是最常见的一种油环。它通过回油槽或油孔把刮油带一分为二，根据实际应用需要，通过控制刮油带的宽度，来改变油环表面接触压