ea111发动机缸体加工工艺的研究本科论文.docx
《ea111发动机缸体加工工艺的研究本科论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ea111发动机缸体加工工艺的研究本科论文.docx（36页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
ea111发动机缸体加工工艺的研究本科论文
1前言
在刚刚过去的2010年，在世界汽车市场虽然爆发了前所未有的丰田汽车“召回门”，随即引发的各汽车品牌的大大小小的召回事件导致数以百万记的汽车被宣布召回，这些事件在一定程度上减缓了整个车市的增长步伐，但是全球汽车销量却达到了创纪录的8700万辆。
中国全年的销量也超过1800万辆，成为全球范围最大的汽车市场。
这一销量比上一年增幅高达30%—40%并且还将持续长时间的大幅增长。
这些数据充分证明了汽车将会成为了这个时代越来越重要的一种生活用品，成为了人们日常生活不可分割的一部分！
而对汽车这一由数万零部件组成的复杂机械体来说，它的心脏——发动机缸体，是发动机零件中结构较为复杂的箱体零件，其制造精度要求较高，加工工艺复杂。
随着现代化发动机工厂产能日趋扩张，发动机缸体基本上都采用机械化、自动化流水线式生产方式，其传统加工方法即采用专机为主组成的刚性生产线已经不再能适应时代的要求了[1]。
国内发动机缸体生产以专机为主形成自动线的较为常见。
以加工中心和专机相结合组成完整自动线的实例也有，但多为国外厂家整线承包设计建设的生产线。
但这些生产线也存在物流工作量大、员工劳动强度高、生产线人员多、产品质量稳定性与先进国家生产线有明显差距、生产线运行成本高等弱点。
而以国产设备为主体，部分关键设备依靠进口来自行设计并建造生产专线，这不仅可以带动国内加工中心还可以促进国内相关生产线辅助设备行业的发展，生产线设备的国产化是今后技术改进的方向之一[2]。
同时高速加工技术是近几年发展起来的一项先进制造技术，它采用超硬材料刀具和模具，利用高精度、高自动化和高柔性的制造设备实现了高效率、高柔性和高质量的切削加工，被称为是21世纪机械制造业的一场技术革命[1]。
如果把这一技术运用到发动机缸体加工中来，势必能够提高加工效率从而降低生产成本。
本文主要是对EA111发动机上缸体的加工工艺的研究。
在充分分析和研究该工件结构工艺特征和各项工艺技术要求的基础上，拟定工艺路线，根据现有的生产工艺设备条件，设计制定出一套切实可行的加工方案，合理选择加工设备，以保证发动机缸体加工质量和效率。
此外由于缸体加工要求精度较高，所以还需要设计出各工序的专用夹具。
2缸体的结构工艺性分析
2.1缸体的结构特点分析
图2.1发动机上缸体铸件
汽车发动机缸体一般都是由缸盖、上缸体、下缸体、油底壳四个主要部分组成。
缸体部分需要分别进行上缸体、下缸体单体的粗加工、半精加工后，再合缸进行缸体组件上曲轴孔、气缸孔等部位的精加工，以达到各项技术要求。
形状结构紧凑、复杂，机加工精度要求高，同时还要求耐磨、耐高温、耐高压等，是一个典型的箱体类零件。
并且发动机上的各种配件均以缸体为基准安装在发动机缸体上，通过它把发动机的曲柄连杆机构和配气机构以及供油、润滑、冷却等机构连接成一个整体。
发动机缸体的加工质量不仅影响其装配精度及运动精度，而且对发动机的工作精度，使用性能和寿命有着决定性的影响[3,4]。
通常是从缸体材料、结构和加工精度上采取措施[5]。
现有的发动机上缸体毛坯采用铸造成形，镶嵌有四个薄壁气缸套。
且该发动机缸体是分体式结构，缸体的整体刚性也较一般发动机缸体差，所以工艺难度比一般箱体类零件大[4]。
所需要加工的特征部位主要是平面和孔，包括各个平面、定位销孔、连接螺纹孔、气缸孔等。
各面的平面度、相互之间的平行度及垂直度要求严格。
特别是缸体的底面在粗、半精加工之后需要和下缸体合缸，且还有后续精加工；缸体顶面加工后需要和缸盖相配合，这两个面是上缸体重要的配合面，精度要求也比其余几个面的要求更高；孔和孔间、孔与平面的位置精度；缸体各面上用于连接用螺纹孔；此外气缸孔的孔径、圆度、圆柱度、及各定位销孔的精度等要求也非常高，特别是气缸套壁厚才几个毫米，加工中很容易受损，机加工难度较大。
这些因素都使得上缸体的加工工序复杂且困难。
此外缸体的清洗问题也要予以足够的重视[6]。
图2.2右端面上定位孔2B999和2B998
2.2缸体的主要技术要求
1）顶面Seife1因为要与缸盖结合，平面度要求不低于0.05mm,位置度要求为0.4mm，表面粗糙度3.2—1.6
；
2）底面Seife6要与下缸体相结合，所以平面度要求不低于0.04mm，表面粗糙度1.6—0.8
；
3）缸体其他各面的平面度、平行度、垂直度均不低于0.08mm；
4）正面seife4上数据块定位孔端面粗糙度不低于3.2
，孔粗糙度不低于1.6
，孔的位置精度要求误差不大于0.02mm；
5）气缸孔φ76
的圆度要求[3,4]为φ0.02mm，位置度要求为0.3mm，粗糙度为1.6—0.8
；
6）底面Seife6的两个定位销控圆度要求为φ0.01mm，位置精度要求误差不大于0.2mm；
7）右端面seife2上两个定位孔2B998和2B999圆度要求为φ0.02mm，位置精度要求误差不大于0.2mm。
2.3主要加工部位和方法
发动机上缸体是典型的箱体类零件，由于箱体结构复杂且没有任何的回转平面，所以无法使用最普遍的车削加工方法来加工，又由于缸体需要加工的部位主要是平面和孔，如缸体顶面、底面、孔端面、工艺孔、螺纹孔的加工。
结合2.2缸体的技术要求，决定采用铣削作为主要表面的粗、半精加工方法，由于精度要求高而精加工采用磨削；定位孔的主要加工方法为粗加工用钻削，精加工用铰；此外气缸孔的加工精度要求非常高，特别是气缸孔的孔径、圆度、圆柱度、位置度等，另外缸体内部的网纹质量要求也很高，且对缸体的使用性能影响很大，除了采用镗孔作为主要加工方法外还需要用到珩磨作为精加工方法。
2.4定位基准的选择
定位基准是在生产加工中使工件在夹具上占有正确位置所采取的基准。
定位基准的选择不仅影响加工精度，如基准不重合时产生的定位误差会影响加工精度，而且与加工顺序的确定是密切相关。
作为一道工序的定位基准必须在前道加工工序中加工出来，因此要合理选择定位基准。
由于现在的发动机缸体是铸件而没有机加工过，在加工时自然就涉及到缸体粗、精基准的选择。
在第一道工序中，只能使用毛坯表面作为定位基准，在以后各种工序中可以采用已经加工过的表面作为定位基准，定义为精基准[8]。
粗基准的选择应该考虑到后面的工序，要为后面的加工做好准备。
在选择基面时要考虑到各定位基面有足够大的接触面积和分布面积，这分别能提高对切削力的承受能力和加工过程中工件定位的的稳定可靠性[5,7,9]。
根据上述原则和分析后决定选用缸体的左端面seife3作为缸体粗基准，加工出精基准——右端面seife2和上面两个定位孔2B998和2B999,再加工其它非工作面和孔。
2.5机床的选择
2.5.1机床选择
机床设备的选择是否合理不但会直接影响到工件的加工精度还会影响到工件的加工效率和成本，是很重要的一步。
根据机床选择原则[10]选择机床如下：
机床设备的自动化程度和生产效率应与工件的生产类型相适应，因为缸体年产量为20万，所以选用数控加工中心；缸体的加工精度要求很高，而立式机床相比卧式机床有整体刚性好，有利于保持和提高缸体的加工精度，而且占地面积小，便于布置柔性生产线等优点，所以选择立式机床；确定机床类型后，选择的机床工作台尺寸规格应与工件的尺寸相适应，加工精度等级应与本工序加工要求相适宜，电动机功率应与本工序加工所需功率相适应。
基于以上考虑，选择北一大隈的MXR-460V立式加工中心作为主要面和孔的加工设备，由于还用到珩磨工艺，所以选用上海百旭的BesteVH60立式珩磨机床作为珩磨加工设备。
2.5.2选用机床简介
（1）.MXR-460V立式加工中心主要参数
快速移动进给速度
mm/min
XY：
36，Z：
30
电动机
主轴电机
KW
VAC11/7.5（10分钟连续）
进给轴电机XYZ
KW
3.0/4.0
刀架
刀具选择方式
.
随机
拉钉类型
.
MAS2型
刀具数量
把
2O[32]
刀具最大直径（相邻）
mm
Φ90
刀具最大直径（不相邻）
mm
Φ125
刀具最大长度
mm
400
刀具最大重量
kg
8
刀具最大惯性矩
.
7.8
刀柄型式
.
MASBT40
尺寸
机械高度
mm
2650
占地面积
mm
2，230×2，380
机械质量
kg
5,500
标准规格
数量
MXR-460V
高速度：
强力导轨和进给轴支撑，自由曲面自适应控制
高精度：
定位精度为±0.004mm/全行程
超强力：
刚性平衡特佳的机械结构，切削能力更强。
（2）.上海百旭BestechVH60立式珩磨机床主要参数：
孔径范围：
19.0-203.0mm
孔长范围：
可到450mm
工件尺寸*：
1168Lx558Wx673Hmm
工件重量*：
680Kg1496lbs）含夹具
主轴电机：
2.2KW
主轴速度：
90到350RPM；可调
冲程电机：
0.75KW
冲程速率：
40—80RPM,可调
冲程长度范围：
0—225mm
冷却泵电机：
0.75KW
外形尺寸：
2318W×1835D×2197H mm
机床净重：
860Kg
机床重量：
860Kg
电压：
230V，60Hz，3Ph；220V，50Hz，3Ph
3缸体工艺规程设计[10]
3.1生产纲领和生产类型的确定
生产纲领
—零件的年产量
—产品的年产量
—每台产品中该零件的件数
—备品百分率,
—废品百分率
已知缸体设计产能为200000台/年，根据生产统计取值：
a=1%，b=6%；
于是
＝200000×1×（1+1%）×（1+6%）＝214000件/年。
由此可知该发动机上缸体为大批大量生产纲领。
3.2工艺路线的制定
这是制定工艺过程中关键的一步，包括：
确定加工方法，安排加工顺序，工序的集中和分散，安排热处理，检验及其他辅助工序（倒角、去毛刺、倒角等）。
3.2.1加工方法的确定
（1）根据缸体的结构特征和每个加工部位的技术要求，确定具体的加工方法及经过几次加工达到图样尺寸和精度。
同时还要兼顾缸体的铸铁材料性质，生产加工的效率和经济性，以及车间现有的设备状况和成本问题。
具体加工方法的确定参考以下两个表确定[11]。
表3.1内圆表面的各种加工方案及其所能到的经济加工精度和表面粗糙度值
序号
加工方法
经济精度级
表面粗糙度
Ra值/um
适用范围
1
粗镗—半精镗
IT9~IT8
3.2~1.6
除淬火钢外各种材料，毛坯有铸出孔或锻出孔
2
粗镗—半精镗—精镗
IT8~IT7
1.6~0.8
3
粗镗—半精镗—精镗—浮动镗刀精镗
IT7~IT6
0.8~0.4
4
出镗（扩）—半精镗—磨孔
IT8~IT7
0.8~0.2
主要用于淬火钢，也可用于未淬火钢，但不宜用于有色金属
5
出镗（扩）—半精镗—粗磨—精磨
IT7~IT6
0.2~0.1
6
出镗孔—半精镗—精镗—金刚镗
IT7~IT6
0.4~0.05
主要用于精度要求很高的有色金属加工
7
钻—（扩）—粗铰—精铰—珩磨
钻—（扩）—拉—珩磨
出镗孔—半精镗—精镗—珩磨
IT7~IT6
0.2~0.025
精度要求很高的孔
8
一研磨代替上述方案中的珩磨
IT6以上
于是最终确定缸体连接用螺纹孔的加工方法为：
钻孔—功螺纹；工艺定位孔的加工方法为：
钻孔—精铰孔。
表3.2平面的各种加工方案及其所能到的经济加工精度和表面粗糙度值
序号
加工方法
经济精度级
表面粗
升级会员 