柴油发动机缸体缸孔精加工工艺试验研究

柴油发动机缸体缸孔精加工工艺试验研究 Research on the Machining Process of Diesel Engine Cylinder Block Bore 学科专业：机械工程 工程硕士：王 芳 指导教师：张世昌 教授 企业导师：朱海平 高级工程师 天津大学机械工程学院 二零一三年十一月 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 天津大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 天津大学 有关保留、使用学位论文的规定。特授权 天津大学 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日I 中文摘要 发动机缸体是典型的箱体零件，其加工工艺已较成熟和固化。但围绕着缸体加工展开的提高效率，降低成本的研究一直没有停止过。以往研究的重点主要放在提高设备和刀具加工能力方面，对工艺路线的改进关注相对较少。 本文基于柴油发动机缸体缸孔底孔加工工艺试验，对取消珩磨加工底孔工艺可行性进行研究。常见的缸孔底孔加工工艺为：粗镗半精镗精镗珩磨，取消珩磨加工后的缸孔底孔加工工艺为：粗镗半精镗精镗。实验研究结果表明，以镗代珩可行。 论文主要工作如下： 1）基于对新生产线缸孔底孔加工工装设备的介绍，和对传统缸体生产线与新缸体生产线的比较，论述了新生产线实施工艺变更的可行性。 2）在缸体新生产线上，经过对精镗和珩磨两种工艺实际数据采集与分析，论证了采用精镗缸孔底孔工艺替代珩磨工艺的可行性。 3）采用缸孔底孔粗镗半精镗精镗新工艺对B系列六缸缸体进行了试生产，获得预期效果，加工样件符合设计要求。 4）用B系列六缸底孔不珩磨缸体样件组装成工程机械用发动机整机，并对其进行台架实验。实验结果整机性能达到设计要求，表明新的缸孔底孔粗镗半精镗精镗工艺具有可行性。 关键词：缸体；缸孔底孔；加工工艺；精镗；珩磨 II ABSTRACT Engine cylinder block is a typical box-type parts, The processing technology is mature and solidifying. The research of cylinder block processing on improving efficiency and reducing the cost has not been stopped. Previous studies mainly focused on improving the equipment and tool processing capacity, but on processing route is relatively less. This paper, based on the diesel engine cylinder liner parent bore machining process test, conducts the research to get the feasibility that cancellation of cylinder liner parent bore honing process. The traditional process for the cylinder liner parent bore is following: rough boringsemi -finish boringfinish boring honing; when cancelled the cylinder liner parent bore honing processing becomes: rough boringsemi -finish boringfinish boring. The experimental results show that its feasible to boring without honing . The main work is as follows: First, based on introducing the equipment of cylinder liner parent bore processing in the new production line, and comparing with the traditional production line of cylinder block and the new production line, the idea to implement process change with new production lines is proposed. Then, through collecting and analysing for real data from the new cylinder production line on both finish boring process and process, the feasibility of finish boring instead honing is validated. Third, a trial production using rough boringsemi -finish boring finish boring process is implemented, and achieving the expected result, the processing samples complying with the design requirement. Finally, with cylinder liner parent bore not honing cylinder block sample assembled into the engine, the bench test of the engine is done. The experimental results show that the performance meets the design requirements, the new processing route of rough boringsemi -finish boringfinish boring process is worka ble. Keywords: cylinder block, cylinder liner parent bore, machining Process, finish- boring，honing III 目 录 第一章 绪论1 1.1 课题研究背景和意义1 1.2国内外镗削技术的发展1 1.3 课题研究的主要内容5 第二章 缸体缸孔底孔产品设计与工艺设计7 2.1 缸孔底孔产品设计要求7 2.1.1 产品设计7 2.1.2 缸体底孔加工工序图7 2.1.3以镗代珩缸体底孔加工工序图10 2.2 缸体生产线工艺设计12 2.2.1缸体一生产线缸孔工艺流程12 2.2.2 缸体二生产线缸孔工艺流程12 2.2.3 两生产线缸孔加工工艺13 2.2.4 两生产线缸套孔珩磨技术要求15 2.3 缸体二生产线工艺先进性17 2.3.1 工艺基准17 2.3.2 加工设备18 2.3.3 测量系统18 2.4 本章小结19 第三章 缸体缸孔数据采集与分析20 3.1 样件数据采集 20 3.1.1 缸孔编号说明20 3.1.2缸孔加工方式20 3.1.3 缸孔直径数据分析22 3.2 样件Cpk计算25 3.2.1 工序能力分析25 3.2.2工艺过程稳定性分析30 3.3 样件形位公差及粗糙度分析 32 3.3.1 粗糙度32 3.3.2 圆度38 3.3.3 圆柱度42 3.4 本章小结45 IV 第四章 精镗缸孔底孔样件加工46 4.1 半精精镗复合镗刀及其调整 46 4.1.1 半精精镗复合镗刀工作原理46 4.1.2 半精精镗复合镗刀结构46 4.1.3 工艺参数的优化47 4.1.4 半精精镗复合镗刀参数调整51 4.2 测量系统的调整53 4.2.1 气动测量量仪工作原理53 4.2.2 在线气动量仪测量程序调整54 4.2.3 在线气动量仪校对环规调整54 4.2.4 缸孔量检具调整55 4.3 工艺文件的调整56 4.4 加工完成的样件56 4.4.1 样件外形图57 4.4.2 样件缸孔底孔加工尺寸57 4.4.3 样件缸孔缸套孔加工尺寸58 4.5 本章小结 59 第五章 精镗缸孔底孔样件台架验证 60 5.1 样件装机实验 60 5.2 样件装机实验数据62 5.2.1 缸套变形量64 5.2.2 样机外特性曲线分析65 5.3 本章小结 65第六章 结论与展望66 6.1 总结66 6.2展望66 参考文献68 发表论文和参加科研情况说明70 致谢71第一章 绪论 1 第一章 绪论 1.1 课题研究背景和意义 近年来，我国汽车行业迅速崛起，成功走出了一条民族工业振兴之路，已成为世界上最大的汽车消费市场和汽车生产国之一1围绕着缸体加工所展开的提高效率，降低成本的研究一直没有停止过。以往研究的重点主要放在提高加工设备能力和提高刀具加工能力方面，而对工艺路线的改进关注相对较少。本文主要研究缸体缸孔底孔加工过程工艺路线的变更与优化的过程，并通过一系列的数据采集与工艺验证，对缸孔底孔采用精镗工艺取代珩磨工艺的可行性进行验证。尝试着将现有缸体底孔加工工艺流程缩短，由原有粗镗半精镗精镗珩磨的底孔加工路线，变更为粗镗半精镗精镗的底孔加工路线。 。随着汽车工业的发展，发动机行业也发展迅速，作为发动机心脏的缸体加工也得到了长足发展。 通过现有精镗设备能力的保障，取消珩磨工序，以期在保证产品质量的同时，达到降低生产成本，提高生产线节拍的目的。 1.2 国内外镗削技术的发展 发动机通过在缸体缸孔内完成油气压缩、燃烧、爆炸的做功过程来输出动力。缸孔在一个完整的做功循环过程中要承受着剧变温度和交变载荷的双重作用，这就对缸体缸孔的尺寸误差、形状误差及表面质量等指标提出了严格要求，因为这些指标对发动机的压缩比、输出功率及扭矩、油料消耗及整机的可靠性都有着较大影响2。 常见的缸孔底孔加工工艺为：粗镗半精镗精镗珩磨，珩磨主要是对缸孔底孔和缸套孔的形状误差和表面质量进行修正，以满足缸孔产品设计的最终要求。而随着生产设备、刀具及机床在线测量系统的发展，镗削工艺及其加工精度也发展迅猛。 现在的新型镗刀可缩短工艺过程中的调刀时间，帮助用户高速、小批量地生产产品，从而保证工厂和车间及时完成生产加工任务。此外，这种镗刀自身可进行自动调节、修正磨损、补偿误差或自动成形。下面简要介绍几种典型的镗刀及镗削技术的发展情况。 第一章 绪论 2 1模块式组合镗刀 模块式镗刀将镗刀分为基础柄、延长器、减径器（Reduction）、镗杆、镗头、刀片座、刀片、倒角环等多个部分，然后根据具体的加工内容（粗镗、精镗；孔的直径、深度、形状；工件材料等）进行自由组合（见图1.1）。这样不但大大地减少了刀柄的数量，降低了成本，也可以迅速响应各种加工要求，并延长刀具整体的使用寿命。 图1.1 模块式镗刀组合示意图 之所以能够提供高精度和较大灵活性的另一因素是模块式组合镗刀的制造商也像其他的制造商那样，已经大幅度改进了生产加工工艺。10年前，模块式组合刀具零件的组装重复精度达到0.01270.0178mm是可以接受的，而现在模块式组合刀具零件的尺寸公差范围达到24m。图1.2为模块化镗刀组装图3。 图1.2 模块化镗刀组装图 2联轴机构提高镗刀的稳定性 Sandvik公司的联轴机构以多边形系统为基础，可以使镗杆的接触面沿着其联轴机构的轴线部分均匀地分布在圆周上。夹紧后的活动螺丝以大约35.6N的轴向第一章 绪论 3 拉力，将该机构的各零件一起拉向并锁紧在锥体上。这样，不但获得了面对面的接触，而且还保证了刀具四周的夹持力。联轴夹持机构可使切削力分布在整个多边形的周围，每一联轴机构的偏差为0.0051mm。图1.3为 Coromant Capto刀杆受力分布图。 图1.3 Coromant Capto刀杆受力图 由于其接触面大、轴向拉力高、光滑的淬火表面硬度达RC63，使模块式组合刀具获得极好的稳定性和刚性，甚至优于实心刀杆。各元件之间的连接点不但不会产生振动，而且还可以将镗杆分成几个部分，从而使其可以实现合适、有利的频率协调。实验表明采用这种概念的模块式组合刀具，其加工性能比实心镗杆更加稳定43提高镗刀的平衡性 。 在镗刀头上增加