柴油机缸盖加工工艺参考资料.docx

1、柴油机缸盖加工工艺参考资料1 绪论11 S195柴油发动机的发展简史中国自主研发的柴油发动机的“代表”作品当属从七十年代辉煌至今的S195柴油机，而该产品从诞生到成长发展的历史，就像一首歌，激昂中挥洒出创业的奔放，流畅中跌宕着发展的起伏，如歌的旋律，奏出了中国民族品牌辉煌的乐章。 时光到流到上世纪六十年代初。为加快我国农业经济的发展步伐，党中央和毛主席发出了“农业的根本出路在机械化”的号召，当时以制造各种型号内燃机为主线，来加快农业机械化的进程。1966年，在以手扶拖拉机为农村机械化象征的年代里，国家向各个大型工厂提出课题，为东风12型新手扶拖拉机制造心脏，要将195B柴油机的重量从185公斤

2、降至为120公斤，功率从8马力提高到12马力。几经设计试制，研究人员开发出X195型柴油机，但到田间试验中发现振动要比195B大，为了减少振动，利于农民操作，技术人员通过潜心研究，提出了一个大胆的设想，就是改单轴平衡为双轴平衡，并为之对传动系统重新进行了设计攻关。经过大量的查阅资料和无数次地评审论证，一个单排为六个齿轮的传动系统最佳设计方案在技术人员的手中诞生。在1967年春天一个月朗星稀的傍晚，中国第一台自行设计制造的S195柴油机终于起动成功，随后，以此为动力的东风12型手扶拖拉机也一举试制成功。 中国人民用自己的智慧和双手创造出了S195柴油机，并在计划经济年代里显现出突出的经济效益，企

3、业自身也依托这一适销对路、广受农民欢迎的新颖动力产品而加速了发展。年产量大幅跃升，带动经济效益连年上台阶。伴随着S195柴油机生产的发展，一时间中国大地上制造195柴油机的生产厂家如雨后春笋般建立起来，当时的第八机械工业部就明确规定，S195柴油机生产图纸需要统一，每年统图，各大厂家为此而无偿提供着自己的设计和制造技术。到七十年代中期，全国各地上马的小缸径柴油机厂都按统一标准的产品图纸进行了大规模的生产，由此S195成为了市场上覆盖率最广、产量最大的产品，这一辉煌状况并一直延续到了八十年代中期。在全国各地区，由于S195柴油机与东风12型手扶拖拉机的配套效应，“农字当头滚雪球”的作法又带动了一

4、批配套企业、特别是乡镇企业的蓬勃发展。S195不仅给生产企业带来了数不清的荣誉和可观的经济效益，而且更重要的是它加快了我国农业机械化的发展步伐。到了八十年代后期，随着农机运输业的发展，农用车又进入了大发展时期，而作为单缸机配套动力的S195已显然不能满足马力的需求，因此在195基础上又促使了S1100、S1105等大马力柴油机的发展。被称为中国农机工业产品的明珠-S195柴油机，从艰辛研制到盛销不衰是历史的必然，是几代工程师呕心沥血劳动创造的结晶，这个产品见证了中国连续三十多年的蒸蒸日上，也促使了柴油机产品一轮又一轮的更新换代，在单缸多缸并举，增加技术含量满足市场新需求的当今社会中，S195柴

5、油机仍将在众多产品大家族中占有一席之地，并且已成为中华人民共和国工业产品名录中永远的经典。 12 柴油发动机的工作行程柴油发动机的工作过程其实跟汽油发动机一样的，每个工作循环也经历进气、压缩、作功、排气四个行程。但由于柴油机用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸发，而其自燃温度却较汽油低，因此可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。 柴油机在进气行程中吸入的是纯空气。在压缩行程接近终了时，柴油经喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器喷入气缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。由于柴油机压缩比高（一般为16-22），所以压缩终了时气缸内空气压力可达3.5-4.5MPa，

6、同时温度高达750-1000K（而汽油机在此时的混合气压力会为0.6-1.2MPa，温度达600-700K），大大超过柴油的自燃温度。因此柴油在喷入气缸后，在很短时间内与空气混合后便立即自行发火燃烧。气缸内的气压急速上升到6-9MPa，温度也升到2000-2500K。在高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转而作功，废气同样经排气管排入大气中。 普通柴油机的是由发动机凸轮轴驱动，借助于高压油泵将柴油输送到各缸燃油室。这种供油方式要随发动机转速的变化而变化，做不到各种转速下的最佳供油量。而现在已经愈来愈普遍采用的电控柴油机的共轨喷射式系统可以较好解决了这个问题。 共轨喷射式供油系统由高压油泵、

7、公共供油管、喷油器、电控单元（ECU）和一些管道压力传感器组成，系统中的每一个喷油器通过各自的高压油管与公共供油管相连，公共供油管对喷油器起到液力蓄压作用。工作时，高压油泵以高压将燃油输送到公共供油管，高压油泵、压力传感器和ECU组成闭环工作，对公共供油管内的油压实现精确控制，彻底改变了供油压力随发动机转速变化的现象。其主要特点有以下三个方面：（1）喷油正时与燃油计量完全分开，喷油压力和喷油过程由ECU适时控制。（2）可依据发动机工作状况去调整各缸喷油压力，喷油始点、持续时间，从而追求喷油的最佳控制点。（3）能实现很高的喷油压力，并能实现柴油的预喷射。 相比起汽油机，柴油机具有燃油消耗率低（平

8、均比汽油机低30），而且柴油价格较低，所以燃油经济性较好；同时柴油机的转速一般比汽油机来得低，扭距要比汽油机大，但其质量大、工作时噪音大，制造和维护费用高，同时排放也比汽油机差。但随着现代技术的发展，柴油机的这些缺点正逐渐的被克服，现在的不是高级轿车都已经开始使用柴油发动机了。2概述缸盖是柴油发动机中的关键部件之一，它是燃烧室的组成部分也是进气、排气的通道，连接着许多配气供油装置。缸盖必须保证这些装置保持正确的相对位置，并且能够协调的工作。因此缸盖的质量直接影响到整机的使用性能和寿命，技术要求高，加工工艺过程复杂。由于柴油机的结构特点和上缸盖在柴油机中的功用，柴油机上缸盖的特点是：结构形状复杂

9、，箱壁薄而不均匀，内部呈腔型；有若干精度要求较高的平面和孔，还有较多的紧固螺纹孔等。柴油机上缸盖的毛坯通常采用铸铁件。因为灰铸铁具有较好的耐磨性，减震性以及良好的铸造性能和切削性能，价格也比较便宜.有时为了减轻重量，用有色金属合金铸造箱体毛坯。在单件小批生产中，为了缩短生产周期有时也采用焊接毛坯。毛坯的铸造方法,取决于生产类型和毛坯尺寸。在单件小批生产中，多采用木模手工造型；在大批量生产中广泛采用金属模机器造型，毛坯的精度较高。箱体上大于3050mm的孔，一般都铸造出顶孔，以减少加工余量。3生产类型由于本零件的生产纲领为=500件/年,是小批量生产,它的主要工艺特征是广泛采用通用机床,通用的量

10、具以及夹具,机床数量较少，所雇佣的工人数量也少，为了提高生产效率，应尽量集中工序内容，减少装夹次数.企业根据市场需求和自身的生产能力决定生产计划。在计划期间内，应当生产的产品产量和进度计划称为生产纲领。计划期为一年的生产纲领称为年生产纲领。零件的年生产纲领通常按下式计算： N=Qn(1+ %) （2-1）式中 N 零件的年生产纲领（件/年）； Q 产品的年产量（台/年）； n每台产品中，该零件的数量（件/台）； %备品率； %废品率。由于我所设计的零件年生产量为500件，所以其生产类型为小批生产。下表为各种生产类型的规范生产类型零件的年生产纲领（件/年）重型机械中型机械轻型机械单批生产小批生产

11、中批生产大批生产大量生产55100100300300100010002020200200500500500050001001005005005000500050000500004 零件的工艺性分析零件加工的工艺性就是一系列不同工序的综合.由于生产规模和具体情况的不同对同一零件的加工工序综合可能有多种的方案.应当根据具体条件采用其中最完善和最经济的一种方案.工艺规程选择要考虑的基本因素如下:（1）生产规模是决定生产类型的主要因素。（2）制造零件所用的坯料或型材的形状,尺寸和精度。（3）零件材料性质。（4）零件制造精度,包括尺寸公差,形位公差以及零件图上所指定的要求。（5）表面粗糙度。（6）特殊限

12、制条件,如:工厂设备和用具条件。（7）编制的加工规程要在生产规模与生产条件下达到最经济与最安全的效果。4.1确定毛坯的制造形式由于铸铁容易成形，切削性能好，价格低廉，且抗振性和耐磨性也较好，因此，本缸盖零件的材料选用铸铁，其牌号选用HT250，由于零件年生产量500件，为小批量生产的水平，通常采用木模手工造型，毛坯加工余量可适当增加。4.2 零件加工要点分析柴油机缸盖的形状结构相对复杂，需要加工的表面较多，要求较高，机械加工量大，因此结构工艺性有以下几个方面值得注意：4.2.1 由于上下平面的表面积相对较大，所以在铣削上下平面时应尽量选用密齿刀盘一类的刀具，以提高加工效率。4.2.2 由于所涉

13、及到孔的加工很多，所以应尽量减少工件的装夹次数，以此保证各个孔之间的相对距离，便于安装。4.2.3 为了减少换刀次数，紧固孔的规格应保持一致。4.2.4 （.平面的表面粗糙度要求高，可达.，因此需要安排一次磨削加工）5 拟订缸盖加工工艺路线5.1 定位基准的选择 定位基准分为精基准和粗基准。5.1.1 粗基准的选择原则（1）加工表面为粗基准，尤其应选与加工表面有位置精度要求的不加工表面，这样可保证加工表面与不加工表面间的位置精度。（2）选重要表面为粗基准。这样可保证重要表面的加工余量均匀，加工精度高。（3）选加工余量较小的表面为粗基准，可保证各加工表面都有足够的加工余量。（4）选平整，无飞边和

14、浇冒口等缺陷的表面为粗基准，可使工件定位可靠，夹紧方便。（5）粗基准只能用一次，应避免重复使用。这样可避免产生较大的定位误差，避免使加工表面间出现较大的位置误差。5.1.2 精基准的选择原则（1）尽可能选加工表面的设计基准为精基准，即“基准重合”原则，目的是避免产生基准不重合误差。（2）应尽可能在多数工序采用同一组精基准定位，即“基准统一”原则，目的是减少设计和制造费用，并减少基准交换所带来的定位误差。（3）有些精加工工序，可选加工表面本身为定位基准，即“自为基准”原则，目的是可保证加工表面的加工余量少而均匀。（4）对位置精度要求高的表面，可采用“互为基准”，反复加工，目的是保证高的位置精度。

15、（5）选定位准确，稳定，夹紧简单的表面为精基准，目的是便于工件的安装和加工。 本缸盖成品的尺寸为198x157x80，上下表面的面积相对较大，为了方便加工，初步选定下平面为精基准，待上下平面钻完定位销孔后，则可以采用一面两销定位（即底面和两个定位销孔），这种定位方式限制了工件的六个自由度，定位稳定可靠。在一次安装下，这种定位方式可以加工到除定位面的其他所有的平面和平面的孔。也可以作为大部分工序的定位基准，实现基准不变原则。此外，这种定位方式夹紧方便，工件的夹紧变形小；易于实现自动定位和自动夹紧，且不存在基准不重合误差。5.2 基准的选择因为上下平面的表面积相对较大，适宜定位，所以需要加工的第一

16、个平面是缸盖的下平面，以便于以后精基准的选用。下平面加工完毕后，以后大多数工序就基本用下平面作为定位，来加工其他的表面或孔。5.3 加工路线的拟订制定工艺路线的出发点是使零件的几何形状，尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到保证。工艺路线的制定一般需要两个方面的工作：一是根据生产纲领确定加工工序和工艺内容，依据工序的集中和分散程度来划分工艺；二是选择工艺基准，即主要选择定位基准和检验基准。在生产纲领已确定为批量生产的条件下，应该尽量考虑使用通用机床，并尽量采用工序分散的原则，通过在每台机床上一次加工尽可能多的工步来提高生产率。除此之外，还应尽量考虑经济精度以便使生产成本尽量下降。加工方法的选择准

17、则（1）首先要根据每个加工表面的技术要求，确定加工方法及加工方案。这里的主要问题是，所选择零件表面的加工方案，必须能稳定而可靠地保证零件达到图纸要求，并在生产率和加工成本方面是最经济合理的。（2）具体加工方法时要考虑加工材料的性质。如：淬火钢用磨削的方法加工；而有色金属则磨削困难，一般用金刚镗或精密车削的方法进行精加工。（3）选择加工方法要考虑到生产类型，即要考虑生产率和经济性的问题。在小批量生产中可采用通用机床。（4）选择加工方法还要考虑本厂（或本车间）的现有设备情况及技术条件。应该充分利用现有设备，挖掘企业潜力，发挥工人群众的积极性和创造性。有时虽有该项设备，但因负荷的平衡问题，还得该用其

18、他的加工方法。此外，选择加工方法还应该考虑一些其他因素，例如，工件的形状和质量以及加工方法所能达到的表面物理机械性能等。 本缸盖的加工，主要设计有以下几个加工点：上下平面及两侧面的平面铣削加工上平面的磨削加工进排气门的加工上表面各个孔的钻,铰,其中上平面有A定位孔4个,B压紧孔2个,C闷头孔3个,D销孔1个,E进排气孔各一个,F侧面喷油孔一个.如下图所示:图1在制定工艺过程中，为便于组织生产、安排计划和均衡机床的负荷，常将工艺过程划分为若干个工序。划分工序时有两个不同的原则，即工序的集中和工序的分散。工序集中：将若干个工步集中在一个工序内完成。最大限度的集中是在一个工序内完成工件所有表面的加工

19、。工序分散：工序的数目多，工艺路线长，每个工序所包括的工步少，最大限度的分散是在一个工序内只包括一个简单的工步。工序分散可以是所需要的设备和工艺装备结构简单、调整容易、操作简单，但专用性强。在确定工序集中或分散的问题上，主要根据生产规模、零件的结构特点、技术要求和设备等具体生产条件综合考虑后确定。例如在单件小批生产中，一般采用通用设备和工艺装备，尽可能在一台机床上完成较多的表面加工，尤其是对重型零件的加工，为减少装夹和往返搬运的次数，多采用工序集中的原则。在大批、大量生产中，常采用高效率的设备和工艺装备，如多刀自动机床、组合机床及专用机床等，使工序集中，以便提高生产率和保证加工质量。在成批生产

20、中，尽可能采用效率高的通用机床（如六角机床）和专用机床，使工序集中。工件各表面的加工顺序，一般按照下述原则安排：先粗加工后精加工；先基准面加工后其它面加工；先主要表面加工后次要表面加工；先平面加工后孔加工。根据上述原则，作为精基准的表面应安排在工艺过程开始时加工。精基准面加工好后，接着对精度要求高的主要表面进行粗加工和半精加工，并穿插进行一些次要表面的加工，然后进行各表面的精加工。要求高的主要表面的精加工一般安排在最后进行，这样可避免已加工表面在运输过程中碰伤，有利于保证加工精度。有时也可将次要的较小的表面安排在最后加工，如紧固螺钉孔等。5.4 初步比较几条工艺路线 本着提高生产效率，便于组织

21、生产的原则，特设计以下几条工艺路线：表一：S195型柴油发动机缸盖工艺路线之一工序号码工序名称工序内容工艺装备划线1下平面铣削以上平面为粗基准，铣下平面，上平面为定位基准，装夹工件，达到IT12X53K2上平面铣削以下平面为精基准，铣上平面，下平面为定位基准，装夹工件，达到IT12 X53K3两侧面铣削以下平面为精基准，铣侧面，下平面为定位基准，装夹工件 X53K4下平面精铣加工后表面粗糙度IT8 X53K5上平面精铣加工后表面粗糙度IT8 X53K6钻铰上平面四个定位孔A，钻三个闷头孔C，钻两个压紧孔B，钻一个销孔D，钻铰进排气门导孔E Z5125A7刮弹簧坑8镗进排气门孔，喷油孔底部卧式镗

22、床T6189钻铰喷油孔，钻纸插孔 Z512-B10钻两侧面四个螺纹孔 Z5125A11 上平面磨削加工后表面粗糙度IT7立轴平面磨床M7232B12各个面孔攻丝 桌虎钳表二：S195型柴油发动机缸盖工艺路线之二：工序号码工序名称工序内容工艺装备划线1下平面铣削以上平面为粗基准，粗铣下平面，上平面为定位基准，装夹工件X53K2两侧面铣削以下平面为精基准，铣侧面，下平面为定位基准，装夹工件X53K3 上平面铣削以下平面为精基准，铣上平面，下平面为定位基准X53K4 上平面精铣X53K5 下平面精铣X53K6 上平面磨削M7232B7 下平面磨削M7232B8钻上平面四个定位孔AZ5125A9扩孔Z

23、5125A10铰上平面四个定位孔AZ5125A11钻三个闷头孔C，两个压紧孔BZ5125A12钻一个销孔DZ5125A13刮弹簧坑14钻铰进排气门导孔卧式镗床T61815镗进排气门孔卧式镗床T61816钻喷油孔Z512-B17钻纸插孔Z512-B18铰喷油孔Z512-B19钻两侧面四个螺纹孔 Z5125A20各个平面孔攻丝桌虎钳方案一：由于采用工序集中原则，将若干个工步集中在一个工序内完成（如上平面的钻孔），减少了装夹次数，有利于保证各个表面之间的相互位置精度。在方案一中，第一步是以上平面作为粗基准，继而加工下平面上平面两侧面，由于后续工序中缸盖的装夹多数采用支承板的结构设计，即底面用二个支承

24、板（限制Y转动，X转动，Z移动），侧面用二支承钉（限制Z转动，X移动），另一侧面用一支承钉（限制Y移动），共限制六个自由度，满足六点定位原理。方案一没有磨削下平面，是因为考虑到下平面密封时要采用密封胶圈，节省一道工序，降低成本。方案二：采用工序分散原则，基本在每道工序内只包含一个工步，工序分散使得加工所需要的设备和工艺装备结构简单，有利于工人操作，但是所需机床数量大，不利于小工厂小批量生产。由于本设计要求是小批量生产，所以选用方案一最为合适。6机械加工余量，工序尺寸和毛坯尺寸的确定完成某一工序所需要切除的金属层称为该工序的加工余量，简称工序余量。从毛坯到成品的整个工艺过程中所需要切除的全部金属

25、层称为总余量。机械加工时应保证切除上工序留下的缺陷的前提下，尽量减少加工余量，来提高生产效率，根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯的尺寸如下：61毛坯的外轮廓确定加工余量的方法（1）计算法 对称表面（双边，如孔或轴）的基本余量为：非对称表面（单边，如平面）的基本余量为：上述两个公式，实际应用时可根据具体加工条件简化。用计算法可确定出最合理的加工余量，既节省金属，又保证了加工质量。但必须要有可靠的实验数据资料，且费时间，因此此法适用于大量生产。（2）查表法工厂中广泛应用这种方法，表格是以工厂的生产实践和试验研究所积累的数据为基础，并结合具体加工情况加以修正

26、后制定的，如金属机械加工工艺人员手册。（3）经验法主要用于单件小批生产，靠经验确定加工余量，因此不够准确。为保证不出废品，余量往往偏大。考虑其加工外轮廓尺寸为198x157x80，上表面粗糙度要求为Ra0.8um，下表面粗糙度要求为Ra1.6um，两侧面粗糙度要求为Ra6.3，根据机械加工工艺手册中各种铸造方法的经济合理性选择一章，柴油机缸盖属于较复杂类型，故选用砂型铸造更为合理。手工造型（木模），根据铸铁件机械加工余量等级选择JB2845-80，选定加工余量等级为8级，顶面和侧面的加工余量为7.0mm。底面的加工余量为5.0mm。 毛坯长 198mm; 毛坯宽 157+2x7.0=171mm

27、 毛坯高 80+7.0+5.0=92mm62 主要平面加工的工序尺寸及加工余量 为了保证加工后工件的尺寸，在铣削工件表面时工序1的铣削深度ap=3mm，工序2的铣削深度为ap=5mm,剩余1.5mm作为精铣余量，还有0.5mm作为磨削余量，工序3的铣削深度ap=7mm。63主要孔洞加工的工序尺寸及加工余量 本工件需要加工的孔主要是集中在上平面的孔以及上下平面的通孔。图2 缸盖上表面：剖视图图3图4A为4个定位孔，其中的1，2孔为阶梯孔。要求达到孔径精度为IT8，表面粗糙度Ra为1.6um。（1） 钻铰2- 16mm 孔钻孔：15mm，ap=80mm铰孔：16mm，ap=80mm，IT8（2）

28、钻铰2- 18mm 孔钻孔：16mm，ap=80mm铰孔：18mm，ap=80mm，IT8（3） 钻扩3-24mm 孔钻孔：22mm，ap=20mm扩孔：24mm，ap=20mm，IT10 （孔深自定）（4） 钻铰5mm 孔钻孔：4mm，ap=9mm铰孔：5mm，ap=9mm，IT8（5） 钻攻2-10mm 孔钻孔：10mm，ap=22mm攻丝（6） 钻铰2-17mm 孔钻孔：16mm，ap=38mm铰孔：17mm，ap=38mm，IT8 （孔深自定）（7） 钻攻侧面4-8mm 孔钻孔：4-8mm，ap=18mm攻丝7 确定切削用量和加工状况根据工厂的设备条件和所需加工零件的外型尺寸，精度要求

29、，批量大小，来确定切削量的大小以及其他各个参数。小批量生产，不需要过于复杂的机械设备，仅用最常见的通用机床和刀具，就可以达到目的。71主要加工装备介绍机床主要是按加工方法和所用刀具进行分类，根据国家制订的机床型号编制方法，机床共分为11大类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、锯床和其它机床。在每一类机床中，又按工艺范围、布局型式和结构性能分为若干组，每一组又分为若干个系列。按照万能性程度，机床可分为：通用机床、专门化机床、装用机床。按照机床的工作精度，可分为普通精度机床、精密机床和高精度机床。按照重量和和尺寸，可分为仪表机床、中型机床（一般机床）、大型机床

30、（质量大于10t）、重型机床（质量在30t以上）和超重型机床（质量在100t以上）。按照机床主要器官的数目，可分为单轴、多轴、单刀、多刀机床等。按照自动化程度不同，可分为普通、半自动和自动机床。主要技术参数如下X53K主要技术参数工作台面尺寸4001600mm主轴马达 11KW主轴孔锥度7：24主轴转速 18级；30-1500rpm工作台转速种数:18级电气设备总容量:14.125KVA 随机附件铣床心轴 扳手工具端铣刀心轴 机油油枪端铣刀心轴扳手 地脚螺丝铣床拉紧螺丝 机床垫铁说明：该机床适合于使用各种棒形铣刀,圆形铣刀,角度铣刀来铣削平面、斜面、沟槽等。机床具有足够的刚性和功率，拥有强大的加工能力,能进行高速和承受重负荷的切削工作，齿轮加工。适合模具特殊钢加工、矿山设备、产业设备等重型大型机械加工。主要技术参数如下最大钻孔直径 40 mm 主轴轴心线至立柱母线距离（最大/最小） 1200 / 300 mm 主轴箱水平移动距离 900 mm 主轴端面至底座工作台面距离（最大/最小） 1200 / 260 mm 主轴圆锥孔（莫氏） Morse No.4 主轴最大行程 280 mm 主轴变速级数