气缸缸套机械加工工艺规程及夹具的设计毕业论文Word文档格式.docx
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干式缸套相对来说结构较为简单,加工方便,但是与缸体是过盈配合,拆卸不方便。
湿式的缸套背面接触冷却水,散热好,拆卸也容易,但是刚度、强度都不如干式缸套,容易漏水。
湿式缸套多应用在柴油机。
1.3设计要求
工艺设计部分:
定位基准的选择;
工艺路线的拟定;
加工余量和工序尺寸的确定。
[2]
夹具设计部分:
夹具结构设计;
装配图绘制。
设计方法与措施拟定如下:
(1)分析零件图纸,通过查询图书资料以及相关文献、文档,了解发动机缸套的零件特点技术要求。
(2)零件的工艺分析,设计工艺规程,编写工艺过程综合卡。
确定零件各个表面的加工方法,制定缸套的加工工艺路线。
(3)设计夹具,绘制夹具装配图、零件图。
缸套零件的定位分析,定位误差的计算。
所设计的夹具必须考虑缸套内孔的精度要求。
(4)编写设计论文说明书,阐述设计依据和思路。
根据已经得到的设计结果,整理成文,按照学院的规定统一规范化要求撰写毕业设计说明书。
第2章零件的工艺分析
2.1零件的技术要求
套筒类零件外圆表面主要是以过盈配合或过渡配合与机架箱体孔配合,起支承作用。
内孔起到导向作用或者支承作用,常与传动轴、主轴、活塞、滑阀相配合。
(1)孔的技术要求
内孔的尺寸精度为IT7~IT6。
为了保证内孔零件的功能和提高其耐磨性,其表面粗糙度要求Ra2.5~0.16μm,要求表面粗糙度Ra值达到0.04μm。
(2)外圆表面的技术要求
外圆是套筒的支撑面,通常以过盈配合或过渡配合与机架箱体孔相连接。
外径的尺寸精度也一般是IT7~IT6,表面粗糙度Ra5~0.63μm。
(3)孔与外圆轴线同轴度要求
内外圆表面之间的同轴度公差根据零件的装配要求而定。
同轴度一般为0.01~0.05㎜。
(4)孔轴线与端面的垂直度要求
如果套的端面在工作中承受载荷或者加工中作为定位面,端面与外圆或者内孔轴线的垂直度要求较高,一般为0.01~0.05㎜。
图2.1气缸套
图2.1气缸套正视图
图2.2气缸套左视图
2.2零件的作用
该零件是发动机的缸套,而缸套、活塞是气缸部件,缸套主要是限制活塞的运动主要起到连接作用。
气缸套是发动机一个重要的部件,它直接影响到发动机的工作状态和使用寿命。
2.3零件的工作条件
气缸套内表受高温高压燃气直接作用,并始终与活塞环及活塞裙部发生高速滑动摩擦。
外表与冷却水接触,在较大温差下产生严重热应力,受冷却水腐蚀。
活塞对缸套的侧推力不仅加剧其内表摩擦,并使其产生弯曲。
侧推力改变方向时,活塞还撞击缸套。
此外还受到较大的安装预紧力。
气体压力使气缸壁产生切向拉应力和径向压应力,并且在内表面最大,这种应力都是高频脉动应力。
[3]
因缸壁内外温差产生极大的热应力,一般温度下使内表面产生压应力而冷却面存在拉应力。
但在特高气温下,近内表面金属蠕变塑性变形,而冷却后即在内表面形成残余拉应力,这种随起动、停车变化引起的低频应力会使材料疲劳。
第3章工艺规程设计
工艺规程是规定产品或零件制造的工艺过程和操作方法等文件。
包括确定零件加工工艺路线,加工方法、切削用量、工时定额,以及工艺装备的选用等。
工艺规程设计必须遵循以下原则:
⑴设计出来的工艺规程必须保证零件的加工质量和机器的装配质量,满足设计图纸上要求的各项技术。
⑵工艺过程应该有效率高的特点,使产品能够尽可能快投的放入市场。
⑶尽可能减少低制造成本。
⑷注意减轻工人的劳动强度,能够保证工人安全。
工艺规程设计所需要的原始资料:
(1)产品的装配图、零件图、验收质量标准和年生产纲领。
⑵毛坯材料与毛坯生产条件。
⑶工厂的生产技术条件,包括机器设备条件,机床性能和技术支持,工人的操作技术水平,自制工艺设备的能力以及工厂供给电能、供气的能力。
⑷现有的工艺规程设计、工艺设备设计手册相关标准。
⑸国内外有关制造技术资料等。
3.1基准面的选择
基准包括点、线、面,能够确定加工工件的位置。
选择合理的定位基准是工艺规程设计中一个重要的内容,为了确定工件在机床上或夹具中正确位置。
[4]定位基准必须选择正确,否则会直接影响到加工工艺路线。
定位基准选择包括粗基准选择和精精准选择。
根据缸套零件特点,大部分工序可以选用外圆作为主要基准面,外圆面的面积较大,定位稳定,可以用来精加工内孔;
同时内孔可作为另一基准面。
第一道工序,由于各个表面都是未加工的毛坯表面,对整个加工工艺过程有重要影响。
选用内孔作为基准粗加工外圆和端面,再利用外圆表面对内孔进行粗精加工。
另一种则是与之相反,利用外圆表面,先对内孔进行加工,再以内孔位基面,对外圆表面和端面进行加工。
1.粗基准选择
粗基准作用是能够保证未加工面和加工面之间的位置精度。
应该选用与加工面互相位置精度较高、加工余量小的表面。
避免重复使用粗基准。
根据缸套的结构特点和粗基准的选择原则,选用孔作为加工零件的粗基准
2.精基准选择
缸套零件属于套筒类零件,精度要求较高,根据套筒类零件的结构特点和精基准的选择原则,可以采用互为基准的方法加工零件。
根据以上要求,选择缸套外圆作为精基准面。
3.2制定工艺路线
缸套加工的表面主要是内孔和外圆表面,保证加工表面(外圆和内孔)之间的位置精度,以及内孔和外圆本身的加工精度和表面粗糙度的要求。
孔的加工路线:
⑴钻-扩-铰
钻孔加工精度要求较低,一般在IT10~IT13,表面粗糙度也较大,Ra一般为50~12.5μm。
钻孔一般直径小于80㎜。
其中扩孔能够纠正位置误差,而铰孔能保证孔的精度,但不能校正孔轴线的位置精度。
该加工路线应用范围较广,适用于除淬硬刚以外的各种材料。
⑵钻-扩-拉
这条加工路线与第一种大致相同,铰孔加工方法换成拉孔。
但是由于拉刀设计制造比较复杂、花费的成本较高,只适用于大批量生产中的小零件。
⑶粗镗-半精镗-精镗
镗孔是在与之孔上用切削刀具使之扩大的加工方法,适用于各种类型零件的生产。
根据孔加工精度高低要求,精镗之后还可以安排金刚镗。
金刚镗加工质量好,生产效率较高,广泛应用与精密孔的最终加工。
⑷粗镗-半精镗-磨削
粗镗也可以换成钻孔,该路线主要应用与淬火工件的加工,但不用于有色金属的加工。
当孔的加工质量要求较高时,最后一步磨削可分为粗磨和精磨。
外圆表面的加工路线
⑴粗车-半精车-精车
该加工路线应用最为广泛。
加工精度等于或低于IT7,表面粗糙度Ra大于等于0.8μm的外圆表面都可以使用该加工路线。
精车的加工精度可达IT8~IT6级。
⑵粗车-半精车-粗磨-精磨
该加工路线用于对半精车后需要淬火,并且加工精度较高,等于或低于IT6,外圆表面粗糙度Ra大于等于0.16μm的钢或铸铁材料。
⑶粗车-半精车-精车-金刚石车
该加工路线适用于有色金属,不宜使用磨削的外圆表面。
⑷粗车-半精车-粗磨-研磨、超精加工、砂带磨或抛光
该加工路线是在第二种加工路线上加上研磨、超精加工的加工工序。
超精加工有设备简单,自动化程度高,操作简便,生产效率高等工艺特点,能够减小工件表面的粗糙度。
表3.1工艺路线
工序
工序名称
工序内容
工艺装备
01
铸造毛坯
按图纸铸造成形
立式铣床X52K
02
人工时效
时效退火去应力,去毛刺
03
粗车
车大孔端端面
卧式车床CA6140
04
粗镗
镗孔Φ14.6
卧式镗床t68
05
镗孔Φ23.6
06
热处理
正火190-220HBS
07
半精车
车小孔端面
08
车径耳端面
09
半精镗
镗径耳内孔镗孔Φ22
10
精车
车销轴孔端面
11
车螺纹
12
精镗
镗孔Φ3.7
13
钻孔
钻孔4×
Φ4.2
立式钻床Z5150
14
精磨
磨内圆
无心磨床M1050
15
检验
16
去毛刺
17
入库
3.3机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
查找《机械制造工艺设计手册》确定机械加工余量:
①直径150毫米的内孔
精珩磨:
工序基本余量为0.08,工序经济精度为H6(
),工序尺寸Φ65.5㎜,最小极限尺寸Φ150H6(
),表面粗糙度为0.05μm;
粗珩磨:
工序基本余量为0.4,工序经济精度为H6(
),工序尺寸Φ65.5㎜,最小极限尺寸Φ149.9H6(
),表面粗糙度为0.4μm;
精镗:
工序基本余量为0.5,工序经济精度为H8(
),工序尺寸Φ65.4㎜,最小极限尺寸Φ149.5H8(
),表面粗糙度为0.8μm;
半精镗:
工序基本余量为1,工序经济精度为H11(
),工序尺寸Φ65㎜,最小极限尺寸Φ149.5H8(
),表面粗糙度为1.6μm;
二次粗镗:
工序基本余量为2,工序经济精度为H12(
),工序尺寸Φ64㎜,最小极限尺寸Φ148H12(
),表面粗糙度为6.3μm;
一次粗镗:
),工序尺寸Φ62㎜,最小极限尺寸Φ145H12(
),表面粗糙度为12.5μm。
毛坯:
工序尺寸为Φ144㎜
图3.1粗镗工艺图
②外圆表面
精车:
工序基本余量为0.5,工序经济精度为H10(
),工序尺寸Φ170㎜,最小极限尺寸Φ170H10(
半精车:
工序基本余量为2,工序经济精度为H11(
),工序尺寸Φ170.5㎜,最小极限尺寸Φ170.5H11(
粗车:
工序基本余量为2.5,工序经济精度为H11(
),工序尺寸Φ172.5㎜,最小极限尺寸Φ172.5H11(
),表面粗糙度为12.5μm;
图3.2粗车工艺图
图3.3精磨工艺图
3.4确定切削用量及基本工时
切削用量的选择,直径影响到切削效率,工件的加工质量。
粗加工毛坯余量较大,尽可能选择大的切削用量,减少生产成本,提高生产效率。
粗加工首先考虑选择一个尽可能大的切削用量,然后选择进给量,最后确定切削深度。
精加工切削用量的选择还要考虑到加工精度和表面质量。
精加工的切削用量首先必须保证加工质量,然后在此前提下提高生产效率。
[5]
①粗镗Φ14.6的孔
选取取背吃刀量
=2mm。
选择刀具YG6硬质合金,当车刀刀杆尺寸16×
25,选取该工步的每转进给量f=0.6mm/r。
确定切削速度V,切削速度V=83.5m/min。
再代入公式
n=1000v/
d(3.1)
n=184.6r/min,选择n=200r/min
镗孔的基本时间可以由公式[6]
(3.2)
求得
=90
。
=2mm;
=3mm;
而
=275mm;
f=0.6mm/r;
n=200r/min。
将上述结果代入公式,则工序的基本时间
=2.3min。
[7]
②半精镗
=1mm。
进给量f=0.4mm/r。
确定切削速度V,切削速度V=100.5m/min。
n=219.1r/min,选择n=200r/min
镗孔的基本时间可以由公式求得
=270mm;
f=0.4mm/r;
=3.43min。
③精镗
=0.5mm。
选取进给量f=0.04mm/r。
确定切削速度V,切削速度V=176.8m/min。
n=377.7r/min,选择n=400r/min
=268mm;
f=0.04mm/r;
n=400r/min。
=17.06min。
④粗车
=2.5mm。
选取进给量f=0.6mm/r。
选用YG6硬质合金车到车削。
确定切削速度V,选取切削速度V=71m/min。
d=175mm,主轴转速n=129.1r/min,选择CA6140卧式车床主轴转速n=125r/min
粗车外圆的基本时间可以由公式求得
=288mm;
n=125r/min。
=3.91min。
⑤半精车
选取进给量f=0.3mm/r。
选用YG6硬质合金车到车削
确定切削速度V,选取切削速度V=80m/min。
d=172.5mm,主轴转速n=147.6r/min,选择CA6140卧式车床主轴转速n=160r/min
半精车外圆表面的基本时间可以由公式求得
f=0.3mm/r;
n=160r/min。
=5.83min。
⑥精车
选取进给量f=0.15mm/r。
确定切削速度V,切削速度V=114m/min。
d=170.5mm,主轴转速n=212.8r/min,选择CA6140卧式车床主轴转速n=200r/min
精车外圆表面的基本时间可以由公式求得
f=0.15mm/r;
=9.17min。
第4章夹具设计
4.1夹具概述
对工件进行机械加工时,为了保证加工要求,首先要使工件相对于机床有正确的位置,并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。
为此,在进行机械加工前,先要将工件装夹好。
用夹具装夹工件有下列优点:
(1)能稳定的保证工件的加工精度用夹具装夹工件时,工件相对于道具及机床的位置精度由夹具保证,不受工人技术水平的影响,使一批工件的加工极度趋于一致。
(2)能提高劳动生产率使用夹具装夹工件方便、快捷,工件不需要划线找正,可显著的减少辅助工时,提高劳动生产率;
工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性,因此可加大切屑用量,提高劳动生产率;
可使用多件、多工位装夹工件的夹具,并可采用高效夹紧机构,进一步提高劳动生产率。
(3)能扩大机床的使用范围
(4)能降低成本在批量生产中使用夹具后,由于劳动生产率的提高、使用技术等级较低的工人以及废品率下降等原因,明显得降低了生产成本。
夹具制造成本分摊在一批工件上。
每个工件增加的成本时极少的,远远小于由于提高劳动生产率而降低的成本。
工件批量愈大,使用夹具所取得的经济效益就愈显著。
夹具上的各种装置和元件通过夹具体连接成一个整体。
因此,夹具体的形状及尺寸取决于夹具上各种装置的布置及夹具于机床的连接。
对于夹具体有以下几点要求:
(1)有适当的精度和尺寸稳定性夹具体上的重要表面,应有适当的尺寸和形状精度,它们之间应有适当的位置精度。
(2)有足够的强度和刚度加工过程中,夹具体要承受较大的切屑力和夹紧力。
为保证夹具体不产生不允许的变形和震动,夹具体应有足够的强度和刚度。
(3)结构工艺性好夹具体应便于制造、装配和检验。
铸造夹具体上安装各种元件的表面应铸出凸台,以减少加工面积。
夹具体结构形式应便于工件的装卸。
(4)排屑方便切屑多时,夹具体上应考虑排屑结构。
(5)在机床上安装稳定可靠夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上相应表面的接触或配合实现的。
当夹具在机床工作台上安装时,夹具的重心应尽量低,重心越高则支撑面应越大;
夹具底面四边应凸台,使夹具体的安装基面与机床的工作台面接触良好。
4.2定位方案的选定
该零件的定位方案我选择的是两面一孔定位方式。
这种定位方式在套类零件的加工中用的很广。
工件的定位孔一般是加工过的精基面,两定位端面一般经过加工,可以保证一定的精度。
4.3确定夹紧装置
(1)夹紧力的方向,主要夹紧力的方向一般应垂直于主要定位基准,当夹紧力和切削力,重力同方向时,需要的夹紧力最小;
完全利用摩擦力来克服切削力和重力时,所需的夹紧力最大。
因此本设计的夹紧力方向应正好和重力方向平行。
(2)夹紧力的作用点,夹紧力的作用点应在支承点上,或在几个支承点所组成的平面内。
在多点夹紧时,如果平紧点在支承面之外,应采用联动夹紧机构,以保证各点的夹紧力同时均匀地作用到工件上。
夹紧力的作用点应选在工件刚性最好的部位,否则应设置辅助支承,夹紧力的作用点应靠近切削部位。
(3)夹紧力的大小,夹紧力的大小应根据所需夹紧力最大时的加工位置来决定,并分析此时受力情况,然后进行计算。
为了安全应将计算值的安全系数(一般取2~3)作为所需要的夹紧力。
[8]加工过程中,工件受到切屑力、离心力、惯性力及重力的作用。
理论上,夹紧力的作用应与上述力的作用平衡;
而实际上,夹紧力的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。
而且,切削力的大小在加工过程中是变化的,因此,夹紧力的计算是个很复杂的问题,只能进行粗略的估算。
估算时应找出对夹紧最不利的瞬时状态,估算此状态下所需的夹紧力。
4.4定位误差分析
一批工件在卡具中定位时,各个工件所占据的位置不完全一致,因此使加工后,各工件加工尺寸的不一致,而形成误差
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- 气缸 机械 加工 工艺 规程 夹具 设计 毕业论文