活塞加工及金屬模設(shè)計(jì)

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The effect of piston bears air pressure , and sell to pass to connect a pole to order about song stalk to revolve through a piston , constituting of the piston a coping still a combustion room part .piston under the condition that heat ,high pressure , high speed , lubricate bad work . The piston is exercised with very high speed back and forth in the air cylinder , and speed at constantly variety , this produced very greatly inertial inertial dint and made the piston been subjected to very big of the affixture carry a lotus . The piston is under this bad condition work , will produce to transform and accelerate to wear away , also produce affixture to carry lotus and heat in response to the dint , be subjected to chemistry of the gas corrosion function in the meantime . Modern of the piston design to mainly have the foundry forging 2 kinds , but cast again than forging simple cheapness , but cannot compare with forging piston can bear bigger heat and pressure . Piston and piston wreaths have to work under the appearance of the heat , high pressure and high speed and the critical lubrication , therefore for long time , the motor designs all continuously make great effort for providing a design , then can raise the function of from the piston .第一章 活塞的運(yùn)行原理和工作條件2.1 活塞的運(yùn)行原理 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要配件之一，它與活塞環(huán)，活塞銷(xiāo)等零件組成活塞組，與汽缸蓋等共同組成燃燒室，承受燃?xì)庾饔昧Σ⑼ㄟ^(guò)活塞銷(xiāo)和連桿把動(dòng)力傳給曲軸，以完成內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程。油氣燃燒所產(chǎn)生的熱由活塞的頂部所吸收，活塞會(huì)把燃燒氣體壓力及慣性力經(jīng)由連桿傳到曲軸上，利用連桿的作用將活塞的線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?；钊墓τ檬浅惺軞怏w壓力，并通過(guò)活塞銷(xiāo)傳給連桿驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)，活塞頂部還是燃燒室的組成部分。2.2 活塞的機(jī)械負(fù)荷 在發(fā)動(dòng)機(jī)的工作中，活塞承受的機(jī)械載荷包括周期變化的氣體壓力、往復(fù)慣性力以及由此產(chǎn)生的側(cè)向作用力。在機(jī)械在和的作用下，活塞各部位承受各種不同的壓力：活塞頂部動(dòng)態(tài)彎曲應(yīng)力；活塞銷(xiāo)座承受拉壓及彎曲應(yīng)力；環(huán)岸承受彎曲及剪應(yīng)力。此外，在環(huán)槽部及裙部還有較大的磨損。 為適應(yīng)機(jī)械負(fù)荷，設(shè)計(jì)活塞時(shí)要求各處有適合的壁厚和合理的形狀，即在保證足夠的強(qiáng)度、剛度的前提下，結(jié)構(gòu)要盡量簡(jiǎn)單、輕巧，截面變化處的過(guò)度要圓滑，以減少應(yīng)力集中。2.3 活塞的熱負(fù)荷活塞在氣缸內(nèi)工作時(shí)，活塞頂面承受瞬間高溫燃?xì)獾淖饔?，燃?xì)獾淖罡邷囟瓤蛇_(dá)20002500。因而活塞頂?shù)臏囟纫埠芨??；钊粌H溫度高，而且溫度分布不均勻，各點(diǎn)間有很大的溫度梯度，這就成為熱應(yīng)力的根源，正式這些熱應(yīng)力對(duì)活塞頂部表面發(fā)生的開(kāi)裂起了重要作用。2.4 磨損強(qiáng)烈發(fā)動(dòng)機(jī)在工作中所產(chǎn)生的側(cè)向作用力是較大的，同時(shí)，活塞在汽缸中的告訴往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞組與汽缸表面之間會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈磨損，由于此處潤(rùn)滑條件較差，磨損情況比較嚴(yán)重。第二章 汽油機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取1.1 汽缸直徑的確定根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)所提供的設(shè)計(jì)條件:所一要設(shè)計(jì)的宇氣油發(fā)動(dòng)機(jī)的排量為2.0L.平均有效壓力： p=0.81.2Mpa活寨平均速度：Cm18m/s根據(jù)內(nèi)燃機(jī)學(xué)的基本公式：Pe=Pe* Vs * i* n/30tVm=S * n/30Vs=*D2*S/4 其中Pe為發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率，Pem為汽缸的工作容積，依題為0.5Li為發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸數(shù)目，依題為4n為發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速vm為活塞的平均速度，依題為18m/sS為發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的行程D為發(fā)動(dòng)機(jī)的行程數(shù)，依題為4根據(jù)以上的條件帶入公式（1），（2），（3）得：70=0.8*D2*S*4*（30*Cm/S)/30*4計(jì)算化簡(jiǎn)后取D=84mm S=90mm帶回原式可以確定n=5500r/m所以基本參數(shù)得以確定。 缸徑行程比S/D 汽油機(jī)S/D的取值范圍為0.81.2 S/D=90/84=1.071.2 轉(zhuǎn)速n的確定根據(jù)內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)(楊連生)P2，汽油機(jī)轉(zhuǎn)速在2500-6000n/min之間取n=5000r/m活塞速度Vm=s*n/30=15m/s符合活塞速度小于18m/s的要求1.3 汽缸工作容積與升功率 氣缸工作容積Vs=D2S/4=0.498L由于平均有效壓力Pme范圍在0.8Mpa1.2Mpa,取Pme=0.9Mpa。得Pe =Pme*Vs*n*i/30=75Kw氣缸工作容積Vs=D2S/4=0.498L升功率 PL=Pme*n/30=37.5KW/L曲柄半徑于連桿長(zhǎng)度之比=r/1的范圍在1/31/4之間，選取=0.3。又因曲柄半徑r=45mm所以桿長(zhǎng)度為L(zhǎng)=r/=45/0.3=150mm1.4 缸心距的確定 由于汽油和干缸套的缸心矩Lo/D為1.12 -1.24所以初選Lo/D二1 .2，得Lo=84mm。1.5 壓縮比與燃燒室容積Vc，總?cè)莘eVa 壓縮比范圍為7一12，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)學(xué)（周保龍)P3O8，受爆燃限制，汽油機(jī)壓縮比不超過(guò)10,取=9 則燃燒室容積Vc=Vs/(一1）62.3 mL汽缸總?cè)莘eVa=Vc+Vs=(62.3+498.5)=560.8mL.第三章 活塞組的設(shè)計(jì)活塞組包括活塞，活塞銷(xiāo)和活塞環(huán)等在汽缸里往復(fù)運(yùn)動(dòng)的零件，他們是發(fā)動(dòng)機(jī)中工作條件最嚴(yán)酷的組件。發(fā)動(dòng)機(jī)的工作可靠性與使用耐久性，在很大程度上與活塞組的工作情況有關(guān)。3.1 活塞組的設(shè)計(jì)要求（1）要選用強(qiáng)度好、耐磨、比重小、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱性好、具有良好減磨性、工藝性的材料；（2）有合理的形狀和壁厚。使散熱良好，強(qiáng)度、剛度符合條件，盡量減輕重量，避免應(yīng)力集中；（3）保證燃燒室氣密性好，竄氣。竄油要少又不增加活塞組的摩擦損失；（4）在不通工況下都能保持活塞與缸套的最佳配合；（5）減少活塞從燃?xì)馕盏臒崃浚孜盏臒崃縿t能順利地散走；（6）在較低的機(jī)油耗條件下，保證滑動(dòng)面上有足夠的潤(rùn)滑油。3.2 活塞的材料根據(jù)上述對(duì)活塞設(shè)計(jì)的要求，活塞材料應(yīng)滿足如下要求：（1） 熱強(qiáng)度高。即在300400C高溫下任然有足夠的機(jī)械性能，使零件不致?lián)p壞；（2） 導(dǎo)熱性好，吸熱性差。以降低頂部及環(huán)區(qū)得溫度，并減少熱應(yīng)力；（3） 膨脹系數(shù)小。是活塞與氣缸間能保持較小的間隙；（4） 比重小。以降低活塞組的往復(fù)慣性力，從而降低了曲軸連桿的機(jī)械負(fù)荷和平衡配重；（5） 有良好的減磨性能（即與缸套材料間的摩擦系數(shù)較?。湍?、耐蝕；（6） 工藝性好，低廉。 在發(fā)動(dòng)機(jī)中，灰鑄鐵由于耐磨性、耐蝕性好、膨脹系數(shù)小、熱強(qiáng)度搞、成本低、工藝性好等原因，曾廣泛的被作為活塞材料。但近幾十年來(lái)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速日益提高，工作過(guò)程不斷強(qiáng)化，灰鑄鐵活塞因此比重大和導(dǎo)熱性差兩個(gè)根本缺點(diǎn)而被逐漸被鋁基輕合金活塞所淘汰。 鋁合金的優(yōu)缺點(diǎn)于灰鑄鐵正相反，鋁合金比重小，約占有灰鑄鐵的1/3，結(jié)構(gòu)重量?jī)H占鑄鐵活塞的5070%。因此其慣性小，這對(duì)高速發(fā)動(dòng)機(jī)具有重大意義。鋁合金另一突出優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)熱性好，其熱導(dǎo)系數(shù)約為鑄鐵的34倍，使活塞溫度顯著下降。對(duì)汽油機(jī)來(lái)說(shuō)，采用鋁活塞還為提高壓縮比、改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能創(chuàng)造了重要的條件。 共晶鋁硅合金是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的活塞材料，即可鑄造，也可鍛造。還硅9%左右的亞共晶鋁硅合金，熱膨脹系數(shù)稍大一些，但由于鑄造性能好，適應(yīng)大量生產(chǎn)工藝的要求，應(yīng)用也很廣。 綜合分析，該發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞采用鋁硅合金材料鑄造而成。3.3 活塞各部分尺寸1 活塞高度HH=1D選擇H=84mm2 活塞頭部的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 活塞頭部包括活塞頂和環(huán)帶部分，其主要功用是承受氣壓力，并通過(guò)銷(xiāo)座把它傳給連桿，同時(shí)與活塞環(huán)一起配合氣缸密封工質(zhì)。因此，活塞頭部的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是： （1）保證它具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度與剛度，以免開(kāi)裂和產(chǎn)生過(guò)大變形，因?yàn)榄h(huán)槽的變形過(guò)大勢(shì)必影響活塞的正常工作； （2）保證溫度不過(guò)高，溫差小，防止長(zhǎng)生過(guò)大的熱變形和熱應(yīng)力，為活塞環(huán)的正常工作創(chuàng)造良好條件，并避免頂部熱疲勞開(kāi)裂； （3）尺寸盡可能緊湊，因?yàn)橐话銐嚎s高度H1縮短1個(gè)單位，整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)高度就可以縮短1.52個(gè)單位，并顯著減輕活塞重量。而H1則直接受頭部尺寸的影響。壓縮高度的確定活塞壓縮高低的選取將直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的總高度，以及汽缸套、集體的尺寸和質(zhì)量。盡量降低活塞壓縮高度是現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)活塞設(shè)計(jì)的一個(gè)重要原則，壓縮高度H1是有火力按高度h1、環(huán)帶高度h2、和上群尺寸h3構(gòu)成的，即 H1=h1+h2+h3為了降低壓縮高度，應(yīng)保證強(qiáng)度的基礎(chǔ)上盡量壓縮環(huán)岸、環(huán)槽的高度及銷(xiāo)控的直徑。（1） 第一環(huán)位置 根據(jù)活塞環(huán)的布置確定活塞壓縮高度時(shí)，首先須定出第一環(huán)的位置，即所謂火力岸高度h1。為縮小H1，當(dāng)然希望h1盡可能小，但h1過(guò)小會(huì)使第一環(huán)溫度過(guò)高，導(dǎo)致活塞環(huán)彈性松弛、粘接等故障。因此火力岸高度的選取原則是：在滿足第一環(huán)槽熱載荷要求的前提下，盡量取得小些。一般汽油機(jī)h1=（0.060.12）D，D為活塞直徑，該發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞標(biāo)準(zhǔn)直徑D=80.985mm，確定火力高度為： h1=0.09D=0.09x84=7.56 取h1=8mm （2）環(huán)帶高度 為減小活塞高度，活塞環(huán)槽軸向高度b應(yīng)盡可能小，這樣活塞環(huán)慣性力也小，會(huì)減輕對(duì)環(huán)槽側(cè)面沖擊，有助于提高環(huán)槽耐久性。但b太小，使制環(huán)工藝?yán)щy。在小型高速內(nèi)燃機(jī)上，一般氣環(huán)高b=1.52.5mm，油高b=25mm。 該發(fā)動(dòng)機(jī)采用三道活塞環(huán)，第一和第二稱之為壓縮環(huán)（氣環(huán)），第三道環(huán)稱之為油環(huán)。取b1=2mm,b2=2mm,b3=4mm。 環(huán)岸高度c，應(yīng)保證它在氣壓力造成的負(fù)荷下不會(huì)破壞。當(dāng)然，第二環(huán)岸負(fù)荷要比第一環(huán)岸負(fù)荷小的多，溫度也低，只有在第一環(huán)岸已破壞的情況下，它才可能被破壞。因此環(huán)岸高度一般第一環(huán)最大，其他較小。實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)的統(tǒng)計(jì)表明，c1=（0.040.05）D，c2=（12）b，汽油機(jī)接近下限。則 c1=0.045D=4mm, C2=1.5b1=4mm.因此，環(huán)帶高度h2=b1+c1+b2+c2+b3=16mm。 （3）上裙尺寸 確定好活塞頭部環(huán)的布置以后，壓縮高度H1最后決定于活塞銷(xiāo)軸線到最低環(huán)槽（油環(huán)槽）的距離h1。為了保證油環(huán)工作良好，環(huán)在槽中的軸向間隙是很小的，環(huán)槽如有較大變形就會(huì)使油環(huán)卡主而失效。所以在一般設(shè)計(jì)中，選取活塞上裙尺寸一般應(yīng)使銷(xiāo)座上方油環(huán)槽的位置處于銷(xiāo)座外徑上面，并且保證銷(xiāo)座的強(qiáng)度不至因開(kāi)槽而削弱，同事也不致因銷(xiāo)座處材料分布不均引起變形，影響油環(huán)工作。 綜上所述，可以決定活塞的壓縮高度H1。對(duì)于汽油機(jī)H1=（0.350.6）D，所以 H1=0.6xD=0.6x84=50mm. 則 h3=H1-h1-h2=26mm.3 活塞頂和環(huán)斷面 （1）活塞頂 活塞頂?shù)男螤钪饕Q于燃燒室的選擇和設(shè)計(jì)。僅從活塞設(shè)計(jì)角度，為了減輕活塞組的熱負(fù)荷和應(yīng)力集中，希望采用受熱面積最小、加工最簡(jiǎn)單的活塞頂形狀，即平頂。大多數(shù)汽油機(jī)正是采用平頂活塞，由于EA1135V1.6L發(fā)動(dòng)機(jī)為高壓縮比=9.3，因而采用近似于平頂?shù)幕钊?shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，活塞頂部最小厚度，汽油機(jī)為=（0.060.1）D，即=（0.08x84）=6.72mm。取=8mm?；钊斀邮艿臒崃浚饕ㄟ^(guò)活塞環(huán)傳出。專門(mén)的實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)無(wú)強(qiáng)制冷卻的活塞來(lái)說(shuō)，經(jīng)活塞環(huán)傳到氣缸壁的熱量占7080%，經(jīng)活塞本身傳到氣缸壁的占1020%，而傳給曲軸箱空氣和機(jī)油的僅占10%左右。所以活塞頂厚度應(yīng)從中央到四周逐漸加大，而且過(guò)度圓角r應(yīng)足夠大，使活塞頂吸收的熱量能順利的被導(dǎo)致第二、三環(huán)，以減輕第一環(huán)的熱負(fù)荷，并降低了最高溫度。 活塞頭部要安裝活塞環(huán)，側(cè)壁必須加厚，一般取（0.050.1）D，取0.1D，厚度則為8mm，活塞頂于側(cè)壁之間應(yīng)該采用較大的過(guò)渡圓角，一般取r=（0.050.1）D，取8mm。為了減少積碳和受熱，活塞頂表面應(yīng)光潔，在個(gè)別情況下甚至拋光。復(fù)雜形狀的活塞頂要特別注意避免尖角，所以尖角均自習(xí)修圓，以免在高溫下熔化。 （2）環(huán)帶斷面 為了保證高熱負(fù)荷活塞的環(huán)帶有足夠的壁厚使導(dǎo)熱性良好，不讓熱量過(guò)多的集中在最高一環(huán)，起平均值為=(1.52.0)t、。正確設(shè)計(jì)環(huán)槽斷面和選擇環(huán)于環(huán)槽的配合間隙，對(duì)于環(huán)和環(huán)槽工作的可靠性于耐久性十分重要。槽底圓角一般為0.20.5mm?；钊h(huán)岸銳邊必須有適當(dāng)?shù)牡菇?，否則當(dāng)岸部于剛壁壓緊出現(xiàn)毛刺時(shí)，就可能把活塞環(huán)卡主，成為嚴(yán)重的漏氣和過(guò)熱的原因，但倒角過(guò)大又可能使活塞環(huán)漏氣增加。一般該倒角為（0.20.5）x45。 （3）環(huán)岸和環(huán)槽 環(huán)岸和環(huán)槽的設(shè)計(jì)以偶那個(gè)保持活塞、活塞環(huán)正常工作，降低機(jī)油消耗量，防止活塞粘著卡死和異常磨損，起環(huán)槽下平面應(yīng)與活塞軸線垂直，以保證環(huán)工作時(shí)下邊于缸桶接觸，減小向上竄機(jī)油的可能性。活塞環(huán)側(cè)隙在不產(chǎn)生上述損傷的情況下越小越好，目前，第一環(huán)于環(huán)槽側(cè)隙一般0.050.1mm，二、三環(huán)適當(dāng)小些，為0.030.07mm，油環(huán)則更小些，這有利于活塞環(huán)工作穩(wěn)定和降低機(jī)油消耗量，側(cè)隙去誒電腦該油環(huán)槽中必須設(shè)有回油孔，并均勻的布置再主次推力面?zhèn)?，回油孔?duì)降低機(jī)油消耗量有重要意義，三道活塞環(huán)的開(kāi)口間隙及側(cè)隙如表3.1所示：表3.1 活塞環(huán)的開(kāi)口間隙及側(cè)隙活塞環(huán)開(kāi)口間隙/mm側(cè)隙/mm第一道環(huán)0.200.400.050.09第二道環(huán)0.200.400.030.06第三道環(huán)0.250.450.030.06 活塞環(huán)的背隙比較大，以免環(huán)于草底圓角干涉。一般氣環(huán)=0.5毫米，油環(huán)的則更大些，如圖3.1所示。 （4）環(huán)岸的強(qiáng)度校核 在膨脹沖程開(kāi)始時(shí)，在爆發(fā)力作用下，第一道活塞環(huán)緊壓在第一環(huán)岸上。由于節(jié)流作用，第一環(huán)岸上面的壓力p1比下面幾力p2大得多，不平衡力會(huì)在岸根產(chǎn)生很大的彎曲和剪切應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力值超過(guò)鋁合金在其工作溫度下的強(qiáng)度極限或疲勞極限時(shí)，岸根有一可能斷裂，專門(mén)的試驗(yàn)表明，當(dāng)活塞頂上作用著最高爆發(fā)壓力pmax時(shí), p10.9pmax 。 p20.2pmax ，如圖3.2所示。 已知pmax=4.5Mpa，則 p10.9x4.5=4.05Mpa , p20.2x4.5=0.9Mpa , 圖3.1 環(huán)與環(huán)槽的配合間隙及環(huán)槽結(jié)構(gòu)圖3.2 第一環(huán)岸的受力情況環(huán)岸是一個(gè)厚c1, 內(nèi)外圓直徑為D、D的圓環(huán)形板，沿內(nèi)圓柱面固定，要精確計(jì)算同定而的應(yīng)力比較復(fù)雜，可以將其簡(jiǎn)化為一個(gè)簡(jiǎn)單的懸竹梁進(jìn)行大致的計(jì)算。在通常的尺寸比例下，可假定槽底(岸根)直徑D=0.9D=0.8*84=67.2mm, 在槽深t為： t=0.1D=0.1*84=8.5mm于是作用在岸根的彎矩為（p1-p2）*(D2-D2)t/4*2=0.002pmaxD3而環(huán)岸根斷面的抗彎斷面系數(shù)近似等于C12*0.9D/6=0.47c13D所以環(huán)岸根部危險(xiǎn)斷面上的彎曲應(yīng)力 =0.0026pmaxD3/0.47c12D=0.055pmax(D/c1)2=0.055x4.5x(84/3.64)2=1.23N/cm2。同理得剪切應(yīng)力為： =0.37pmaxD/c1=0.37x4.5x(84/3.64)=37.04N/cm2結(jié)合成應(yīng)力公式為：=38.64N/mm2考慮到鋁合金在高溫下的強(qiáng)度下降以及環(huán)岸根部的應(yīng)力集中，鋁合金的許用應(yīng)力=3040N/mm2，,校核合格。4 活塞裙部的設(shè)計(jì)活塞裙部是指活塞頭部最低一個(gè)環(huán)槽以下的那部分活塞?；钊貧飧淄鶑?fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，依靠裙部起導(dǎo)向作用，并承受山于連桿擺動(dòng)所產(chǎn)生的側(cè)壓力N。所以裙部的設(shè)計(jì)要求，是保證活塞得到良好的導(dǎo)向，具有足夠的實(shí)際承壓面積，能形成足夠厚的潤(rùn)滑油膜，既不因問(wèn)隙過(guò)大發(fā)生敲缸，引起噪音和加速損傷，也不因問(wèn)隙過(guò)小而導(dǎo)致活塞拉傷。 分析活塞在發(fā)動(dòng)機(jī)中工作時(shí)裙部的變形情況。首先，活塞受到側(cè)壓力的作用。承受側(cè)向力作用的裙部表面，一般只是在兩個(gè)銷(xiāo)孔之間的弧形表面。這樣，裙部就有被扭偏的傾向，使它在活塞銷(xiāo)座力一向上的尺寸增大:其次，由于加在活塞頂上的爆發(fā)壓力和慣性力的聯(lián)合作用，使活塞頂在活塞銷(xiāo)座的跨度內(nèi)發(fā)生彎曲變形，使整個(gè)活塞在銷(xiāo)座方向上的尺寸變大;再次，由于溫度升高引起熱膨脹，其中銷(xiāo)座部分因壁厚較其它部分要厚，所以熱膨脹比較嚴(yán)重。三種情況共同作用的結(jié)果都使活塞在工作時(shí)沿銷(xiāo)座方向漲大，使裙部截面的形狀變成為“橢圓”形，使得在橢圓形長(zhǎng)軸方向上的兩個(gè)端而與氣缸間的間隙消失，以致造成拉毛現(xiàn)像。在這些因素中，機(jī)械變形影響一般來(lái)說(shuō)并不嚴(yán)重，主要還是受熱膨脹產(chǎn)生變形的影響比較大。 因此，為了避免拉毛現(xiàn)象，在活塞裙部一與氣缸之間必須預(yù)先流出較大的間隙。當(dāng)然間隙也不能留得過(guò)大，否則又會(huì)產(chǎn)生敲缸現(xiàn)象。解決這個(gè)問(wèn)題的比較合理的方法應(yīng)該使盡量減少?gòu)幕钊^部流向裙部的熱量，使裙部的膨脹減低至最小;活塞裙部形狀應(yīng)與活塞的溫度分布、裙部壁厚的大小等和適應(yīng)。 本文采用托板式裙部，這樣不僅可以減小活塞質(zhì)量，而且裙部具有較大的彈性，可使裙部.與氣缸套裝配間隙減小很多，也不會(huì)卡死。 把活塞裙部的橫斷面設(shè)計(jì)成與裙部變形相適應(yīng)的形狀。在設(shè)計(jì)時(shí)把裙部橫斷截面制成長(zhǎng)軸是在垂直與活塞銷(xiāo)中心線力一向上，短軸平行于銷(xiāo)軸力一向的橢圓形。常用的橢圓形狀是按下列公式設(shè)計(jì)的:=(D-d)(1-cos2)/4式中D、d分別為橢圓的長(zhǎng)短軸，如圖3.3所示。 缸徑小于100mm的裙部開(kāi)槽的活塞，橢圓度()的大小，一般為=0.10.25。圖3.3 活塞銷(xiāo)裙部的橢圓形狀（1） 裙部的尺寸活塞裙部是側(cè)壓力N的主要承擔(dān)者。為保證活塞裙表面能保持住必要厚度的潤(rùn)滑油膜，其表而比托q不應(yīng)超過(guò)一定的數(shù)值。因此，在決定活塞裙部長(zhǎng)度是應(yīng)保持足夠的承壓面積，以減少比壓和磨損。 在確定裙部長(zhǎng)度時(shí)，首先根據(jù)裙部比壓最人的允許值，決定需要的最小長(zhǎng)度，然后按照結(jié)構(gòu)上的要求加以適當(dāng)修改。 裙部單位面積扭力(裙部比壓)按下式計(jì)算:q=Nmax/DH2式中：Nmax最大側(cè)作用力，由動(dòng)計(jì)算求得，Nmax=2410.83N D活塞直徑，mm； H2裙部高度，mm。取H2=0.46D=0.46X84=37.253mm則 q=2410.83/(80.985x37.253)=0.799Mpa 一般發(fā)動(dòng)機(jī)活塞裙部比亞值約為0.51.5Mpa，所以設(shè)計(jì)合適。（2） 銷(xiāo)孔的位置活塞銷(xiāo)與活塞裙軸線不相交，而是向承受膨脹側(cè)壓力的一面(稱為主推力面，相對(duì)的一面稱為次推力面)偏移了12mm，這是因?yàn)?，如果活塞銷(xiāo)巾心布置，即銷(xiāo)軸線與活塞軸線相交，則在活塞越過(guò)上止點(diǎn)，側(cè)壓力作用力一向改變時(shí)，活塞從次推力面貼緊氣缸壁的一面突然整個(gè)地橫掃過(guò)米變到主推力面貼緊氣缸壁的另一面，與氣缸發(fā)生“拍擊”，產(chǎn)生噪音，有損活塞耐久性。如果把活寨銷(xiāo)偏心布置，則能使瞬時(shí)的過(guò)渡變成分布的過(guò)渡，并使過(guò)渡時(shí)刻先于達(dá)到最高燃燒托力的時(shí)刻，因此改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作平順性。（3） 活塞銷(xiāo)座1）活塞銷(xiāo)座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)活塞銷(xiāo)座用以支承活塞，并由此傳遞功率。銷(xiāo)座應(yīng)當(dāng)有足夠的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膭偠龋逛N(xiāo)座能夠適應(yīng)活塞銷(xiāo)的變形，避免銷(xiāo)座產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致疲勞斷裂;同時(shí)要有足夠的承壓表面和較高的耐磨性。 活塞銷(xiāo)座的內(nèi)徑d。=22mm，活塞銷(xiāo)座外徑d一般等了于內(nèi)徑的1.41.6倍，取d=1 .5d0=33mm 活塞銷(xiāo)的彎曲跨度越小，銷(xiāo)的彎曲變形就越小，銷(xiāo)一銷(xiāo)座系統(tǒng)的工作越可靠，所以，一般設(shè)計(jì)成連桿小頭與活塞銷(xiāo)座開(kāi)擋之間的間隙為4一5mm，但少當(dāng)制造精度有保證時(shí)，兩邊共2一3mm就足夠了，取間隙為3mm。2）驗(yàn)算比壓力 銷(xiāo)座比壓力為： q=P/2d0(l-lp)=23.3Mpaq一般q4060Mpa。3.4 活塞總尺寸活塞總尺寸見(jiàn)下表：名稱數(shù)值單位壓縮高度取H142mm環(huán)帶高度h216mm火力岸高度h18mm總高度84mm壁厚8mm內(nèi)圓直徑68mm外圓直徑84mm第一道環(huán)的環(huán)岸高度4mm第二道環(huán)的環(huán)岸高度4mm第一道環(huán)槽高度2mm第二道環(huán)槽高度2mm第三道環(huán)槽高度4mm環(huán)槽深度8mm活塞頂壁厚度8mm活塞側(cè)壁厚度8mm內(nèi)部過(guò)渡圓角8mm上裙尺寸h326mm活塞孔內(nèi)徑22mm第四章 活塞加工 活塞是比較復(fù)雜和精密的零件。加工時(shí)通常選擇活塞頭部?jī)?nèi)腔和止口為粗基準(zhǔn)，裙部，底面和內(nèi)置口為大多數(shù)工序的精基準(zhǔn)，有時(shí)還要用外圓表面，銷(xiāo)孔及頂面作為精基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)。由于以內(nèi)腔原棉作為粗基準(zhǔn)來(lái)直接加工內(nèi)口不方便，故第一工序先安排以內(nèi)腔圓面為粗基準(zhǔn)來(lái)粗車(chē)外圓面，第二工序則以外圓表面和頂面內(nèi)壁定位，加工內(nèi)止口和裙部底面，這樣可保證外圓表面和內(nèi)腔之間的壁厚的均勻性及頂面的壁厚，并為后面的工序準(zhǔn)備好定位基準(zhǔn)。另外，內(nèi)止口在夾具的短圓柱銷(xiāo)上定位時(shí)，為了保證最小間隙和定位精度，保證以后各工序加工表面之間的位置精度和加工余量的均勻性等，要求內(nèi)置口孔徑要達(dá)到2級(jí)，活塞加工的工藝過(guò)程見(jiàn)下表活塞加工的工藝過(guò)程工序號(hào)工序名稱機(jī)床10粗車(chē)上口車(chē)床20粗鏜銷(xiāo)孔鏜床30粗切外圓，環(huán)槽及頂面多刀車(chē)床40鉆油孔多軸專用鉆床50去內(nèi)腔毛刺沙輪機(jī)60精車(chē)止口，打中心孔專用機(jī)床70精車(chē)外圓并倒角多刀車(chē)床80精鏜銷(xiāo)孔金剛鏜床90切卡環(huán)槽專用車(chē)床100車(chē)橢圓裙部活塞橢圓車(chē)床110精車(chē)頂面車(chē)床120挑渣吹凈130表面鍍錫140滾壓銷(xiāo)孔立式鉆床150清洗160終檢 第五章 活塞鑄造方式的選取及優(yōu)缺點(diǎn)5.1 鑄造方式的比較 關(guān)于活塞的制造方法前而也略提及，活塞的鑄造方式主要為鑄造。鑄造的種類很多，如何選取最合適的鑄造方式是關(guān)鍵，以下對(duì)凡種鑄造方式進(jìn)行比較分析。1.砂型它適用于鑄造各種合金，但只適用于進(jìn)行小批量的生產(chǎn)，而且表而粗糙度值過(guò)大。2.熔模鑄造適用于碳鋼、合金、有色金屬，但是適用于小于25Kg的復(fù)雜鑄件。3.低壓鑄造適用于有色金屬、中小鑄件，有時(shí)達(dá)數(shù)噸，適用于大批生產(chǎn)，對(duì)高要求的鋁、鎂合金都可以鑄造。4.壓力鑄造適用于有色金屬、中小鑄件，但難以鑄造內(nèi)凹復(fù)雜的鑄件，也適用于大批量的生產(chǎn)。5. 離心鑄造適用于鑄鋼、鑄鐵、銅合金、中小件，最大達(dá)數(shù)噸，適用于中、大批量的生產(chǎn)。6，擠壓鑄造適用于有色金屬、鑄鋼、鑄鐵、3OKg以下的小件，大批量的生產(chǎn)，主要用于生產(chǎn)輕合金的薄板形鑄件。現(xiàn)在有的活塞也用此種方法鑄造。7.金屬型鑄造適用于各種鑄造合金、中小件，有時(shí)達(dá)數(shù)噸，大批量生產(chǎn)，適用于高要求的鋁、鎂合金。 綜合上述，可知鑄造鋁合金只有低壓鑄造、金屬型鑄造和擠壓鑄造適用，但是低壓鑄造成本過(guò)高，而且本設(shè)計(jì)活塞的要求不是很高，而低壓鑄造比金屬型鑄造的過(guò)程復(fù)雜。另一方而擠壓鑄造(又稱液態(tài)模鍛)主要應(yīng)用于直徑在200mm以上的大活塞，在個(gè)大、壁厚、用鋁多、凝固慢和相對(duì)批量較少的情況下，對(duì)于本設(shè)計(jì)的活塞不太適合。所以本設(shè)計(jì)采用金屬型鑄造。 金屬型鑄造工藝有許多優(yōu)點(diǎn)，但它是在高溫下工作的，如果單純用手工操作，體力勞動(dòng)繁重，條件惡劣，不但生產(chǎn)率低，而且其優(yōu)點(diǎn)也不能充分發(fā)揮。如果采用機(jī)械化或自動(dòng)化生產(chǎn)，這一工藝的優(yōu)點(diǎn)就得以體現(xiàn)了。 金屬型鑄造機(jī)由開(kāi)合型機(jī)構(gòu)、抽芯機(jī)構(gòu)、頂出鑄件機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分組成。按照所需要的動(dòng)力，金屬型鑄造機(jī)大致可分為手動(dòng)金屬型鑄造機(jī)、氣動(dòng)金屬型鑄造機(jī)、液壓傳動(dòng)金屬型鑄造機(jī)三類。5.2 鋁合金的鑄造方式的選取及優(yōu)缺點(diǎn)由以上分析可知，鋁合金活塞的主要鑄造方式是采用金屬型鑄造。金屬型鑄造是將液體金屬用澆注法澆入金屬鑄型，以獲得鑄件的一種鑄造方法。由于鑄型是用金屬鑄成，可以反復(fù)使用多次(凡百次到幾千次)，故又有永久型鑄造之稱.金屬型鑄造在技術(shù)上與經(jīng)濟(jì)上有許多優(yōu)點(diǎn)和不足之處，優(yōu)點(diǎn)是:1）金屬型鑄件的力學(xué)性能比砂型高。如侶合金鑄件，其抗拉強(qiáng)度平均可提高約25%，屈服強(qiáng)度平均提高約20%，這是由于鑄件在凝固時(shí)冷卻速度高的結(jié)果。由于同樣原因，鑄件表層結(jié)晶組織細(xì)密，形成“鑄造硬殼”，鑄件的抗蝕性能和硬度亦顯著提高。2)鑄件的精度和表面粗糙度比砂型好，而且質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定。如金屬型產(chǎn)生的鑄件，其精度平均為7級(jí)，而砂型鑄件平均只能達(dá)到8級(jí)。(3)鑄件的工藝收縮率高，液體金屬消耗量減少，一般為15%30%(4)不用型砂或少用型砂，一般可節(jié)約造型材料80%100%相應(yīng)減少型砂處埋和運(yùn)愉設(shè)備，降低了車(chē)間粉塵含量，減輕環(huán)境污染，改善了勞動(dòng)條件。此外，金屬型鑄造的生產(chǎn)效率高，使鑄件產(chǎn)生缺陷的原因減少，工序簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。 其不足之處是:(1)金屬型制造成本高。(2)金屬型不透氣，鑄件在其中冷速大，而且無(wú)退讓性，易造成鑄件澆不足、開(kāi)裂或鑄鐵件白口等缺陷，因此對(duì)用金屬型生產(chǎn)的鑄件要有選擇。(3)金屬型鑄造時(shí)，鑄型的工作溫度、合金的澆注溫度和澆注速度、鑄件在鑄型中停留的時(shí)間，以及所用的涂料等鑄造工藝對(duì)鑄件的質(zhì)量影響甚為敏感，故要求嚴(yán)格控制。金屬型鑄造目前所能生產(chǎn)的鑄件，在重量和形狀方而還有一定的限制，如對(duì)黑色金屬只能是形狀簡(jiǎn)單的鑄件;鑄件的重量不可太大;壁厚也有限制，較小的鑄件壁厚無(wú)法鑄出。在決定采用金屬型鑄造時(shí)，必須綜合考慮下列各因素:鑄件形狀和重量大小必須合適，要有足夠的批量;金屬型的制造周期比木模的制作周期長(zhǎng)，因此，對(duì)試件產(chǎn)品必須要有充裕的時(shí)間。第六章 金屬型的設(shè)計(jì)6.1 冒口的設(shè)計(jì)金屬型鑄造同砂型鑄造一樣，設(shè)置冒口的主要目的就是補(bǔ)縮。避免鑄件出現(xiàn)縮孔與縮松等缺陷。金屬型鑄造冒口位置的確定，仍可以使用砂型鑄造時(shí)常用的結(jié)晶等溫法及內(nèi)切圓法，找出鑄件上可能產(chǎn)生縮孔的熱節(jié)部位，在熱節(jié)處設(shè)置冒口。1.1 冒口的作用 1)補(bǔ)充鑄件凝固中的體積收縮.防止或減輕鑄件的縮孔、疏松等缺陷; 2)調(diào)整鑄件在凝固過(guò)程中溫度的分布，控制鑄件朝順序凝固或同時(shí)凝固方式進(jìn)行; 3)收集金屬液上浮的熔渣，熔化金屬液，排除型腔內(nèi)的氣體，減弱氣墊反壓，減少鑄件的氣孔、澆不到等缺陷; 4)使?jié)沧⒉僮髡呖衫妹髅翱谟^察探測(cè)所澆入金屬液的充型情況。1.2 設(shè)計(jì)冒口的原則 1)要保證冒口比鑄件被補(bǔ)縮部件(通常為肥大的熱節(jié)部位)凝固得晚.其設(shè)置位置要比被補(bǔ)縮部位高，冒口下無(wú)易凝固結(jié)殼妨礙或截?cái)嘁毫髁鲃?dòng)的瓶頸，以確保冒口內(nèi)的合金液能在重力作用下流人鑄件的已收縮部位; 2)冒口應(yīng)有足夠大的體積，可容納足夠量的金屬液補(bǔ)充給鑄件的收縮部位的體積收縮; 3)對(duì)某些合金和結(jié)構(gòu)形狀奇異、難解決縮孔、疏松缺陷的鑄件，還需把冒口與冷鐵和澆注系統(tǒng)配合起來(lái)使用，以增大鑄件的溫度梯度，住順序凝固的方式進(jìn)行:1.3 冒口的補(bǔ)縮原理 冒口的補(bǔ)縮作用不是孤立的，它與冒口本身的形狀和尺寸、鑄件的結(jié)構(gòu)和形狀、澆入的合金特性、使用冷鐵的形狀和安放位置等因素均有密切的關(guān)系，鑄造工作者必須了解冒口的補(bǔ)縮原理及這些相關(guān)因素的影響，才能正確地設(shè)計(jì)和設(shè)置冒口，發(fā)揮其應(yīng)有的作用。 保持冒口里金屬液在冒口與鑄件待補(bǔ)縮部位之間有暢通的補(bǔ)縮通道(流路)，是實(shí)現(xiàn)冒口作用的必要條件。這種補(bǔ)縮通道又因鑄件的結(jié)構(gòu)形狀不同而異。板狀鑄件的補(bǔ)縮通道較寬闊，冒口的有效補(bǔ)縮距離也大;棒狀鑄件的補(bǔ)縮通道比較狹窄，冒口的有效補(bǔ)縮距離也小些。要保持金屬液(特別是結(jié)晶溫度間隔較寬的合金)有暢通的補(bǔ)縮通道，必須保證在鑄件的凝固方向上有較大的溫度梯度。配合使用的冷鐵，就在于增大此處鑄件與冒口方向的溫度梯度，使鑄件朝著有利于順序凝固的方向冷卻凝固，因此也擴(kuò)大了冒口的有效補(bǔ)縮距離;同時(shí)，須保證要補(bǔ)縮的部位在冒口的有效補(bǔ)縮范圍(補(bǔ)縮距離)之內(nèi);鑄型型腔中的氣墊反壓大，會(huì)使冒口的補(bǔ)縮液的流動(dòng)阻力增大，縮短冒口的有效補(bǔ)縮距離，降低其補(bǔ)縮效果。1.4 冒口的形式與種類金屬型冒口可以根據(jù)具體的情況設(shè)計(jì)成不同的形式與結(jié)構(gòu)，按是否與大氣直接相通，可以分為明冒口與暗冒口，按位置的高低可分為頂冒口與側(cè)冒口，具體形式的特點(diǎn)見(jiàn)表： 冒口的種類與應(yīng)用種類形式應(yīng)用明冒口明頂冒口 1.頂冒口應(yīng)用最廣，形狀一般為圓形，因?yàn)樵谕葦嗝鏁r(shí)圓形周長(zhǎng)最短，所以保溫良好。同時(shí)也與鑄件需要補(bǔ)縮形狀相仿，也便于補(bǔ)縮 2.為了使冒口的上端最后凝固，冒口的尺寸多設(shè)計(jì)成下小上大，由上到下成5到8度得斜度。在水平分型時(shí)，為了便于開(kāi)型取件，才設(shè)計(jì)成下小上大，用涂料控制冷卻 3.冒口根部尺寸略小于鑄件尺寸，于鑄件圓角相連，并留有明顯的切割線明側(cè)冒口 1.鑄件厚大部位處于鑄型中，下部，鑄件頂部不便于設(shè)置頂冒口的情況下才設(shè)置側(cè)冒口。側(cè)冒口金屬液的消耗量比頂冒口大 2.根部形狀一般與鑄件形狀相仿，但盡可能為圓形或橢圓形 3.博壁，板行鎂合金件垂直澆注時(shí)，為了消除鑄件中縮松的缺陷也常設(shè)置側(cè)冒口暗冒口暗頂冒口 鑄件熱節(jié)部位不便于設(shè)置明冒口，而在該處又必須補(bǔ)縮的情況下，才設(shè)置暗冒口暗側(cè)冒口1.5 冒口尺寸的確定冒口的尺寸大小可按熱節(jié)圓的直徑來(lái)確定，一般情況下參考下列公式即：明冒口： D=(1.21.5)d D=10mm暗冒口： D=(1.22)d D=10mmD為冒口根部直徑；d為鑄件熱節(jié)圓直徑。 熱節(jié)圓直徑大、補(bǔ)縮條件好的情況下，冒口尺寸取下限;熱節(jié)圓直徑小或補(bǔ)縮條件差的情況下，冒口尺寸取上限。當(dāng)鑄件熱節(jié)所處的高度不大，而水平尺寸較大，要求冒口有橫向補(bǔ)縮作用時(shí)，計(jì)算公式為D=（24)d。冒口高度計(jì)算參考公式如下。頂冒口:H =(0.81.5）D H=30mm側(cè)冒口:H=(23)D H=50mm暗冒口:H =（1.2一2)D H=30mm式中，H為冒口高度，D為冒口根部直徑。 冒口高度太低，補(bǔ)縮效果不好;太高則金屬消耗多，并可能引起內(nèi)澆道過(guò)熱。直徑較大的冒口，在補(bǔ)縮條件好的情況下，高度取下限。冒口的直徑不宜過(guò)小也不宜過(guò)大，太大的冒口會(huì)使鑄件靠冒口處產(chǎn)生縮松，當(dāng)冒口的位置與鑄件分不清時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)冒口切割線。 在活塞冒口的設(shè)計(jì)中結(jié)合以上經(jīng)驗(yàn)，再根據(jù)活塞自身的特點(diǎn)，將冒口設(shè)置成為暗冒口，并根據(jù)公式進(jìn)行了尺寸計(jì)算。6.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 金屬型的澆注系統(tǒng)由澆口杯、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道等部分組成。小型鑄件的金屬型一般不設(shè)澆口杯，有時(shí)為了澆注方便，直澆道上部加大。直澆道斷而最好是圓的，這樣可以避免熱量的散失和氣體的卷入，垂直直澆道由于幾金屬液對(duì)底部的沖擊比較大，所以高度一般不超過(guò)150mm;斜澆道的高度一般不超過(guò)250mm。橫澆道起緩沖、穩(wěn)流和擋渣的作用，并將金屬液分配給內(nèi)澆道，但是金屬型往往受分型而的限制，除水平分型外，有的澆注系統(tǒng)不設(shè)橫澆道，內(nèi)澆道的大小、形狀與位置直接影響鑄件的質(zhì)量，設(shè)計(jì)內(nèi)澆道時(shí)應(yīng)考慮鑄型熱量的分布、合金液在型腔中流動(dòng)平穩(wěn)、操作方便等因素。從熱分析的角度考慮，內(nèi)澆道的寬度與厚度比應(yīng)大于3，比例越大熱分析越均勻。從工藝簡(jiǎn)單的角度來(lái)考慮，內(nèi)澆道盡量開(kāi)在分型而上。在設(shè)計(jì)活塞的澆注系統(tǒng)時(shí)就充分的考慮到這些要求，以使工藝簡(jiǎn)單化，盡量符合現(xiàn)代生產(chǎn)的要求。 根據(jù)金屬型鑄造的某些特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)須注意下而凡點(diǎn):首先，金屬型澆注速度大，超過(guò)砂型約20%;其次，在液體金屬充型時(shí)，型腔里的氣體要能順利排除，其流向應(yīng)盡可能與液流方向一致，順利地將氣體擠向冒口或出氣冒口;此外，應(yīng)注意使液體金屬在充型時(shí)流動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生渦流，不沖擊型壁或型芯，更不可產(chǎn)生飛濺。 金屬型的澆注系統(tǒng)一般分為頂注式、底注式和側(cè)注式三種。 1）頂注式鑄件溫度分布較合理，有利于順序凝固，可減少金屬液的消耗，但金屬液流動(dòng)不平穩(wěn)，易進(jìn)渣，鑄件高時(shí)易沖擊型腔底部和型芯。若用于澆注鋁合金件，一般只適用于鑄件高度小于100mm的簡(jiǎn)單件。2.）底注式金屬液流動(dòng)較平穩(wěn)，有利于排氣，但溫度分布不合理，不利于鑄件順序凝固。3） 側(cè)注式兼有上述兩種的優(yōu)點(diǎn)，金屬液流動(dòng)平穩(wěn)，便于集渣、排氣等，但金屬液消耗大，澆口清理上作量大。金屬型澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與砂型鑄造基本相似，但由于金屬型壁不透氣，異熱能力強(qiáng)，因此要求澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能有利于降低金屬液流速，流動(dòng)平穩(wěn)，減少其對(duì)型壁的沖刷，除應(yīng)保證型腔內(nèi)氣體有充裕的時(shí)間排除外，還應(yīng)保證在充型過(guò)程中不得產(chǎn)生噴濺。如澆注鋁合金時(shí)，直澆道可作成斜彎澆道或者蛇行澆道。澆道的尺寸既要保證鑄件質(zhì)量，.又要求金屬液消耗量和鑄件清理一作量最小。要做到這些，一般可用計(jì)算或憑經(jīng)驗(yàn)確定，然后再經(jīng)過(guò)生產(chǎn)驗(yàn)證，就可得出較合理的尺寸。關(guān)于飛澆注系統(tǒng)最小截而積的計(jì)算，可以利用砂型鑄造中的計(jì)算公式，由于金屬型鑄件比砂型鑄件冷卻快，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，澆注時(shí)間一般比砂型減少20%、約%，使金屬液在型腔內(nèi)快速上升。由于澆注的合金不同，澆注系統(tǒng)的尺寸也有區(qū)別。在這里，我們采用鋁合金活塞常采用的澆注方式:側(cè)注式。因?yàn)榈谝淮卧O(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，對(duì)其本身還有很多不了解的地方，所以就沒(méi)有采用斜彎澆道或者蛇行澆道，而采用了直澆道，以使設(shè)計(jì)得到簡(jiǎn)化。6.3 金屬型的設(shè)計(jì)分型面形式一般有垂直、水平和綜合分型(垂直、水平混合分型或曲而分型)三種。在選擇分型方案時(shí)，必須從多方而比較，從而找出最合理的方案。選擇分型而的原則如下。(1)為簡(jiǎn)化金屬型結(jié)構(gòu)，提高鑄件精度，對(duì)形狀較簡(jiǎn)單的鑄件最好都布置在半型內(nèi)，或大部分布置在半型內(nèi)。(2)分型而數(shù)目應(yīng)盡量少，保證鑄件外形美觀，鑄件出型和下芯方便。(3)選擇的分型而應(yīng)保證設(shè)置澆冒口方便，金屬液充型時(shí)流動(dòng)平穩(wěn)，有利于型腔里的氣體排出。(4)分型而不得選在加工基準(zhǔn)面上。(5)盡量避免曲而分型，減少拆卸及活塊數(shù)量，因曲而分型及采用活塊不僅使金屬型制造復(fù)雜，壽命縮短，而且降低生產(chǎn)率。3.1 金屬型的主要結(jié)構(gòu)形式及應(yīng)用金屬型的主要結(jié)構(gòu)形式及應(yīng)用，見(jiàn)下表：整體金屬型 澆出來(lái)的鑄件沒(méi)有分型面，保證了鑄件的尺寸精度，適于從鑄型中方便取出簡(jiǎn)單鑄件，所以受到一定的限制鉸鏈?zhǔn)浇饘傩?不用鑄造機(jī)，操作方便，要求鑄件外形不阻礙兩個(gè)半型圍繞軸心做弧形運(yùn)動(dòng)，適于圓形或類似于圓形鑄件半開(kāi)式金屬型 金屬型的一半固定在通用或?qū)Ｓ玫墓ぷ髋_(tái)上，另一半做開(kāi)型動(dòng)作，鑄件往往留在固定的半型中，由于取出鑄件較難，應(yīng)用較少對(duì)開(kāi)式金屬型 無(wú)通用鑄造機(jī)，僅安裝在鑄件平臺(tái)上澆注，適合于中等復(fù)雜的小鑄件，這種鑄型，外郭尺寸一般不大于220mmX150mmX80mm，型壁做出減輕孔 用于在齒條傳動(dòng)式鑄造機(jī)上鑄造小型，簡(jiǎn)單，多品種成批生產(chǎn)的鑄件，鑄型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，常采用鑄造毛呸 用于電動(dòng)，氣動(dòng) ，液壓鑄造機(jī)上鑄造大型，復(fù)雜鑄件，鑄型結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度取決于鑄件的復(fù)雜程度，采用鑄造毛培 鑄件形狀簡(jiǎn)單，便于加工，安裝在通用的金屬型鑄造機(jī)上，適用于多品種成批生產(chǎn)的中，小復(fù)雜及簡(jiǎn)單鑄件水平分型金屬型 適用于表面較大的圓盤(pán)型鑄件，鑄型一般以底部為基礎(chǔ)上下開(kāi)合，一般需要頂出機(jī)構(gòu)取件。復(fù)雜鑄型用鑄件毛培，簡(jiǎn)單的可鍛造毛培根據(jù)活塞零件的結(jié)構(gòu)形式，本次設(shè)計(jì)中選擇對(duì)開(kāi)式金屬模，這既方便取模，又符合現(xiàn)代生產(chǎn)的要求。3.2 金屬型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)金屬型壁厚的確定 金屬型的壁厚是綜合考慮金屬型強(qiáng)度、剛度、質(zhì)量及對(duì)鑄件的冷卻速度來(lái)決定的。由于影響因素太多，現(xiàn)在還沒(méi)有一個(gè)可靠的計(jì)算方法來(lái)確定不同條件下最適合的金屬型壁厚，可查閱鑄模手冊(cè)里介紹的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。(2)型體與底座的設(shè)計(jì)型體、底座的三維設(shè)計(jì)圖分別如下圖所示。 底座型側(cè)金屬型型腔尺寸的計(jì)算，除了鑄件公稱尺寸及偏差外，還應(yīng)考慮合金從固相線冷卻到室溫的收縮，涂料和金屬型材料從室溫升至預(yù)熱澆注溫度的膨脹率。其計(jì)算公式為:Ax=Ap+Apk+Ax式中，Ax為型腔尺寸，mm；鑄件的平均尺寸，mm;K為綜合收縮率，%;6為涂料厚度，mm;Ax為型腔尺寸制造公差，mm。綜合收縮率K包括鑄件的收縮率和金屬型的膨脹率。小型鑄件金屬型設(shè)計(jì)是K值常取1%，涂料的厚度每邊為0. 10.3 mm鑄件凹處取正值，凸處取負(fù)值，金屬型型腔尺寸制造公差A(yù)x按鑄模手冊(cè)選取。 (3)型芯的設(shè)計(jì)金屬型芯的特點(diǎn)如下。 采用金屬型芯時(shí)鑄件的冷卻速度快，鑄件的結(jié)品組織細(xì)致、均勻。 鑄件尺寸穩(wěn)定、表而粗糙度低。 減少了制造砂芯或殼芯的上藝裝備和工序。 內(nèi)腔復(fù)雜的鑄件可與砂芯或殼芯同時(shí)采用，否則會(huì)增加金屬型芯的復(fù)雜性，給制造和澆注帶來(lái)困難，甚至無(wú)法取出型芯。 金屬芯的設(shè)計(jì)原則如下。 不影響零件使用和外觀的情況下，應(yīng)按鑄件圖給出足夠的鑄造斜度。對(duì)留有加土余量的鑄造表而，其鑄造斜度可適當(dāng)放大，以利于型芯的抽拔。 型芯的定位要很準(zhǔn)確，一學(xué)向要可靠，保證型芯移動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生歪斜，以免拉傷鑄件。金屬芯的定位長(zhǎng)度，不僅與型芯直徑大小有關(guān)，而且與型芯上作而深度(與金屬液接觸部分)型芯固定形式等多種因素有關(guān)，如果是活動(dòng)型芯，則型芯的定位長(zhǎng)度就較長(zhǎng)些。 在能方便抽拔型芯的情況下，應(yīng)盡量減少型芯的數(shù)量。這樣可以簡(jiǎn)化操作，提高鑄件的質(zhì)量。 型芯的結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮制造與加工的方便。 圓形金屬芯的直徑在,50mm以上時(shí)，應(yīng)制成空心，壁厚取12一20mm，大型金屬芯壁厚按金屬型的壁厚來(lái)計(jì)算。 組合金屬芯，當(dāng)鑄件內(nèi)形阻礙型芯取出時(shí)，金屬芯可以制造成順序抽拔形。3.3 金屬型的排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 金屬型設(shè)計(jì)中一定要注意排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，因制作金屬芯的材料本身不透氣，排氣系統(tǒng)如果設(shè)計(jì)不當(dāng)就會(huì)使鑄件產(chǎn)生冷隔、澆不足、外形輪廓不清晰和氣孔等鑄造缺陷。設(shè)計(jì)時(shí)一般應(yīng)注意以下的問(wèn)題。 （1）在確定鑄件在金屬型中的位置井?dāng)M定澆注系統(tǒng)時(shí)，必須要考慮金屬液的充型過(guò)程，使其有利于將型腔中澆注時(shí)卷入的氣體和揮發(fā)物所產(chǎn)生的氣體排出。（2)開(kāi)設(shè)排氣孔。一般是在金屬型最后充滿處開(kāi)設(shè)直徑為15mm的圓形排氣孔。 (3)開(kāi)設(shè)排氣槽。在分型而或活塊的結(jié)合面上開(kāi)設(shè)扁縫型排氣槽，其深度為h，對(duì)于鑄鐵和鑄銅一般為0.25mm，對(duì)于鋁、鎂合金一般為0.5mm，扁縫寬度為815mm,深度為0.31.0mm，間距一般為10mm。3.4 金屬型的導(dǎo)向與定位 金屬型合型時(shí)，要求兩半型定位準(zhǔn)確，一般采用兩種辦法:定位銷(xiāo)定位和“止口”定位。對(duì)于上下分型，而分型面為圓形時(shí)，可采用“止口”定位;而對(duì)于矩形分型而大多采用定位銷(xiāo)定位，定位銷(xiāo)應(yīng)設(shè)在分型而輪廓之內(nèi)。當(dāng)金屬型本身尺寸較大，而自身的重量也較大時(shí)，要保證開(kāi)合型定位方使。結(jié)合此活塞的結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)向部分是在底座上開(kāi)有燕尾槽，而在模體上設(shè)有和燕尾槽相配合的軌道。為了使模體在底座上滑行平穩(wěn)，將做出兩道平行的燕尾槽。3.5 金屬型的鎖緊機(jī)構(gòu) 對(duì)手工操作的金屬型，合型后，為防止液體金屬進(jìn)入分型而，需采用鎖緊機(jī)構(gòu)。其中鎖緊機(jī)構(gòu)有:摩擦鎖緊、楔銷(xiāo)鎖緊、偏心鎖緊、插銷(xiāo)鎖緊、斜銷(xiāo)鎖緊、套鉗鎖緊等。其中插銷(xiāo)鎖是鉸鏈?zhǔn)浇饘傩偷墓潭ㄖc(diǎn)，偏心鎖是生產(chǎn)中應(yīng)用較多的形式。所以在制作活塞金屬型的鎖緊機(jī)構(gòu)的時(shí)候就采用了偏心鎖緊機(jī)構(gòu)。3.6 金屬型材料的選擇 從金屬型破壞的原因分析可以看到，制造金屬型的材料，應(yīng)滿足下列要求:耐熱性和導(dǎo)熱性好，反復(fù)受熱時(shí)不變形、不破壞:應(yīng)具有一定的強(qiáng)度、韌性及耐磨性;機(jī)械加上性好。 在實(shí)際生產(chǎn)中，灰鑄鐵金屬型用的最廣泛，因鑄鐵的加工性能好，廉價(jià)，一般工廠均能自制;井且它又耐熱、耐磨，是一種較合適的盒屬型材料。只有在制作要求