發動機活塞加工工藝分析

許曦普

摘要：一個機械的靈活驅動與控制離不開性能優越的活塞，活塞現今廣泛應用于汽車發動機以及內燃機上，是非常關鍵的零部件，活塞的性能結構直接關系到整個驅動裝置的運轉過程。在國家軍事裝備方面上則對活塞的性能要求更高，未來對活塞方面的發展將是一個非常具有挑戰性的問題。因此，為了在保證質量、效率、產量的前提之下，要想占據市場取得絕對的經濟優勢，就要針對于內燃機活塞機械加工工藝過程進行高效廣泛的研究與探索。

Abstract： A flexible drive and control of machinery cannot be separated from the piston with superior performance. The piston is now widely used in automobile engines and internal combustion engines， which is a very critical component. The performance structure of the piston is directly related to the operation process of the whole driving device.In terms of national military equipment， the piston performance requirements are higher， and the future development of the piston side will be a very challenging issue.Therefore， in order to ensure the premise of quality， efficiency and production， in order to occupy the market to achieve absolute economic advantages， it is necessary to carry out efficient and extensive mechanical processing process of internal combustion engine piston research and exploration.

關鍵詞：發動機活塞;工藝過程;技術要求

Key words： engine pistons;the process process;the technical requirements

中圖分類號：TK243.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ?   ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）20-0108-02

1? 活塞加工的一般技術要求

因為鋁活塞的工業應用極為廣泛，其設計生產加工的技術條件已經經過國家官方專門的科技委員會認定機構制定了國家標準，并將嚴格按照國家標準對鋁活塞的各部分尺寸進行加工制造，對其各個部位的尺寸公差及粗糙度等都做出了詳細的規定。要求如下：①對于活塞銷孔的加工，按照國標可將其公差等級定為IT6級以上，銷孔的圓度應小于等于0.001mm、圓柱度小于等于0.06mm、銷孔的內圓表面粗糙度應當小于等于0.5um，裝配活塞銷和活塞銷孔的方法為分組裝配法。②活塞裙部外圓尺寸公差應取IT6或IT5，這是考慮到活塞的工作環境所確定的，活塞裙部外圓粗糙度應小于等于0.4um。③活塞銷孔的位置公差要求：1）頂面軸心到銷孔軸心線的距離為102mm，上下偏差均為0.08mm。2）銷孔軸心線在裙部軸心線的對稱度為0.13mm。3）裙部軸心線到銷孔軸心線的長度公差為0.016mm，垂直度為25.5mm。④活塞環槽相關加工要求：1）上平面和下平面的粗糙度小于等于0.4um。2）環槽平面對裙部軸線圓跳動小于等于0.05mm。3）環槽底徑對裙部軸線圓跳動小于等于0.15mm。整體上從發動機的性能方面著手考慮，發動機活塞的質量不能過重或過輕，就針對于C6110型柴油發動機活塞來說，其質量誤差因控制在發動機活塞理論質量的±2.5%之內，分配方式也應采用分組裝配。

2? 發動機活塞的加工制造

2.1 劃分加工階段

劃分加工階段有利于提高生產效率，零件加工過程可劃分為四個階段，每個階段都有相應的要求：①粗加工：第一步加工用于切除大量多余的余量金屬，去除毛坯表面余量使其大致在整體尺寸上更加接近零件成品。②半精加工：此過程已經產生了一定的尺寸精度，但是需要預留部分余量用于后續工步。③精加工：完成主要加工內容，要保證所加工出的零件尺寸與要求尺寸相差無幾要達到圖紙規定的精度標準。④光整加工：此階段要在加工階段的最后一步進行，對精度的要求極高，可減少零件表面粗糙度，更深一層次的提高尺寸精度。

2.2 工件加工工藝順序及規程

2.2.1 機械加工工藝規程核心

加工制造工藝是整個制造技術的精髓與靈魂，對于整個設計研究工程來說具有很重要的意義，其中工藝規程應當按照以下原則進行：

①確定基準面;②選用加工方法;③確定工件加工次序;④進行熱處理以及檢查;⑤安排其他相關工序。

2.2.2 機械加工工藝順序

①首先加工基準面，后加工其余表面;②對于工件表面的加工要先主后次;③對于加工工序的安排要先粗后精。

2.3 工件加工方法制定及要求

2.3.1 加工活塞零件外圓? 首先活塞零件外圓的精度要求選定為IT6，其次選用ZL109型材料，制定零件加工順序為：粗車—半精車—精車，這樣一來可以讓活塞零件外圓粗糙度控制在Ra0.6～0.1um之間。

2.3.2 加工活塞銷孔? 根據國家標準對于活塞銷孔的精度要求較高，因此孔表面精度最好選定為IT6，對銷孔加工應當遵循粗鏜——精鏜——細鏜的零件加工順序，由此工序可將銷孔精度等級提升到IT6-IT8，銷孔粗糙度可達到Ra0.1-Ra0.6，從而滿足零件要求。

2.3.3 加工活塞端平面? 可采用一次性車削加工進行完成，根據活塞的性能要求選擇活塞端平面的精度等級為IT8級，活塞端平面材料為ZL109，端平面精度等級為IT8～10，粗糙度Ra在3.2mm～1.6um之間，因此可以滿足零件要求。

2.3.4 加工活塞止口? 加工活塞止口對粗糙度要求不高，此過程在加工零件精基準之前進行，可選擇Ra小于等于1.6um，要求精度等級為IT6，采用粗車——精車的加工順序進行兩次車削。精度等級可達到IT8，粗糙度Ra在3.2mm～1.6um之間，可以滿足零件要求。

2.3.5 加工活塞斜油孔? 因為加工斜油孔對精度要求不是特別高且油孔直徑小于20mm，故而可采用鉆孔的方法進行加工，孔表面粗糙度為Ra小于等于12.5um，精度等級為IT11或IT12。

2.3.6 加工活塞直油孔? 直油孔和斜油孔類似，加工要求的精度并不是很高，油孔直徑小于等于20mm，加工方式采用鉆孔方式進行加工，使油孔表面粗糙度Ra小于等于12.5um，精度等級為IT11-IT12。

可采用一次性直接車削進行加工，油環槽的加工順序為半精加工——精加工，尺寸精度要求較低而位置精度要求較高，精度等級為IT8～10，粗糙度Ra在3.2um～0.8um之間，可滿足零件要求。

2.3.7 加工活塞頭部外圓? 加工活塞頭部外圓在之前外圓進行過一次粗車的基礎之上，可以用一次半精車就可以達到要求，這樣可以達到的精度等級為IT6～8，粗糙度為Ra=0.1～0.6um滿足要求。

2.3.8 加工活塞燃燒室? 發動機活塞燃燒室最廣泛的三種形式，半球形、楔形以及盆形。

加工活塞燃燒室對精度的要求不是很高，加工余量也比較大，所以可以考慮采用：粗車——精車的加工順序進行加工，保證精度等級為IT6～7，粗糙度為Ra=0.6～0.1um，故而滿足要求。

2.3.9 加工活塞氣門內外槽? 對于這一部分的位置精度要求比較高而尺寸精度要求比較低，結合加工槽的方法可以考慮采用一次性直接銑削加工，此過程可以達到精度等級為IT11～12、粗糙度可以達到Ra=3.2～0.8um滿足要求。

2.3.10 加工擋圈槽及其倒角? 這一部分的位置精度要求比較高而尺寸精度要求比較低，也可直接采用直接車削，使其精度等級達到IT8～10，粗糙度可以達到Ra=3.2～0.8um以滿足加工要求。

2.4 工藝方案路線制定

2.4.1 工藝過程規制? 工序1：粗車外圓面;工序2：車端面;工序3：車止口、打中心孔;工序4：粗鏜加工銷孔;工序5：半精車外圓;工序6：鉆斜孔;工序7：鉆直油孔;工序8：切油環槽;工序9：車油環槽環岸及其倒角;工序10：切梯形槽;工序11：半精車頭部外圓;工序12：切鑲圈槽;工序13：切鑲圈槽槽底;工序14：精車外圓;工序15：粗車燃燒室;工序16：精車燃燒室;工序17：銑氣門內外槽;工序18：精鏜銷孔;工序19：車銷孔外端擋圈及倒角;工序20：細鏜銷孔。

2.4.2 輔助工序的制定安排? 除了針對零件的主要加工工藝流程之外，在一些輔助工藝流程方面也需要進行一個精密的規劃。輔助工藝流程有檢查、檢驗、去毛刺、清洗等工序且操作過程結束之后都需要進行自檢，這些都是保證零件產品質量合格的關鍵性因素。根據這些原則在本零件中外圓和銷孔的粗、精加工之后都要安排一次檢驗工序，每個環槽加工完成之后也要進行一次檢驗。

工件在進行裝配之前一般要先進行清洗工作，以便將工件內部存留的切屑清除干凈，這對于工件的裝配以及裝配質量都會產生至關重要的影響。

2.5 毛坯加工余量的確定

根據《簡明機械加工工藝手冊》加工余量示意表中數據顯示，再結合實際情況對本次活塞零件產品加工的每一步工序的加工余量加以確認。確定數據如下所示：

工序1：粗車外圓后最終會進入到精車加工這一步，根據本次設計的發動機活塞尺寸大小可選定0.25mm作為加工余量，而外圓粗車后的半精車可選0.7mm作為加工余量，粗車加工余量選為1.25mm。

工序2：端面的加工是為了為后續的燃燒室的加工做好充分的準備，加工端面采用一次性車削完成，其加工余量可選定為8mm。

工序3：采用一次性車削進行止口的加工，單邊加工余量可選定為0.7mm。

工序4：粗鏜銷孔最終會經過細鏜這一步的加工，結合工件尺寸大小可以選擇0.10mm作為加工余量，細鏜之前以及精鏜工序的加工余量可選為0.25mm，而1.5mm可以作為粗鏜的加工余量。

工序5：同第一工序加工余量設定。

工序6：鉆斜孔的主要方法為鉆，所鉆的孔徑大小決定著其加工余量的大小。

工序7：加工方法同工序6，加工余量孔徑大小有關。

工序8：切油環槽的加工方法是采用銑削加工一次性進行完成，所以加工余量由零件和毛坯的尺寸大小所決定，可取雙邊加工余量為12.87mm。

工序9：采用一次性車削對岸環進行加工，雙邊加工余量可選定為2.4mm。

工序10：對梯形槽的加工一般采用銑削加工進行一次性加工完成，故它的加工余量由零件和毛坯的尺寸決定，雙邊加工余量選定為12.3mm。

工序12：鑲圈槽分為鑲圈槽I和鑲圈槽II，對兩個鑲圈槽的加工都是采用一次性銑削進行加工，加工余量都由零件尺寸大小進行確定，鑲圈槽Ⅰ的雙邊加工余量可選定為12.07mm，鑲圈II的雙邊加工余量可選定為11.81mm。

工序13：采用一次性切削對鑲圈槽槽底進行加工，鑲圈槽Ⅱ的槽底雙邊加工余量可選定為為1mm，鑲圈槽Ⅰ槽底的雙邊加工余量選定為1.5mm。

工序14：上同工序一。

工序15及16：加工燃燒室應當按照粗車——精車的順序進行，精車時的加工余量可當選為0.48mm，粗車時的加工余量可選為23mm。

工序17：加工氣門內、外槽時也應采用銑削加工進行一次性加工完成，內外槽的加工余量均可選定為7.44mm。

工序18：上同工序4一致。

工序19：加工銷孔外端擋圈采用一次性車削進行完成，所選定的加工余量為3.318mm。

工序20：上同工序4一致。

綜上：上述對于零件各工序的加工余量的選擇只是作為一個出步確定的數值，在后期實際加工操作時會進行進一步的矯正與修改。

參考文獻：

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