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畢業(yè)設計（論文）任務書
專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 機械051 姓名 湯啟峰 下發(fā)日期 2009-3-10
題目
180C柴油機活塞加工工藝設計
專題
180C柴油機活塞加工工藝設計
主
要
內
容
及
要
求
設計內容：首先仔細分析所加工零件的主要表面、技術要求、生產綱領，制定一套以上的本零件的加工工藝規(guī)程，認真分析各規(guī)程的優(yōu)缺點，從中選擇最優(yōu)的，根據(jù)這一規(guī)程，繪制出各個主要工序的工序卡片，設計主要工序的機床夾具，分析計算定位誤差，設計機床夾具的主要零件。
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，并對所制定的各種規(guī)程進行可得性和優(yōu)化性比較，從中選出最好的工藝設計，設計其中重要工序的工藝裝備，要求的圖紙量折合為零號圖后不少于三張，設計說明書不少于二萬字。
主要技術參數(shù)
主要數(shù)據(jù)：
180C柴油機活塞為組合式活塞，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；銷孔精度為H6；重量為12240±20g。
進
度
及
完
成
日
期
3月16日至3月27日（2周）:工廠實習,熟悉了解柴油機基本結構及其加工工藝。同時熟悉AUTOCAD或UG等設計軟件的使用方法。
3月27日至4月6日（2周）: 根據(jù)設計任務書要求查閱資料，完成外文翻譯工作。
4月6日至4月12日（1周）：工藝方案設計的擬定及技術分析、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，計算主要工序的切削用量和基本時間，設計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）：編寫畢業(yè)設計說明書。
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。
教學院長簽字
日 期
教研室主任簽字
日 期
指導教師簽字
日 期
青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書
摘 要
在柴油機氣缸內，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，并把壓力通過活塞銷、連桿傳給曲軸?？梢?，活塞是在高溫高壓下作長時間連續(xù)變負荷的往復運動，它的負荷和工作環(huán)境很惡劣。在本設計中將對活塞的加工工藝進行設計，以保證活塞長久穩(wěn)定工作。現(xiàn)將設計中所做的工作簡要介紹如下：
180C柴油機活塞加工工藝合理性是很重要的，通過對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，通過分析、比較，采用了相對集中加工工藝方案，最終確定比較合理的機械加工工藝路線。制定工藝路線時主要考慮粗、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，經過對工序特點的分析，恰當選擇相應加工設備和工藝裝備。接下來經過計算查表確定活塞各主要工序的切削用量并繪制工序卡片，最后設計夾具。設計夾具時，要多方面考慮，嚴格要求，機床夾具的好壞直接影響工件加工表面的位置精度。所以，機床夾具設計是裝備設計中的一項重要的工作，是加工過程中最活躍的因素之一。在本畢業(yè)設計中特別設計了定位準確、結構簡單和使用方便的精鏜銷孔夾具。
關鍵字：活塞；工藝路線；加工設備；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柴油機活塞的由來 ………………………………………………………………1
1.2 機械加工工藝規(guī)程………………………………………………………………………7
第2章 180C柴油機活塞零件圖的分析 ……………………………………8
2.1 活塞的功用………………………………………………………………………………8
2.2 活塞的結構特點和技術要求 …………………………………………………………8
2.3 180C活塞的工作情況 …………………………………………………………………9
2.4 180C組合活塞結構 ……………………………………………………………………10
第3章 活塞加工工藝制定 …………………………………………………12
3.1 計算生產綱領確定生產類型 …………………………………………………………12
3.2 審查零件圖圖樣工藝性 ………………………………………………………………12
3.3 選擇毛坯 ………………………………………………………………………………12
3.4 工藝過程設計 …………………………………………………………………………13
3.5 確定加工余量及毛坯尺寸、設計毛坯圖 ……………………………………………25
3.6 部分重要工序設計 ……………………………………………………………………29
3.7 確定切削用量及基本用時 ……………………………………………………………33
第4章 夾具設計……………………………………………………………50
4.1 機床夾具概述 …………………………………………………………………………50
4.2 機床專用夾具設計的基本要求 ………………………………………………………50
4.3 活塞夾具的設計思路 …………………………………………………………………51
4.4 活塞裙精鏜銷孔夾具設計 ……………………………………………………………51
結論…………………………………………………………………………56
參考文獻……………………………………………………………………57
致謝…………………………………………………………………………58
附件 1………………………………………………………………………59
附件 2………………………………………………………………………81
58
第1章 序論
1.1?180C柴油機活塞的由來 ?? ?
180C柴油機是四方機車廠與奧地利AVL公司合作開發(fā)的。下面就四方機車廠和AVL公司的發(fā)展歷史做一下介紹，從他們的發(fā)展過程中，我們能看到柴油機行業(yè)的一些趨勢以及中國柴油機的發(fā)展歷程。
（1）四方機車廠的光輝歷史
四方廠在1958年9月22日試制成的東風型內燃動車的基礎上，于1959年4月10日制成了國產第一臺液力傳動內燃機車--衛(wèi)星型客運內燃機車。機車裝用2臺仿西德的12V175Z型柴油機，裝車功率2×1000馬力，最高速度140km/h。
? ?上述早期試制內燃機車的特征：一是機車或柴油機基本是仿制國外的產品：二是直流電力傳動匹配二沖程中速柴油機和四沖 程高速柴油機；三是液力傳動匹配高速四沖程柴油機；四是設計技術水平較低，可靠性較差。
? ? 早期內燃機車的試制及爾后各工廠、研究所進行的大量試驗研究和設計改進工作，為國產第一代內燃機車的設計和生產奠定了基礎，也為我國鐵路內燃化拉開了序幕。
? ? 1964年，四方廠對衛(wèi)星型機車作了大量試驗改進后，定型為東方紅1型內燃機車，1966年投入批量生產。機車裝用2臺經改進仿制的12V175Z型四沖程高速柴油機，采用改進后多循環(huán)圓液力傳動箱，柴油機裝車功率為2×1050馬力（后改為2×910馬力），最高速度調真120km/h。到1972年停產，共生產了160臺。該機車是我國內燃化初期的主型干線客運內燃機車，為客運內燃化做出了重大貢獻。
? ???1969年，四方廠制造了6臺4500馬力等級的東方紅4型貨運液力傳動內燃機車。機車裝用2臺16V200ZL型柴油機，最高速度100km/h。
? ? 1970年,四方廠開始生產援助坦-贊鐵路和越南等國的裝用12V180ZJ型柴油機的1000馬力的DFH1、3、4、5、型和2000馬力的DFH2型液力傳動內燃機車，總數(shù)達163臺。這是最早走出國門的國產內燃機車。
? ? 1971年，在DFH2型機車基礎上，四方廠制成2700馬力的雙機組東方紅3型液力傳動客運內燃機車。機車裝用2臺12V180ZJ型柴油機，最高速度120km/h。到1988年停產，共生產了268臺，是第二代內燃機車中主型客運機車之一。
? ??1977-1984年，四方廠為云南米軌鐵路制造了102臺1100馬力東方紅21型液力傳動內燃機車。是米軌鐵路實現(xiàn)了內燃化。
? ? 1984年，四方廠制成了1650馬力新的東風5型電力傳動調車內燃機車。機車裝用8240ZJ型柴油機，最高速度80km/h。這是對唐山廠1976年-1981年生產的老東風5型機車改進型。到1998年，東風5型機車共生產了727臺，除了中小編組站調車作業(yè)的主型機車。1984年，戚野堰產開發(fā)出單機組機車功率最大的東風8型貨運內燃機車。機車裝用16V280ZJ型柴油機，裝車功率4500馬力，在用交直流電力傳動。最高速度100km/h。到1988年末，有141臺東風8型機車在大坡度線路上運用。這是我國最早批量生產的重載貨運內燃機車。
? ? 到1998年末，國家鐵路過產地二代內燃機車運用總數(shù)達7925臺，占機車總保量的52.4%，占內燃機車總保有量的79.2%。
? ? 屬于第二代內燃機車的，還有不少工礦鐵路用內燃機車。中車公司為工礦鐵路提供的機車，由國家鐵路用的東方紅5、東風5、東風7、和東風4型的內燃機車；還有專門為工礦鐵路設計的東方紅5B、東方紅5C、東方紅6、東方紅7、東方紅7B、GK3、GK3B型等液力傳動內燃機車，有東風5B、東風5C、GKD1、GKD5、GKD01、GKD02和GKD03型的交直流電力傳動內燃機車。它們?yōu)楣さV鐵路的現(xiàn)代化改造作出了貢獻。
? ? 1999年9月8日，在中車公司組織領導下，由四方廠、株洲電力機車研究所和大連所合作，制成了國產第一臺交流傳動內燃機車-捷力型（NJ1型）調車機車。機車裝用8240ZJC型柴油機，裝車功率1800馬力；采用架控式交流傳動、IPM牽引逆變器和多微機控制系統(tǒng)；具有彩色顯示、故障診斷、保護、記錄及數(shù)據(jù)傳輸功能。
? ? 捷力型交流傳動內燃機車的研制成功，進一步縮小了國產內燃機車與世界先進水平差距，為研制和開發(fā)大功率交流傳動內燃機車積累了寶貴經驗，開辟了繼續(xù)前進的道路，也為21世紀進一步開發(fā)第四代內燃機車奠定了良好的基礎。
3.6國產內燃動車（組）的發(fā)展（1958-1999）
? ? 早在1958年我國開始發(fā)展內燃機車的同時，四方廠就設計、制成了我國第一列內燃動車--東風型雙層摩托列車。改動車組由2輛動車和4輛雙層客車組成。每節(jié)動車上裝用1臺B2-300型高速柴油機，動車組總功率為600馬力；采用液力傳動；最高速度為120km/h。東風型內燃機車組的制成，開創(chuàng)了我國鐵路客運內燃化的新時代，也為進一步開發(fā)衛(wèi)星型和東方系列液力傳動內燃機車打下了基礎。
? ?進入20世紀90年代，由于各種運輸方式的激烈競爭，我國內燃動車開始迅速發(fā)展，并取得了良好的社會經濟效益。
? ? 1994年和1995年，四方廠制成天安1和天安2型液力傳動單節(jié)公務內燃機動車；1997年唐山機車車輛廠（以下簡稱唐山廠）制成電力傳動單節(jié)公務內燃動車。
? ? 1999年2月，四方廠制成了M+4M+M編組的液力傳動單層內燃動車組。每節(jié)動車裝用美國Caterpillar3508B型柴油機；動車組總功率為2×1360馬力，席位568個，最高速度120km/h。同時四方廠又獲得了斯里蘭卡15列6輛編組的內燃動車出口訂貨合同。
? ? 內燃動車組的發(fā)展，不僅提高了鐵路在國內運輸市場的競爭能力，還提高了在國際市場上的競爭能力，也為21世紀初葉我國鐵路客運提供了新的運輸工具。
（2）李斯特內燃機及測試設備公司
李斯特內燃機及測試設備公司(AVL List GmbH)是一家在世界汽車、發(fā)動機行業(yè)擁有極高知名度和良好聲譽的高科技公司。李斯特公司成立于1948年，當時只是一個簡陋的設計工作間，今天她已發(fā)展成為一個集發(fā)動機科研、開發(fā)、設計、咨詢、以及發(fā)動機測試設備生產的跨國高科技集團，3,100名員工。其總部位于風景如畫的奧地利格拉茨市，45個子公司及分支機構遍布世界各地，是目前世界上最大的、獨立的、私有的專業(yè)公司。也是全球規(guī)模最大的從事內燃機設計開發(fā)、動力總成研究分析以及有關測試系統(tǒng)和設備開發(fā)制造的私有公司。全世界所有的發(fā)動機制造商都在AVL的客戶名單里，特別是內燃機領域。
在中國汽車“江湖”，特別是發(fā)動機及內燃機“江湖”，AVL（李斯特內燃機及測試設備公司）絕對稱得上“武林高手”，而且是來自奧地利的洋“武林高手”。據(jù)了解，AVL是唯一一家?guī)椭脩魪漠a品設計一直到投產，而且是唯一一家全部自己提供測試設備并百分之百由自己生產的公司。
目前，幾乎你所聽說過的國內、國外汽車生產廠家都是AVL公司的合作伙伴。其中，AVL的兩大核心業(yè)務——內燃機開發(fā)設計和測試設備均占中國市場70%以上的份額；AVL在中國已擁有200多家中國用戶，與一汽錫柴、濰柴、上柴、大柴等許多發(fā)動機及汽車廠家都有合作。
李斯特公司和中國的友誼源遠流長。公司創(chuàng)始人老李斯特教授在1926年到1932年的6年時間里，一直到在上海同濟大學任教。
在過去的幾十年里，公司創(chuàng)始人老李斯特教授及AVL公司始終把為中國培養(yǎng)一流的科技人材、支持中國發(fā)動機事業(yè)的獨立快速發(fā)展放在第一位。為此，他們向同濟大學、吉林工業(yè)大學等科研教育單位捐贈了技術及設備；設立了獎學金，資助中國優(yōu)秀學生，開展學術互訪活動；為中國的汽車、火車、船用及工業(yè)用發(fā)動機進行開發(fā)設計、改型優(yōu)化，并邀請中方技術人員參與相關的重要技術工作，在實踐中培養(yǎng)中國發(fā)動機領域的人材，扶植中國發(fā)動機行業(yè)的獨立發(fā)展。
老李斯特教授及AVL公司的傾心努力，得到了中國發(fā)動機行業(yè)的稱贊。至今，中國的發(fā)動機行業(yè)一直把AVL公司親切地稱為"李斯特研究所"，言意之中即認為AVL公司是一個科研開發(fā)、人材培訓的理想基地。另外，為中國政府部門提供咨詢及支持，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)助機械部制定了《中國內燃機發(fā)展系列型譜》；協(xié)助國家機械局制定《中國柴油機煙度排放標準》，為其無償提供咨詢、設備等各種軟硬件幫助。
1995年，又一個熱愛中國文化的美國人加盟AVL。早在1981年，他就踏上了中國本土，那時候他只是20歲出頭的小伙子，之前擔任過研究員、院長助理，調查、撰寫、編輯、翻譯有關中國大陸和臺灣地區(qū)經濟狀況的文章，對中國的經濟發(fā)展有相當?shù)牧私狻?之后，他擔任過美國公司FUQUA WORLD TRADE CORPORATION 及CONTITRADE SERVICES. INC的中國部經理，還擔任過TRANSCONTINENTAL TRADE && FINANCE LIMITED美國部經理等職位。 這個人就是連世康，他最驕傲的事情之一就是他能講一口流利的普通話。 連世康具有較強的管理與領導能力，對中國市場非常了解，工作經驗豐富等等，使AVL在中國市場如虎添翼。
AVL于1995年設立上海代表處，1999年在福建廈門與國家科技部中國科技開發(fā)院(廈門)合資成立了“廈門海騰發(fā)動機測試設備有限公司”。2001年是AVL公司在中國開展業(yè)務的第26個年頭，5月19日，李斯特技術中心（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)、上海市副市長在內的中奧兩國政府官員及行業(yè)專家、媒體人士等各界朋友出席了儀式。隨著在中國業(yè)務的不斷擴大和發(fā)展，AVL公司于2003年在重慶開設了第三個代表處，以適應西部大開發(fā)戰(zhàn)略及開拓廣大西部市場的需要，使西部廣大客戶能享受與東部沿海地區(qū)同樣快捷方便貼近客戶的服務。
在2005上海國際車展上，奇瑞展示了多款轎車發(fā)動機，讓人們大飽眼福；奇瑞也在前不久對外宣布了他們將進軍歐美市場。奇瑞能有如此大的成就，其實也是多虧有了這位“武林高手”指點迷津。奇瑞董事長尹同耀曾在公開場合說過，“與AVL公司聯(lián)合開發(fā)的世界一流的兩個汽油機家族和柴油機系列，均采用了先進的技術，基本上與世界上發(fā)達公司技術水平發(fā)展同步，某些高配置的發(fā)動機達到世界領先水平，為奇瑞公司實行走出去戰(zhàn)略打下了堅實基礎?！?
“在AVL與奇瑞之間的合作項目中，AVL與奇瑞的相關負責人員一起溝通，進行分工來開發(fā)產品；我們的目標是幫助中國企業(yè)做強，能夠自主開發(fā)品牌產品。”AVL中國地區(qū)總裁連世康（Michael Laske）介紹道?；谶@一點，AVL仍會繼續(xù)傳授中國汽車企業(yè)“內功心法”。
2005年6月13日，連世康上任“綠色柴油機推廣計劃”（GDI）的聯(lián)合執(zhí)行主席。GDI最初由7家公司共同發(fā)起，如今已經進入第五個年頭，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、沃爾沃卡車等國際汽車巨頭。GDI向中央和地方政府以及企業(yè)、消費者介紹先進柴油機技術以及使用高品質的燃油和潤滑油以達到更低的排放標準，旨在協(xié)助中國實現(xiàn)社會發(fā)展和環(huán)境保護的統(tǒng)一目標。 據(jù)了解，在2004年，歐洲客車市場的柴油機占有率達到了48%。在一些國家，在新車的銷售中，柴油機車的比例甚至達到了60%—70%。 連世康認為，柴油機在中國的使用需要一個過程，因為以前的柴油發(fā)動機技術不行，柴油質量差等原因，導致在公路上，經?？吹揭贿B串黑煙從車尾冒出來。但是現(xiàn)在，柴油機技術已經有了很大的改進，但燃油和潤滑油的品質還有待于進一步提高以適應先進的柴油機技術以使先進的綠色柴油機技術在環(huán)保改善問題上發(fā)揮更大的作用。GDI所有成員會共同努力，盡最大的努力幫助中國政府、企業(yè)及公眾，讓他們了解目前柴油機的技術和今后的發(fā)展趨勢。
由于快速的經濟增長，中國需要從國外進口更多的石油以維持工業(yè)和交通運輸?shù)男枨螅瑫r這些工業(yè)以及運輸業(yè)也無時無刻都在產生和排放污染。GDI成員認為清潔柴油和高級的汽車柴油機技術可以幫助中國減少對進口石油的依賴，可以減少氣體排放污染，并可以幫助政府和汽車消費者節(jié)省在汽油上的支出。
據(jù)了解，在油耗相同的情況下，柴油機車可以駕駛的距離比汽油機車要多30%。更好的燃料經濟意味著汽車消費者使用更少的燃料，同時從使用柴油機車中節(jié)省支出。對于一個汽車消費者，如果每年行駛20，000公里，使用柴油機車可以每年節(jié)省4,000—5,000 人民幣（或每個月大概330—415 人民幣）。 在中國，如果有1/3的轎車使用柴油機，那么整個國家每天就可以節(jié)省百萬元人民幣，同時減少了對國外燃油的進口依賴。 而且，使用柴油還帶來很多好處，柴油機比較省油，柴油機車比汽油機車的二氧化碳排放量少30%；柴油機是非常耐用的，使用壽命比汽油機要長。 連世康認為，在3—5年內，中國使用柴油機的狀況會有較明顯的變化。
據(jù)悉，今年以來，油價持續(xù)上漲等消息，似乎使柴油車的前景變得光明起來。汽車企業(yè)將柴油車及柴油發(fā)動機的研發(fā)視為重點，成為一種新的趨勢。日前，專注于SUV生產的華泰現(xiàn)代表示，油價上漲在很大程度上沖擊了銷量，推出柴油SUV是一種比較經濟、節(jié)約成本的做法。有這種計劃的并不只是華泰現(xiàn)代，長豐獵豹也表示，下階段將考慮推出柴油SUV；中興汽車也有此計劃。除了SUV企業(yè)，轎車企業(yè)也將柴油車項目提上了日程。上海大眾的柴油版帕薩特和POLO也正在研發(fā)過程中。同時，東風雪鐵龍和長安福特也準備在今后推出柴油轎車。
但目前，國內企業(yè)研發(fā)柴油機能力到底怎么樣呢，它們能趕上柴油“新潮流”嗎？或許，我們可以從連世康講述AVL與國內外客戶合作的情況中略知一二。“如果說國內客戶與國外客戶有什么不同的話，很明顯，國外的公司比較有經驗，同你合作時非常清楚需要的是什么，項目的定義、到底要達到什么樣的指標……在這方面他們不會再與我們協(xié)商。而國內的客戶普遍對發(fā)動機開發(fā)整個流程所需的時間估計不足，通常要求產品設計、開發(fā)的時間越短越好，對樣機出來以后的工作往往重視不夠?！?據(jù)了解，樣機出來以后的過程是非常重要的，它需要通過實驗來檢驗，包括12萬公里的路試等，確定發(fā)動機的設計和工藝到底過不過關。國內許多客戶為了搶奪市場空間，通常要求AVL縮短項目周期。對此，AVL只有盡力與客戶協(xié)商想出許多辦法來解決用戶的問題。
新產品投產一個很重要的問題是供應商的選擇，連世康又一次指出了中國客戶的軟肋。“中國的主機企業(yè)對供應商控制得不大好。AVL可以提出用哪些供應商的零件，但到底用不用這些供應商、這些零件是怎樣生產的，AVL控制不了?！边@有時就讓AVL陷入了困境，有些客戶拿到的零件是劣質的，AVL的設計技術就算太高明，也難免不會出問題。
作為一家技術咨詢公司，AVL很重視技術創(chuàng)新。據(jù)了解，AVL在中國每年的銷售收入從1995年的400萬美元增長到2004年的近6000萬美元，而公司總部每年銷售收入的10%左右要確保用于新技術的研發(fā)。連世康認為，AVL要始終保持比客戶了解更多更新的技術，才能更好地為客戶服務。
目前，AVL總部的研究部門里正在使用著48個發(fā)動機試驗室，其中有整車噪聲試驗室，14個排放試驗室等，都在應用AVL自己生產的排放儀和轉鼓。AVL在市場上推出的每一個新產品都是經過AVL產品設計部門苛刻的試驗。
連世康稱，AVL5年之前在中國的絕大多數(shù)業(yè)務是測試設備，現(xiàn)在設計研發(fā)的項目越來越多。隨著大批外國公司在中國開始建立技術中心，他們在測試設備方面的需求量很大。未來幾年，設計研發(fā)業(yè)務將以中國公司為主，測試設備業(yè)務以外國公司為主。
而且，隨著AVL在中國的業(yè)務不斷擴大，人員增多，到年底AVL將遷往三元橋附近的佳程廣場辦公；2006年，AVL將成立廣州辦事處。連世康稱，廣州、重慶、上海、北京等地是中國汽車發(fā)展集中的地方，AVL將擴大在這些地方的投資，以擴大AVL在中國的業(yè)務。未來3—5年內，將使中國發(fā)展成為AVL的第二大戰(zhàn)略市場。目前，德國、美國是AVL的前兩大戰(zhàn)略市場，中國排在第三位。
1.2機械加工工藝規(guī)程
機械加工工藝規(guī)程是規(guī)定產品或零部件機械加工工藝過程和操作方法等的文件，生產規(guī)模的大小、工藝水平的高低以及解決各種工藝問題的方法和手段都要通過機械加工工藝規(guī)程來體現(xiàn)。因此，機械加工工藝規(guī)程設計師一項重要而又嚴肅的工作，它要求設計者必須具備豐富的生產實踐經驗和廣泛的機械制造工藝學基礎理論知識。設計機械加工工藝規(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5）確定滿足各工序要求的工藝裝備（包括機床、夾具、刀具、和量具等）6)確定各主要工序的技術要求和檢驗方法7）確定各工序的加工余量，計算工序尺寸和公差8）確定切削用量9）確定時間定額10）填寫工藝文件
一個機床的機械工藝制造系統(tǒng)由機床、工件、刀具和夾具組成。機床夾具是用以裝夾工件的一種裝置，其作用是使工件相對機床或刀具有一個正確的位置，并在加工過程中保持這個位置不變。可以看出夾具在機械 加工中占有很重要的地位，尤其是在中小批量生產時更是大量采用機床夾具，它們是機床和工件之間的連接裝置，使工件相對機床或刀具獲得正確的位置。機床夾具的好壞將直接影響工件加工表面的位置精度。所以，機床夾具設計是裝備設計中的一項重要工作，是加工過程中最活躍的因素之一。
第2章 180C柴油機活塞零件圖的分析
2.1 活塞的作用
活塞是曲軸連桿機構中重要零件，又是燃燒室的組成部分；它承受氣缸內氣體壓力和慣性力的作用，并將此力通過活塞銷傳給連桿。
2.2 活塞的結構特點和技術要求
活塞的裝配圖如圖qtech-ssemble-00所示。
內燃機工作時，燃燒瞬時作用于活塞上的氣體壓力很高，而且作往復運動的活塞組的慣性力將達到很高的數(shù)值。此外，活塞還承受在連桿傾斜位置時側壓力的周期性沖擊作用，在氣體壓力、往復慣性力和側壓力的綜合作用下，活塞的機械負荷相當嚴重，活塞頂部承受彎曲應力；活塞銷座承受拉伸、壓縮和彎曲應力；活塞環(huán)槽承受沖擊力和磨損；活塞裙部承受側壓力和磨損等。由此可見，對于在嚴重機械負荷下工作的活塞，應具有足夠的強度和剛度，而且質量要輕。
活塞還承受高溫燃氣的作用，一般活塞頂部平均溫度可達200~400℃左右。柴油機活塞頂部常做成各種凹坑，使頂部實際受熱面積加大，熱負荷更加嚴重?；钊麥囟冗^高，會破壞與鋼壁之間的正常間隙；在高溫下，活塞內部的溫度梯度造成很大的熱應力，如果活塞頂部溫度超過370～400℃時，則會引起活塞頂疲勞熱裂現(xiàn)象。因活塞承受著嚴重的熱負荷，所以要求活塞應具有足夠的耐熱性，并且傳熱要快。
活塞運動速度和工作溫度高，潤滑條件差，因此應具有足夠的減摩性或采取特殊的表面處理。
在高溫下，活塞會產生熱變形而影響配合間隙，嚴重時會產生拉缸現(xiàn)象，因此要求活塞本身熱膨脹小。同時，在結構上采取適當措施，防止過大的熱變形。
活塞的機械加工難度大，為了保證活塞的正常工作，對活塞規(guī)定了嚴格的技術要求，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、活塞頭的調質處理、活塞裙噴涂二硫化鉬等。由于活塞工作時慣性非常大，所以規(guī)定同一臺柴油機上成套活塞的重量允差為40g,調整重量可在底口Ф162處加工，其最大極限尺寸為Ф165。其他技術要求可見裝配圖。
2.3 180C活塞的工作情況
在柴油機氣缸內，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，并把壓力通過活塞銷、連桿傳給曲軸。可見，活塞是在高溫高壓下作長時間連續(xù)變負荷的往復運動。
活塞在上述工作條件下，將產生受力變形和熱變形。活塞頂面在氣體壓力作用下將產生如圖3-1中虛線所示的變形。由于金屬分布不均勻，在活塞銷軸線方向的變形量比垂直于該方向的變形量大。同時活塞頂面與高溫的燃燒氣體接觸，使活塞的溫度升高，產生熱膨脹。由于圓周上金屬分布不均勻，銷孔軸心線方向的金屬，膨脹量大；而在垂直于軸線的方向上，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中的虛線所示。所以無論是受力變形或熱變形都使原來的圓柱形的裙部變成橢圓形，橢圓的長軸在活塞銷孔的軸線方向。因而在設計活塞時，必須要考慮到預變形，使其外形在正常工作時必須脹成圓柱形，使其與缸套能有正確的配合間隙，故其外形線比較復雜。
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組合活塞結構
12V180C型柴油機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。其結構如圖2-3所示。
可見，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：一是組合活塞的頂部與裙部是兩體的；二是組合活塞的內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雜的冷卻油槽。為保證裝配精度，在活塞頭和活塞裙上都設有定位圓和支承面。
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)程設計
3.1 計算生產綱領，確定生產類型
如圖所示為180C柴油機的活塞。該產品年產量為100臺，設其備品率為10%，機械加工廢品率為1%，現(xiàn)制定該活塞的機械加工工藝規(guī)程。
N=Qn(1+α%+β%)
=100 (1+10%+1%)
=111件/年
活塞的年產量為111件，現(xiàn)已知該產品屬于中型機械，根據(jù)《機械制造工藝設計簡明手冊》表1.1-2生產類型與生產綱領的關系，可確定其生產類型為中小批量批生產。
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、公差及技術要求齊全。在活塞頭和活塞裙零件圖中，未注明的公差等級為13級。活塞頭的冷卻油腔和活塞裙的頂部表面比較復雜，在加工過程中，有樣板可以作為對照來加工。
3.3選擇毛坯
180C柴油機活塞屬于組合式活塞，所以活塞裙和活塞頭要分開進行加工，最后裝配在一起構成一個完整的活塞。
活塞的工作條件： 活塞頂部承受汽缸中最高燃燒壓力，并通過活塞銷座、活塞銷傳給連桿；受到活塞組本身慣性力的作用；裙部承受曲柄連桿機構運動中產生的側壓力；活塞頂部受到由于溫度分布不均而產生的熱應力和熱變形。隨著內燃機強化程度的不斷提高，機械負荷和熱負荷更趨加劇，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）應有足夠的強度、剛度，以承受燃氣壓力，并能承受足夠高的熱負荷，防止熱裂。活塞頭的材料為42CrMoA，輪廓尺寸不大，又屬于中小批量生產，故毛坯可采用精密模鍛。
活塞裙部分應具有合適的造型，防止熱粘著?；钊沟牟牧蠟殍T造鋁，形狀不是很復雜，屬于中小批量生產。故活塞裙采用金屬型鑄造。
3.4工藝過程設計
3.4.1 定為基準的選擇
（1）活塞頭粗基準和精基準的選擇
活塞頭是一個典型的盤狀零件，選擇毛坯的外圓為粗基準，對底口端面進行加工，然后以底口端面和底口作為精基準加工其他主要表面或端面。這樣能保證基準統(tǒng)一和基準重合，減少加工誤差，提高加工的精度。
（2）活塞裙粗基準和精基準的選擇
活塞裙是一個套筒類零件，選擇毛坯的外圓為粗基準，對底口和底口端面進行加工，然后以底口端面和底口作為精基準加工其他主要表面或端面。這樣能保證基準統(tǒng)一和基準重合，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進行精仿。
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。除機械加工外，還有調質處理、劃螺紋孔線、探傷等。另外在機械加工過程后還安排了鉗工倒角去毛刺、并對活塞頭進行清洗，為活塞的組裝做好準備。
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。除機械加工外，還有淬火時效處理、劃十字線、活塞頭與活塞裙的加工組裝。在機械加工結束后，對活塞進行稱重、配重，并在裙部噴涂二硫化鉬，最后要進行成品的檢驗。
（1）加工階段的劃分
1 ).活塞頭機械加工工藝過程
活塞頭的機械加工工藝過程大致可以分為：加工基準面——粗車總長、外圓及頂部燃燒室——調質處理——半精車基準面、總長、外圓及頂部燃燒室——粗割環(huán)槽——精車基準面并進行磨削——鉆、鉸、锪各種孔——精車頂部燃燒室、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要求都很嚴格，所以對于頂部燃燒室、外圓、環(huán)槽安排了：粗車——半精車——數(shù)控精車。對于底口極端面則安排了 ：粗車——半精車——精車——精磨。
對于180C柴油機活塞頭進行粗加工時，以底口及底口端面作為精基準，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)活塞裙機械加工工藝過程
活塞裙的機械加工工藝過程大致可以分為：粗車大體尺寸——粗車基準面——淬火時效處理——半精車基準面——劃線找銷孔中心并粗鏜——精車基準面——半精車重要表面——劃線找各種油槽孔——精車重要表面、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——滾壓銷孔——車床稱重、配重——裙部噴涂二硫化鉬——成品檢查。
活塞裙的頂部、橢圓裙、銷孔的技術要求比較嚴格，所以對活塞裙頂部安排了：粗車——半精車——精車；對橢圓裙安排了：粗車——半精車——精車——精仿；對銷孔安排了：粗鏜——精鏜——滾壓加工。
對于活塞裙進行粗加工時，以毛坯外圓作為粗基準，然后以底口及底口端面作為精基準，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行。
（2）工序安排
活塞頭在粗加工后安排了調質處理，這樣提高了活塞頭的綜合機械性能，提高材料的硬度和耐磨性。
活塞頭的底口及端面是設計基準，所以在加工時，先加工底口及端面，然后加工其他重要的面和進行孔槽的加工，這樣保證基準統(tǒng)一，加工基準和設計基準重合，提高了加工的精度。
在加工完各種孔槽后對活塞頭的頂面進行精加工，這樣保證了頂面的加工質量，不至于在加工孔槽時將加工好的表面劃傷。
底口內圓面和底口端面為配合面，所以在精加工后對其進行精磨，保重連接的準確性和可靠度。
活塞裙的在粗加工后安排了淬火加人工時效處理，目的在于得到高強度。
活塞裙的底口及底口端面是很多重要面的加工基準，所以應當首先將其加工，這樣既保證了設計基準與加工基準的統(tǒng)一，又實現(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際運動條件相適用的，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，對活塞裙進行數(shù)控車橢圓，提高加工精度和效率。
活塞裙的銷孔作為與連桿裝配時的重要接觸面，它的表面質量和耐磨性對于活塞的壽命至關重要，因此在對所有的其他機加工結束后，對其進行滾壓處理，滾壓后表面粗糙度Ra達到0.2，耐磨性和接觸疲勞強度大幅度提高。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束后，要對同一柴油機上的活塞進行稱重，重量允差不超過40g,對于超出范圍的進行配重處理。
3.4.3制定工藝路線
制定180C柴油機活塞工藝路線的出發(fā)點，應當使活塞的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求得到合理保證，在中批生產的生產條件下，可以考慮采用通用夾具和部分專用夾具等，并盡量使工序集中來提高生產率，除此之外，還應當考慮經濟因素，以降低生產成本。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如下：
(1)加工路線方案一
表 3-1活塞頭加工工藝安排一
序號
工序名稱
定位基準
1
粗車底口、端面及冷卻油腔
外圓和頂面
2
粗車總長、外圓及頂部燃燒室
底口端面和底口
3
調制處理HB260～300
4
半精車底口、端面及冷卻油腔
粗車后外圓和頂面
5
半精車總長、外圓及頂部燃燒室
粗車后底口端面和底口
6
粗割環(huán)槽
粗車后外圓和頂面
7
精車底口、端面及冷卻油腔
半精車后外圓和頂面
8
磨150H6及兩端面
半精車后外圓和頂面
9
鉆、鉸8.5、5及倒角
精車后底口端面和底口
10
劃2-M6孔線
11
4-15、鉆2-M6孔及倒角
精車后底口和底口端面
12
精車頂部燃燒室、端面、外圓及環(huán)槽
精車后底口和底口端面
13
研磨4-15支撐面
精車后底口和底口端面
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
工序名稱
定位基準
1
粗車頂部、外圓及總長
活塞裙毛坯外圓
2
粗車底口
粗加工后外圓和頂面
3
淬火時效處理HB110～140
4
半精車底口、端面
粗加工后外圓和頂面
5
劃十字線
6
粗鏜銷孔
半精車后底口及端面
7
精車底口及端面
粗加工后外圓和頂面
8
半精車總長、頂部、鉆Ф16至Ф14及外圓
精車后底口及端面
9
劃十字線
10
鉆4-8、4-6及14、擴鉸12
精車后底口及端面
11
鉸20°錐孔
半精車后外圓及端面
12
鏜油槽R25
精車后底口及端面
13
精車總長、擴鉸Ф16孔、冷卻油腔、外圓端面及環(huán)槽
精車后底口及端面
14
劃十字線
15
鉆、鉸、攻4-M16-6H及鉆鉸
頂部側面和外端面
16
銑60°油槽
精車后底口及端面
17
組裝
18
精車橢圓裙
精車后底口及端面
19
測量外圓各尺寸
20
劃十字線
21
鏜槽27mm
頂部側面和外端面
22
鏜R230±1
頂部側面和外端面
23
精鏜銷孔
頂部側面和外端面
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
滾壓銷孔
精車后底口及端面
28
車床稱重、配重
29
噴涂二硫化鉬
30
成品檢查
(2) 工藝路線方案二：
表3-3活塞頭加工工藝安排二
序號
工序名稱
定位基準
1
粗車底口、端面及冷卻油腔
外圓和頂面
2
粗車總長、外圓及頂部燃燒室
底口端面和底口
3
調制處理HB260～300
4
半精車底口、端面及冷卻油腔
粗車后外圓和頂面
5
半精車總長、外圓及頂部燃燒室
粗車后底口端面和底口
6
粗割環(huán)槽
粗車后外圓和頂面
7
精車底口、端面及冷卻油腔
半精車后外圓和頂面
8
磨150H6及兩端面
半精車后外圓和頂面
9
鉆、鉸8.5、5及倒角
精車后底口端面和底口
10
劃2-M6孔線
11
4-15、鉆2-M6孔及倒角
精車后底口和底口端面
12
精車頂部燃燒室、端面、外圓及環(huán)槽
精車后底口和底口端面
13
研磨4-15支撐面
精車后底口和底口端面
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
工序名稱
定位基準
1
粗車頂部、外圓及總長
活塞裙毛坯外圓
2
粗車底口
粗加工后外圓和頂面
3
淬火時效處理HB110～140
4
半精車底口、端面
粗加工后外圓和頂面
5
劃十字線
6
粗鏜銷孔
半精車后底口及端面
7
精車底口及端面
粗加工后外圓和頂面
8
半精車總長、頂部、鉆Ф16至Ф14及外圓
精車后底口及端面
9
劃十字線
10
鉆4-8、4-6及14、擴鉸12
精車后底口及端面
11
鉸20°錐孔
半精車后外圓及端面
12
鏜油槽R25
精車后底口及端面
13
精車總長、擴鉸Ф16孔、冷卻油腔、外圓端面及環(huán)槽
精車后底口及端面
14
劃十字線
15
鉆、鉸、攻4-M16-6H及鉆鉸
頂部側面和外端面
16
銑60°油槽
精車后底口及端面
17
組裝
18
精仿橢圓裙
精車后底口及端面
19
測量外圓各尺寸
20
劃十字線
21
鏜槽27mm
頂部側面和外端面
22
鏜R230±1
頂部側面和外端面
23
精鏜銷孔
頂部側面和外端面
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
滾壓銷孔
精車后底口及端面
28
車床稱重、配重
29
噴涂二硫化鉬
30
成品檢查
(3) 工藝方案的分析比較
上述兩個方案中，活塞頭的加工工序很少，加工比較簡單，所以兩個方案中活塞頭的加工工序是一樣的。對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量的問題，在中小批量生產中應該按照工序分散的方法安排工藝過程。方案二相對方案一來說工序安排有序，工序分散適中，適合于中小批量生產的特點。對于活塞裙部橢圓部分的加工，方案二中采用普通的仿形車床，仿形車床一般采用液壓裝置來傳遞運動，液壓的特點就是工作比較平穩(wěn)，它的加工精度和穩(wěn)定性比較高，特別是對于單件中小批量生產，它的成本非常低，這也是它的一個很大的特點。方案一中選擇用數(shù)控車進行加工，雖然它的加工精度高，質量可靠，效率高，但是由于活塞裙材料為鑄造鋁，加工時切削轉速比較大，這就需要數(shù)控車在極短的時間內完成一次橢圓加工，對于普通的數(shù)控車來說做不到。另外，數(shù)控車價格還是昂貴的，對于單件中小批量的零件來說成本會提高很多，是不經濟的。高精度，高效率，高質量是機械加工發(fā)展的大方向，但是要聯(lián)系到生產實際，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要認真綜合考慮各個方面后做出評斷。
因此，經過綜合考慮，最終確定180C柴油機活塞頭加工工藝過程如表3-5；活塞裙的加工工藝過程如下表3-6。
表3-5 180C柴油機活塞頭加工工藝過程
序號
工序名稱
定位基準
1
粗車底口、端面及冷卻油腔
外圓和頂面
2
粗車總長、外圓及頂部燃燒室
底口端面和底口
3
調制處理HB260～300
4
半精車底口、端面及冷卻油腔
粗車后外圓和頂面
5
半精車總長、外圓及頂部燃燒室
粗車后底口端面和底口
6
粗割環(huán)槽
粗車后外圓和頂面
7
精車底口、端面及冷卻油腔
半精車后外圓和頂面
8
磨150H6及兩端面
半精車后外圓和頂面
9
鉆、鉸8.5、5及倒角
精車后底口端面和底口
10
劃2-M6孔線
11
4-15、鉆2-M6孔及倒角
精車后底口和底口端面
12
精車頂部燃燒室、端面、外圓及環(huán)槽
精車后底口和底口端面
13
研磨4-15支撐面
精車后底口和底口端面
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柴油機活塞裙加工工藝過程
序號
工序名稱
定位基準
1
粗車頂部、外圓及總長
活塞裙毛坯外圓
2
粗車底口
粗加工后外圓和頂面
3
淬火時效處理HB110～140
4
半精車底口、端面
粗加工后外圓和頂面
5
劃十字線
6
粗鏜銷孔
半精車后底口及端面
7
精車底口及端面
粗加工后外圓和頂面
8
半精車總長、頂部、鉆Ф16至Ф14及外圓
精車后底口及端面
9
劃十字線
10
鉆4-8、4-6及14、擴鉸12
精車后底口及端面
11
鉸20°錐孔
半精車后外圓及端面
12
鏜油槽R25
精車后底口及端面
13
精車總長、擴鉸Ф16孔、冷卻油腔、外圓端面及環(huán)槽
精車后底口及端面
14
劃十字線
15
鉆、鉸、攻4-M16-6H及鉆鉸