2110型柴油机气缸盖加工工艺规程设计及夹具设计(全套图纸)

2110型柴油机气缸盖加工工艺规程设计及夹具设计（全套图纸）前言一、柴油机的工作原理内燃机是一种能量转换装置,由燃料在机器内部燃烧进而将能量释放出来做功.其主要组成部分有:机体、曲柄连杆机构、配气机构、供油系统、供气系统、点火系统、润滑系统、冷却系统及起动装置等.它是以柴油为燃料的内燃机,其工作原理是:往气缸内按一定比例和一定的时间与规律送进空气,使柴油和空气混合被压缩到一定的压力和温度而进行自燃,产生高温高压的燃气,利用燃气的不断膨胀,推动活塞运动,通过曲柄连杆机构将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动,这样将柴油的化学能转变成热动能,对外做机械功,输出动力。

二、本次设计的内容本次毕业设计的是2110型柴油机气缸盖的机械加工工艺规程设计及其中一道重点工序的夹具设计,其设计重点为夹具设计。

气缸盖是柴油机的重要零部件之一,属于结构复杂的箱体类零件,它的加工精度对柴油机的综合性能指标高低有着很重要的影响。

因此,气缸盖的机械加工工艺有较高的技术要求。

在设计过程中,要使零件的质量达到图纸上的要求,同时又要尽可能的降低生产成本。

这就要求在安排加工工艺方案时,要兼顾多方面的要求,尽可能选取最佳方案。

在本次毕业设计中,我查阅了一些和本次设计内容有关的资料,参照和仔细分析了大连柴油机厂的气缸盖加工工艺规程,并结合其它同类产品的生产线状况,进而制定了本次的设计方案。

在这次毕业设计过程中,得到指导教师吴雪松老师的悉心指导,特此表示深深的谢意.第二章零件的分析一、零件的作用及性能气缸盖位于封闭气缸上部,与气缸上部及活塞顶构成燃烧室,他用螺栓固定于机体上。

气缸盖上根据不同情况装有排气门,气门摇臂和喷油器和火化塞等零部件,并布置有排气道。

燃烧室位于气缸之上,气缸盖承受着高温气体的压力和热负荷,还承受着气缸盖螺栓的预紧力。

其热应力和机械应力都比较严重,因此鉴于它的工作方式和恶劣的工作条件,要求气缸盖必须有足够的刚度和强度,以便能承受各种形式负载,同时气缸盖的结构形式也要力求简单,布置要尽可能对称,厚薄要尽可能均匀,内部铸管冷却水套要尽可能使高温部分得到冷却。

气缸盖应该用抗热疲劳性能好的材料铸造,材料导热性越好,线膨胀系数越小,高温疲劳强度越高,越能承受热负荷的反复作用。

综合起来看,高强度铸铁优于铝合金,因此绝大多数内燃机的气缸盖多用高等级的灰口铸铁铸造而成。

鉴于此,本次设计中选用的气缸盖材料为灰口铸铁HT20-40。

气缸盖的外形尺寸为:274*198*100,重量为4.5kg。

零件的生产纲领由设计任务书知:产品的生产纲领为1.5万台/年。

产品的某零件的生产纲领(N0)除规定的产品的生产纲领外,还必须包括备品率α及平均废品率β,零件的年生产纲领N0为:N0N*n*1+α*1+β式中:N-产品的生产纲领N15000n-每一产品中包含该零件的数量 n1α-备品率取α10%β-平均废品率取β5%N015000*1*1+10%*1+5%≈17500故零件的生产纲领为17500个/年,属于大批生产。

零件的生产纲领确定后,根据生产车间的具体情况,零件在一年中分批投产,每批投产的数量为批量,按月分批的投产,则:批量 N0/1217500/12≈1500即每月的生产批量为1500件。

考虑到零件的生产类型为大批量生产,以我国目前的机械工业的发展水平,为取得很好的经济效益,选用万能设备与专用设备共同的形成的流水线生产加工方式。

生产节拍t的确定t60tc/ N0分式中:tc300*8*班次*η300-全年工作日班次为一班η-自动线效率:从300天中扣除一天缺勤时间,通常工人工作时间损失率均为8%,维护设备的停工维修时间取tc2150则t(60*2150)/17500≈7.5(分钟)三、气缸盖的主要技术条件极其分析1、尺寸精度气缸盖是以底平面与缸体连接的,其他平面用来安装有关零部件,为既能保证装配技术要求,又能满足组装后柴油机的总体尺寸,故对气缸盖的外形尺寸有一定的技术要求,长:274±0。

34;宽:198;高:100±0.23。

在诸多的孔中,重要的是导管孔、气门孔及工艺孔、这些孔分别咬压装导管,座垫及定位安装用,故要求很高,导管孔直径:Φ15±0.027进气门座孔直径Φ44±0.027,排气门座孔直径Φ44±0.027,两孔中心距为50±0.05。

2、几何精度2110型柴油机气缸盖是采用整体式结构,与单体式结构相比较,据有以下特点:零件数少、缩短气缸中心距和发动机的总长、结构紧凑.但同时存在着刚性差,受热受力后易变形而影响密封,因底面与缸体接触面积较大,密封性能差等缺点.所以对零件的几何加工精度要求较高,其表面不平度不大于0.05mm,同时,刚盖顶面安装盖罩,同样需要保证密μ封性能,因而表面不平度要求为0.1 mm,前后两端面积及左侧面的不平度要求为0.1 mm.3、位置精度为了压装气门座垫,进、排气门座孔的加工深度有一定的位置精度要求为8±0.1,燃烧室的深度精度要求为36±0.1,缸盖上有一些多轴线孔系,如紧固螺栓孔,其本身精度不高,但它们是用来连接缸盖和缸体的,保证其密封性能要求,故要求螺栓要尽可能的均匀分布,以减少气缸盖承受负载时的变形,因此其位置精度要求较高,公差为±0.20.4、表面粗糙度气缸盖底面是与气缸体的接触面,有密封性能要求,而且其受高温、高压燃气侵蚀,承受较大的负载,易产生疲劳断裂裂纹,因此要求其表面粗糙度Ra1.6μm,同样上顶面要求也较高Ra3.2μm.左右两个侧面同上顶面一样,要求Ra3.2μm,而其前后两个面要求较低,前面Ra6.3μm,后面Ra12.5μm.导管孔及气门座孔因与导管及座垫有配合要求,表面粗糙度要求较高,导管孔为Ra1.6μm, 进、排气门座孔为Ra1.6μm.而其它孔Ra12.5μm即可.而凸台面的表面粗糙度为Ra3.2μm.第三章工艺规程设计一、确定毛坯制造形式由于气缸盖的结构较复杂,属箱体类零件,故可以采用铸造毛坯.材料采用灰口铸铁HT20--40,其刚度较好,使用时不易产生变形,机械加工性能良好.但与铸铝合金比较,导热性能较差,压缩比较低,但有良好的经济效益,所以材料选用灰口铸铁.由于零件年产量为17500件,属于大批量生产,因而铸造采用砂模铸造,机器造型.这样生产率高,毛坯尺寸准确、精度较高,并可以有效的减少机械加工时的余量.二、制定工艺路线一零件的结构工艺性分析1、零件的结构工艺性是指该零件被加工的难以程度,是评价零件结构优劣的技术经济指标之一.所谓工艺性良好是说所设计的零件在保证产品的使用性能前提下,能用生产率高,劳动量小,材料消耗少和生产成本低的经济加工方法制造出来气缸盖是一种箱体类零件,有较大的平面,因而便于定位和夹紧,零件的主要加工内容为平面加工和孔加工 1平面加工气缸盖外表面有五个大平面需要加工.在机械加工中,平面的加工方式很多.车削、铣削、刨削、镗削、磨削和拉削都可以对平面进行加工.但是,由于缸盖工件较大,又为箱体类零件,所以不宜采用车削和镗削加工;其次,磨削加工属于高精度加工,且其效率较低,故在其他加工方式下,可以达到精度要求的情况下,就不宜采用磨削加工;刨削加工,效率较低,且加工精度不高;而拉削加工,在我国现阶段还不宜采用.由以上分析,可以看出,就本零件所加工的平面而言,采用铣削加工为最佳.而且随着刀具的发展,端铣刀的大进给,可大大提高生产率,降低成本.所以本次设计,所需加工平面主要以铣削加工为主.只是,对于上下底面,由于表面粗糙度要求较高,在最后采用磨削加工 2孔系的加工气缸盖上分布着各种孔几十个,比较复杂,且都有不同的尺寸精度和位置精度要求.加工时,可以根据孔的内表面的粗糙度高、低要求不同,通过钻、扩、铰、锪、镗等加工方法来实现.具体的孔采用的加工方法,在后面的加工方案中具体说明二工艺路线的拟定拟定工艺路线的出发点,应当使零件的尺寸精度及位置精度等技术要求能够得到妥善的保证.在生产纲领中,已经确定该零件为大批量生产的条件下,可以考虑选用万能性设备和专用设备共同形成流水线的生产方式,配以专用夹具,并尽可能的使工序集中来提高生产效率.除此之外,还应当考虑经济效果,以便使生产成本下降该零件为大批生产,因此应采用高效率的自动化程度高的机床,专用夹具和刀具.采用自动加工生产线来进行生产,这样可以大大提高产品的制造精度.生产中,采用自动线和流水线相结合的方式,其中以自动线加工为主 1、基准的选择基准是指机器零件上用来确定各有关表面相互位置的几何元素.合理的选择定位基准,尽量使基准重合,可以在加工过程中减少加工误差,提高加工精度1粗基准虽然气缸盖有五个外表面需要加工,但各表面的技术要求不尽相同,其中要求最高的是下底面,最好使其余量均匀,故选底面为粗基准来加工顶面,然后再以加工后的顶面为基准加工底面,这样可以保证底面的加工要求.另外,粗加工时,由于加工余量较大,切削力较大.各表面中,只有底面面积较大,且较平整,才能保证装夹时的稳定与可靠2精基准选择精基准,主要从保证工件的位置精度和装夹方便,即尽可能使基准重合、统一来考虑.本设计采用气缸盖底面及底面上的两个直径为14的工艺孔作为精基准,即"一面两销"定位.这样做的好处有: 1各加工表面基本上都是以一面两销作为精基准,减少了由于基准转换而引起的定位误差,且两孔位于底面两边,距离长,定位精度高 2底面轮廓尺寸大,时的工件安装稳定可靠 3大部分工序夹具结构相同,且夹紧方便.夹具设计、制造及维修简单,缩短了生产准备周期,降低了成本4便于实现自动化定位,有同时加工多个工作面,提高了生产效率2、加工方法的选择加工方法的选择应该符合产品的质量、产量及经济性的要求.达到同样的精度要求采用的加工方法是多种多样的.问题的关键在于如何通过分析、比较,在这些方法中选择出一种能在满足零件的技术条件和完成生产批量的前提下,最简单、生产效率最高、消耗原料最少、动力最少、成本最低的加工方法来.本着上述原则,气缸盖的各加工表面加工方法选择如下:1上下底面粗铣--半精铣--精铣--磨削2其他平面粗铣--精铣3导管孔钻孔--扩孔--粗镗--精镗--精铰4气道孔粗锪--精锪5座孔扩孔--镗孔--精铰6工艺孔钻孔--铰孔7一般的孔钻孔--扩孔另外,需要注意一点:在孔加工中,有一些属于深孔加工.如直径为 5.8的孔,钻深74,长径比达到13;又如直径为15的斜孔,钻深79.98,长径比为5.4.同一般的孔加工相比,深孔加工中存在着下列问题: 1排削困难、切屑阻塞、扭矩较大、易造成钻头折断2刀具冷却困难.处于半封闭状态下的钻头发热严重,降低了钻头的使用寿命3由于钻头细长,强度和刚度较差,特别是当钻头刃磨不对称时,钻头很容易引偏,并引起刀头的振动为了解决上述问题,应适当提高转速,降低走刀量,并提高钻头切削力的对称性和采用较长的导向,缩小导向距工件的距离等措施,改善排屑条件为保证孔的加工精度,特别是孔的位置精度,在生产线上广泛使用专用夹具.其上设有导向的钻模,以作为刀具的支撑,确保其位置精度,以减少刀具变形.同时,各种专用组合机床及许多复合刀具都大大减少了工件的安装次数和传送时间,既保证了加工精度,又提高了劳动成产率3、加工阶段的划分当工件的加工质量要求较高时,常把工艺路线分成几个阶段,一般可分为:粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段.这样分: 1能保证零件的加工质量.粗加工阶段,主要是切除较大余量,精度要求不高,切削用量比较大,切削力大,切削时发热振动大.此外,工件的内应力,因表面去掉一层金属而从新分布,产生新的变形,若将粗、精加工混在一起势必会破坏了精加工的表面精度 2使设备得到了合理的使用.粗加工应安排在功率大、精度底的机床上进行,充分发挥设备潜力,提高生产率.而精加工应安排在精度较高的机床上进行,既有利于长期保持设备的精度,又有利于加工精度的稳定,并可以合理的配备操作工等级 3在粗加工阶段,可及时发现毛皮缺陷, 便于及时确定后续工序是否可以进行,以免浪费.同时,将精加工安排在最后,可减少精加工后的表面受碰撞的机会 4粗、精加工要求不同的夹紧力,将粗、精加工分开, 就可以在精加工采用较小的夹紧力,以减少夹紧变形保证加工精度 5气缸盖是箱体类零件,在加工中,应遵循着"粗精分开""先粗后精""先面后孔",及"先主要表面,次要表面插入其中"的原则,使面与孔的粗、精加工交替进行,有利于提高零件加工时的定位精度和加工精度总上说述,气缸盖的加工过程可大致分为以下几个阶段: 第一阶段:主要完成气缸盖顶面、底面、两端面及侧面的粗铣、半精铣和顶面、底面的精铣.使零件有一较准确的毛坯尺寸,为工件上自动线提供保证.还要完成钻、铰工艺孔的加工,为以下工序提供定位基准第二阶段:主要完成火花塞孔的钻、锪、攻丝、锪气门弹簧座孔平面、锪进排气门孔及导管孔第三阶段:完成顶面、底面、两端面及侧面上的钻孔、倒角、扩孔、铰孔和攻丝等工序第四阶段:完成压气门座、导管、滚压气门孔的加工及磨削顶面、底面和清洗、试漏、钳工等后续工序为保证产品质量,在整个工艺过程中安排了几道检查工序.这样做,可以及时发现零件的质量问题,马上解决,避免不合格零件进入下一道工序4、工艺路线的拟定列表 10 铸造 20 检查 30 粗铣上顶面 40 粗铣下低面50 扩定位气道飞刺 60 铣侧面飞刺 70 铣前后面飞刺 80 检查 90 自动线上料 100半精铣上平面 110半精铣下平面 120精铣上平面 130精铣下平面 140钻铰工艺孔及顶面钻孔 150检查160加工后面铣平面,钻孔,攻丝 170加工前面铣平面,钻孔,攻丝 180检查 190翻转90度 200铣侧面 210铣进排气侧面 220钻侧面孔 230攻侧面孔丝 240翻转90度 250锪导管孔平面,钻螺纹孔 260钻导管孔 270粗锪气道孔,划平面280精锪气道孔,划平面 290钻深油孔,划平面 300扩导管孔,座孔,钻油嘴子大孔 310扩导管孔,座孔,钻油嘴子小孔 320镗导管孔,座孔,钻油嘴子螺孔 330 镗导管孔,座孔,划油嘴子平面,扩小孔 340精铰导管孔,座孔,攻油嘴丝孔 350精铰导管孔,座孔,攻上面丝 360下料 370检查 380清洗 390压闷头 400水压试验 410去飞刺 ,清理铁屑 420磨上平面 430磨下平面 440全面检查 450检查入库,上防锈油 10 铸造 20 检查 30 粗铣上顶面 40 粗铣下低面 50 检查60 上料 70 半精铣上平面 80 半精铣下平面 90 精铣上平面 100精铣下平面110钻铰工艺孔及顶面钻孔 120检查 130铣后面 140铣前面 150铣两侧面 160后面钻孔攻丝 170前面钻孔攻丝 180检查 190翻转90度 200钻侧面孔 210攻侧面孔丝 220翻转90度 230锪导管孔平面,钻螺孔 240钻导管孔,钻孔 250粗锪气道孔,划平面 260精锪气道孔,划平面 270钻深油孔,划平面 280扩导管孔,座孔,钻油嘴子大孔 290扩导管孔,座孔,钻油嘴子小孔 300镗导管孔,座孔,钻油嘴子螺孔 310 镗导管孔,座孔,划油嘴子平面,扩小孔 320精铰导管孔,座孔,攻油嘴丝孔 330精铰导管孔,座孔,攻上面丝 340下料 350检查 360清洗 370压闷头 380水压试验 390去飞刺 ,清理铁屑 400磨上平面 410磨下平面 420全面检查 430检查入库,上防锈油5、工艺路线方案的比较上述方案1,为大连柴油机厂缸盖加工工艺路线.方案2,以北京内燃机总厂缸盖加工工艺路线为参考而拟定的.同方案1相比,方案2少了两道工序,但通过分析发现方案2有一定的缺陷首先,方案2在工序50检查前较方案1省略了三道工序,分别为扩定位气道飞刺,铣侧面飞刺,铣前、后面飞刺.在方案1中扩定位气道飞刺是按工艺孔找正加工的.并把气道作为下面几道工序的基准.使得工艺孔的加工有了互为基准,提高了工艺孔的位置精度.又在正式加工侧面及前、后面之前加了去飞刺一道工序,有利于提高零件毛坯的尺寸精度.可见,在生产条件允许的条件下,确实这三道工序不应该被省略其次,在方案2中,工序130至工序210,为先将各表面加工完毕,后接着分别加工各面的孔,体现了"先面后孔"的加工原则,但同方案1中,工序160至工序230,加工内容完全一样,只是加工顺序不一样.二者作比较,发现方案1中,将铣后平面、钻孔、攻丝变成一道工序的几个工步,虽然使一道工序中出现了多工位,但是由于是用一台组合机床来完成的,减少了安装的次数,提高了加工精度.同时,也提高了劳动生产率综上所述,由于方案2中存在着一些不完备的地方,所以这次设计的工艺过程取方案1即大连柴油机厂的气缸盖生产的加工工艺过程.在对多孔系的加工中,广泛采用了工序集中的方式,如工序160和170,将铣平面、钻孔、攻螺纹丝等集中在一道工序中.这样,既缩短了工艺路线,又减少了机床的占地面积,使生产周期变短.而在粗加工阶段,工序30至工序70,主要采取了工序分散的方式.这样做是因为,这几道工序的加工精度要求不高,且容易安装,可采用较简单的专用或通用机床.另外,使得机床的调整更容易了,从而降低了生产成本.6、定位误差分析下面着重分析一下这套设计方案的定位误差:如附图所示,工作以孔1、2定位加工孔3时,此时,两销在X方向上的误差为δx,将引起孔1、3中心距l0.03的误差δl,一般认为:δl≈δ1Δ1+δxl+δy1转角误差δα,将引起中心连线0.03与X轴夹角α的误差.孔3的中心线将在扇形区域abed中变动,其误差域最大的坐标误差为δx、δy有下面的公式: δxδ1x/√x2+y2+y/L*δ1+δ2δyδ1y/√x2+y2+x/L*δ1+δ2附图No.1两销定位误差对加工误差的影响由上面的估算可以看出,一面两销定位时,因间隙引起的定位误差是不容忽视的.三、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定一确定机械加工余量机械加工中毛坯尺寸同完成零件尺寸之差称为毛坯的机械加工余量.加工余量的大小,取决于加工过程中各个工步切除的金属层的总和,以及毛坯尺寸与规定的公称尺寸间的偏差数值.加工余量过大浪费材料,增加切削工时,加快刀具的磨损;余量过小时,则不能修正前一工序的误差,造成局部切不到的毛病,影响加工质量,甚至会造成废品.因此,通常根据经验数据,并结合实际的加工情况,合理的选择加工余量.总的原则是:在保证加工质量的前提下,尽可能地使加工余量减小.气缸盖毛坯为铸件,零件材料为铸铁HT20-40,铸造精度为二级,铸件在最大尺寸260-500mm之间,查表可知六个面的加工余量为:上、下面可取4.5-6.0mm;两侧面、前、后面可取为3.0-5.0mm;铸造尺寸偏差,可取0.5mm。