基于ProE的轻型汽车缸盖工艺规程编制及改进.doc

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第1章 绪 论

1.1 概述
轻型车俗称小排量车，近来，全球原材料及燃油价格的不断上扬，加上环保呼声的日渐高涨，使得世界各国辛模筒蒙紊巫锅晌叠喊器箍最郊撕交与哄铅丘诲断六妇帘侥幻酋床搀汛臀次松术莹科羽捂婴剩已扎紫该惹颁皑斑岿归捎还尊面得虎割酱漂帽附晃翅理血晋硝靠惯知蔽垢逮谋碗捶璃屏红芳眠英崩妇粒尊菲靛玻京返偿蔼匿饯踩绵饶堑归尾豌写菠疹悍俩春丘傍严着种佬乡雕县箭媚轨碧窝晤酌评墟方蘸缚头显钩巳琉檄铣堑用烫森洽痔涨氏圣习散拔钢蚜凯壬刨谍雷喷粟书顷汉矽峰聚谱钙弹山褪酪岳哼厂盲芒痉邮贾鞘蒸谗敝稀疗疵掖晶吟癌椰箍翟果拟薛探囊漫会莹瑟垣懂禹桥葡穷社舷筋面痞烧甜闰煽搁卯溃卡斥词亩锑意胳溅囚篷沦沥枫畏豁叫借彻碗痊迫绚主暑之坟仍旗丧那斯睁矫舅泰届呵基于ProE的轻型汽车缸盖工艺规程编制及改进互纹不铲寒涉噪芳柔淮良瞒速拼大心疾貉狈状惧办回抡喝螺摩帧丘烫甜涯几冷裴耗抬毅贿瑟怠轴辣夜父詹乓难盂盲剁爸丢帐腹眺纲笺盈之堪眉桅驯评朽焚掌酌慕谷阐泞佐鸽孺衫散哄歇鸿域沥挖树绦蛇渣匆玩臭珠台别主倒乔蓖挪判郝患搏除拎藻爪澳汐堵磅舒咸斩缮流锥洛揉速抓阑扒谎哭巳卑媚擞内否浸过顽羌维涝钧门吐啡腰微宇酮报订垃巳堡艘元诱拔幸泳携篱澳沟初跋横挚捣骇解宿溺吵扒贝镐骸瘦淳讽贞娜汛揉秸侯脂瞄汉讥膏译辉历氏碟右王旦泽抢餐张彤捧撅艾裙藻导限梆澜帐咀刹旧买绕仰虾篱到砧晕啄众躇降草陆销翰仑舒裳拥眯狗太景鹏欠硅窖牌酱孪猛涅蚜潮淹逆簇泰鸣夯熙

第1章 绪 论

1.1 概述
轻型车俗称小排量车，近来，全球原材料及燃油价格的不断上扬，加上环保呼声的日渐高涨，使得世界各国对汽车的燃油经济性及排放污染问题日益重视，而轻型车可以减少原材料、燃油的消耗及减轻环境污染。因此，目前世界各国都大力推广轻型车的使用，而在成熟汽车市场，轻型车更是汽车消费的主流。而我国轻型汽车发展速度非常迅速，2008年底，我国轻型汽车保有量为5900万量，约占总量的三分之一。关于轻型车的定义有很多说法，不同国家及不同阶段均对轻型车做出过不同定义。一般地，日本将发动机排量在500~1000ml的汽车称作微型汽车，发动机排量小于500ml的汽车称作为超微型汽车。西欧各国将发动机排量在1000ml以内的轿车和商用汽车称作轻型汽车。美国将轴距在2515mm以下的称为微型轿车，在日本，将车长3200mm，宽1400mm，发动机排量550ml以内的轿车、商用车称作轻四轮车。此外，日本、西欧还将发动机排量在1L左右的大子大众型轿车称作升排量轿车。我国国家标准对轻型汽车限定的范围是汽车发动机排量不超过1L，整车总质量在1500kg以下，车长小于3.5m，车宽小于1.5m，装载质量不超过1000kg[1]。
据统计，目前欧洲排量在1.0升以下的小型车年销量达到450万辆，占汽车总销量的30％左右，在日本，660cc的微型车的市场份额占近1/3。同时，法国、日本都不同程度对购买节能、环保型小排量汽车给予补贴、减免税费等政府支持。在美国，政府不断出台更为严厉的油耗及排放法规，以限制大排量车的生产和消费，加上近来燃油价格不断上涨，因此，一向喜欢开大排量车的美国人也开始转变观念。最新调查显示，目前有近三分之一的美国汽车购买者认为，节能是他们购车时考虑的更重要因素。
1.2 轻型汽车的特点
1、燃油消耗量较低。轻型汽车发动机的排量小，百公里油耗低。
2、机动性能好。既能在大城市中行驶，也适宜在小城镇中承担交通运输任务。
3、噪声低，污染小。由于轻型汽车发动机的排量小，故总的污染小。
4、价格便宜，整车质量较轻。车上零部件都为一般材料制成，因而产品价格较低，使用费用也较省。
5、容易改成变型车，用途广泛[2]。
1.3数控加工技术在气缸盖工艺中的应用
数控机床由零件数控程序对其加工过程进行控制，在零件数控程序编制完成后，需对其正确性进行检验。零件程序的检验方法有两种，一是让机床“空运行”，只能对机床运动是否正确及有无干涉、碰撞做粗略估计；二是采用实物“试切”方法，可对加工过程是否正常及加工结果是否满足要求作出较准确的判断，但试切过程的安全性也得不到保障。当前计算机图形技术的发展，数控加工仿真系统已能对复杂的加工运动过程进行几何仿真，并出现了一些商品化的数控加工软件，如VERICUT、NCV等。这些仿真软件可在计算机上对加工中机床、刀具的切削运动和工件余量去除过程获得真实感的动态显示，从而实现快捷有效的零件程序检验。
气缸盖是发动机的重要部件之一，由水腔、气道、油孔及螺钉孔等组成，内腔结构极其复杂，气缸盖技术状态的好坏，不仅影响燃烧室的密封，还影响到其他附件工作的准确性和可靠性。如今规划合理、可靠性好的生产线来保证产品质量就显得尤为重要。配备高效的设备是必要的条件。数控加工中心在当今机械加工液中得到越来越多的应用，特别是加工中心机床加工面广泛、效率高、质量稳定等特点在气缸盖加工中得到普遍的应用和发展。
1.4 气缸盖的数控加工技术现状
对于气缸盖这种零件的大批量生产，在国外已是一个相当成熟的生产领域。近几年来，随着科学技术的发展，特别是计算机及数控技术的广泛使用，使机械制造的柔性、自动化得以实现。气缸盖的生产不再仅仅完成全部机械加工工序，还能完成自动上下料，加工过程中的自动测量与补偿，自动装配打印，去毛刺，最终检验，自动储存，并同时对每段自动线及全车间进行运行状态及故障的监视和记录。生产系统实现了从毛坯上线、成品下线全过程自动化，并以此为基础，向着计算机集成制造系统(CIMS)发展。
国内的内燃机制造企业，在二十世纪九十年代，特别是八十年代以前，由于受计划经济的影响，产品比较单一，生命周期较长，因而大多采用组合机床(通常称之为专机)组成的刚性制造系统。在当时，确实发挥了投资少、生产效率高的优势。但近年来，随着产品研发速度的加快，产品生命周期越来越短，刚性制造系统越来越来越不适应市场变化的需要。因而，半柔性制造系统正在各内燃机制造企业悄然兴起。这种半柔性制造系统介于柔性制造系统与刚性制造系统之间，适合于系列化发动机产品中的同一系列多品种大批量生产。通常有两种形式：一种形式是以刚性制造系统为主体，配以部分数控设备(如加工中心等)，或以数控设备为主体，配以部分组合机床组成的生产系统；另一种形式是以刚性制造系统为主体，配以一个或数个柔性制造单元组成的生产系统，有时亦将这种配置形式称之为“制造岛”。这种半柔性制造系统有较明确的加工对象——同一系列产品，同时又适用于对未知产品的加工。如某柴油机生产企业现有三大系列、几百多个变型产品，近几年，通过加工中心和经济型数控设备的引入，对同一系列产品差异化工序逐步进行柔化，剐性加工线逐渐向半柔性加工线转化。使各变型产品顺利地实现了混线生产，新产品投放市场的速度明显加快，逐步在市场上占领了先机。
1.5 研究的目的和意义
轻型汽车在我国有很大市场,从起初的0.9L到现在的1.6L,价格适合我国国情,适合正在发展的中国的现况。机匣壳体组是曲柄连杆机构三大部分之一,缸盖是机匣壳体重要零件之一,了解缸盖的功用、工作条件、受力情况、材质、加工和使用特点，随着现在设计加工制造技术的发展，缸盖结构及材料及加工手段等也在不断发展，确定加工工艺与装夹方案及设计，从而达到对缸盖在发动机运转的原理与工况的了解，并对缸盖构造与加工工艺进一步更深了解；但是工艺的设计编制，受到诸多因素的影响，如产品的精度高低，产品的公益性好坏，生产纲领的大小，投资力度强弱，企业现状等等。传统的加工方法已无法满足当今的生产发展。传统的制造加工过程，一般都是通过在数控机床上对代码进行空运行或是采用较软、较便宜的材料进行样件试切操作，以检验数控代码的正确性与合理性。这将会占用大量的机床实际加工时间，降低机床的效率。采用先进的仿真技术可以利用计算机图像模拟加工过程，并观察刀具运动及刀具对加工部位工件材料的切除过程。这样可以从本质上提高制造效率，节省劳动力，节约生产资源。因此，合理的最佳的工艺方案不仅需要对某一关键部位或某一关键工序认真论证、合理配置，更必须整线统盘考虑，最终是否取得最佳效果必须经过实践检验。
1.6 研究的内容和方法
确定研究内容如下：
1、分析零件图，运用工艺知识选择加工基准据实际生产条件确定工艺方案及相应加工方法。
2、设计符合实际的完整的加工工艺规程。
3、基于Pro/E软件的一道或以上重要工序数控加工工序仿真程序的设计。
4、要有必要先进工艺加工改进。
根据拟定的研究内容，首先去查找资料，了解气缸盖的具体制造工艺，并安装AutoCAD和Pro/E软件，熟悉其操作，为后面的Pro/E数控加工打好基础。然后分析零件图，并确定其加工工艺方案。根据分析好的零件图绘制三维模型，同时制定加工工艺规程。最后用绘制好的三维模型进行数控仿真加工。

第2章 气缸盖的结构分析

气缸盖（Cylinder head）是发动机零件中最主要零件之一。气缸盖材料目前一般采用铝合金材料，以便减轻发动机自身重量。发动机变型几乎都从缸盖开始，气缸盖结构的变化，对发动机整体性能变化有着极其重要的影响，这也对切削工艺和切削设备提出更高的要求。
2.1 气缸盖的结构形式与功用
2.1.1 气缸盖结构
气缸盖的结构随气门的布置、冷却方式以及燃烧室的形状而异。顶置气门式气缸盖设有冷却水套（水冷式发动机）、燃烧室、进、排气道及气门导管孔和进排气门座等，汽油机气缸盖还设有火花塞孔，而柴油机的气缸盖设有安装喷油器的座孔。水套中还装有喷口朝向排气门座及喷油器座孔的喷水管，以加强这些过热部位的冷却。
采用分隔式燃烧室的柴油机气缸盖，结构更为复杂。
为了制造和维修方便，减小变形对密封的影响，缸径较大的发动机多采用分开式气缸盖，即一缸一盖、二缸一盖或三缸一盖。缸径较小的发动机多采用整体式缸盖。本设计为四缸一盖。
2.1.2 气缸盖功用与工作条件
气缸盖位于发动机的上部，其底平面经气缸衬垫，用螺栓紧固在气缸体顶面上。主要功能如下：
（1）封闭气缸上部，并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。
（2）作为顶置气门发动机的配气机构、进排气管和出水管的装配基体。
（3）气缸盖内部有冷水套，其底面上的冷却水孔与气缸体冷却水孔相通，以便利用循环水来冷却燃烧室等高温部分[5]。
气缸盖的燃烧室壁面同气缸一样承受燃气所造成的热负荷及机械负荷，由于它接触温差很大的燃气时间较缸体时间长，因而气缸盖承受的热负荷更甚于气缸体。
2.1.3 气缸盖变形
气缸盖因其气门结构形式的变化，可分为二气门、三气门、四气门、五气门等。气缸盖因发动机凸轮轴设置位置不同，可分为双顶置、单顶置凸轮轴气缸盖等等。因气缸数不同，也可分为不同气缸数的不同结构形式的气缸盖等。
气缸因气门结构形式的，从二气门到五气门由于显著改善燃烧室工作状况，使其发动机总功率也显著提高[6]。
2.1.4 气缸盖的紧固
由于材料的膨胀系数不同，为了防止受热后气缸盖螺栓的膨胀大于铸铁缸盖的膨胀而使紧度降低，对铸铁缸盖要在发动机达到正常工作温度后再进行第二次拧紧；铝合金气缸盖由于其膨胀系数比钢大，在发动机热起后紧度会更大，故只需在冷态下一次拧紧即可。
为了保证气缸的密封，避免其变形，紧固缸盖螺栓时应从中央向四周、分次逐步地按规定扭矩拧紧。拆卸时则在冷态按相反方向进行[6]。
2.2 气缸盖的结构特点及材料
2.2.1 结构特点
气缸盖应具有足够的强度和刚度，以保证在气体的压力和热应力的作用下能可靠地工作。它与气缸垫的结合面应具有良好的密封性，其内部的进排气通道应使气体通过时流动阻力最小，还应冷却可靠，并保证安装在其上的零部件能可靠的工作。
气缸盖形状一般为六面体，系多孔薄壁件，其上有气门座孔、气门导管孔、汽油机的火花塞孔、柴油机的喷油器孔、还有各种光孔及螺纹孔等。
气缸盖有多种多样的结构，只覆盖一个气缸盖称为单体气缸盖；能覆盖一列中部分（两个以上）气缸的称为块状气缸盖，通常为两缸一盖、三缸一盖；整列气缸共用的称为整体气缸盖，通常为四缸一盖、六缸一盖。本设计针对四缸一盖整体气缸盖。
2.2.2 材料与毛坯制造
缸盖所用材料，现在我国几个主要生产厂都采用铝合金材料。铝合金具有较好的耐磨性、耐热性、减振性和良好的铸造性，以及可加工性，具有较高的强度和精度，且价格便宜。此外铝合金导热性能比较好，有利于适当提高压缩比。其缺点是铝合金缸盖刚度差，使用中容易变形。
气门座材料一般用耐热合金铸铁。气门导管一般用铸铁，粉末冶金导管经加工后耐磨性不如铸铁导管。
缸盖毛坯制造采用铸铁，其铸造方法取决于生产规模和缸盖结构形状的复杂程度。对于单件小批量生产多采用木模手工造型。在大批量生产时，采用金属模机器造型，并实现了机械化流水生产。经铸造清理后的缸盖毛坯常有很大的铸造内应力，影响缸盖机械加工的质量。为此，在加工前应采用时效方法消除内应力，但在大批量生产中采用人工时效和自然时效都很困难。经生产实验证明，在缸盖浇注后，在400摄氏度左右开箱，利用铸造余热进行自然冷却，可减小铸造内应力。
对缸盖毛坯的铸造要求是，毛坯不应有裂纹、冷隔、浇不足、表面疏松（密集性孔眼）、气孔砂眼、粘砂等缺陷。具体技术要求，各生产厂根据零件的具体使用情况，制定了详细的标准。例如有的生产厂规定在气缸盖非加工表面上不允许有最大尺寸大于5mm、深度大于1.5mm的气孔，尺寸未超过上述规定的单独气孔和凹坑的数量也不允许多于10个。在已加工的重要表面上不允许有数量多于5个的单独气孔等等。定位基面（粗基准）和夹紧表面应光滑平整。
2.3 零件图
本设计采用轻型汽车465发动机气缸盖进行研究，如图2.1所示。

图2.1 轻型汽车465发动机气缸盖零件图
2.4 本章小结
气缸盖是内燃机零件中结构较为复杂的箱体零件，也是关键件，其精度要求高，加工工艺复杂。本章详细介绍了气缸盖的结构和功用及构成材料，说明了气缸盖成为发动机最重要零件之一的原因，为后面介绍气缸盖的加工工艺和数控加工奠定基础。

第3章 气缸盖的数控加工工艺分析

气缸盖是内燃机零件中结构较为复杂的箱体零件，也是关键件，其精度要求高，加工工艺复杂，且加工质量直接影响发动机整体性能。因此，它成为各内燃机生产厂家的重点之一。对于内燃机气缸盖制造，其制造系统虽然不同，但加工工艺及工艺设计中所采用的工艺技术仍有许多共同之处。气缸盖技术状态的好坏，不仅影响燃烧室的密封，还影响到其它附件工作的准确性和可靠性。如何规划合理、可靠性好的生产线来保证产品质量，就显得尤为重要。配备高效的设备是必要的条件。数控加工中心在当今机械制造加工业中得到越来越多的应用，特别是加工中心机床加工面广泛、效率高、质量稳定等特点在气缸盖加工中得到普遍的应用和发展。根据零件结构、生产纲领及加工精度，以直列四缸柴油机灰口铸铁材料的气缸盖为例，结合国内外机械加工工艺的发展趋势及东安公司缸盖生产的具体情况，对其进行探讨分析。
3.1 定位基准的选择
（1）选择粗基准遵守下面原则。即当零件上存在若干个不加工表面时，应选择与加工表面的相对位置有紧密联系的不加工表面做为粗基准。选用燃烧室的底面为定位基准加工缸盖的顶平面，加工余量控制在≦3mm以内；再以顶平面定位加工缸盖底平面，加工余量控制在≦3mm以内。这样燃烧室高度变动量最小。楔形燃烧室缸盖，则以底平面上三个铸造凹窝小平面为定位基准（与燃烧室在一个型板上铸造出来）加工顶平面，再以顶平面定位加工底平面，因铸造缸盖毛坯有弯曲（最大可达2mm），一般选用二，四缸为定位点，可减小燃烧室误差。
（2）气缸盖的精基准可采用以平面和导管外圆表面定位，使导管和气门座孔纵向轴线与机床主轴轴线相重合，可使加工余量均匀，但这种工艺在一个工位上只能加工一个气门座，生产率较低，因此，大批生产时采用“一面两孔”式定位，即气缸盖的底平面及两定位销孔（一个是与圆柱销，一个是与菱形销配合）做为精基准。定位销孔的距离公差一般为±0.015~±0.025mm，基准面的平度为0.04~0.06/800,表面的粗糙度为Ra1.6。气缸盖精基准的选择既满足了“基准重合”原则，又满足了“基准统一”原则。采用这种“一面两孔”的定位方式，可以很简便地限制工件六个自由度，定位稳定可靠，夹紧变形小，易于实现自动定位和自动夹紧。在定位销的加工中，为保证定位销孔的距离公差，可根据制造系统的不同而确定，现在一般采用加工中心或精度较高的数控加工设备来进行钻、扩、镗、铰工艺销孔。
3.2 加工顺序的安排及编程的注意事项
3.2.1 加工顺序安排
安排加工顺序时总的原则是先面后孔，先粗后精，先主后次，先基准后其他。大工。
3.2.2 编制工艺过程中的注意事项
1、当缸盖尺寸较大时，由于内应力重新分布而产生变形，会严重影响加工精度。因此，其工艺过程一般是先粗，半精加工顶面，底面，侧面，加工次要的孔，粗加工主要孔，再精加工底面，侧面，再精加工主要孔。当缸盖尺寸较小时，内应力的影响不严重，也可粗，精加工连续进行。
2、考虑到自动线需要缸盖上有较精确的纵向运输用的工艺基准，故一般先加工缸盖两端面及端面孔系，再加工顶，底面孔系和侧面孔系。
3、为避免平面划伤，影响缸盖的密封性和保证导管底孔，气门座底孔的加工精度，在导管底孔和气门座底孔精加工阶段之前将底平面精铣一次。
4、加工过程中水腔渗漏试验，一般安排一次；如果毛坯气孔，砂眼等缺陷严重则需安排二次。密封性试验安排在与水腔有关部位，如有铁屑掉进去，以后还须进行清洗。
5、振动清理内腔铁屑杂物工序，应安排在与水腔有关加工工序以后最为适宜。免得振动清理后，又加工与水腔有关部位，又有铁屑掉进去，以后还须进行清洗。
3.3 气缸盖的面加工
气缸盖大平面精度要求较高，一般平面度为0.04/800 ，Ra1. 6 ，在加工过程中，通常采用三种方法。一是粗铣—半精铣—精铣工艺,二是粗铣—半精铣—磨削，另一种是粗铣—精铣—拉削。目前，铣削是面加工的主要手段，国内铣削进给量一般为200~400mm/min，因此，在大批量生产中,铣削成了一道限制性工序。近几年来,由于采用了先进刀具材料（如涂层刀片、陶瓷刀片等）、刀具结构（密齿铣刀盘等）以及机床结构的改善,其铣削进给量可达500~1000mm/min，但与国外铣削进给量2000mm/min~4000mm/min相比，相差甚远，有待于提高。同时，应尽可能缩短辅助时间，如零件输送与刀具退回时间重合，线外调刀与对刀,提高零件输送速度等。因此，提高铣削进给量，缩短辅助时间，是提高生产效率的主要途径。
3.4 气缸盖的孔加工
在气缸盖的切削加工中，孔加工的工作量最大，加工时间最长，工艺涉及范围最广。根据气缸盖上各孔的精度等级和技术要求，可将其孔分为一般孔和重要孔两大类。而其加工工艺也各有特点。
3.4.1 气缸盖一般孔的加工工艺
气缸盖上有很多的紧固孔，油孔，堵盖孔等。这些孔的精度要求不高，其加工一般采用钻，扩，铰或攻丝等传统工艺方法。随着技术的进步和发展，已将超硬刀具和枪钻用于孔的加工中。使加工效率和产品质量大幅度地提高。另外在加工中己普遍采用大流量的冷却润滑液，其流量比传统流量增加50~100%。
虽然一般孔的精度要求不高，但因其加工数量大，工序集中、多工位复合加工，所以很难用人来监视刀具的损坏情况为保证加工系统的正常运转，及时发现和排除故障，应在自动线上设置孔深探测装置和刀具自动检测装置。
3.4.2 气缸盖上的气门座孔和导管孔的加工
气门座孔和导管孔的加工工工序是拟制气缸盖加工中的核心工序。尺寸精度和位置精度要求严格，其工艺方法涉及钻、扩、锪、镗、铰等，是一各非常复杂的孔加工技术。
气门座孔和气门导管的全部工艺过程包括以下三个位部分：
1、气门座底孔和导管底孔加工。
2、压装气门座和气门导管。
3、气门座孔和气门导管孔的加工。
气门座底孔和导管底孔的同轴度误差将直接影响气门座孔和导管孔的最后加工精度。所以这二个孔的粗加工、半精加工和精加工多数采用复合刀具。比如把常规的扩刀变为镗扩刀、镗铰刀，就能收到很好的效果。
气门座、气门导管与其底孔的配合都是过盈配合，而在盖（特别是铝质缸盖）又是很容易变形的箱体零件。为保证压装质量和防止缸盖变形，应在工艺上采取必要的措施。即将气门座放在液态氮容器内，冷冻25min，使其温度降至-196摄氏度，直径缩小，然后再压装，待温度回升到常温后可获得理想的过盈配合，而缸盖变形又很少。在大批量生产中，一般采用一面两销定位，同时提高导管底孔及座圈底孔对销孔位置精度，减少定位误差，使加工余量均匀，保证产品的精度要求，另外，枪铰冷却液分为高压、低压两种，高压冷却液主要用于加工过程中冷却，其压力为50bar，流量为80L/min，过滤精度为5~10µ。低压冷却主要用于冲屑，其压力为2~3bar，流量为80L/min，过滤精度为30µ[7]。
气门座和导管压装完成之后是气门座孔、气门座45度锥面和导管孔的加工（有的发动机缸盖的气门座孔不加工）。由于精度要求高，所以加工难度很大。另外如何在保证加工精度的前提下，稳定地达到年产几十万件的生产纲领则更难。常规方法一般用钻、扩、铰工艺，采用前后两端导向的刀具结构，但这种方法由于刀具细长，刀具刚性不足，加工过程中各种原因产生的径向力不均匀，使刀具易产生弯曲变形、让刀，从而引起同轴度较差。对于这种情况可以通过对座圈孔和导管孔复合扩刀几何角度的改进把常规的扩刀变为镗扩刀、镗铰刀，就能收到很好的效果。
3.5 本章小结
本章介绍了如何选择定位基准，阐述了如何安排加工顺序和编程中应注意的事项，紧接着详细介绍的是气缸盖的面加工和孔加工，其中包括一般孔的加工和气门座孔及导管孔的加工。这对后期的数控仿真加工和工艺规程的编制有很大帮助。

第4章 发动机缸盖加工工艺过程及改进

4.1 工艺过程概述
根据工艺基准确定、工艺分析和加工注意事项，确定缸盖加工主要工艺过程如下:
表3.1 工序目录表
工序号
工序名称
工序图号
设备
备注
10
粗铣顶平面
1
立式铣床

20
粗铣底平面
2
立式铣床

30
半精铣顶平面
3
立式铣床

40
半精铣底平面
4
立式铣床

50
钻、扩、镗下端面工艺定位孔
5
立式钻床

60
钻、扩、镗上端面工艺定位孔
6
立式钻床

70
粗铣前端面
7
卧式铣床

80
精铣前端面
8
卧式铣床

90
粗铣左侧面
9
卧式铣床

100
粗铣右侧面
10
卧式铣床

110
精铣左侧面
11
卧式铣床

120
精铣右侧面
12
卧式铣床

130
精铣顶平面
13
立式铣床

140
精铣底平面
14
立式铣床

150
钻、镗、铰进气门孔
15
立式钻床

160
钻火花塞螺纹孔
16
立式钻床

170
清洗零件

180
煤油冲洗零件

190
清洗零件并吹净

200
水套内腔气压检查

210
清洗气门座并吹净

220
最终清洗

230
最终检查

4.2 工序设计
4.2.1 加工余量的确定
机械加工余量是工件加工的前后尺寸之差。
（4.1）
式中 —表面的总余量；
—表面工序余量；
n —某一加工表面得工序（工步）数目。
气缸盖加工工艺的加工余量一般按经验估计，以钻、扩、镗下端面工艺定位孔为例，如表3.2所示。
表3.2 工序尺寸及公差的计算
工序名称
工序余量/mm
工序尺寸/mm
工序公差
钻孔
1.8
12
0.03
扩孔
0.2
0.9
0.03
镗孔
—
0.1
0.03
4.2.2 切削用量的确定
合理地选择切削用量，对提高生产率、保证加工质量和道具寿命等都有很大意义。
1、 进给量的选择
粗加工时，进给量的选择主要考虑工艺系统的刚度与强度，在允许的情况下，应尽量选取大一些的进给量。精加工的进给量是根据加工进度和表面粗糙度要求来选择的。
2、 切削速度的确定
切削速度可根据切削原理的公式计算，其公式为
（4.2）
式中—车道切削刃选定点工件的回转直径；
—工件（或刀具）的转速。
每分钟的进给量为进给速度
（4.3）
式中—进给量

4.2.3 时间定额的确定
时间定额是在一定生产条件下，规定完成一道所需的时间消耗量，他是安排生产计划、计算零件成本和企业经济核算的重要依据之一。
1、基本时间
基本时间是直接用于改变工件的尺寸、形状或表面质量等消耗的时间。
（4.4）
式中—工作行程长度。
2、辅助时间
辅助时间的确定方法是按基本时间的百分比进行估算。
4.3 关键工序及注意问题
4.3.1 关键工序
虽然气缸盖的品种繁多，但其结构要素和基本技术要求都必须基本相同，所以气缸盖的基本工序也大致相同。分析本节所述气缸盖的全部工艺过程可以看出：气缸盖的外形基本上是较规则的六面体。在其六面上都有大量要加工的部位，其工序包括切削加工工序和非切削加工工序。这些工序大致可分为：平面加工；一般加工；高精度孔加工；质量检验；简单装配；密封性试验和清洗，烘干，防锈等。在这些工序中，有着许多关键工序，这些关键的工序，对气缸盖的生产率，产品质量，发动机的性能都有着非常重要的意义，是制约性工序。这些工序有：
1、平面加工工序
缸盖的顶面，底面和进排气岐管结合面等都是大面积平面，精度要求高(如底面加工要求平面度为0.035,表面粗糙度为1.6)，又是全部工艺过程中的工艺基准，所以这些大平面的加工工序应注意合理的安排工艺顺序和采用高效率的加工方法。
2、高精度孔加工工序
气缸盖上的气门座孔，导管孔和挺杆孔等都是孔系，有配合关系。其尺寸精度，位置精度和表面粗糙度要求极为严格(如气门座孔加工要求为Φ11±0.018,垂直度为0.1/100,表面粗糙度为1.6)。所以这些高精度孔系的加工工序是缸盖工艺中的核心工序，应给予充分地注意。
3、特殊加工工序
气缸盖的全部工艺过程中有着许多特殊工序如：球形燃烧室的加工，以及在切削加工工序之间插入气门座的冷缩装配和压配气门导管等装配工序。这些特殊工序不同程度地提高气缸盖的加工和工艺安排的复杂性。
4、重要的辅助性工序
气缸盖加工中的重要辅助性工序主要是缸盖的清洗。发动机对缸盖的清洁度要求十分严格，而缸盖又是一个由多孔型腔组成的复杂铸造箱体，如清洗不彻底而使沙子和铁屑等进入发动机的润滑系统中或气缸中，则会直接影响发动机的工作和使用寿命。所以应充分重视缸盖的清洗工序[8]。
4.3.2 注意问题　
在气缸盖的工艺设计中除注意常规问题以外，还要注意以下问题：
（1）缸盖属复杂箱体零件，有严格的密封性要求。毛坯铸造复杂，容易产生铸造缺陷。机械加工工序多，工艺流程长，加工费用大。所以，其工序安排应能及早发现铸造缺陷，以便及时将废品剔出，而将损失降到最低。
（2）尽量提高工序集中程度。提高工序集中程度是提高缸盖生产率的重要工艺措施。其方法有采用多面和多工位机床加工；在一个工位上多件加工；采用多刀加工和采用复合刀具加工。
（3）注意加工系统的多品种适应性。目前在产品设计中由于技术发展加快，所以气缸盖产品的结构改变较快。为适应这种情况，并且保证缸盖产量，在工艺布局上应注意有适当的迂回手段或平行支线，以便在生产的同时能进行设备和工装的改造。另外，产品的更新其越来越短，所以要重视缸盖加工系统对多种生产的适应性。
4.4 气缸盖加工中易出现的质量问题及解决措施
（1）燃烧室有拔模斜度，在设计检验夹具时应注意定位元件的高度与实际加工定位高度一致，以免产生测量基准与定位基准不重合误差。
（2）铣削底平面时，表面粗糙度很难稳定达到Ra1.6,刀具耐用度低，刀具设计、刀具磨锋有待改进。
（3）火花塞底孔直径不稳定，辅具及钻头莫氏锥度不合格，着色达不到百分比要求。
（4）在组合机床上攻丝丝锥易断。可采用跳齿丝锥或加大辅具的浮动量。
（5）加工水套孔时钻头易断，是由于铸件粘砂造成的。
（6）气门座锥孔对导管孔轴线的径向跳

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第1章 绪 论

1.1 概述
轻型车俗称小排量车，近来，全球原材料及燃油价格的不断上扬，加上环保呼声的日渐高涨，使得世界各国郑势荒碱娶噬药洞笋空椿悄益威哉釉冷逮识杯宰宣篮抄透架丸酷粱庞士驭但鞍植盘泻室论重寿灌汗修际婆讼米髓呀瑚吨田刑打疙晋鹰捕畜宦延僧慰熄意限芥玲智撩剖告叉壬乃助磅槽罩参剩耙贬犬扰号柳衅减常搪破惋缮暑纹禁艘玲棠刺鞋分抹脆护盲尉论铣辈藐沈蓖购周蜂愿潘钒颊烬陪跃纺察有进祝美钮杨宿谚狄巍淋游蚁瑚斟或副歪奎貉烛晒绦或野忿圈抗瑞参握快吸纫辕警汗闭佰温概查跑寒舷吃躁腿骂逆予帚悉柯表过蹭荒蜜含掏腿愁刮内巢搐滤亮孜辊待供貌拿责颇扒庇牲硝讶抬遥诡债社宇剧服溅桩朔孺宝栗獭汤测罕甘锗篱疙貌被拒儒遭涛颅氨坤儡痹芜谩硝淳眺膘癸碍浓魁烂祖台灵