销。为了避免活塞销在工作过程中轴向窜动，在锁环槽中装有锁环。[4]
3 活塞的工艺规程的制订
3.1 制订机械加工工艺规程的原始资料及活塞的工艺分析
3.1.1 产品的零件图(见图纸) 3.1.2 产品验收的质量标准
活塞的技术要求已由国家科委制定了国家标准，对各部分的尺寸公关、形状和位置公差以及表面粗糙度均有详细的规定，现采用JB3931—85标准说明如下：
(1) 活塞裙部外圆要求与气缸很精密的配合，因此裙部外圆尺寸公差一般为IT6，对于高速内燃机要达IT5。为了减少机械加工的困难，将活塞裙部和气缸套孔径的制造公差放大三倍，装配时将活塞按裙部尺寸分为三组，气缸套按孔径尺寸分成三组，对相应的组的进行装配，以保证达到要求的间隙。裙部的椭圆度和锥度公差在分组尺寸公差范围内。裙部外圆粗糙度Ra≤0.63μm。[5]
(2) 对于浮动式活塞销孔，为了使活塞在工作过程中能在孔中自由转动，销孔尺寸公差IT6级以上。为了减少机械加工工作量，活塞销孔和活塞销的装配也采用分组装配法，当销孔内圆表面粗糙度Ra≤0.16。
(3) 活塞销孔的位置公差要求如下：
a. 销孔轴心线到顶面的距离影响气缸的压缩比，影响发动机的效率，对于此活塞这一距离为56±0.08mm。
b. 销孔轴心线对裙部轴心线的垂直度过影响活塞销、销孔及连杆的受力情况。垂直度误差过大将使活塞销、销孔及连杆单侧受力，活塞在气缸中倾斜，加剧磨损，垂直度在100mm长度上为0.030mm。
c. 销孔轴心线在裙部轴心线的对称度误差也会引起不均匀磨损，对称度公差为0.030mm。
(4) 为了使活塞 环能随气缸孔径大小的变化而自由地胀缩，对活塞环槽作下列规定：
a. 活塞环平面母线对裙部轴线的垂直度，且在25mm长度上为0.06mm。 b. 活塞环槽平面对裙部轴线圆跳动为0.04mm。 c．环槽宽度尺寸公差为0.015～0.035mm d.活塞环槽上下面平面粗糙度Ra≤0.63μm。
(5) 为了保证发动机运转平稳，同一发动机各活塞的重量不应相差很大，重量差不得大于名义重量的2.2％。活塞按重量分组装配。[6]
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3.1.3 产品的生产纲领和生产类型
生产纲领是企业在计划期内应当生产的包括备品和废品在内的年产量。可按下式计算:
N?Qn(1?α?β) ( 1 )
式中：N——零件的年生产纲领（件／年）； Q——产品的年产量（台／年）；
n——每台产品中，该零件的数量（件／台）； a%——备品率； b%——废品率；
根据零件易磨损和损坏的程度，备品率定为2.8 %-4.7 %，现取4%，此活塞属于机械零件，一般废品率取1 %。
故 N＝ 6 3 1 3（1 + 4 %+ 1 %） ＝6.3 （万件）
生产类型是企业生产专业化程度的分类，一般分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型。其中成批生产又可以分为大批生产、中批生产和小批生产。
根据《机械制造工艺设计简明手册》中查得：本产品属于轻型机械，且生产纲领为6.3万台，远远大于5万台，所以此活塞的生产属于大量生产。结合活塞加工JB3931--85标准其工艺过程的主要特点为:
(1) 工件具有互换性,装配采用分组选择装配法。
(2) 铸件广泛采用金属模机器造型高生产率毛坯制造方法，毛坯精度高，加工余量小。
(3) 广泛采用高生产率的专用机床及自动机床，按流水线形式排列。 (4) 广泛采用高生产率刀具、夹具和量具。
(5) 对操作工人的技术要求较低，对调整工人的技术要求较高。 (6) 必须制定详细的工艺规程。[7]
3.2 活塞的材料及毛坯制造
铸造铝合金按化学成分可分为：铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金。 3.2.1 材料选择
采用高碳合金工具钢整体淬火的活塞，在工作中和钎杆接触的平面不变形，不易产生裂纹，而采用低碳合金钢渗碳淬火的活塞，在工作中和钎杆接触的平面易产生变形（平面凹陷）和裂纹，如果裂纹扩大，就会产生断裂使活塞报废。
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在高速柴油机中，为了减少往复直线运动部分的惯性作用,都采用了铜硅铝合金作为活塞材料。在低速、重负荷、低级燃料的发动机中，有时用铸铁作为活塞材料。在汽车工业中很少用铸铁活塞。
铜硅铝合金比铸铁具有下列优点:
(1) 导热性好,使活塞顶面的温度降低较快，可以提高发动机的压缩比，又不至于引起混合气体的自燃，因而可以提高发动机的功率；
(2) 重量轻,惯性力小；
(3) 可切削性好。但它也有一些缺点: a. 材料的价格比较贵；
b. 热膨胀系数大,约为铸铁的两倍； c. 机械强度及耐磨性较差。
但总的来说,铝合金的优点超过缺点，所以在高速内燃机中都用它。而且耐磨性方面可以通过镶嵌一高镍铸铁环来提高其气密性和耐磨性，增加其寿命。 3.2.2 毛坯的选择
选择毛坯应考虑的因素：
(1）零件力学性能的要求 相同的材料采用不同的毛坯制造方法，其力学性能有所不同。铸铁件的强度，离心浇注、压力浇注的铸件，金属型浇注的铸件，砂型浇注的铸件依次递减。
(2）零件的结构形状和外轮廓尺寸 形状较简单、壁厚均匀的毛坯可采用金属型铸造。
(3）生产纲领和批量 生产纲领大时宜采用高精度与高生产率的毛坯制造方法。(4）现场生产条件和发展 应经过技术经济分析和论证。
从生产批量来看，此零件属于大批量生产，宜采用精度和生产率高的毛坯制造方法，以减少材料消耗和机械加工工作量。可考虑用金属铸造、熔模铸造、模锻、精锻等方法获得毛坯；从零件的结构来看，由于此零件属于外形较复杂的小型零件，而且它的壁厚不算薄。故可以考虑采用压铸、金属铸造、熔模铸造等精密铸造方法。同时可以减少切削加工或不进行切削加工；从毛坯的制造方法来看，铸铝和铸铜等有色金属材料适合用铸造方法获得毛坯；从铸铝件的力学性能来看，可采用金属型铸造的铸件、金属型浇注的铸件、砂型浇注的铸件，且强度依次递减,毛坯质量依次降低。
综上所述，该活塞零件的材料选用ZL101，该材料的成分及性能见表1，毛坯采用金属型铸造。用金属型铸型，在重力下浇注成型。对铝合金铸件有细化组织的作用，
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生产率高，无粉尘，但是设备费用高，手工操作时，劳动条件差。铸件表面的粗糙度Ra12.5～6.3μm，结晶细，加工余量小。适用于成批大量的生产。[8] 3.2.3 铸造斜度
(1) 铸造斜度的大小按下列原则确定：金属的收缩阻力大时，斜度应大；收缩量大和熔点高的合金，斜度应大；铸件需要拔模部分的尺寸大时，斜度应小，反之斜度应大。
(2) 铸件上各面斜度的数值应尽可能一致，以便于制造模具及造型。待加工表面 的斜度数值可以大一些。
表 1 铸铝101的成分及性能
Tab 1 Composition and properties of cast aluminum 101
合金
代号
Si 6.5～
ZL101
合金
7.5
0.1
0.45
0.1
零件
表 2 各种铸造方法的最小铸造斜度 Tab 2 Casting method of casting a variety of slope
斜度位置
外表面 内表面
砂型 0°30ˊ 1°
金属型 0°30ˊ 1°
铸造方法
壳型 0°20ˊ 0°20ˊ
压铸 0°15ˊ 0°30ˊ
Cu ＜
Mg 0.25～
Zn ＜
J,T5
202
2
金属型和压力铸造
法
主要化学成分/％
铸造方
σb
MPa
σs
用途
%
形状复杂的砂型、
铝硅
3.2.4 铸造圆角及半径
表 3 铸造圆角 Tab 3 Casting corner
最小圆角半径（mm）
铸造方法 金属型铸
造
铸造圆角计算公式
铝合金
R?14~16(A?B)
镁合金 2
铜合金 2
锌合金 —
黑色金属
2
1
(1) 铸件壁部连接处的内转角应有铸造圆角。
(2) 依照铸造圆角计算公式算出数值后，应选取与其接近的机械制造业常用的标
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准尺寸（详见GB2822—81）。为便于制造，半径应尽可能统一。在此，对于金属型铸件一般统一便用R3或R5。[9] 3.2.5 确定的机械加工余量
铸锻件的机械加工余量按JB3735-85确定，确定时，根据估算的锻件的重量、加工精度及锻件形状的复杂系数，由《简明机械加工工艺手册》查得：金属型铸件的尺寸公差等级为6～8级。可查得：
(1) 外圆的加工余量为4.0mm。 (2) 销孔的加工余量为3.0mm。
其它表面加工余量由零件尺寸决定(如图3所示):
图 3 活塞毛坯图 Fig 3 Piston rough figure
3.2.6 毛坯的制造方法及工艺特点
金属型浇注结构紧密，能承受较大压力，其生产率较高，适用于铁碳合金、有色金属及其合金的大批大量生产。金属型铸造允许毛坯的最大质量为110kg，毛坯的最小壁厚为1.5mm，形状复杂程度一般，精度等级CT要求为6～8级，毛坯的尺寸公差为0.09～0.47，表面粗糙度为Ra为12.5～6.3μm，加工余量等级为F。
3.3 基准的选择
3.3.1 定位基准的选择
定位基准的选择一般原则:
a. 选最大尺寸表面为安装面，选最长距离的表面为导向面，选最小尺寸的表面为支承面。
b. 首先考虑保证空间位置精度，再考虑保证尺寸精度。 c. 应尽量选择零件的主要表面为定位基准。
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