发动机及关键零部件制造技术PPT推荐.pptx
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,图-发动机气缸体,1.1.2气缸体的分类,轿车常用的发动机气缸体结构形式有直列发动机和V形发动机。
直列发动机是指所有气缸均肩并肩排成一个平面。
而V形发动机是将所有气缸分成两组,把相邻气缸以一定的夹角(一般为60)布置在一起,使两组气缸形成两个有一定夹角的平面,从侧面看气缸呈V字形,故称V形发动机。
一般来说,V形发动机至少有6个气缸或8个以上气缸,排量达到2.5L以上,是比较高级的发动机,一般中、高档以上轿车才配置V形发动机。
直列发动机气缸呈一字排开,气缸体、气缸盖和曲轴结构相对简单,制造成本低,低速转矩特性好,燃料消耗少,在家用轿车上应用广泛。
气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸,下半部为支承曲轴的曲轴箱,其内腔为曲轴运动的空间。
在气缸体内部铸有许多加强筋、冷却水套和润滑油道等。
根据气缸体与油底壳(或下气缸体)安装平面的位置不同,通常把气缸体分为以下三种形式:
一般式气缸体一般式气缸体的特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。
这种气缸体的优点是气缸体高度小,重量轻,结构紧凑,便于加工,曲轴拆装方便;
缺点是刚度和强度较差。
一般式气缸体的结构如下图-所示。
龙门式气缸体龙门式气缸体的特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。
这种气缸体的优点是强度和刚度好,能承受较大的机械负荷;
缺点是工艺性较差,结构笨重,加工较困难。
龙门式气缸体的结构如图-所示。
图-一般式气缸体的结构,图-龙门式气缸体的结构,图-隧道式气缸体的结构,(3)隧道式气缸体隧道式气缸体曲轴的主轴承孔为整体式,采用滚动轴承,主轴承孔较大,曲轴从气缸体后部装入。
这种气缸体的优点是结构紧凑,刚度和强度好;
缺点是加工精度要求高,工艺性较差,曲轴拆装不方便。
隧道式气缸体的结构如图1-所示。
1.1.3气缸体的材料,发动机气缸体一般用灰铸铁铸造,近年来为了达到减轻整车整备质量的要求,发动机气缸体大量采用合金材料,其中应用最广泛的合金材料就是铝合金。
在铝合金气缸体中,气缸的材料不是铝合金材料,而是采用铸铁材料,这主要是出于成本方面的考虑,虽然全铝合金气缸体的重量还要轻一些,但由于其气缸壁摩擦系数大,如果使用铝合金气缸孔,则需要使用硅铝合金和气缸内壁金属离子喷镀等昂贵的材料和工艺,这样将大大增加发动机气缸体的成本。
因此,在铝合金气缸体中,气缸孔一般镶嵌铸铁气缸套,确保气缸孔的耐磨,同时减轻了气缸体的重量。
为了便于理解,本书以直列缸汽油机为例来介绍气缸体加工。
本气缸体由上气缸体(习惯上称为气缸体)和下气缸体两部分组成,其中上气缸体是铸铁材料的,下气缸体是铸铝的,外观如图-所示。
图-直列缸汽油机气缸体外观,1.1.4气缸体主要部位和特性,()顶平面气缸体顶平面又称为燃烧室面,如图-6所示。
这个面用于安装发动机的气缸盖,与气缸盖一起形成燃烧室,高温、高压的混合气在里面燃烧。
因此,气缸体顶平面的质量要求十分高,该平面的平面度精度要求为0.05mm,表面粗糙度Ra要求为1.6m,表面粗糙度Rz要求为1.6m。
(2)气缸孔4缸发动机中有4个气缸孔,发动机在工作时,活塞会在气缸孔内作上下往复运动,因此气缸体的孔径大小、气缸孔的表面粗糙度、气缸孔的垂直度、气缸孔的圆度、气缸孔的圆柱度等十分重要。
下面是某气缸体关于气缸孔的重要参数指标:
1)缩减的尖峰高度Rpk一般小于或等于0.3m。
)缩减的沟痕深度Rvk一般为0.91.8m。
)核心剖面深度Rk一般为0.31.0m。
)最大的峰谷垂直距离Rt一般为6m。
)波纹度Wt一般要求小于或等于2m。
)尖峰材料比率Mr1为2%10%。
)沟痕材料比率Mr2为75%90%。
)圆度为0.005mm。
)圆柱度为0.010mm。
图-6气缸体顶平面,(3)气缸孔网纹角在气缸体产品图样中,要求气缸孔必须采用珩磨工艺,珩磨后的网纹角是在珩磨设备加工时保证的。
这里介绍一下气缸孔网纹角的计算方法。
网纹角2arctan(vf/v),vf是指珩磨刀具的往复速度(单位为/min),v是指珩磨刀具的线速度(单位为m/min)。
也就是说,气缸孔珩磨的网纹角的大小是由珩磨刀具的往复速度和线速度两者的商(相除)来决定的。
网纹角放大如图-所示。
珩磨加工示意如图1-8所示。
vf=2珩磨刀具的冲程(mm)往复次数(次min)1000v=3.14气缸孔直径(mm)珩磨刀具转速(r/min)1000例如:
气缸孔珩磨刀具的主轴转速为230r/min,而且在珩磨时上下往复运动的频率为95次/min,在作上下往复运时,珩磨刀具上止点与下止点之间的距,离为80mm,88mm,求珩磨后的网纹角是多少?
图-网纹角放大,图-8珩磨加工示意图,解答:
1)珩磨刀具往复速度vf=2珩磨刀具的冲程(mm)往复次数(次min)1000=280951000m/min=15.2m/min。
2)珩磨刀具线速度v=3.14气缸孔直径(mm)珩磨刀具转速(r/min)1000=3.14882301000m/min=63.55m/min。
3)气缸孔的网纹角2arctan(vf/v)=2arctan(15.263.55)=26.9。
()气缸体前端面气缸体前端面一般要安装水泵和机油泵总成(含曲轴前油封)等发动机重要附件,因此该面的平面度、垂直度和表面粗糙度很重要。
例如:
某气缸体前端面平面度公差小于0.05mm,垂直度公差小于0.10mm,表面粗糙度Ra小于3.2m。
()气缸体后端面气缸体后端面通常要安装飞轮加强板或变速器,因此,与气缸体前端面一样,该面会控制平面度、垂直度和表面粗糙度等参数,精度与前端面的要求一致。
()曲轴孔与气缸孔一样,曲轴孔也是气缸体中最重要的孔系。
在发动机装配线中,曲轴孔内先要安装主轴瓦(相当于滑动轴承),然后安装曲轴。
其中,曲轴的主轴颈就支撑在主轴瓦中。
为了保证曲轴能在主轴瓦中正常地旋转,曲轴的主轴颈与主轴瓦之间会留有一定的间隙,但这个间隙不能太大,否则会增大发动机的噪声并导致发动机振动过大。
因此,主轴瓦需要分组选配,即在安装主轴瓦前,先要测量出气缸体“曲轴孔”的直径,以及曲轴的主轴颈直径,根据这两个直径的差值来选择合适厚度的主轴瓦。
曲轴孔是由上、下两个半圆孔组成的:
上半圆孔在上气缸体中;
而下半圆孔的结构,,不同产品在设计上有所不同,有的下半圆孔是在下气缸体中,有的气缸体下半圆孔是在铸铁轴承盖上,如图-9所示。
无论是下气缸体,还是轴承盖,它们都是通过螺栓固定在上气缸体上,从而使“上半圆孔”“下半圆孔”形成一个完整的曲轴孔。
气缸体前、后端面及曲轴孔结构如图1-9所示。
曲轴孔的关键特性有曲轴孔的直径、曲轴孔之间的同轴度和曲轴孔的表面粗糙度等。
其中,曲轴孔的直径公差一般控制在0.02mm以内,曲轴孔的同轴度公差一般控制在0.03mm以内,曲轴孔的表面粗糙度Ra公差要求小于1.6m。
图-9气缸体前、后端面及曲轴孔结构,1.2气缸体加工工艺介绍,1.2.1工艺常识.工序号工序号通常用OP开头,OP是英文单词Operation(工序的意思)的缩写。
在工序编号时,通常以10的整数进行编号,如OP10、OP20、OP30等。
这样做的好处是当以后产品有更改或产能有提升时,便于增加工序,如要在OP20与OP30之间增加一道工序时,可以用OP25、OP28、。
.工序与工位工序与工位这两个概念是不一样的,工序比工位的范围要大,通俗地说:
一道工序可以有一个或多个工位。
在一台柔性清洗机内部,有多个工位,如去毛刺工位、紊流清洗工位(用于清洗水套)、定点清洗工位、高压清洗工位(用于清洗油道)、吹干工位和真空干燥工位等。
上述所有工位属于同一台机床,所以只能称为一道工序。
.干式加工与湿式加工干式加工是指刀具在切削加工时不使用冷却液来冷却刀具和工件。
湿式加工是指刀具在切削加工时使用冷却液来冷却刀具和工件。
对于铸铁气缸体,可以采用干式加工,也可以采用湿式加工。
但从制造成本、刀具使用寿命、铁屑回收和粉尘处理等各方面综合考虑,铸铁气缸体在铣削时一般采用干式加工,但钻孔、扩孔、铰孔和镗孔一般采用湿式加工;
对于铝气缸体,所有,加工方式,如铣削、钻孔、扩孔、铰孔和镗孔,都必须采用湿式加工。
不管是铸铁气缸体,还是铝气缸体,珩磨工序必须采用冷却液。
对于铸铁气缸体,切削加工使用的冷却液浓度一般为5%左右,如果是精加工,则可以适当提高冷却液的浓度,例如8%10%。
对于铝气缸体,切削加工使用的冷却液浓度一般为10%左右。
珩磨加工时,不管是铸铁气缸体还是铝气缸体,冷却液浓度一般要求为10%左右。
.集中冷却方式与单机冷却方式如果采用湿式加工,则有两种方式向机床提供切削液:
集中冷却方式和单机冷却方式。
集中冷却方式是指用一套冷却液过滤设备向多台机械加工设备循环提供冷却液,并对回流冷却液中的铁屑或铝屑进行分离后,再对冷却液进行精过滤处理,过滤精度一般为2030m。
单机冷却方式是指每台机械加工设备各自带有一套小型的冷却液过滤单元,使用后的冷却液回流后就在自带的过滤单元中进行过滤处理。
相对单机冷却方式而言,集中冷却方式虽然初期投入资金大,但冷却液的使用寿命较长,一般为35年,因此,在批量加工时,冷却液的单件分摊成本相对较低,单机冷却方式的冷却液使用寿命一般为13个月。
不仅如此,集中冷却过滤设备可以独立于机加工设备进行布置,便于对铁屑或铝屑进行集中分离和回收处理。
.机床的循环时间机床的循环时间(节拍时间)是指从当前工件的上料开始到下一个工件开始上料为止所经历的时间。
.机床的开动率与可动率为了便于讲解,先假设一个班次的总时间为W,它由如下时间段组成:
机床正常工作时间T1、机床故障时间T2和机床计划停止时间T3。
即,W=T1+T2+T3。
则机床的开动率=(T1/W)100%=T1/(T1+T2+T3)100%;
但是,机床的可动率=(T1+T3)/W100%=(T1+T3)/(T1+T2+T3)100%。
说明:
机床计划停止时间包括安排操作工人休息而人为停机的时间(如上午、下午各10min)、安排班前会或自主保全或5S活动而人为停机的时间、人为停机而进行换刀的时间、人为停机而进行更换夹具和人为停机去更换冷却液等的时间。
在机床计划停止时间内,这时机床是完好的、可用的,是生产上有意地、人为地停止。
机床工作时间饼图如图-所示。
图-机床工作时间饼图,.生产线综合效率,生产线综合效率的英文全称是OverallEquipmentEfficiency,简称OEE。
为了便于讲解,先假设一个班次的总时间为W,在该班次内共计加工了N件合格的工件。
如果机床的循环时间为C,则可以知道,在该班次内加工合格工件的总时间=NC,则有OEE=(NC)
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