汽缸盖加工工艺设计毕业论文

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 1 页概述汽车是现代社会中最普遍，最常用的一种交通工具，它给我们的生产，生活带来诸多方便。特别是近几年，随着汽车工业的迅猛发展，汽车的款式性能均有了很大的改善，因此吸引了众多购车者的目光。那么要保持这种长盛不衰的势头，其关键的一个环节就是不断改进加工工艺，使产品更具实用性，经济性和美观性。汽车的种类很多，按其设计用途分，可分为载重汽车和乘坐汽车。载重汽车一般是用于运送货物的，这种汽车车身一般都比较大。乘坐汽车是专门、供人们乘坐，以分为轿车和客车。轿车可根据其发动机的容积大小，分为普通、中级、高级，三个等级。客车则按其车身长度的不同，分为微型、轻型、中型、大型四种。若按发动机使用的燃料分，可分为汽油车和柴油车。一般常见的汽车的总体构造由发动机、底盘、电气设备和车身四部分组成。发动机是汽车的动力装置，底盘则用来传递发动机发出的动力。电气设备包括电源部分，发动机点火以及照明等用电设备。车身是用于安置驾驶员，乘客或货物。汽车的发动机按其使用的燃料的不同，可分为汽油发动机和柴油发动机两种。汽油发动机动性用电火花强制点燃由汽油与空气组成的可燃混合气，使它燃烧产生热能。柴油发动机使用的柴油是直接喷入发动机汽缸，在高温高压下自燃而产生热能。另外，按完成一个工作循环所需要的行程数来分，又可分为四冲程发动机和二冲程发动机两种。我毕业设计的题目就是四冲程发动机的气缸盖的加工工艺与夹具设计。所谓的四冲程就是在一个工作循环中，曲轴旋转达两周、活塞运行四个行程。完成进气、压缩、做功、排气四个过程。汽油发动机主要有气缸、气缸盖、连杆曲轴、进气门、排气门、火花塞等几部分组成。气缸盖形成密封的燃烧室，燃料在此燃烧，产生气体膨胀，推动活塞向下运动，经连杆将力传给曲轴，使曲轴旋转输出动力。进气门控制可燃混合气的进入，而排气门控制废气排出。气缸盖的主要功用是和气缸挚共同密封气缸体及气缸套上平面，并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。气缸盖内部有冷却水套，下端面的冷却水孔与气缸体的冷却水孔相通，以便使用循环水冷却燃烧室等高温部位。此外，气缸盖还提供气门组和气门传动组的部分零件的安装位置。气缸盖的材料主要有铸铁和铝合金两种。铸铁气缸盖具有机械强度高，铸造性能和耐热性能好等优点。铝合余气缸盖的缺点是刚性差，使用中容易变形，但由于导热性比铸铁好，有利于提高压缩比。综上所述，通过对汽车发动机气缸盖的有关说明，有助于我们更好的了 解气缸盖的结构特点，功用和工作状态，为下一气缸盖的加工工艺设计做好铺垫。西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 3 页1 汽缸盖的加工工艺设计工艺设计过程是一个综合性的过程，在保证尺寸精度，加工质量的基 础上，同时也要考虑生产率和经济性问题。因此，首先应对零件图，产量和现场的生产条件进行认真的分析，然后制定出合理的工艺路线，并确定各工序的工序尺寸和加工方法，最后完成合理的详细的工艺过程。1.1 零件图分析零件图是制造零件的主要技术依据，在设计工艺路线前应对其进行工艺分析，了解零件的功用和工作条件，分析尺寸精度及其技术要求，以便更好地掌握其结构特点和工艺关键。1.2 零件的工作条件11.6 四缸汽车发动机是发动机工作容积为 1.6L 的普通级汽车，汽缸数为四个，燃料是汽油，采用水冷装置。汽缸盖是发动机的重要组成部分，与汽缸体相连，并与活塞顶部构成密封的燃烧室。发动机在工作时火花塞发出电火花，将压缩的混合气体点燃，混合气体燃烧时放出大量的热，使汽缸内压力聚增，瞬时最高温度可达 2000 摄氏度左右。最高压力达 2.62.9MP a o 所以说，汽缸盖的材料要有足够的强度，并耐热。另外，汽缸盖采用水冷却，所以要求材料要有一定耐腐蚀性。在该设计题目中汽缸盖的材料是铸铝合金（ZL104）它不仅具有一定的强度，而且导热性、耐腐蚀性也比较好的适应其工作环环境。另外，铸铝合金的重量轻，对减轻发动机的重量有很大的好处。1.3 零件的结构形态分析汽缸盖作为发动机的重要组成部分，要求质量较高，而且工作性能要稳定可靠。汽缸盖在结构上主要有以下几个特点：(1) 零件的毛坯采用铸压件，铸造精度要求高；(2) 零件的外型比较复杂，多孔，多螺纹；(3) 整体的表面精度和位置度要求不是很高；当然，也有一些重要的、要求高的表面。如气缸盖的下表面要求平面度为 0.06，表面粗糙度值为 3.2，另外，导管孔尺寸精度和位置要求也很高，表面粗糙度值为 1.6，垂直度为 0.1，圆度为 0.44尺寸精度为 H8，火花塞孔与下表面成 40 度角。还有气缸盖下表面的两个螺栓孔作工艺，要求精度达 H7。气缸盖的下表 6 深 75 油孔，端面 5 深 72 油孔以及上面 6 深 24 油孔三者相通。从总体上说，气缸盖属于箱体类零件，因为气缸盖有箱体类零件的特点，有型腔，有筋板。1.4 零件的技术条件分析表面粗糙度：气缸盖的表面粗糙度一般在 Ral.6Ra12.5 。范围内，只有导管孔粗糙度较高为 Ral.6。表面间的位置精度：尺寸精度较高的两工艺孔之间尺寸距离偏差0.05，导管孔直径偏差为 15+0.027 0 就位置关系精度而言，座圈底孔相对于导管孔的同轴度为0. 05。导管孔对下面的垂直度为 0.1。另外，气缸盖还有下列特殊条件：(1) 所有孔和螺纹孔的位置度在 0.4 范围内；(2) 将 90 0 1200 锥口螺纹孔的上端直径扩到螺纹外径。1.5 零件材料分析气缸盖的材料采用 ZL104 (ZAISi9Mg)，该金属主要特点是：铸工艺性能良好，耐腐蚀性尚可，强度高，焊接性能和切削加工性能尚可，铸造工艺较复杂，易生成气也，补焊性能好，用途是：用于砂型，金属型和压力铸造形状复杂的 200以下的工作零件，如发动机的缸体和缸盖。1.6 零件的工艺分析从气缸盖的结构形状，技术要求和材料等几个方面来分析，该零件的工艺关键是保证孔和螺纹加工的尺寸精度及位置精度。另外，铸造时易生成气孔，所以应该检查汽缸盖的气密性。因此在设计工艺时，首先要考虑各个面上的孔螺纹的加工顺序合理性以及相应的精度问题。还要特别注意重要工序的加工和检查，此零件最重要的尺寸是下表面和火花塞孔以及气门也，这是气缸盖的关键，它直接影响到汽车发动机的性能。气缸盖的材料为铸铝合金，加工性能较好在切削加工时不会产生困难。西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 5 页2 零件毛坯设计通过对零件的技术要法语，尺寸精度和结构特点确定毛坯的种类以及加工余量，进而设计出毛坯的形状及尺寸。2.1 定毛坯种类选择毛坯种类应考虑的因素主要有以下几个方面：(1) 生产纲领和批量生产纲领大时，宜采用高精度与高生产率的毛坯制造方法；生产纲领小时，宜采用设备投资寸的毛坯制造方法。(2) 零件的结构形状和尺寸大小直径相差不大的阶梯轴宜采用棒料；直径相差较大的则宜采用锻件；尺寸较大的毛坯，不宜采用模锻，压铸和精铸；而宜采用自由锻造和砂型铸造；形状复杂，力学性能要求不高的毛坯可采用铸钢件；形状复杂和薄壁的毛坯不宜采用金属型铸造；外形复杂的小型零件宜采用压铸，熔模铸造等精密铸造方法，以减少切削加工或不进行切削加工。(3) 零件的力学性能铸铁件的强度按离心浇注，压力浇注的铸件，金属型浇注的铸件，砂型浇注的铸件依次递减、钢质锻造毛坯的力学性能高于钢质棒料和铸钢件。(4) 技术经济性 在必要的时候，应对所选的毛坯进行技术经济性分析。根基以上原则，考虑到汽缸盖的结构特点及批量应用铸件。另外，考虑到生产性质，零件材料及技术要求等综合因数，选定砂型铸造。这种铸造的特点是铸造容易，而且生产率高。2.2 毛坯的工艺要求2.2.1 浇注位置选择原则铸件的浇注位置应使零件质量要求高的表面处于底面或侧面，以免产生气孔、砂眼、缩孔等缺陷：铸件的大平面应尽量朝下，以避免气孔及夹渣、夹砂等缺陷存在壁较厚较大的部分应朝下，侧立或倾斜，以保证金属液的充填，同时要求金属液到达薄壁处所经路径愈短愈好；对有砂芯的铸件，其浇注位置应保证砂芯定位稳定排气顺畅与下芯检验方便。2.2.2 分型面位置选择原则分型面应力求选取在铸件最大截面处；分型面位置应使铸件尽可能处在同一半型腔内或加工面和加工基准面应放在同一砂箱中，有利于保证铸件的尺寸精度，防止错型偏差在铸件上反映；所选取分型面位置应尽量减少分型面数目，特别对机器选型一般只有一个分型面，这样可养减少铸件尺寸偏差提高生产率； 力求采用平面分型面，这样可简化工装结构及制造操作；选择分型面时应力求不使某一砂箱过高，因为过高会使造型、合型等操作不便：机器选型批量生产时，尽量减少砂芯与活块数目一遍启模，修型和确保高的生产率；选择分型面时力将全部砂芯或重要的砂芯放在下型内，以利于下芯、合箱、检验等操作的进行。2.2.3 壁型设计铸件的壁厚大小，壁间距离与位置安排与合金成份流动性能，铸件几何形状及铸件冷却能力等各种因素有关，它会直接影响铸件的质量，应遵循以下原则： 件壁厚不能小于最小壁厚值，砂型铸造的最小壁厚为 5mm铸件壁厚差力求均匀，以免造成各部分因温度差悬殊而引起缩裂、缩孔与裂纹；壁间最小距离与高度应有一定限制，砂型铸造的壁（或筋）的最小距离为 8mm;壁上加强筋位置的安排应力求防止热应力不均而出现裂纹与变形；较大的薄壁型面应避免出现水平位置，这主要是为避免杂质，气体的积聚而形成铸件缺陷。2.2.4 孔径设计铸件上最小铸造孔的直径受铸造工艺的限制。砂型铸造孔的最小直径为 810mm，最大孔深为该孔直径的 10 倍。2.2.5 铸造斜度（拔模斜度）为便于拔芯和开型，在铸件铸型发生切向移动的表面上设计有斜度，其大小随铸件材料，几何尺寸与内外表面的不同而不同。铸造斜度的大小按以下原则确定； 会属的收缩阻力过大时，斜度应大；西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 7 页 收缩量大和熔点高的合金，斜度应大： 铸件需要拔模部分的尺寸大时，斜度应小，反之斜度应大。在一般情况下，各面的铸造斜度数值应尽可能一致，以便于制造模具及造型，对于砂型铸件常用的斜度为 2 03 02.2.6 铸造圆角铸件壁部连接处的内转达角应有铸造圆角，其半径随铸造方法的不同而不同。了制造方便，对铸件各处的圆角， （除非设计有特殊要求者） ，半经应尽可能统一。一般对于砂型铸件用 R3R5 。取 R42.2.7 加工余量和铸件的尺寸公差根据毛坯的铸造方法选取铸件的尺寸公差，查资料得，砂型铸造的公差等级为 79级。取 8 级。再根据铸件的尺寸公差等级和加工余量等级（砂型铸造加工余量等级：G 级）确定机械加工余量，如下： ，气缸盖的上下表面加工余量取 4mm：气缸盖的左侧面和前后端面加工余量取 3mm 23 毛坯的检验铸件的质量检验主要是毛坯尺寸及技术要求，汽缸盖的技术要求为： 铸造方法：砂型铸造 铸造精度等级：ZJ6(HB0-6-61) 拔模角度：2 0 铸造圆角半径：R4 壁和壁的厚度：6+0.5 0 气道芯，气道壁厚 5+0.5 0 气道的形状和位置的最大误差分别是： 0.5，0.8 气道表面应光洁 热处理：淬火后时效处理硬度 HB803 工艺路线设计3.1 加工方法的选择零件各表面的加工方法的选择应考虑以下几个因素；(1)加工表面的加工精度和表面粗杂交的要求；(2) 零件结构、加工表面的特点和材料等因素；(3) 生产率和经济性；(4) 工厂现有设备和技术的发展。综合考虑以上因素，最后确定加工方法如下：气缸盖的下表面的两个工艺要求精度 H7，所以要先钻后铰；八个气门孔要求精度H8，也要钻、铰；上下表面的表面粗糙度值为 3.2，所以要先粗铣后精铣。对于其它表面及孔加工精度不是很高，所以采用常规的加工方法便能满足加工要求。3.2 工艺路线在对气缸盖的各部分结构、尺寸精度、加工要求进行详细的分析之再结合下厂调研获取的实际生产方面经验，拟定出合理的工艺路线。具体果如下：工序 05:粗铣上平面工序 10:粗铣下平面工序 15:精铣上平面工序 20:钻、铰工艺孔工序 25:铣左侧面工序 30:铣前后端面工序 35:钻上下面孔工序 40:中间检验工序 45：清洗吹风工序 50：第一次水套内腔气压试验工序 55：修整窗口工序 60：钻前后端面孔工序 65：钻左侧面孔，后端面 5 油孔及攻 4-M8,11-M8 螺纹工序 70：钻上面 6-7 孔及 6 油孔 工序 75：攻上面 8-M6,4M10 螺纹 工序 80：攻螺纹 Z,和 Z 螺纹工序 85：攻端面 4-M10 螺纹工序 90:钻、锪火花塞孔及攻丝工序 95:中间检验西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 9 页工序 100:钻、锪、铰八孔工序 105:锪十八平台工序 1.10：铣空调车平台工序 115：钻上面 6 孔工序 120:钻上面 9 油孔工序 125:钻空调机螺纹底孔工序 130:攻空调机螺纹工序 135:清洗、吹风工序 140：第二次水套内腔气压试验工序 145：钻 13 斜孔工序 150：精铣下平面工序 155：清洗、吹风工序 160：终检（具体工序图见工艺规程）3.3 工序的集中与分散在一发计工艺路线时，当选定了各表面的加工方法和确定阶段以后，就可将同一。阶段中的各加工表面组合成若干工序，组合时采用集中或分散的原则。工序集中原则是使每个工序包含尽可能多的内容其特点是：(1) 简化了生产组织工作；(2) 减少了设备数目，从而节省了车间生产面积；(3) 减少安装次数，缩短了工件的运输路线，有利于提高生亡率孤缩 短生产周期；(4) 有利于采用高生产率的设备，特别是数控机床和加工中心等，这 样可提高产品质量和生产率；(5) 设备成本费用高，调整、维修费时，生产准备时间长。工序分散原则，工序数目多，工序内容简单，其特点是：(1) 设备和工艺装备简单，调整、维修比较简单；(2) 生产准备工作量小，产品变换容易；(3) 设备数量多，生产面积大，生产组织工作复杂，生产周期长。在加工过程中两种原则的选用以及集中、分散程度的确定一般要考虑以下几个因素： （1）生产纲领单件小批生产，为简化生产流程，缩短工件的生产周期，减少工艺装备，应采用集中原则。大批量生产，有利于采用自动机机床、专用机床、加工中心等机床，可采用工序集中原则。成批生产和自动机床不多的情况下，便于装夹、加工检验，并能合理，均衡地组织生产，宜采用分散原则。（2）零件结构、大小和质量对于尺寸和质量较大、形状又很复杂的零件，宜采用集中，减少安装与运送次数。对于宜采用自动机床的中小零件，也应采用集中原则。对于薄壁筒形件的内外