S295柴油机气缸体工艺及工装设计说明书.docx
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S295柴油机气缸体工艺及工装设计说明书
S295柴油机气缸体工艺及工装设计说明书
1.前言
1.1本课题的意义
S295柴油机以其设计紧凑,启动轻便,维修简便,技术经济指标先进,能为手扶拖拉机、水泵、电站、运输及多种农副业加工机械和设备作配套动力,在工农业生产中得到广泛的应用。
机体是柴油机的一个重要零件,首先要对柴油机气缸体进行工艺设计。
要对柴油机气缸体零件进行工艺性审查，确定零件的结构特点，加工材料，加工表面及其要求等。
本设计的柴油机气缸体主要包括两个部分：
工艺设计部分和工装设计部分。
工艺设计主要是对柴油机气缸体的加工工艺路线进行设计，工装设计部分则是对钻夹具进行设计。
随着现代工业生产水平的飞速提高，设计新产品、新加工工艺路线，实现现代化，提高生产率，是当前生产中的迫在眉捷的任务。
在设计工作开始之前，老师带领我们参观了盐城机床厂生产流水线，让我首先对生产柴油机气缸体有了感性认识。
在参观的过程中，老师认真地给我讲解了其加工过程和生产方式，分析了各部件的功能特性，避免了我在以后的毕业设计过程中的盲目性。
1.2国内（外）发展概况及现状
柴油机的开发焦点已由传统的优先考虑经济性、可靠性和耐久性逐步转为目前的优先考虑环保的要求，即以优先保护好人类赖以生存的地球环境为出发点去考虑采用何种技术，去评价其先进性。
优先考虑柴油机排放、噪声对环境的影响问题，与过去相比也有不同，就是在满足目前对排气污染物、颗粒排放及噪声的限制要求时，不再以牺牲经济性、动力性和比质量等为代价，而是在达到上述目标的同时使产品具有可竞争的商业价格。
欧洲一些公司近年或稍后将继续推出能满足环境要求的百公里油耗为3L的柴油机。
当前和将来一个时期车用柴油机技术的发展趋势突出表现在如下几个方面：
A.进一步优化燃烧系统，特别重视开发和选择喷射系统
Perkins公司的Ouadram燃烧室、日野公司的HMMS燃烧室，小松公司的MTEC燃烧室及五十铃公司的四角形燃烧室等，都在试验开发阶段，其基本特点是由一个中央涡流及四周的微涡流使空气燃料快速而充分地混合，并配合以合适的燃油喷射系统。
目前，喷射系统已进入一个较快的发展时期，现正在研究开发lms内完成一次喷射，并在有限时间内正确控制喷射量的方法。
喷射压力已提高到160—180MPa，实验室内已到200MPa。
如共轨式喷射系统及分段预喷射系统等，可根据发动机的负荷与转速自动控制合理的喷射规律和喷油压力。
B.增压及可变气门配气定时
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S295柴油机气缸体工艺及工装设计
当今柴油机增压和增压中冷已成为标准特点，随着发动机的轻量化与小型化，为了降低车辆油耗，提高车辆装载效率，必须继续提高增压比及增压器效率。
在进一步提高大负荷区的过量空气系数a时可以减少颗粒排放，同时通过稀燃化，减少热损失，提高循环效率，进而同时降低油耗，随着高增压和高a化，组装有多个增压器的复合系统已成为可能。
另外，增压器固定的涡轮几何形状也将由可用于多用途的电控可变几何形状所取代。
目前，在小缸径柴油机上4气门和喷油嘴垂直中置技术得到广泛的应用，为了减少换气损失，使混合气的形成进一步优化，现正在研究采用可变气门配气定时，从而使发动机在整个转速范围内的气门升程和定时得到最佳优化。
C.全电子优化控制
如前所述，目前对燃油喷射时间、喷射量、惯性增压、增压器、进气涡流及废气再循环（EGR）等都能实现电子优化的可变控制，从而对降低排放、减少油耗、提高输出功率和启动性能等有很大作用；但是，这些控制中的多半内容，如EGR、自动诊断等，还有很多技术不够完善，有待进一步研究和开发，今后还将继续开发其它方面的电子可变控制机构，尤其是与整车相协调统一的综合化的全电子控制系统。
D.排气后处理技术
柴油机能否像气油机那样使用催化剂大幅度减少排放，尤其是NOx，这是柴油机研制者一直追求的目标。
日美欧现都在对此进行研究，日本有关大学、研究所和厂家正在对沸石镁及氧化铝的催化剂上用还原剂进行NOx还原试验，美国福特等公司也正在对催化还原系统（SCR）及DeNOx，催化器两种NOx还原系统进行研究。
SCR技术是利用氮氧化物有选择地与存在于废气中的或喷入的反应剂反应，利用一个催化器降低NOx排放，排出生成的氧气。
还原反应剂可以是在柴油机废气中的HC化合物或是由附加油箱直接喷入废气流中的物质，如氨等。
与SCR技术相比，DeNOx催化技术系统简单，无有害生成物，目前认为最具发展潜力。
DeNOx催化技术主要是将NOx催化热裂变为N2和O2,目前的问题是废气在催化器中停留时，催化器效率不高，因此带来转化还原效率也受到很大限制。
为减少颗粒排放而研制的各种“柴油机颗粒收集器或称过滤器（DEF）”，虽然不少产品已在欧洲轿车柴油机上装车使用，但由于DEF的耐久性差且过滤器的再生问题也没有彻底解决，因此，该项技术也正在进一步改进和发展中。
E.改进燃料
燃料性能的改进，对减少排放起到很大作用，日本继美欧之后，从1997年开始把轻油中的硫含量降到0.05%以下，以此大幅度减少排放颗粒中的硫酸盐，同时减少EGR造成的发动机内部的腐蚀磨耗及催化剂中毒；进一步减少硫含量，提高十六烷值，可进一步降低NOx。
减少芳香烃，尤其是减少3环以上的芳香族成分，可减少排放颗粒中的硫化物、降低90%的蒸馏温度、改进点火性能；通过使用含氧燃料或添加剂，可降低黑烟颗粒。
为了适应低硫化及喷射压力的大大增加，确保燃油喷射装置的润滑性，人们对燃料的改进开发寄予了很大期望。
F.代用燃料
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随着世界能源危机和环境污染问题的日趋严重，寻找一种更清洁的替代石油的原料已势在必行。
经过多年的研究试验，目前公认天然气是21世纪的首选替代燃料。
日本研究表明，天然气气车在环境保护、石油燃料替代及实用性等方面有着无可比拟的优点。
近年来，天然气发动机、包括柴油与天然气的双燃料发动机发展很快，目前，全世界有几百万辆天然气或双燃料气车在运行，预计到2021年，全球将有1/3的国家使用天然气气车。
正如人类本世纪初从固体燃料向液体燃料过渡一样，如今已开始从液体燃料向气体燃料过渡，从而将提高整个能源系统的效率和清洁性。
1.3课题由来及基本条件
课题来源于盐城市江动集团。
设计S295柴油机气缸体的机械加工工艺规程和某道工序的专用机床夹具，具体进行零件加工工艺设计和夹具设计。
课题的基本条件：
课题研究的主要内容是
A.气缸体零件的工艺方案分析；
B.按照JB/Z187.3—88《工艺规程格式》规定，完成机械加工工艺过程设计与工序卡片设计；
C.夹具装配图；
D.夹具的主要零件图（若干张）。
1.4课题设计思路
本毕业是：
S295柴油机气缸体工艺及工装设计。
需要解决的问题主要是:
设计S295柴油机气缸体的机械加工工艺规程和某道工序的专用机床夹具，具体进行零件加工工艺设计和夹具设计。
设计思路：
A．按照JB/T9165.2—1998《工艺规程格式》规定，进行零件加工工艺设计；B．夹具设计要求定位合理，夹紧可靠，结构简单，操作简便，调试及维修便利，提高生产效率；
C．应尽量保证以最低的加工成本达到符合零件图要求的加工精度；
D．设计图样总量：
折合成A0幅面在3张以上；装配图需提供手工草图。
1.5预期成果及实际价值
设计的预期效果是：
毕业设计说明书满足相关要求。
应用计算机软件绘图，并满足要求。
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S295柴油机气缸体工艺及工装设计
2．柴油机气缸体的工艺设计
2．1零件的工艺性审查2.1.1零件的结构特点
柴油机气缸体为箱体类零件，多个表面需要经过铣削，保证表面粗糙度及位置度公差。
表面上还有多个孔要经过镗，钻，达到装配精度要求。
2.1.2零件材料
材料为HT250，其硬度为HB200-270。
2.1.3零件的主要技术要求
A.铸件应经退火处理，消除内应力
B.显微组织应为细片状或中等片状珠光体，允许有少量（不大于5%）的铁素体和孤立分布的磷共晶体存在，石墨呈铰均匀分布的细小或中等片状或菊花状
C.铸件不允许存在的铸造缺陷：
a.铸件不允许有裂纹，浇不足严重粘砂，及其其他降低铸件结构强度或影响切削加工和铸件定位夹紧的铸造缺陷；
b.机体与气缸套的接合的表面主轴承孔和螺纹孔不允许有任何加工不掉的铸件缺陷；
c.铸件的所有通水道不允许有严重影响水流状态的披缝及其他夹杂物存在。
D.铸件允许存在的铸造缺陷：
a.非加工表面在离边缘20处允许有单个气孔，总数不多于5个直径小于5，深度小于1/4壁厚；
b.加工表面上不应在边缘及螺孔周围10的范围内有气孔存在，其余部分允许有单个气孔，总数不多于5个，直径小于3，深度小于1相邻气体间距大于30；
c.铸件存在的披缝和浇冒口残根高度特定部位外，非加工面小于2,待加工面小于3；
d.所有加工表面允许有因石墨破裂而形成的点状针孔；
e.去尖角毛刺；
f.螺纹光洁无凹陷裂纹；
g.油道应彻底清除金属屑并在490kPa的油压下进行试验，历时1min不应有渗漏现象；
h.应清除型砂、粘砂、毛刺及金属屑，不加工表面应涂以铁红环氧底漆。
2.1.4加工表面及其要求
A.加工表面上不应在边缘及螺孔周围10的范围内有气孔存在，其余部分允许有单个气孔，总数不多于5个，直径小于3，深度小于1相邻气体间距大于30。
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B.所有加工表面允许有因石墨破裂而形成的点状针孔。
C.加工表面粗糙度及位置度公差都已在工艺卡中标出，按其标准来进行加工。
详细结构与尺寸及加工要求见S295柴油机机体零件图。
2.2工艺规程的设计2.2.1确定毛坯的制造形式
零件的材料HT250。
大批生产，而且零件的轮廓尺寸较大，铸造表面质量的要求高，且为箱体类零件。
故可采用铸造质量稳定的，适合大批生产的金属模铸造。
便于铸造和加工工艺过程，而且还可以提高生产率。
2.2.2基准的选择
A.粗基准的选择：
对于本零件而言，按照互为基准的选择原则，选择本零件的下表面作为加工的粗基准，可用装夹对肩台进行夹紧，利用底面定位块支撑和底面作为主要定位基准，以限制z、z、y、y、五个自由度。
再以一面定位消除x、向自由度，达到定位的目的。
B.精基准的选择：
主要考虑到基准重回的问题，和便于装夹，采用已加工结束的上、下平面作为精基准。
2.2.3制订工艺路线
A.制定原则：
工艺路线的制定原则是优质、高产、成本低，即在保证产品质量的前提下，争取最好的经济效益。
必须可靠地保证零件图样上所有技术要求的实现
在规定的生产纲领和生产批量下，应通过对几种可能的工艺方案的分析对比，选择经济上最合理的方案，使产品的能源、材料消耗和生产成本最低。
充分利用现有的生产条件，少花钱，多办事。
在工艺方案上要注意采用机械化或自动化措施，尽量减轻工人的劳动强度，保证生产安全，创造文明的劳动条件。
要了解国内外本行业工艺技术的发展水平，通过必要的工艺试验，积极采用适用的先进工艺和工艺装备。
B.零件工艺性分析：
零件的材料为HT250，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，减震性良好。
传动箱体需要加工表面以及加工表面的位置要求。
现分析如下：
a.主要加工面：
粗铣顶面尺寸保证尺寸286.8mm。
平行度误差为0.03。
镗上、下面各孔至所要求尺寸，并保证各位置度误差要求。
钻底面孔至所要求尺寸，并保证各位置度误差要求。
钻孔攻丝侧平面各孔。
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