4125型柴油機氣缸體的機械加工工藝及夾具設計

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1、 湖南農業(yè)大學東方科技學院 全日制普通本科生畢業(yè)設計 4125型柴油機氣缸體的機械加工工藝及夾具設計 MECHANICAL PROCESSING TECHNOLOGY AND FIXTURE DESIGN OF 4125 DIESEL ENGINE CYLINDER BLOCK 學生姓名：李 健 學 號：200841914309 年級專業(yè)及班級：2008級機械設計制造及其自動化（3）班 指導老師及職稱：全臘珍 教授 學 部：理工學部 湖南·長沙 提交日期：2012年5月 湖南農業(yè)大學東

2、方科技學院全日制普通本科生 畢業(yè)論文（設計）誠信聲明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文（設計）是本人在指導老師的指導下，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產權爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。 畢業(yè)設計作者簽名： 年 月 日 目 錄

3、摘要…………………………………………………………………………………………1 關鍵詞………………………………………………………………………………………1 1 前言………………………………………………………………………………………2 2 零件的分析………………………………………………………………………………3 2.1 零件結構分析……………………………………………………………………3 2.2 零件工藝分析……………………………………………………………………4 2.3 零件主要技術要求………………………………………………………………4 3 機械加工工藝規(guī)程設計…………………

4、………………………………………………5 3.1 計算零件生產綱領、確定生產類型……………………………………………5 3.1.1 計算生產綱領……………………………………………………………5 3.1.2 確定生產類型、分析工藝特點…………………………………………5 3.2 毛坯及機械加工余量的確定……………………………………………………5 3.2.1 毛坯的確定………………………………………………………………5 3.2.2 鑄件的機械加工余量確定………………………………………………6 3.3 氣缸體的工藝規(guī)程設計……………………………………………

5、……………7 3.3.1 定位基準的選擇…………………………………………………………7 3.3.2 表面加工方法的選擇……………………………………………………7 3.3.3 工藝路線的制定…………………………………………………………9 4 專用夾具的設計………………………………………………………………………23 4.1 夾具設計概述…………………………………………………………………23 4.1.1 夾具的基本組成………………………………………………………23 4.2 粗銑氣缸體平面夾具的設計…………………………………………………23 4.2

6、.1 零件本工序的加工要求分析…………………………………………23 4.2.2 夾具的類型的確定……………………………………………………24 4.2.3 擬定定位方案和選擇定位元件………………………………………24 4.2.4 確定夾緊方案…………………………………………………………25 4.2.5 確定對刀裝置…………………………………………………………26 4.2.6 夾緊力的分析計算……………………………………………………26 5總結………………………………………………………………………………………28 參考文獻……………

7、………………………………………………………………………29 致謝…………………………………………………………………………………………29 附錄…………………………………………………………………………………………30 4125型柴油機氣缸體的機械加工工藝及夾具設計 學 生：李 健 指導老師：全臘珍 (湖南農業(yè)大學東方科技學院，長沙 410128) 摘 要：本課題是對4125型柴油機氣缸體進行工藝設計和夾具的設計。對氣缸體的主要加工表面、氣缸體頂面、主軸承座側面、氣缸孔、主軸承孔及凸輪軸承孔等的工藝規(guī)程進行了詳

8、細的分析，填寫了工藝過程卡片及工序卡片，設計了粗銑氣缸體平面專用機床夾具。在對此氣缸體的工藝設計中為減少箱體在加工過程中的誤差，我們考慮基準的重合原則，統(tǒng)一原則，互為基準原則以及粗基準的選擇原則，為使定位穩(wěn)定夾緊可靠，要求所選用的粗基準盡可能不重復使用原則。夾具的設計，保證了零件的加工精度，同時提高了生產效率，降低了工人的勞動強度。 關鍵詞：氣缸體；機械加工工藝規(guī)程；工序卡；專用機床夾具； Mechanical Processing Technology and Fixture Design of 4125 Diesel Engine Cylinder Block Author:L

9、i Jian Tutor:Quan La-zhen (Oriental Science ＆Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128 ) Abstract: This topic is for 4125 diesel engine cylinder block process design and fixture design. The main processing of the cylinder block surface, the cylinder block end face,

10、Lord side, cylinder bearing holes, the main bearing hole and CAM bearing hole and techniques procedure are analyzed in detail, and fill out the process card and process card, design the rough milling cylinder block plane special machine tool fixtures. This cylinder block in the process design to red

11、uce the error in the process, we consider the benchmark superposition principle, unified principle, thus the principles and the benchmark crude benchmark the choosing principle, positioning for stable clamping reliable, request chooses not to repeat the benchmark crude as far as possible, use the pr

12、inciple.The fixture design ensure the parts processing precision, While improving production efficiency and reduce the labor intensity of the workers. Key words: Cylinder block; Machining processes; Process card; Dedicated fixture 1 前言 本課題主要研究4125型柴油機氣缸體的機械加工工藝規(guī)程和的設計粗銑氣缸體平面的專用機床夾具，具體進行零件加工工藝設

13、計和夾具設計。 機械制造工業(yè)是國民經(jīng)濟各部門賴以發(fā)展的基礎，而機床工業(yè)是機械制造工業(yè)的基礎,一個國家工業(yè)的技術水平集中體現(xiàn)在制造業(yè),其很大程度上標志著這個國家工業(yè)生產的能力和科學技術水平。隨著科學技術的迅猛發(fā)展,現(xiàn)代制造業(yè)中需要精密加工的零件越來越多,加工精度和對工件表面復雜程度要求也越來也高。隨著制造技術的不斷發(fā)展和進步,加工工藝的不斷改進和提升,先進工藝的開發(fā)、引進和應用,在將來的制造和加工技術中,用先進的加工工藝取代落后的不適應生產要求的加工工藝,使現(xiàn)代制造和加工業(yè)技術水平處在不斷更新和發(fā)展,制造技術不僅是衡量一個國家科技發(fā)展水平的重要標志，也是國際間科技競爭的重點。 隨著大型工程項

14、目的增多和規(guī)模的擴大，工程機械有向大型化發(fā)展的趨勢。與其配套的柴油機也在向系列化、提高單機功率、降低燃油消耗率和減少排放及噪聲污染的方面發(fā)展。氣缸體作為柴油機的基礎體架，是柴油機的重要部件,氣缸體內腔復雜，包括氣道，水道既油道，外表面安裝相關的各種配件。工藝是將產品設計圖樣和技術要求物化為實際產品的方法和過程，工藝規(guī)程制定的原則是優(yōu)質、高產、低成本。首先，制定幾種可能的工藝方案進行分析對比論證，選擇合理的方案；其次，分配切削用量；最后，制定每道工序的工序卡片[1]。在對此氣缸體的工藝規(guī)程采用一面兩銷對其進行定位以限制其六個自由度。為減少箱體在加工過程中的誤差，我們考慮基準的重合原則，統(tǒng)一原則，

15、互為基準原則以及粗基準的選擇原則，為使定位穩(wěn)定夾緊可靠，要求所選用的粗基準盡可能不重復使用原則。 夾具設計是按照某一道工序的加工要求，把一些事先制造好的標準件和部件進行組裝而成的夾具，夾具通常由使用單位根據(jù)要求自行設計和制造，適用于產品固定且批量較大的生產中[2]。為了保證加工零件的質量、產量和降低成本，首先應該指定合理的工藝方案，然后按照工藝方案的要求，確定機床的配置型式，選擇合理的通用部件，設計專用部件和工作循環(huán)的控制系統(tǒng)。 零件加工工藝設計必須按照JB/T9165.2—1998《工藝規(guī)程格式》規(guī)定進行；夾具設計要求定位合理，夾緊可靠，結構簡單，操作簡便，調試及維修便利，提高 生產效率

16、；應盡量保證以最低的加工成本達到符合零件圖要求的加工精度。 由于水平有限，經(jīng)驗不足，第一次全面的系統(tǒng)的設計本次設計難免有許多不妥和錯誤之處，懇請指導老師和讀者批評指正錯誤，以便及時改正。 2 零件分析 2.1零件結構分析 該零件是4125A型柴油發(fā)動機的氣缸體。氣缸體為一整體鑄造結構，其上部有四個缸套安裝孔，它的左側是八個挺桿安裝孔和通過缸蓋的冷卻水孔，并加工有21個缸蓋緊固螺栓孔和向缸蓋輸送潤滑油的垂直深油孔。如圖2-1為4125柴油機氣缸體零件結構圖。 圖1 4125柴油機氣缸體零件圖 Fig.1 Cylinder

17、 block of 4125 diesel engine parts diagram 氣缸體的水平隔板將缸體分成上下兩部分，上段為缸體水套，下段為曲軸箱。在隔板上四個缸套安裝孔壁的環(huán)形槽內裝有橡膠密封圈，防止水套中的水漏入曲軸箱，垂直隔板將缸體水套和挺桿室分開。曲軸箱有五個安裝曲軸的主軸承座和兩個定位側面。 氣缸體的前端面從前到后排列有三個同軸線的凸輪軸安裝孔和惰輪軸孔。在三個凸輪軸孔的下方，沿氣缸體的全長有一長主油道孔，其兩端用螺栓堵住。從主油道到各主軸承、凸輪軸承和惰輪軸承都有油道相通，使從機油濾清器來的壓力油能對各軸頸和惰輪等進行潤滑。 氣缸體的左側有工藝孔，加油管安裝法蘭，減壓機

18、構軸孔，機油濾清器安裝平面，機油泵出油孔，油標尺座孔和機油泵安裝平面。氣缸體的右上方有鑄成的分水管，將水泵流出的水分流到缸體的各缸水套，達到冷卻的目的。氣缸體的后端面有飛輪殼的安裝面。氣缸體的下平面用以安裝油底殼，其內儲存潤滑油。 2.2零件工藝分析 氣缸體是發(fā)動機的基礎零件和骨架，同時又是發(fā)動機總裝配時的基準零件。發(fā)動機的各機構和系統(tǒng)的零部件都安裝在它的內部或外部[3]。氣缸體的作用是支承和保證活塞、連桿、曲軸等各運動部件工作時的準確位置；保證發(fā)動機的換氣、冷卻和潤滑（其上有氣道、水道和油道）；提供各種輔助系統(tǒng)、部件及發(fā)動機的安裝基面。 發(fā)動機工作時，氣缸體承受著各種大小、方向呈周期性

19、變化的氣體壓力、慣性力及力矩的作用，因此要求氣缸體具有合適的材料，合理的結構、尺寸及重量，足夠的剛度，加工性能好，使用、安裝和維護方便，且密封性、抗震性和抗腐蝕性能良好。 它的工藝特點是：結構的形狀復雜；加工的平面、孔多，內部成空腔，壁厚不均，剛度不好；加工的精度要求高，是典型的箱體類加工零件。其主要加工表面有氣缸體頂面、主軸承座側面、氣缸孔、主軸承孔及凸輪軸孔等，它們的加工精度將直接影響發(fā)動機的裝配精度和工作性能[3]。為此，我們主要靠設備精度、工夾具可靠性和加工工藝的正確合理來保證。 2.3零件的主要技術要求 1）主軸承孔的精度為?95(+0.03 0)，表面質量為Ra=1.6mm。

20、 2）主軸承孔的圓度為0.02 mm。 3）氣缸孔的精度為?144（+0.08 0），底孔的表面粗糙度Ra=6.3mm。 4）氣缸孔中心線對曲軸中心線的對稱度為0.05 mm。 5）第二、三、四主軸承孔對第一、五主軸承孔的同軸度為0.02 mm。 6）各凸輪軸承孔的同軸度為0.03 mm。 7）曲軸中心線對凸輪軸中心平行度為0.1 mm。 8）頂面的表面粗糙度為Ra=3.2mm。 3 機械加工工藝規(guī)程設計 3.1計算零件生產綱領，確定生產類型 生產綱領和生產類型與工藝過程的關系十分密切，生產綱領不同，生產類型也不同，工藝過程也就具有不同的特點。生產綱領是指企業(yè)在計劃期內應當

21、生產的產品產量和進度計劃。生產類型是指生產專業(yè)化程度的分類，分為大量生產、成批生產和單件生產3種類型。 3.1.1 計算生產綱領 生產綱領是指企業(yè)在計劃內應生產的產品產量和進度計劃。此設計中，生產綱領已給定：N=20000件。 3.1.2 確定生產類型、分析工藝特點 根據(jù)生產綱領和生產類型的關系，由N=20000件，可確定生產屬于大量生產。大量生產類型的工藝特點： 1）全部互換，個別高精度配合件可分組選配和配制； 2）廣泛采用金屬模機器造型、模鍛及其他高效方法，毛坯精度高，加工余量小； 3）廣泛采用高效專用機床及自動機床，按流水線排列或采用自動線； 4）廣泛采用高效夾具，靠夾具

22、及定程進給保證尺寸； 5）廣泛采用高效專用刀具和量具； 6）對操作人員要求一般，對調整工人技術水平要求較高； 7）工序較多，詳細劃分工步； 8）工藝規(guī)程及各種工藝文件； 9）生產率高、加工成本低、工人勞動條件較好。 3.2毛坯及機械加工余量的確定 3.2.1毛坯的確定 氣缸體彩的材料一般是灰鑄鐵，但也有時候也采用鑄鋁或鋼板。在此，我們選用HT150作為我們氣缸體的毛坯材料，如下圖所示（各主要加工表面余量用細交叉線在圖上表示出來）。它采用金屬模機器造型，分型面選在主軸承孔的對稱平面上，造型位置為臥式[4]。主軸承孔、凸輪軸軸承孔和缸套孔均鑄出來，而螺栓底孔、主油道孔和工藝孔均不鑄

23、出。 另外，氣缸體在加工前還得進行時效處理，以消除鑄件在鑄造時所產生的內應力和改善毛坯的力學性能。 毛坯的技術要求： 1）毛坯的材料為HT150； 2）毛坯的鑄造方法為金屬機器造型； 3）鑄造的精度等級為CT10級； 4）未注明的鑄造斜角為3度，圓角半徑為R5； 5）鑄造后要進行預備熱處理——人工時效； 6）毛坯上的澆冒孔要磨平； 3.2.2 鑄件的機械加工余量確定 1）鑄件的尺寸公差 鑄件尺寸公差為16級，上面我們已經(jīng)確定了毛坯的的制造方法是用金屬機器造型，由工藝人員手冊查得，鑄件的尺寸公差等級為CT10級，并選取取錯箱值為1.5mm[5]。 2）鑄件的機械加工余量

24、 對于氣缸體加工面的鑄件加工余量確定，由工藝人員手冊查得選取MA為G級，各表面的總余量見下表，再根據(jù)總余量及氣缸零件的尺寸，確定毛坯的總尺寸來。如下表3-1 表1 主要尺寸面工序尺寸 Table 1 Main size face procedure sizes 主要尺寸面 基本尺寸 總加工余量 毛坯尺寸 1.氣缸體的頂面及底面; 650（-0.4 -0.6） 6.5+6 661.5 mm 2.軸承座的分開面及其側面 148±0.08 185(+0.045 0) 5 5 153 mm 174 mm 3.主軸承孔 ?94.98(+0.021 0) 6.5

25、 ?82 mm 4.左側面四塊基準平面及三個凸臺面 190±0.5 150±0.5 4 4 194 mm 154 mm 5.氣缸體四個氣缸套孔 ?152（+0.26 0） ?144(+0.03 0) 5 5 ?142 mm ?134 mm 3.3 氣缸體的工藝規(guī)程設計 3.3.1 定位基準的選擇 基面的選擇是工藝規(guī)程中的重要工作之一。基面的選擇正確、合理，可以保證加工質量，提高生產效率。否則，就會使加工工藝工程問題百出，嚴重的還會造成零件大批報廢，使生產無法進行。 1）粗基準的選擇： 粗基準的選擇原則一般是：保證各加工面均有足夠的余量的前提下，使重要孔的

26、加工余量盡量均勻；并且要注意的是，粗基準一般只應用在首道工序中，且只能用一次[6]。對于箱體類零件，一般選擇重要孔（四個氣缸套孔）的毛坯孔與氣缸體的內腔（對口面）作為粗基準。另外，粗基準的選擇還要考濾能否保證定位準確，夾緊可靠；氣缸體內是否有足夠的空間，即內裝零件與箱壁是否有足夠的間隙。 2）精基準的選擇： 精基準一般是加工出來的表面，在工藝的第二道工序開始使是精基準。在選擇精基準時，一般應遵循：基準重合、基準統(tǒng)一、互為基準的原則[7]。并且盡量使選擇面積較大，定位比較穩(wěn)定，夾緊方案比效簡單、可靠，且操作方便。以第10道工序（粗銑氣缸體頂面、底面和右側放水閥平面）為例，在其前一道工序中，已

27、將氣缸體右側面四塊基準平面和三個凸臺面加工出來，目的就是為本道工序準備定位基準。夾具的定位分別為兩對支承板和兩個支承釘。 3.3.2 表面加工方法的選擇 選擇加工方法時，首先根據(jù)零件主要表面的技術要求和工廠具體條件，先選定它的最終工序方法，然后再逐一選定該表面各有關前導工序的加工方法。同一種表面可以選用各種不同的加工方法加工，但每種加工方法所能獲得的加工質量、加工時間和所花費的費用卻是各不相同的，工程技術人員的任務，就是要根據(jù)具體加工條件(生產類型、設備狀況、工人的技術水平等)選用最適當?shù)募庸し椒?，加工出合乎圖紙要求的機器零件。具有一定技術要求的加工表面，一般都是只通過一次加工就能達到圖紙

28、要求的，對于精密零件的主要表面，往往要通過多次加工才能逐步達到加工質量要求[8]。例如，加工一個精度等級為IT7的螺紋孔，其最終工序選用絲錐攻絲，則其前導工序可分別選為鉆孔，擴孔，鉸孔。主要表面的加工方案和加工工序選定之后，再選定次要表面的加工方案和加工工序。 1）加工階段的劃分： 可以分為粗加工階段；半精加工階段；精加工階段和光整加工階段。將零件的加工過程劃分為加工階段的主要目的是：? ①保證零件加工質量；? ②有利于及早發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷并得到及時處理；? ③有利于合理利用機床設備。? 工序的集中與分散工序集中原則：按工序集中原則組織工藝過程，就是使每個工序所包括的加

29、工內容盡量多些，將許多工序組成一個集中工序，最大限度的工序集中，就是在一個工序內完成工件所有表面的加工[9]。傳統(tǒng)的流水線、自動線生產基本是按工序分散原則組織工藝過程的，這種組織方式可以實現(xiàn)高生產率生產，但對產品改型的適應性較差，轉產比較困難。? 工序分散原則：按工序分散原則組織工藝過程，就是使每個工序所包括的加工內容盡量少些，最大限度的工序分散就是每個工序只包括一個簡單工步。采用數(shù)控機床、加工中心按工序集中原則組織工藝過程，生產適應性反而好，轉產相對容易，雖然設備的一次性投資較高，但由于有足夠的柔性，仍然受到愈來愈多的重視。 工序順序的安排機械加工工序的安排：先加工定位基準面，再加工其

30、它表面先加工主要表面，后加工次要表面；先安排粗加工工序，后安排精加工工序；先加工平面，后加工孔。? 熱處理工序及表面處理工序的安排:為改善工件材料切削性能安排的熱處理工序，例如，退火、正火、調質等，應在切削加工之前進行[10]。為消除工件內應力安排的熱處理工序，例如，人工時效、退火等，最好安排在粗加工階段之后進行。為了減少運輸工作量，對于加工精度要求不高的工件也可安排在粗加工之前進行。對于機床床身、立柱等結構較為復雜的鑄件，在粗加工前后都要進行時效處理(人工時效或自然時效)，使材料組織穩(wěn)定，日后不再有較大的變形產生。為提高工件表面耐磨性、耐蝕性安排的熱處理工序以及以裝飾為目的而安排的熱處理

31、工序，例如鍍鉻、鍍鋅、發(fā)蘭等，一般都安排在工藝過程最后階段進行。? 其它工序的安排:為保證零件制造質量，防止產生廢品，需在下列場合安排檢驗工序 ①粗加工全部結束之后； ②送往外車間加工的前后； ③工時較長和重要工序的前后； ④最終加工之后。 除了安排幾何尺寸檢驗工序之外，有的零件還要安排探傷、密封、稱重、平衡等檢驗工序。?零件表層或內腔的毛刺對機器裝配質量影響甚大，切削加工之后，應安排去毛刺工序。零件在進入裝配之前，一般都應安排清洗工序。工件內孔、箱體內腔易存留切屑，研磨、珩磨等光整加工工序之后，微小磨粒易附著在工件表面上，要注意清洗。在用磁力夾緊工件的工序之后，要安排去磁工序，

32、不讓帶有剩磁的工件進入裝配線。? 2）機床設備與工藝裝備的選擇? 所選機床設備的尺寸規(guī)格應與工件的形體尺寸相適應，精度等級應與本工序加工要求相適應，電機功率應與本工序加工所需功率相適應，機床設備的自動化程度和生產效率應與工件生產類型相適應。工藝裝備的選擇將直接影響工件的加工精度、生產效率和制造成本，應根據(jù)不同情況適當選擇。在中小批生產條件下，應首先考慮選用通用工藝裝備(包括夾具、刀具、量具和輔具)；在大批大量生產中，可根據(jù)加工要求設計制造專用工藝裝備。機床設備和工藝裝備的選擇不僅要考慮設備投資的當前效益，還要考慮產品改型及轉產的可能性，應使其具有足夠的柔性。 3.3.3 工藝路線的制

33、定 根據(jù)上述分析，可以擬定氣缸體的機械加工工藝路線，如下表3-2。 表2 4125氣缸體機械加工工藝過程 Table 2 The 4125 cylinder block mechanical processing process technolog 工序號 工序名 工 序 簡 圖 5 銑氣缸體左側面四塊基平面和三個凸臺面 10 粗銑氣缸體頂面、底面和右側放水閥平面 續(xù)表2 15 在氣缸體底面鉆、鉸兩定位孔 20 精銑氣缸體底面 25 粗、精銑氣缸體前后端面、固定水泵法蘭和起動機進水管的法蘭 續(xù)表2 30 粗鏜氣缸體五個半圓主軸承孔、三個凸輪軸孔、鉆一個惰輪軸孔 35 粗鏜氣缸體四個氣缸套孔 全套資料（說明書、裝配圖、零件圖、工藝卡、工序卡）請聯(lián)系本人，QQ：349129586 12