发动机缸盖零件工艺规程及工艺装备的设计毕业设计.docx
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发动机缸盖零件工艺规程及工艺装备的设计毕业设计
大学本科学生毕业设计(论文)
某摩托车发动机缸盖零件工艺规程及
工艺装备的设计
DesignofprocessplanningandprocessequipmentforMotorcyclecylinderheadpart
Undergraduate:
XXX
Supervisor:
Prof.XX
Major:
MechanicalDesign,ManufacturingandAutomation
CollegeofMechanicalEngineering
XXUniversity
XX
摘要
本次毕业设计是为某摩托车发动机缸盖零件设计工艺规程和工艺装备。
本次设计包括了对该零件的工艺分析,毛坯的选择,拟定零件的工艺路线,零件的详细计算,夹具和量具的设计。
通过缸盖零件图,对零件进行工艺分析,确定了需要加工的表面及这些面的精度。
根据零件的结构,用途等,查阅许多相关资料,最终选择适当的材料作为毛坯材料,并绘制了毛坯图。
查阅资料并对零件分析,提出两条零件的工艺路线,经过比较,选出较好的方案,完成零件的工艺路线。
参考相关资料,确定机床及其他工艺装备,用查表法对零件进行详细计算,确定加工余量,工序尺寸,切削用量,计算出时间定额。
本次的设计的夹具是镗孔夹具,通过与老师同学间的交流和查阅资料,确定了本次夹具的定位方案,选择了相应的导向元件,夹紧元件,绘制了夹具图。
最后对该孔的尺寸公差进行计算,根据计算选择了合适的量具。
关键词:
工艺规程,工艺装备,夹具设计
ABSTRACT
Thegraduationprojectisamotorcyclecylinderheadpartdesignprocessplanningandprocessequipment.Thisdesignincludesthepartoftheprocessanalysis,thechoiceofblank,preparedpartsoftheprocessroute,thedetailedcalculationsofthepart,fixtureandgaugedesign.
Throughthecylinderheadpartdrawing,processthepartforanalysistodeterminetheneedformachiningthesurfaceandthesurfaceprecision.Accordingtopartsofthestructure,purpose,etc.,accesstomanyoftherelevantinformation,thefinalselectionofappropriatematerialsasroughmaterial,anddrewaroughmap.Accesstoinformationandpartanalysis,proposethetwopartsoftheprocessroute.Selectagoodprogrambycomparison,completethepartsoftheprocessroute.Referencetorelevantinformation,determinethemachinetoolsandothertechnicalequipment,withdetailedpartslook-uptablecalculationmethodtodeterminethemachiningallowance,processsize,cuttingparametersandcalculatethetimescale.Thedesignofthefixtureisboringfixture,withinstructorsandstudentstoexchangeandaccessinformationtodeterminethepositionofthisfixtureprogram,selecttheappropriateorientationcomponents,clampingcomponents,renderingthefixtureplan.Atlast,theholetoleranceiscalculated,accordingtocalculationsselecttheappropriatemeasuringtools.
Keywords:
processplanning,processequipment,fixturedesign
1绪论
1.1制造工艺的概述
我国是世界上使用与发展机械最早的国家之一。
机械制造具有悠久的历史。
解放以来,我国机械工业有了很大的发展,已经成为工业产业中门类比较齐全、具有相当规模和一定技术基础的部门之一。
改革开放以来,机械工业充分利用国内外的技术资源,进行技术改造,依靠科技进步,已经取得了长足的发展。
但与世界先进水平相比,我国的机械制造业的产品在功能、质量等方面还有较大的差距。
因此,我国机械制造业必须不断增强技术力量,培养高水平的人才,学习和引进国外先进科学技术,使我国的机械制造工业早日赶上世界先进水平。
1.2课题的内容和任务
本次设计的任务是通过所学知识和查阅资料,对某摩托车发动机缸盖零件进行工艺规程及工艺装备的设计。
重点内容有:
1.2.1零件加工工艺规程的制定
工艺规程是生产准备工作的主要依据,是指导生产的主要技术文件。
1.2.2夹具的设计
机床夹具能实现工件的定位和夹紧,工件加工时相对机床、刀具偶正确的位置,保证工件的加工精度达到设计要求。
1.3课题的目的及意义
通过本次设计,使学生从中能得到一个综合性的工程实践训练,以培养学生查阅资料、分析问题解决问题、进行结构设计、撰写科技论文等的实际工作能力。
1.4制造工艺的发展趋势
目前,随着电子、信息等高新技术的不断发展及市场需求个性化与多样化,世界各国都把机械制造技术的研究和开发作为国家的关键技术进行优先发展,将其他学科的高技术成果引入机械制造业中。
因此机械制造业的内涵与水平已今非昔比,它是基于先进制造技术的现代制造产业。
纵观现代机械制造技术的新发展,其重要特征主要体现在它的绿色制造、计算机集成制造、柔性制造、虚拟制造、智能制造、并行工程等方面。
2零件的工艺分析
2.1零件的功用、结构和特点
本次毕业设计主要是对摩托车发动机缸盖零件的工艺规程及工艺装备设计。
缸盖的主要功用是封闭汽缸上部并与汽缸和活塞顶部共同构成燃烧室。
其次缸盖内部也有冷却水道,与缸体上的冷却水孔相通,以便于利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。
所以缸盖与缸体的结合面的密封性一定要好,加工精度要高。
缸盖的主要工作表面是缸盖与缸体的结合面和缸盖上的∅34H8。
其中缸盖与缸体结合面的平面度精度要求不小于0.05mm,∅34孔与结合面的垂直精度要求不小于0.04mm。
2.2主要加工表面及其要求
1)缸盖与缸体的结合面:
其平面度要求是0.05mm,表面粗糙度为Ra1.6um.
2)缸盖上主孔∅34H8孔内表面粗糙度为Ra1.6um,与缸盖后表面的垂直度公差为0.04mm
3)缸盖上∅42孔轴线与孔∅34H8的轴线同轴度公差为0.04mm,孔内表面粗糙度为Ra3.2um
4)缸盖上水泵型键外表面的平面度要求是0.05mm
2.3其他加工表面如下
1)缸盖表面孔∅13H8,其粗糙度为Ra12.5um
2)e-e视图上的孔∅26H8,其轴线与缸盖与箱体的结合面的垂直度为0.05mm,内表面粗糙度为Ra1.6um,端面粗糙度为Ra3.2um
3)缸盖后表面上11-∅7的孔,其粗糙度为Ra12.5um
4)g-g视图中的2-M5螺纹端面粗糙度为Ra6.3um
5)d-d是视图上孔∅13H8的内表面粗糙度为Ra3.2um,∅7孔的内表面粗糙度为Ra12.5um
6)b-b视图上的∅8H8孔的粗糙度为Ra12.5um
7)E-E视图上的∅25H8孔内表面粗糙度为Ra1.6um,∅38孔的孔底粗糙度为Ra6.3um
8)C-C展开图中∅18的孔与轴的的公差配合为H8/n7,∅3孔的内表面粗糙度为Ra6.3um,∅42孔的孔底粗糙度为Ra3.2um,
9)D-D视图中∅25.4孔的端面粗糙度为Ra6.3um,
10)B-B展开图中∅14孔的端面粗糙度为Ra3.2um,∅7斜孔的孔内表面粗糙度为Ra12.5um,∅22孔的端面粗糙度为Ra3.2um,∅5的孔的内表面粗糙度为Ra12.5um,∅6孔的内表面粗糙度为Ra12.5um,∅7螺钉与孔的公差配合为H7/x8,
3毛坯的选择
3.1毛坯材料的选择
本次毕业设计是对摩托车发动机缸盖的制造工艺设计,缸盖的功能是密封气缸体,并与活塞的顶部形成燃烧室。
气缸盖的内表面承受高温高压燃气;外表面则受冷空气的吹刷,帮助散发热量,避免发动机过热。
此外,为了保证气缸体的密封性能,气缸盖还要承受很大的螺栓压紧力;因此,要求气缸盖必须具有足够的强度和刚度,具有良好的导热性能和散热性能,并且具有抗疲劳和抗腐蚀性能和良好的工艺性能等。
通常气缸盖用的材料是灰铸铁200或硅铝合金。
两种材料制成的气缸盖各有优缺点。
前者的优点是强度高,抗拉强度为160-220N/mm2,刚度好,HBS为129-192,不易变形,缺点是质量重,导热性能差。
后者的优点是质量轻,散热性好,有利于提高压缩比,从而提高发动机的动力性能;缺点是强度和刚度较差,抗拉强度为150N/mm2,HBS为50,制造时容易缩孔,使用中容易变形。
由于摩托车需要速度快,所以选择质量轻且散热性好的硅铝合金作为缸盖的材料。
目前国内大部分摩托车发动机的缸盖都是用铝合金制造。
由于缸盖需要良好的力学性能,散热性和气密性,且要求具有一定的抗腐蚀性和良好的工艺性能。
常用的铝合金型号、性能及用途如表3.1所示,本次设计根据缸盖的实际要求可确定ZL104作为毛坯材料。
铝合金的型号、性能及用途[1]
表3.1
牌号
主要特性
运用举例
ZL101
具有优良的铸造工艺性能,适于各种铸造方法,铸件气密性良好,可热处理强化,此外也具有良好的耐腐蚀性与焊接性能
航空与其他工业部门运用最广泛的铸铝材料之一,适于制作承力不大、工作温度不超过180℃的薄壁、形状复杂的飞机和发动机零件,如支臂、支架、液压与气压附件壳体等
ZL101A
是ZL101合金的改进型,使合金具有更高的力学性能,其他性能与ZL101大致相同
可用于飞机、发动机各种机匣、泵体、壳体等零件
ZL102
具有优良铸造性能,并有较高气密性,但切削加工性能较差,也不能作热处理强化,力学性能低
常用压力铸造制造形状复杂的薄壁非承力件或要求气密的零件,如仪表壳体、飞机附件等
ZL104
具有优良的综合铸造工艺性、力学性能与气密性,强度高于ZL101、ZL102合金,但吸气性较强,易生成细小针孔
用于承受一定载荷、大型复杂且要求气密的零件,如压气机进气机匣、汽缸体、支架、汽缸盖等
ZL105
具有优良铸造性能与较高气密性,高温力学性能与切削加工性能高于ZL104合金,但抗蚀性与塑性则稍低
可制造工作温度在150-250℃下大型复杂且要求气密的零件,如气缸头、压气机机匣、油泵壳体、支座等
3.2毛坯的制造方法
毛坯的制造方法通常有铸件、锻件、焊接件、型材等。
由于本设计的零件年生产纲领为10万件/年,属于大批量生产,且零件的内腔结构复杂,形状多变、壁厚不均,最小壁厚仅为2.5mm,铸件尺寸精度要求高。
常用的铸件、锻件、焊接件、型材的加工方法的主要特点及其应用如表3.2所示,本次设计根据铸件的结构特点最终选用低压铸造。
铸件、锻件、焊接件、型材的加工方法的主要特点及其应用[1]
表3.2
种类
方法
质量
特点
运用
材料
铸
件
木模砂型
手工造型
1.壁厚≥3mm;
2.精度低,尺寸公差≤8mm;
3.加工余量大。
效率低;
适应性强。
重量不限;
单件或小批量生产;
结果形状复杂的零件。
铁
有色金属
金属模
砂型
机械造型
1.壁厚≥3mm;
2.精度一般,尺寸公差1-2mm。
生产率高;
成本高。
重量≤250kg;
大批量生产;
结构形状复杂的零件。
金属型
浇铸
1.壁厚≥1.5mm;
2.精度高,尺寸偏差0.1-0.5mm;
3.表面粗糙度Ra12.5。
机械性能较好。
重量≤100kg;
大批量生产;
外形简单的中小型零件。
钢、铁
有色金属
离心
浇铸
1.壁厚≤5mm;
2.精度高,IT11-13;
3.表面质量好。
机械性能好;专用设备,效率高;材料消耗低。
重量≤200kg;
大批量生产;
空心旋转体零件。
铁
有色金属
熔模
浇铸
1.壁厚≥1mm;
2.精度高,尺寸偏差0.05-0.15mm;
3.表面粗糙度Ra3.2。
工艺过程复杂,生产周期长,费用高。
形状复杂的小型零件;无需或很少的机械加工。
合金材料
钢、铁
压力
浇铸
1.精度高,尺寸偏差0.1mm;
2.表面粗糙度Ra1.5-6.3;
3.壁厚≥0.8mm;
生产率高;设备费用高。
重量≤15kg;大量生产;无需或少切削加工;外形复杂或薄壁
的零件。
有色金属及其
合金
低压
铸造
1.壁厚≥0.7mm
2.铸件精度IT10-IT6
3.表面粗糙度Ra0-3.2,取决于铸型
生产率高;
成本低但压铸机、铸型成本高
大批量的大、中型有色合金铸件,可生产形状复杂的薄壁铸件
有色金属合金为主
锻
件
自由锻
1.精度低,尺寸偏差0.1mm;
2.加工余量大。
生产率低;
成本低;
强度有一定要求。
重量不限;
单件或小批量生产;
形状较简单零件。
钢
模锻
1.精度高,尺寸偏差0.1-0.2mm;
2.表面粗糙度Ra12.5-25。
生产率低;
成本高;
纤维组织好,强度高。
重量≤100kg;
大批、大量生产;
形状复杂的零件。
精锻
1.壁厚≥1.5mm;
2.精度高,尺寸偏差0.05-0.1mm;
3.表面粗糙度Ra3.2-6.3。
成本高
重量≤100kg;
直接精加工。
型材
热轧
棒料精度IT15-16
断面有圆形、方形六角形和异形等
一般零件
板料
管料
棒料
冷拉
棒料精度IT9-12
六角车床或自动机床加工
焊接件
1.加工余量大;
2.壁厚≥1mm;
制造简单,生产周期短
抗震性差,变形大。
时效处理消除应力后加工;由型材焊接而成零件。
型材
冲压件
1.精度高,尺寸偏差0.05-0.3mm;
2.表面粗糙度Ra1.6。
生产率高
形状复杂的中小型零件;较大批量生产;
不再或直接精加工。
板料
冷挤压件
1.精度高IT6-7;
2.表面粗糙度Ra0.2-1.6。
生产率高
形状简单,小尺寸零件;大批量生产。
有色金属、碳钢低合金钢
3.3确定毛坯的尺寸公差
查阅参考文献[1]表2.2-3和2.2-5可知,铸件的尺寸公差等级为CT7,加工余量等级按CT7-MA-E级。
由于缸盖的厚度为75mm,缸盖上主孔的直径分别为32mm和42mm,查参考文献[1]表2.2-2和2.2-4可知,缸盖与缸体结合面的单边余量为1.5mm,∅32H8孔的单边余量为1.5mm,∅23孔的单边余量为1.5mm,∅18H8孔的单边余量为1.5mm。
缸盖与缸体结合面的尺寸公差为1.1mm,∅34H8孔的尺寸公差为0.9mm,∅23孔的尺寸公差为0.8mm,∅18H8孔的尺寸公差为0.8mm。
所以毛坯尺寸如表3.3所示。
缸盖毛坯尺寸与公差
表3.3
零件尺寸(mm)
单面加工余量(mm)
公差尺寸(mm)
铸件尺寸(mm)
缸盖与缸体结合面:
75
1.5
1.1
77±1.1
水泵型键端面:
47
1.5
1.0
49±1
∅22端面:
11
1.5
0.78
13±0.78
∅34H8
1.5
0.9
31±0.9
∅23
1.5
0.8
20±0.8
∅26H8
1.5
0.8
23±0.8
∅18H8
1.5
0.8
15±0.8
3.4毛坯分型面的选择
分型面是指铸型组元间的结合面。
选择的原则具体如下:
1)应尽可能使全部或大部分铸件,或者加工基准面与重要加工面处于同一半型内以避免因合型不准产生错型,保证铸件尺寸精度。
2)尽量减少分型面的数目。
3)分型面应尽量选用平面。
4)尽量使型腔和主要型芯位于下型。
图3.1零件的分型面
根据分型面的选取原则,结合缸盖低压铸造的实际情况,由于低压铸造是由下而上的充填铸型型腔,所以本次设计选择缸盖与缸体的结合面(A面)为分型面。
具体如图3.1所示。
3.5毛坯的技术要求
1).毛坯不允许有气孔、裂纹、飞边、夹杂等缺陷。
外表面应光洁、平滑。
不允许有凸凹和皱纹,去毛刺。
2).毛坯人工时效处理,硬度不小于HB100。
3).毛坯液体喷砂处理。
4).未注圆角。
查参考文献[1]表2.2-9可知未注圆角为R1-R3。
5).起模斜度。
查参考文献[1]表2.2-8可知起模斜度为30′。
4机械加工工艺规程设计
4.1定位基准的选择
选择工件的哪些表面作为定位基准,是制定工艺规程的一个非常重要的问题,定位基准的选择是否合理,将直接影响到零件的加工质量和机床夹具的复杂程度。
4.1.1精基准的选择
精基准的选择应从整个工艺过程来考虑,如何保证工件的尺寸精度和位置精度,并使工件装夹方便可靠,夹具结构简单。
选择时应遵循以下原则:
1)“基准重合”原则即应尽量选择被加工表面的设计基准作为精基准,这样可以避免基准不重合而引起的定位误差。
2)“基准统一”原则即应选择个加工表面都能共同使用的定位基准来作为精基准,这样便于保证各加工表面间的相互位置精度,避免基准转换所产生的定位误差。
3)“互为基准”原则挡两个表面相互位置精度要求很高,可以采取互为定位精基准的原则,反复多次加工,来保证加工表面的技术要求。
4)“自为基准”原则在有些精加工或光整加工工序中,要求余量尽量小而均匀,在加工时可选择加工表面本身作为基准。
本次设计零件是摩托车发动机缸盖,因为缸盖的设计基准是缸盖与缸体的结合面(A面),缸盖上需要加工的孔都与A面有位置精度上的要求,选择此结合面为精基准,这符合“基准重合”原则。
综上所诉,选择缸盖与缸体结合面(A面)与零件上2个∅7孔(加工A面时一起加工的螺孔)作为本次加工的精基准。
如图4.1所示。
图4.1零件的精基准
4.1.2粗基准的选择
粗基准的选择应从零件加工的全过程来考虑。
一是要考虑如何合理分配加工表面的余量;二是要考虑怎样保证不加工表面与加工表面间的尺寸及相互位置关系。
1)若工件必须首先保证某重要表面加工余量均匀,则应选择该表面为粗基准。
2)在没有要求保证零件上重要表面加工余量均匀的情况下,若零件上的所有表面都需要加工,则应以加工余量最小的表面作为粗基准。
3)在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下,若零件上有不需要加工的表面,则应以不加工表面中与加工表面的位置精度要求较高的表面为粗基准。
4)选择粗基准的表面,应尽可能平整和光滑,不能有飞边、浇口、冒口及其他缺陷,以便定位准确、装夹可靠。
5)毛坯表面做粗基准一般只使用一次,以后不在重复使用,这主要是因为毛坯表面的精度差、表面粗糙,用以定位误差大的原因。
本次设计是摩托车发动机缸盖,采用低压铸造,所以铸件毛坯的粗糙度已经够高。
而本次设计精基准是缸盖与缸体的结合面(A面),且A面自己的粗糙度要求为Ra1.6um,为了保证A面的加工精度,为了保证缸盖的厚度75mm和加工零件精基准的定位孔∅7,故选择K面和零件上∅34孔作为粗加工基准。
如图4.2所示。
图4.2零件的粗基准
4.2零件表面加工方法的选择
本零件的主要加工面有内孔和端面,材料为ZL104。
根据参考文献[1]中的表1.4-8和参考文献[2]中的图4-4确定平面的加工方法,根据参考文献[1]中的表1.4-7和参考文献[2]中的表5-3确定孔加工方法,所有加工方法选择如下:
4.2.1缸盖与缸体结合面
此结合面的公差等级为IT7,表面粗糙度为Ra1.6um。
能到达此标准的加工方法有:
1)粗车-半精车-精车
2)粗铣-半精铣-精铣
3)粗铣-半精铣-半精磨
4)粗刨-半精刨-精刨
5)粗拉-精拉
刨削主要用于单件小批量生产,由于本零件要求大批④量生产,故不符排除;由于零件材料为铝合金,不适合用磨削加工,故排除磨削加工;车削主要用于加工回转体端面,而此零件不是回转体,故也排除;本零件是缸盖,需加工的面是个圆环,也不适合用拉削加工。
综上所述,最后确定选用粗铣-半精铣-精铣。
4.2.2缸盖上水泵型键的端面
此端面的公差等级为IT7,内表面粗糙度为Ra1.6um。
由于和缸盖与缸体结合面的要求相同,因此可以采用相同的加工方法:
粗铣-半精铣-精铣。
4.2.3缸盖零件上的∅34H8孔
这个孔的公差等级为IT8,孔内表面粗糙度为1.6um,能达到此标准的加工方法有:
1)钻-粗铰-精铰
2)钻-扩-粗铰-精铰
3)粗镗-半精镗-精镗
4)粗镗-半精镗-磨孔
钻、扩、铰的孔加工方法一般适用于d<15mm的有色金属,由于本孔为∅34mm,所以排除这个加工方法;由于零件材料为铝合金,不适合用磨削加工,故排除此加工方法。
综上所述,此孔的加工方法选择粗镗-半精镗-精镗。
4.2.4其他孔和表面的加工方法
1)e-e视图上的∅26H8孔:
公差等级为IT8,内表面粗糙度为Ra1.6um,经粗镗-半精镗-精镗即可。
2)e-e视图上的∅32孔:
公差等级为IT8,端面粗糙度为Ra3.2um,经粗铣-半精铣即可。
3)d-d视图和f-f视图上∅13H8孔:
公差等级为IT8,内表面粗糙度为Ra1.6um,经钻-扩-粗铰-精铰即可。
4)b-b视图中的∅8H8孔:
公差等级为IT8,内表面粗糙度为Ra1.6um,经钻-扩-粗铰-精铰即可。
5)E-E视图上的∅25H8孔:
公差等级为IT8,内表面粗糙度为Ra1.6um,经粗镗-半精镗-精镗即可。
6)B-B展开图中∅14孔:
公差等级为IT7,端面粗糙度为Ra3.2um,经粗铣-半精铣即可。
7)B-B展开图中∅22孔:
公差等级为IT8,端面粗糙度为Ra3.2um,经粗铣-半精铣即可。
8)C-C展开图中∅42孔:
公差等级为IT8,内表面粗糙度为Ra3.2um,经粗镗-半
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- 发动机 缸盖 零件 工艺 规程 装备 设计 毕业设计
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