190型活塞机械加工研究

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1190型活塞的结构与加工要求

190活塞为筒形活塞，其上部主要用于接受气体压力及安装活塞环，称顶部；下部传递推力或启闭气口，称裙部。如图1所示。顶面上有气阀的避让凹坑。190活塞是非冷却式活塞，顶部吸收的热量通过活塞环向气缸散去。为使热量均匀流向各道活塞环，要求散热面要大、路程要短，顶面做成锥形且大圆狐过渡，其内腔环带的过渡圆半径大，这样既可保证散热良好，有可使顶部有足够强度和刚度。由于温度过高会使材质氧化烧蚀，机械应力和热应力过大，活塞顶部会产生圆周裂纹和网状裂纹，机械加工应保证其基本形状、尺寸和表面粗糙度要求。活塞环槽的尺寸和形位公差直接影响与活塞环的装配精度。不良的加工将加速环槽的磨损与断裂。由于材质分布的关系，活塞工作温度和热膨胀量由上而下递减，故190活塞上部直径在冷态时要求加工成梯形，环槽处为189．1，而环槽以上为188．8。

190活塞裙部，由于活塞销座金属较多，销孔轴向热膨胀量较横向大，气体压力使活塞变形，也使销孔轴向较大，因此裙部制成短轴在销孔方向的椭圆形，即中凸椭圆。活塞顶面制有四个气阀坑，其凹面表面粗糙度为Ra＝3．2μm，顶面则为Ra＝1．6μm，要求精铣。190活塞内腔为避免与连杆相碰并保证壁厚，沿长度方向用R40圆弧相连接，要求进行内腔加工；同时宽窄开档需进行粗精加工；在裙部下190活塞与活塞销的配合系浮动温度升高，其配合间隙为正常的配合隙要求严格控制。因活塞膨胀冷缩故在冷却或常温下，活塞销与销孔的配合。因此活塞销孔的尺寸精度、形面粗糙度质量要求很高，加工时应于销孔内有卡簧槽，用以防止活塞轴活塞是冷却式整体活塞，其冷却方式此裙部和销座上开有喷油孔，应按要

2现行机械加工工艺规程

190活塞是我院附厂传统产品，生产历史。现行工艺是在通用机床基高度分散原则制定的，符合当年工厂水平不高的状况。该工艺共有33道械加工工序23道，见图2。

3对现行工艺的分析与改进意见

现行工艺符合机械制造工艺学“基准先行、先粗后精、先面后孔、先主后次”的基本原则。但经过30年的发展，我厂的情况发生了巨大变化。为提高产品质量，提高经济效率，190活塞的生产工艺也应有所改进。为此作如下分析，并提出相应改进意见。

（1）关于粗基准。毛坯在进行液态挤压时，冲摸与冲头两者轴线会有所偏离，正像箱体等零件加工一样，一般以内腔为粗基准。但现行加工却以外圆为粗基准，虽然加工时对活塞内腔圆面进行了找正，规定跳动量小于0．5mm，还是无法保证加工后的止口与活塞内腔轴线重合。止口是后面一些工序的基准，它的偏移势必使内腔形状相对与外形产生扭曲，给产品质量带来负面影响。因此加工过程应以活塞内腔形状为粗基准，粗车顶部端面和外圆，再以外圆和端面为精基准车出止口。这样可以保证活塞内腔形状相对外圆和止口轴线的对称性，并保证加工后活塞外形与内腔形状的同轴性。

（2）现行工艺未完全贯彻先粗后精原则。粗加工阶段要切除大量加工余量，切削用量大，切削过程中会产生较大变形。先粗后精有利于消除变形，保证精加工精度的稳定。现行工艺把铣避碰狐放在精加工外圆之后，铣削过程产生的塑性变形会破坏精车已获得的精度。原工艺之所以把铣避碰弧后置，是担心铣避碰弧会使止口不完整，影响定位精度。实际上止口是调节活塞重量的部位，适当增加止口深度不影响产品性能。因此把铣避碰狐放在粗加工阶段之尾、精车止口之前，并适当调整止口尺寸，即可解决这一矛盾。

（3）现行工艺工序过于分散。安装次数过多，生产辅助时间、转运时间多，安装误差大，工资性支出比例大，经济效益差。现行工艺大部分工序内容简单，有些工序安装方式、加工设备、加工方法相同，可以创造条件使之合并。如粗铣宽开档、铣窄开档、精铣宽开档三工序，都以顶部外圆、端面和销孔定位，都用X53T，都是立式铣削，只是刀具不同，在通用机床换刀比工件多一次安装还难，故分为三道工序。如果用一把组合刀具，并适当选择切削用量；或者根据产品使用要求，调整过渡圆弧半径，用一把端面圆弧半径相同的立铣刀加工三道工序的工艺内容，这样一次安装即可完成较多工艺内容。

（4）加工方法有改进的余地。如销孔的粗加工，一直采用先钻φ60孔、再镗销孔。钻削刃长、钻削速度低，切下金属全成铝屑。如果把占孔改为套料，采用硬质合金套料刀，切削刃短，刀齿数可增多，可以提高切削速度，从而提高生产率，而套下的料便于回用。

（5）现行工艺中有的工序，可以取消，将其工艺内容分散到其它工序之中。如平顶面工序，包括油槽倒15°角。此道工序之所以必要，是因为担心精车燃烧室之后的多道工序使顶面表面粗糙度下降；同时精车外圆是用靠摸加工，不可能车15°角。其实在精切槽时车出15°面，把精车燃烧室工序后置，并同时平顶面，这样便省去了一道工序。

（6）现行工艺所使用的机床绝大多数是通用机床C630、X53T和一些自制专用机床。生产能力的提高受到限制，产量不能满足市场需求，并受到后起工厂的挤压，日显落后。采用一些先进设备，如数控机床，很有必要、活塞外圆是重要部位，根据其受到热膨胀及与缸套相对运动的需要，整个外圆长度分成三段。靠活塞顶直径为188．8；其下至油槽为189．1；而裙部为中凸椭圆。在顶部还有四道环槽，油环槽上车有15°锥面。除中凸椭圆外，非常适合使用数控车床加工。在一次安装中可以加工出活塞的所有表面，包括活塞外圆、顶面、室燃烧、环槽等。在一次安装中可以加工出活塞的所以表面，产品精度高，一致性好。销孔是另一重要部位，技术条件要求很高，在加工中多次作”自为基准”和加紧作用面。因此无论粗加工或者是精加工都应严控制，都在金刚镗床上镗销孔。金刚镗主轴回转精度高、刚度高，但每次只能用定尺寸刀具加工一个孔径。因此镗销孔，镗孔内卡簧槽、镗孔端圆弧必须分成三道工序。如果采用数控镗铣床，一次安装可完成上述三工序，大大简化生产过程。同样的理由，可用立式数控机床，在一次安装中可完成活塞内腔、开档、油孔、避碰狐和4－6油孔等加工。

（7）部分夹具定位误差过大，操作不便，工人劳动强度高。如钻10－8夹具，活塞重10余公斤，每件加工工人需徒手安装，分度10次钻孔。另外，专用刀具类型多，制造成本高。改进工艺装备很有必要。

（8）改进加工方法、减少机械加工余量。工艺中车外圆、切槽均需用顶针孔。因此毛坯上需作一工艺凸台，最后切去。如果仅加工出尺寸形状较准确的燃烧室，再用反顶针盘支承，让它起到顶针作用，就不必设置工艺凸台，简化毛坯、减少机械加工量。

4工艺改进的参考方案

4．1改进方案一根据上述分析和改进意见，提出以下参考方案，见表2。

4．2改进方案二

采用Jcs－018A小型立式加工中心或功能类似的数控机床，将方案一中的07～11等五道工序合并成一道工序。以A、B、D为定位基准面，一次安装，通过编程和自动换刀，完成钻忽4－6油孔、铣避碰弧、铣内腔、铣宽窄开挡等加工。方案二中的其余工序与方案一种的01～06、12～16工序依次对应不变。以上方案与原工艺相比，该方案充分考虑了机械制造工艺学的基本原则，保留了原工艺中的合理工序，采用了部分数控机床。（1）毛坯上无工艺凸台，不仅简化了毛坯形状、减少了材耗，也减少了机械加工量。另外，销孔将钻孔改为套料，套下的料可直接回用，也减少了材耗，还改善了加工条件。（2）粗基准的选择更加合理，保证了活塞内腔与外形的同轴性和对称性。（3）先粗后精的原则得到彻底贯彻；粗加工、半精加工、精加工的加工阶段的划分更加分明。（4）工序过于分散状况得到改善，安装次数由原来23次减少至16次或11次，大大减少了辅助时间，减少了工序运转时间和安装误差，提高了劳动生产率，减少了生产人员和工资性支出，提高了经济效益。（5）采用了部分数控机床，提高了产品质量，简化了工艺装备，简化了产品检验过程。

5结语

对190活塞工艺方案的改进，其要点是采用数控机床或其他工艺措施，将工序高度分散的工艺改变成工序适当集中的工艺，从而提高产品质量，减少了安装次数，减少工资性支出，提高经济效益。