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摘要现代的高性能柴油机热效率 比汽油机要高、单位的功率重量低、污染物的排放比汽油机要少， 而且柴油机是通过自燃的方式实现了对外做工，没有点火装置的柴油机发生故障的几率更小些，保 养更容易，工作更可靠。柴油机是我国机械行业的一个十分重要的行业，它已经成为汽车、农业机械、工程机械、船舶、 内燃机车等装备的主要配套动力。缸体是柴油机的基础零件，通过它把柴油机的曲轴连杆机构和配 气机构以及供油、润滑、冷却等机构联接成一个整体，他的加工质量会直接影响柴油机的性能。本文以一汽大柴引进的 Deutz1013 柴油机为研究对象，分析研究其试制加工工艺，从中学习国 外加国工业的可取之处，制作工艺卡片以指导生产。并设计改良缸体试制加工刀具，将单一功能的 加工刀具改良为组合刀具。以提高缸体生产效率，降低刀具成本，增加企业效益。关键词：柴油机Deutz1013 柴油机柴油机加工工艺 缸体 刀具设计组合刀具IABSTRACTModern high-performance diesel engine thermal efficiency is higher than gasoline confidential, unit power, low weight, less pollutant emissions than gasoline confidential, and diesel engine is realized by means of spontaneous combustion of foreign work, no ignition of diesel engine failure probability is more smaller, maintenance easier, more reliable.Diesel Chinas machinery industry is a very important industry, it has become automotive, agricultural machinery, engineering machinery, ships, Locomotive and other equipment supporting the main driving force. Cylinder diesel engine is the basis for parts, through which the diesel engine crankshaft and gas distribution agencies, as well as oil and lubricating Connecting cooling as a whole, the quality of the processing will have a direct impact on engine performance.Based FAW fawdldiesel introduced Deutz1013 Diesel study. Analysis of its Trial Production Process, learning foreign processing industry merits, Card production process to guide the production. And improved design cylinder been developed cutting tools, a single function of cutting tools for portfolio improvement tool. Block to enhance production efficiency and reduce tool costs and increase enterprise efficiency.Key words: DieselDeutz1013 dieselDiesel cylinder ProcessingCutting Tool Design Combination ToolII目录摘要2ABSTRACT31.绪论41.1 柴油机现有的技术水平41.2 孔加工刀具的发展42. 柴油机的简介52.1 柴油机的构造52.2 柴油机的工作原理62.3 柴油机特点63. DEUTZ1013 系列柴油机汽缸体的加工工艺分析及设计73.1 汽缸体作用73.2 汽缸体材料分析73.3 汽缸体结构及加工特点73.4 加工工艺性分析93.5 加工技术要求103.6 毛坯分析113.7 工艺基准选择113.8 主要工艺的确定123.9工艺尺寸计算133.10 切削用量选择133.11工艺过程拟订144.孔加工刀具的设计154.1零件的加工过程154.2 麻花钻的设计204.3 扩刀设计214.4镗刀的结构设计224.5 铰挤刀设计244.6 复合扩铰刀设计285.结论30参考文献31附录一：32附录二：35致谢401小型轿车柴油机汽缸体主要加工面工艺分析及刀具设计1.绪论1.1 柴油机现有的技术水平现在我国的柴油机的排放已经能够得到很好的控制。人们更注重柴油机的优点带来 的高效率的动力。与之相比柴油机的噪声大的缺点并没有对人们采用柴油机作为动力源 产生影响。技术的发展已经大大的降低了柴油机的噪声，而且柴油机具有更多易被接收 的优点，这也是越来越多的领域愿意采用柴油机作为动力源的原因。我国以引进国外的先进的生产技术及工艺对柴油机上的汽缸体进行加工，这样的话 对我国的柴油机的发展有一定的局限性。引进国外的技术及工艺的成本过高，而且不利 于我国的生产技术的发展。因此为了我国的汽车行业的发展，应该学习并掌握先进的技 术使柴油机行业能够尽早的使用国产化的柴油机的部件。1.2 孔加工刀具的发展孔的加工量虽然没有平面的加工量多，但是在金属切削中占有很大的比例。孔的加 工比平面的加工要复杂些，孔的加工刀具也没有加工平面的刀具先进，直到近些年加工 中心的快速发展才使这种情况的到了一定的改善。气缸体上分布着各种各样的孔，不是 孔系的加工在汽缸体生产加工中仅占有 40%，而汽缸体的性能与质量很大程度上取决于 孔系的精度及加工质量。而孔系加工所使用的刀具间接的影响着汽缸体的质量，因此设 计并完善孔系的加工刀具是很有必要的。本篇论文以 DEUTZ1013 柴油机汽缸体为例对小型轿车柴油机汽缸体主要加工面进行 工艺分析及刀具设计。工艺分析过程中所制定的工艺卡及工艺过程卡对实际生产有指导 作用，加工后的汽缸体的精度也能够达到所期望的精度。2. 柴油机的简介2.1 柴油机的构造柴油燃烧使热能转化为机械能从而为柴油机提供动力。 柴油机的结构图如下：图 2.1柴油机的结构图表 2.1柴油机的结构柴油机的组成构成增压系统机械增压系统和废气涡轮增压系统冷却系统泵、冷却水套、风扇、散热器、节温器 等传动机构所有传动齿轮及皮带轮传动等润滑系统机油泵、机油池、限压阀、机油滤清器 等供油系统高压泵、喷油器、柴油虑、柴油管路等配气机构摇臂、摇臂轴、凸轮轴、挺杆、气门弹9簧等零部件启动系统启动电机、充电发电机、电瓶等监控系统温度表、压力表及相应的传感器件、转 速表曲柄连杆机构连杆、曲轴、活塞、活塞销、汽缸盖、 汽缸体、汽缸套等零部件2.2 柴油机的工作原理如下图为柴油机发动机的工作原理图：图 2.2柴油机的工作过程表 2.2柴油机与汽油机的差距1234汽油机吸入混合气压缩点火排气柴油机吸入空气压缩自燃排气柴油机工作时首先将新鲜空气注入活塞中，然后通过曲轴的转动对冲入活塞中的空气进行压缩，空气的燃烧放出的热量使其对外做工，最后将废气排出。2.3 柴油机特点不需要点火装置的柴油机是依靠压缩空气使内部温度高于柴油的自燃温度的方法 来实现对外做工的。供油系统更简单的柴油机比需要点火装置的汽油机具有更高的可靠 性以及更好的经济型。无需点火装置的柴油机具有更高的热效率。3. DEUTZ1013 系列柴油机汽缸体的加工工艺分析及设计3.1 汽缸体作用作为汽车的最重要的结构，柴油机的加工质量与精度能够直接影响着汽车的性能， 而柴油机的加工质量与精度又与他的基础零件汽缸体有着密切的关联。因此汽缸体的 加工质量及精度间接影响汽车的性能。 起到包容和支撑的作用，使传动件之间的相对运动不发生窜动同时也保证了传 动零件的精度。汽缸体也可以对实现零件间的润滑作用的润滑剂进行储存。 起到安全保护和密封的作用。与外界隔离开来，一方面能够使气缸内的零件不 受外界因素的影响，另一方面起到隔热、隔音和隔振的作用保证机器作业人员的人身安 全。 汽缸体能够使机器各部分比例协调。3.2 汽缸体材料分析只有具有足够的抗振性、强度、耐磨性和刚度的材料才能满足汽缸体受力比较复杂 的条件。灰铸铁的减摩性高、切削加工性好、耐磨性好、铸造性好、韧性好、以及缺口 敏感性低，且价格较低，因此汽缸体材料采用了灰铸铁。“HT”是灰铸铁的代名词，“ 250” 是抗拉强度为 250MPa 的意思。灰铸铁中 HT200 - 250 为 P 基，能够承受较高负荷，韧 性适中。故而 DEUTZ 1013 柴油机汽缸体则采用 HT 250 作为材料。3.3 汽缸体结构及加工特点汽缸体是由汽缸、支撑曲轴的曲轴箱、内腔（曲轴的运动空间）以及凸轮轴孔所组 成的，以下图 3 -图 6 为 Deutz1013 柴油机汽缸体的结构图。汽缸体是尺寸比较大的薄 壁零件，它上面有若干个孔及平面且加工的精度都要求比较高。像加工单体泵孔来说需 要达到珩磨的精度汽缸体上各个复杂的结构以及壁厚都是有安装在汽缸体上的零件的功用所决定的。 比如汽缸体上需要安有缸盖，所以汽缸体上就加工出了与之相配的的穴座用来安装缸 盖。汽缸体的下半部分与曲轴箱的上半部分的一体化产生了许多受力严重的空腔。为了 减轻汽缸体的重量，铸件壁厚应当尽可能的减少，但是由于汽缸体内部有水道和油道， 其加工具有一定的难度。图 3.1汽缸体的剖面图图 3.2汽缸体的俯视图图 3.3汽缸体的轴测图图 3.4汽缸体的三维图3.4 加工工艺性分析汽缸体加工工艺设计原则：生产线设备选择主要采用立式加工中心和卧式加工中心对汽缸体进行加工，像精度要求比较高的加 工就需要采用高精度的卧式加工中心进行加工来满足精度的要求。而对于加工精度要求 不太高的就采用专用的机床进行加工就可以了。工序集中原则 对于一些精度要求比较高的加工面来说应该采取一次装夹、一道工序完成全部加工，这样可以在一定程度上保证了加工精度的要求。刀具的选用如曲轴孔的精加工、汽缸孔等关键工序选用产自德国的 CBA 高精度铰刀；分别采用 平面盘铣刀和高精度刀具对汽缸体与缸盖的结合面以及平衡孔进行的精加工。夹具的设计与选用 液压保压夹具中的夹紧元件、液压泵以及液压的控制元件全部引进国外的优质的产品。工件的输送 工序之间采用机动滚道进行半自动装卸，而工序间的加工面的转换是由汽缸体零件自动翻转来完成的。3.5 加工技术要求3.5.1 加工孔的精度 汽缸体上有若干个不同的孔需要加工，孔与各零件间的配合质量会受到加工孔的位置精度及尺寸精度的影响，比如孔与轴相配合时就会影响轴的回转精度、传动平稳性、0轴承寿命以及噪声;孔与套筒、活塞等零件配合时，孔的加工精度会对两者间的相对运 动以及装配有一定的影响。加工孔的精度除了影响配合件的质量外还能够影响装配的质 量与精度。加工汽缸体上的孔时，孔的加工面的表面粗糙度、尺寸精度和形状精度都有 较高的要求。加工孔的精度必须控制在公差带之内，零件加工过程中除了汽缸孔、挺住 孔以及单体泵孔的公差等级能够达到 IT7 外，其他孔的公差等级都为 IT8。精度要求比 较高的孔的圆度误差要小于二分之一公差带。如f22.01+ 0.02 的挺柱孔的圆度误差要求 小于 0.01mm。3.5.2 孔的位置精度 若同轴的各轴孔的平行度误差以及轴线与端面的垂直度误差没有控制在所允许的范围之内就会影响轴承的回转精度和轴承精度。两个孔的轴线之间的平衡度误差必须控制在一定的范围内，若孔间的轴线间的相对位置发生了偏移，那么会造成汽缸体内部的 零件与外币的壁之间的间隙过小。与各孔轴心线平行的定位销孔轴线决定其孔对装配基 准的平行度误差和距离偏差。汽缸孔、挺柱孔以及单体泵孔每两个孔的轴心线间的距离的尺寸公差为 0.1 ； 凸轮轴孔、油道类孔和轮系孔的各个孔的轴心线间的同轴度为 0.01mm ； 允许各孔轴心线间在总长度上的平行度的允差为 0.15 0.5mm ； 各个孔的端面与其轴心线的垂直度误差为 0.015 0.02mm 。3.5.3 平面的精度底面 100 面与顶面 600 面作为加工其他平面和孔的基准，就要保证该两个面的平行 度的误差控制在所允许的范围之内，这样能够保证其他平面和孔的加工精度，同时也不 会对汽缸体与缸盖之间的装配的装配质量产生影响。汽缸体的各个主要加工面的平行度 的要求：汽缸体的上表面以及下表面的平行度误差为 0.025mm、/ 50mm ；其他平面的平行度误 差为 0.05mm、/ 75mm ；而瓦口面的平行度误差为 0.02mm、/ 60mm 。3.5.4 各个加工面的 Ra 值 单体泵孔、各面定位销孔、挺柱孔、汽缸孔以及轮系孔的表面粗糙度为 Ra 0.8汽缸体的上、下面的表面粗糙度 Ra 0.8其他平面的粗糙度 Ra 1.6 3.2其他孔的表面粗糙度 Ra 0.8 1.6瓦口面的表面粗糙度 Ra 1.63.6 毛坯分析DEUTZ1013 系列柴油机的汽缸体是对 HT250 灰铸铁的毛坯进行沙漠铸造，该气缸体 的年产量较大，因此为该零件为大批量生产。汽缸体在加工过程中，选择粗基准的时候 不仅应考虑热处理的加工工序同时也应该考虑已加工面与未加工面之间的位置及尺寸 的要求和加工余量的分配。3.7 工艺基准选择汽缸体的结构比较复杂，合理的加工工序在一定程度上能够提高加工的精度，从而 使汽缸体的加工质量的到了保证。3.7.1 粗基准的选择 下面是选择粗基准的要求 ：汽缸体的加工应该选择图六中左侧第一个气缸孔为基准来对过度基准右侧面进行 精铣从而保证各孔的加工余量均匀以及汽缸体内部的零件不接触箱壁。加工过程中汽缸孔的加工余量应该均匀分布、孔与箱壁的相对位置应该不发生变化，因此采用了可胀式 芯轴对汽缸体进行定位。3.7.2 选择精加工的基准 合理的精加工基准是在完成装夹的前提下减少加工的误差的一种加工方案。 汽缸体的精加工采用的是“一面两销”对零件进行定位，用来定位的两个定位销的销孔之间的尺寸公差应控制在 0.03mm 之内，而用来定位的基准面的平行度应控制在0.04mm / 800mm 之内。 工序间的工件的运输是利用滚子输送机完成的，利用已经加工过的平直的底面作为运输时运输基准，这样工件运输比较平稳，不会再运输的过程中发生倾斜的状况。3.8 主要工艺的确定像汽缸体这样结构复杂的箱体类零件，加工过程中主要就是对孔系及平面的加工。 汽缸体在加工过程中孔系的加工的尺寸精度与位置精度要比平面加工更难得到保证，因 此孔系与平面的加工工序的安排会影响着汽缸体的质量。3.8.1 确定孔系的加工方案 加工汽缸体的刀具应该要具有高效性以满足汽缸体的生产量的要求。同时考虑到加工的孔的精度的要求，选择具有涂层刀具的高效加工的专用机器来对汽缸体上的孔系进 行加工。孔加工方案：采用中心钻来打中心孔用麻花钻对已加工的中心孔进行钻孔用镗 床对孔进行粗镗用镗床对孔进行半精镗用镗床对孔进行精镗铰孔，若是精度要求 比较高的话还需要进行磨削，而螺纹孔则最后需要进行攻丝及倒角的加工。汽缸体上的 各个孔的精度要求，故而他们的加工的方案也不同。像单泵孔和挺杆孔就不需要中心钻 而是直接采用麻花钻进行钻孔，这样孔的精度相对来说会高一些，公差等级能够达到 IT 7 ，粗糙度能达到 Ra = 0.8 ；缸孔在精加工之后要进行珩磨，公差等级要达到 IT 7 ， 粗糙度 Ra = 0.8 ；加工精度不需要太高的孔只加工到精加工。3.8.2 确定各平面的加工方案平面的加工方案会选择粗铣-半精铣-精铣，这是根据车间的加工设备和工厂经验 得到的。采用粗刨-粗铣-半精铣-精铣-磨削的加工方案对基础平面 100 和 600 表面进行 定位和装配。3.8.3 孔和平面的加工顺序 汽缸体的加工过程中应该满足“先面后孔”的原则。将加工时参考的基准平面先加工出来，然后在以该平面为基准去加工其他的平面和孔系，这样能够保证孔系及其他平 面的加工精度。3.8.4 汽缸体加工中的冷却与排屑柴油机采用恒温冷却的方法进行冷却。汽缸体排屑是通过含有大流量冲屑系统和装 有高压双回路带旁通精过滤系统的单机独立排屑来完成的。3.9工艺尺寸计算确定毛坯件上汽缸体的上、下表面的尺寸。表 3.1汽缸体上、下表面的工序及尺寸工序名称190-7 序180-2 序180-1 序70序20序工 序 内 容精铣 600 面磨 100 面磨 600 面半精、精铣粗刨 100 、/mm100 面600 面工 序 余 量/mm0.30.21.523工序基本尺445.50-0.5445+0.10.446+0.1447.5+0.10449.5 0.2寸/mm所以毛坯尺寸W = 445.5 + 6 + 2 + 1.5 + 0.2 + 0.3 = 455.5mm3.10 切削用量选择（1）切削速度V c当主运动是绕着主轴中心进行转动时，切削速度的计算公式如下：V c = pdn /1000(m / min）其中 d -切削点处的直径， mm n -主轴的转速， r / min（2）进给速度V f 的计算 刀具切削工件的速度19V f =fn(m / min)其中 f -进给量， mm / rn -工件或刀具的转速， r / mm（3）210 工序中，精镗f31.7mm 的单体泵孔下端孔的切削用量的确定： 主轴转速为 n = 1300r / min进给量为 f= 80mm / r切削速度V c = pdn /1000(m / min）= 3.14 31.7 1300 /1000 = 129.5m / min ；进给速度V f= fn(m / min) = 80 1300 = 104m / min（4）其他参数见工艺卡。3.11工艺过程拟订拟订工艺过程卡片包括：工序号；工序名称;工序内容及要求设备的名称；工艺装备；切削用量零件的名称、材料和毛胚种类产品名称及型号等。详细的数据见工艺卡片。4.孔加工刀具的设计设计单体泵孔加工中第 150 序和第 210 序的部分加工孔的刀具，对第 210 序中的单 体泵孔的下端孔采用复合刀具一次完成扩和铰。单体泵孔下端孔加工过程中的第 150 序中加工f28mm 的麻花钻和 210 序中加工中 扩f31mm 的扩刀、镗f31.7mm 的镗刀、铰f32mm 的铰刀以及扩铰f32mm 的扩铰刀的刀 具要进行设计。4.1零件的加工过程图 4.1单体泵孔的结构图1）装夹和定位的方式采用磁力弯板式夹具对汽缸体进行装夹，利用底面 100 面和上面的两个定位销对 零件进行定位。图 4.2零件的定位及装夹图2)工序安排在第 150 序中对单体泵孔进行 100 面与 700 面的铣削以及孔 6 f28mm 的钻削，而 在 210 序中则需要对钻f43.5mm 、扩f41.7 /f43.7mm 、铰挤f42 /f44mm 的单体泵孔的上端孔以及扩f31mm、扩f31.7mm 、铰挤f32mm 的单体泵孔的下端孔进行加工。3)加工前的尺寸及表面精度精铣过后的 700 面的粗糙度 Ra = 1.6 ，粗镗f41mm 的单体泵孔的上端孔之后的粗糙 度 Ra = 12.5 ，在此之前单体泵孔的下端孔并没有进行加工，故下端孔的毛坯尺寸为f24mm 。4)加工刀具及加工余量的确定 加工平面的加工余量要取单边余量，如果是孔的话余量就要取双边余量。通过实际经验取各个参数为：在第 150 序中用采用面铣刀对 700 面进行精铣，是 700 面与凸轮轴孔中心得尺寸为0214+ 0.1 。加工单体泵孔上端孔的刀具及加工余量：表 4.2加工余量的确定工序号150 序210 序采用的刀具麻花钻复合扩刀精镗刀铰挤刀铰挤刀加工余量/430.70.3尺寸参数上端孔导向扩镗铰挤铰挤孔尺寸f31、/f38mmf31.7mmf42、/f44mm f32mm 的f28mm下端孔的下端孔的上端孔下端孔5）各加工工序的尺寸参数表 4.3各加工工序的尺寸参数加工部 位单体泵孔的上端孔单体泵孔的下端孔加工工 序钻精镗铰挤钻扩精镗铰挤加工余 量/0.50.20.3430.70.3加工精 度/H8H8H7H8H8H8H7表面粗 糙度Ra / mm251.60.8253.21.60.8基本尺 寸/mm41.5/43.541.7/43.742/44283131.732公差/+0.039+0.039+0.025+0.1+0.039+0.039+0.0256）加工工序及尺寸7）单体泵孔上的孔坐标的转换：图 4.3 单体泵孔的加工工序图麻花钻钻 6 f28 单体泵孔下端孔面铣刀铣 700 面，以凸轮轴测尺寸为麻花钻钻f43.5 / 36 ,倒角 45复合扩刀扩f31/f38mm , 倒角 60214+0.10多刃铣刀 差补铣 700 面精镗刀扩f31.7mm214+0.1 0铰挤刀铰/挤f32H 7 粗糙度为 Ra = 0.7精镗刀扩f41.7 /f43.7 ,粗糙度 Ra = 0.8铰挤刀铰/挤 f42H 8 /f44H 7 ,粗糙度 Ra = 0.8表 4.4各孔在 600 面上 1.10 孔为原点的二维坐标孔的序 号1.107.17.27.37.47.57.6X 坐标 值00-132-264-396-528-660Y 坐标 值0+226.9+266.9+266.9+266.9+266.9+266.9图 4.4转换前 600 面上各孔的位置图表 4.5换算之后的坐标值孔的序 号1.107.17.27.37.47.57.6X 坐标 值00+132+264+396+528+660Y 坐标 值0-266.85-266.85-266.85-266.85-266.85-266.85图 4.6转换后的 600 面上的各孔的位置图8）刀具参数 进给速度以及主轴的转速并不是计算的来的，而是根据加工的经验选取的。主切削速度计算公式为:v = dnp/1000(m / min)表 4.6各个刀具的参数刀具麻花钻扩刀镗刀铰挤刀加工的尺寸/mmf28f31f31.7f32主轴的转速r/mm10003501300120切削速度m/min130.434.7129.512.1进给量 r/min858580354.2 麻花钻的设计1）加工单体泵孔时 150 序中钻28mm 麻花钻的结构图如下： 图 4.7 麻花钻的示意图2)麻花钻的尺寸参数 麻花钻的钻头是倒锥状的，这样的结构能够减少钻头的外圆与孔壁之间的摩擦。直柄钻的倒锥度为 0.03 0.10mm /100mm ，而锥柄钻为 0.003 0.12mm /100mm 。粘性材料 和加工弹性变形较大的材料的倒锥度值可以取得大一些。加工所需要的麻花钻的尺寸D280 0.033 mm=-，因为选择的是直柄钻，所以倒锥度为 (0.03 0.10)mm /100mm 。3）麻花钻的螺旋角-加工硬、脆材料以及直径较小的钻头选择的角偏小，而加工软材料和直径较大的 钻头选择的角要偏大。螺旋角 b是由被加工的材料和麻花钻的直径决定的，故有加工 材料为铸铁、麻花钻直径 D = 280 0.033 mm 选取螺旋角 b = 30 。4）麻花钻的表面粗糙度的要求麻花钻柄部的表面粗糙度 Ra = 1.4 ；其切削刃间的沟部的粗糙度 Ra = 3.2 ；麻花钻 的切削刃的外圆的粗糙度 Ra = 3.2 ；而切削刃的后刀面的粗糙度 Ra = 3.2 。5）麻花钻材料及结构钻头 d 12mm 的麻花钻必须是以钢为工作部分材料的焊接的结构。采用 45 号钢作 为柄部的材料，在沟的尾槽放置焊接位置，柄部的横截面积不能少于工作面的横截面积 的 20%。6）麻花钻的公差要求钻头的工作外表面对其回转中心的径向圆跳动为 0.02 ，钻头中心线对工作部分的轴 线的对称度为 0.2 。7）几何参数的选择麻花钻有 6 个刃参加切削，如图 1.4 所示。 在设计过程中除了考虑切削参数的选取之外还要考虑其他因素的影响：横刃斜角y取横刃斜角y = 55顶角 2Kr取顶角 2kr = 118 外圆处后角a 取后角a = 8 10后刀面与外圆周的交线的状态切削刃后刀面的刃磨方式前角 ：螺旋角及心厚的选择确定了前角心厚按经验公式K = 0.22d0.87，取 K = 3.6mm ；心厚增量取每100mm /1.4mm 。刃背直径按经验公 q = 0.93d 确定 ，取 q = 23.72mm ； 按经验公式 q1 = q - (0.5 1.0) ，取 q1 = 22.7mm刃带宽 f 按经验公式 f8）麻花钻的尺寸= 0.174 d 0.175确定 f= 0.2mm全长： L = 180mm ；颈部：I1 = 20mm ；柄部： I 2 = 80mm；工作部分： I = 80mm ；4.3 扩刀设计如图为 210 序中扩f31mm 单体泵孔下端孔中所使用的扩刀的结构：l工作部分柄部 后角 fD全长F图 4.8扩刀的结构示意图选取扩刀的尺寸参数为：直径：310 0.05D = f-后角：a1 = 6 ,a2 = 20后角宽度： F = 1mm圆柱棱带： f= 0.5mm工作部分： I = 24mm 全长： L = 195mm 切削部分： I1 = 5mm柄部：I 2 = 80mm-直径： D = f320 0.039 mm粗糙度： Ra = 0.4 ；4.4镗刀的结构设计1）210 序中对单体泵孔下端孔加工孔f31.7mm 的镗刀小刀杆的示意图：图 4.9镶刀片的单刃组合镗刀小刀杆结构图上图的镗刀是能够提高扩削范围的单刃组合镗刀。按照图 16.单独制造小刀头。 2）选取切削参数：I = 20mmh = 4mm r = 0.5mm a = 11b = 15D = f16mm B = 10mm3）选择镗刀的刀杆选择 JT(ST)-TQC 倾斜型系列的刀杆作为镗刀的刀杆。如图所示为该刀杆的结构示 意图：29图 4.10型号为 JT40-TQC30-165 的镗刀刀杆示意图所选择刀杆的型号为 JT40-TQC30-165，镗头刀的型号则为 TQC1，这样的结构能够加工的尺寸范围为 D min D max = 30 42mm ，长度 L = 165mm ，刀柄长 M= 108mm 。4.5 铰挤刀设计1）铰刀的参数的设计 下面是设计铰刀直径时应当考虑的因素: 上道工序加工之后的孔的直径及加工精度；加工的孔的理论尺寸与实际尺寸之间的差值。铰刀的留磨量要能承受足够多次的刃磨次数。 铰刀的直径、加工精度以及留磨量之间的关系如下图所示。图 4.11铰刀的参数关系图有的铰刀铰孔之后孔会出现扩张的现象，对于这一类的铰刀的直径计算如下：D0maxD0 min= D w max - (Pmax + Z + T / 2)= D0 max - Pmax -d0（4.1）（4.2）D0 f= Dw min - Pmin + (Z + T / 2)（4.3）式中0.005mmD0 铰刀的直径D0 f 铰刀报废的直径Dw 铰刀铰孔的直径P 铰孔时铰刀的扩张量，根据经验选择的范围是 0.003 0.03mm ，这里取T 用来测量尺寸的工具的尺寸公差，这里为 0.0025mm ，上极限Z + T / 2 = 0.0051 ，而下极限则为 0.0025。Z 直径公差带中心与最大的铰刀直径 D max 之间的距离，这里取Z = 0.0039mmd0 铰刀在生产制造的过程中产生的公差，取 0.005mm 若铰刀加工时会出现扩张，则铰刀的备磨量 NB 由下列的计算公式得到：NB = D0min - D0 f= D0 min - Dw min + Pmin（4.4）经计算的： D0max = 32.0521-（0.005 - 0.0025 = 32.01mmD0 min= 32.0135 - 0.005 - 0.005 = 32.0035mmNB = 32.0035 - 32 + 0.005 = 0.0085mmD0 f= 32.0135 - 0.005.0.0085 + 0.0051 = 32.0051mm-得到铰刀部分直径为 D = f32.000 0.0039不同的工件材料其倒锥度也不同。像轻质合金、青铜等工件材料的倒锥度的取值为 为每 30mm 上取 (0.010 0.015)mm 。2）设计铰刀的齿数和槽形 采用偶数的铰刀可以便于测量直径，而直径的大小又会影响铰刀的齿数。除了直径外，加工精度和齿槽的容屑空间也会影响铰刀的齿数。 装配式结构的机用饺刀，其齿数计算公式如下：其中 Z -铰刀的齿数d -铰刀的直径(mm)。1Z = 1.5 d 2（4.5）精度不同的加工孔加工所使用的铰刀的齿数是不同的，用于加工高精度孔的铰刀的 齿数要高于加工低精度孔的铰刀的齿数。选择铰f30mm 的铰刀的齿数 Z = 6 。铰刀的刃背有做成直线的也有的是凹弧面的，一般来说是用带有一定的角度铣刀铣 出来的。铰刀的齿距均匀或者不均匀的在圆周方向上分布，若是不均匀分布能够将铰孔时留 下的痕迹给避免掉。下图是铰刀的齿的形状：图 4.12铰刀的齿形3）主偏角 Kr有一部分的加工余量去除是由铰刀切削工件来完成的，材料切削性能以及加工条件 影响着主偏角 Kr 的大小，如下图所示， Kr 角越小，其周向力也就越小。图 4.13主偏角 Kr 与周向力关系图切削刃的轴向力计算公式为： Ff= Fd sin Kr ，主偏角 Kr 的减小时轴向力也随之减小。对于机用铰刀来说选取主偏角 Kr = 15 。 4）前角gp如表所示，不同的铰削材料的前角也不同，根据下表进行前角的选择：表 4-6 前角gp 的确定工件的材料铰刀的前角gp淬火钢- 5 -15铸 铁0硬钢0 3中硬钢3 5软钢铜合金铝合金6 8合金钢不锈钢8 10耐热钢高铬不锈钢10 15铰削孔的材料是铸铁，所以选取前角gp = 0 。5）后角apa当 D 10mm 时，铰刀圆柱刃后角ap 的取值范围为10 12 ，当 D 10mm 时， p 的 取值范围为 6 8 。6）其他参数 后角宽度： F = 2mm圆柱棱带： f= 0.1 0.2mm工作部分： I = 10mm过渡部分：圆柱棱带： f= 0.1 0.3mm工作部分： I = 10mm图 4.14铰挤刀过渡部分齿形图挤刀部分：直径 ：32.030 0.0025D = f圆柱棱带 ： f-= 0.5mm工作部分 ： I = 20mm图 4.15铰挤刀挤刀部分齿形图铰挤刀柄部设计 柄部长度： I 2 = 80mm-柄部直径：f= 320 0.025 mm采用 YG6X 作为铰刀的齿刃的材料，用 40Cr 为，铰刀刀柄的材料 而热处理则采用HRC4045。4.6 复合扩铰刀设计采用高效率的复合铰刀或者铰、扩与钻的组合进行加工，这样不仅生产率能得到大 大的提高，还能保证同轴异径两孔的同轴度以及孔与其它旋转型面的同轴度。将 210 序中单体泵孔下端孔加工中扩f31mm 和铰f32mm 的刀具设计为复合扩铰 刀。1）扩刀部分参数：直径：310 0.05D = f-后角：a1 = 6a2 = 20后角宽度 ： F = 1mm圆柱棱带 ： f= 0.5mm工作部分 ： I = 50mm 切削部分 ： I1 = 24mm 全长： L = 102mm 2）扩刀部分参数： 过渡前角 ： Kr = 30直径：32+0.015D = f圆柱棱带 ： f-0.020= 0.3mm工作部分： I = 55mm3）其他参数： 全长 ： L = 270mm 柄长 ： I = 80mm- 0.柄部直径： D = f32+ 0 039 mm5.结论本篇论文以 DEUTZ1013 柴油机汽缸体为例对小型轿车柴油机汽缸体主要加工面进行 工艺分析及刀具设计。工艺分析过程中所制定的工艺卡及工艺过程卡对实际生产有指导 作用，加工后的汽缸体的精度也能够达到所期望的精度。所设计的扩和铰的复合刀具能 够节省一次的换刀时间，所设计的复合刀具不仅能使加工的孔的尺寸精度和位置精度仍 满足加工的精度，而且孔的加工精度在一定程度上能够得到提升。所以复合刀具的设计 不仅能提高加工的效率，还能提高孔的加工速度。对于各个加工的厂商来说无疑是一个 很好的设计。参考文献1济南柴油机厂编.柴油机结构与使用M.石油工业出版社,1978,12. 2范忠仁,陈世忠.刀具工程师手册M.黑龙江科学技术出版社,1985,05.3柳立康.EQ153 柴油机汽缸体加工工艺和所用设备的一些特点(上)J . 组合机床与自动化加工 技术,1991,01.4柳立康.EQ153 柴油机汽缸体加工工艺和所用设备的一些特点(下)J.组合机床与自动化加工技 术,1991,02.5洪莉莉.风冷柴油机汽缸体加工工艺分析J.机械制造与自动化,2005,05. 6郑秀凤.加工阀孔用复合铰刀J.工具技术,2000,05. 7朱建东.机用铰刀设计中相关参数的选择J.机械工程师,2003,02. 8时林. 麻花钻结构参数及刃磨方法的研究J.江南大学,2006. 9郭全领.汽缸体加工性问题原因调查与分析J.现代制造工程,2005(4). 10王宏娟.组合刀具的合理使用与选择J.工具技术,2011,45(5). 11张龙泉.浅谈组合刀具和应用J.科技资讯,2007(19). 12谭剑峰.组合刀具的设计与使用J.机电工程技术,2002,31(z1).13顾镇亚,冯忠民,Gu Zhenya,Feng Zhongming.新一代柴油机加工工艺研究J.柴油 机,2010,32(4).14陈位铭,黄河,Chen Wei-ming,Huang He.关于高质量汽缸体铸造工艺问题的探讨J.铸 造,2006,55(11).15张明霁.高速柴油机机体高精度高效加工工艺研究J.内燃机与配件,2011(11) 16周国刚.孔加工刀具的发展C.四川兵工学报,2008,29(6).17Ty G. Dawson and Dr. Thomas R. Kurfess. Wear Trends Of PCBN Cutting Tools In Hard Turning. /,June 27-29,2001.18L. Baverstock.Investigation Of Diesel Engine Cylinder Block Structural Performance Using Design Of Experiments. Altair Engineering Ltd, 2002.19 B. Dattaguru and A. K. Rao，Stress concentration and load diffusion in rectangular panels with constant stress flange,1969.附录一：外文翻译柴油机引擎欧洲市场设计的 ISBe 型柴油机登场; 其符合欧 3 排放标准，没有 EGR 和排气 再处理装置欧洲引擎同盟 (EEA) 的第一代产品在欧洲闪亮登场。最近在伯明翰召开的 商用车展示会上，Cummins 公司向世人展示了其生产的先进的符合欧 3 标准的 ISBe 型柴 油机，其包含一种 3.9 L、四汽缸、16 个汽门的引擎和一种 5.9 L、六汽缸、24 个汽 门的模型, 两者均有意取代现今欧洲市场的 B 系列柴油机。同时 Cummins 公司也展示它 的符合欧 3 标准的 ISCe 柴油机，其名称中的字母e 表示了这一款是专门为欧洲市场 设计的。 EEA 是 1996 年五月份宣布成立的，其由 Cummins 公司、CNH 在全球的 NV 公司 (从前的新荷兰)及 Iveco 公司共同投资组成。联盟主要致力于发展和生产一种新型的应 用于上下公路的每个汽缸 1.0L 的柴油机。Cummins 公司宣称，这种类型的发动机在北美 洲还没有公司提出。在宣布新的柴油机的同时，Cummins 公司指出 EEA 中的每一个合作 伙伴均生产自己的发动机,相互之间的产品有一些轻微的不同。在最近的公布的报道中 描述说,其之间的首要不同即为 Cummins 公司的发动机主要面对的是汽车上公路的使用, 其应用的是 Cummin 公司发动机电子控制的核心技术。整个系统,同时也应用在公司的 ISM 型及 600 型的发动机上，其设计主要是着手于使性能、经济性、喷射及自动监控等 各参数优化,以提供给发动机需要诊断的数据及必要的保护。 这些高度复杂的中间阶段动力组的应用将会给欧洲的卡车和公共汽车的驾驶员提供重要的价值,Peter McDowell,Cummin 欧洲汽车商业公司副总裁如是说，对于第一次应用的 ISBe 型以及 ISCe 型引擎来说，中间阶段动力组发动机的驾驶员将会有先进的设备,同时,生产力的提 高也对于 Cummin 公司的技术提高有很大的益处。 3.9L、四汽缸的 ISBe 型发动机有额 定功率分别为 135、150 和 170 马力三种,转速为 2500 转/分时输出扭矩为 369ft.lb., 而输出扭矩为 406 及 443 ft.lb.分别对应转速为 1200 转/分及 1600 转/分。5.9L、六汽 缸的 ISBe 型发动机有 185、220 和 250 马力三种,转速为 2500 转/分时输出扭矩为 516ft.lb.,而输出扭矩为 516 及 605ft.lb.分别对应转速为 1200 转/分及 1600 转/分。 这些新型的发动机全部在欧洲进行设计并且将会在英国的 Cummin 公司的车间制造。大 批量的生产要从明年开始,公司宣布。而发动机的主要构件将来源于 EU.,这也是 Cummin 公司的欧洲技术中心所在地,其提供发动机性能发展及交通工具的测试设备。依照 Cummins 公司的说法,典型的 ISBe 型发动机将应用在大卡车、能拉 25 吨的拖车、中小型 公共汽车、全长公车、专用的总重为 7.5 到 18 吨的交通工具、军用车辆等,这种发动机 的设计也为将来的欧 4 标准发动机打好了技术基础。 这种新型的 ISBe 型发动机提供 了许多操作方面的方便,McDowell 说, 新的发动机提供了很高的动力和扭矩,并且改良了燃油的经济性,在没有废气再处理及废气再循环装置(EGR)的情况下达到了欧 3 标准 。其他的进步方面还包括了增加了发动机的精度并减少噪音至 9 分贝, 而且减少了日 常的维护,对于发动机的使用标准油 E5 来说,它把一次性加油的使用期限延长为了行驶 30,000 英里。在保持了 B 系列发动机的紧凑的尺度和轻重量的基础上(四汽缸发动机为815.85 磅;较大的类型为 1036.35 磅),新型的发动机为了减少噪音和振动将外形流线用 一种梯形结构组装成一个稳定的整体,而且外行流线的整和除去外面的软管,代替为一 个清洁器设计,以增加冷却和润滑,并延长了发动机的使用寿命。四汽缸、3.9 L 的 ISBe 型发动机油容量为 13.74 夸脱,而六汽缸、5.9 L 的发动机有 20.61 夸脱的润滑油系统容 量。一根有盒式磁带型油封的高拉钢曲轴十分耐用,与之相连的连杆拥有一种新形的结 构,且碗状形燃烧室活塞嵌入了耐蚀镍圈。高功率的 ISBe 型柴油机的特点体现在其活塞 采用了直接冷却系统。低廉的养护摇杆系统被设计为在阀调整事项之前至少运行 124,000 里,Cummins 公司说。每个汽缸盖的四个阀包括整体的进气岐管和两个排气歧管, 以提高其适应繁重任务的能力。汽缸盖还增加了一个恒温器,改良了对冷却剂的控制能 力。3.9 L 的发动机有一个 8.98 夸脱的冷却系统容量,而比较大的发动机有一个 10.57 个夸脱的冷却系统容量。为了达到减小噪音的目的,发动机设计了一个隔离的顶盖和附 属的挺盖。另外发动机还含有一个橡绞垫圈以隔离来自引擎区块的油并且减少了噪音。 在伯明罕中展示的 ISBe 型发动机拥有一个 Bosch 普通轨条能源系统和 Cummins 公司的 核心电子管理系统,这已经应用在 Cummins 公司的较大型的柴油机上,如 Signature 600 及 ISM 型柴油机。喷油嘴被垂直安置在燃烧室的中央，提高了燃料的燃烧效率。被发动 机的控制系统(ECM)所掌握的可变的喷射时间提高了燃料在低发射水平的情况下的燃烧 效率。 ISBe 型发动机的交互管理能力设计是为了保护发动机和车辆,提高运转能力,增 加正常运转时间以及改良操作性能。其包含了加速度率控制,速度限制，发动机起步管 理,节流阀联锁,起动器联锁,多工法，巡航控制和闲置转矩控制,冷却离合器控制和 PTO 控制。可选择的功能包含路电驿,Cummins 公司的以 Windows 为基础建立的交互式诊断和 修护软件以及行驶管理软件。交互系统使用了 SAEJ1939 类型的数据链，以接受来自发 动机各部件如：电子传输,ABS 防抱死系统以及牵引控制等的数据输入,从而达到创立一 个沿着数据链的畅通无阻的信息流的目的。不足为奇，一些 Cummins 公司的附属公司已 经开始着手研究新型的 ISBe 发动机，其主要涉及的方面包括 Holset Wasteeegated 涡 轮增压器及对机油、水、燃料及空气的滤清装置。在设计时应使发动机的前部不承担结 构的负荷,前后的设计排列应将交流发电机和压缩机布置在排气装置一边以保持紧凑的 结构。六缸 ISBe 发动机还拥有一个 Poly-Vee 型单一的皮带自动张紧装置以提供高的 耐久力。背部齿轮驱动系统常用来从发动机后部驱动凸轮轴、燃料系统以及一些附件, 以减少发动机的噪音。采用 Bolted-on 结构的铝外壳是考虑到包装的适应性,另外背部 PTO 选择项也是可用的,Cummins 公司上述的。涡轮增压的布置及附件的选择通常是从为 原始设备制造商提供安装的适应性的方面设计的。特殊的选择包括了头尾的机油供给装37置及一个封闭的曲柄轴箱通风系统（CCV)。连同 ISBe 一起,Cummins 公司也介绍了 ISCe 型柴油机,这是一种从 Cummins 公司的 C 型发动机发展起来的产品。ISCe 型柴油机包括 了 225、260、300 马力三种。它是由 Cummins 公司在 Darlington 的欧洲技术中心优化 的符合欧 3 标准的发动机,以适应欧洲司机的各种要求,Cummins 公司上述的。 ISCe 型 发动机明确地被设计为适合范围广泛的特制车辆,包括市政的车辆,消防车,拌合机,公 共汽车和长途汽车。巧妙的电子控制使得发动机能够按步骤精确的完成工作循环以及操 作上的稳定,依照 Cummins 公司如是说。ISCe 型发动机也安装了 Cummins 公司的蓄电池 系统以及燃料系统。依照 Cummins 公司的说法,CAPS 无论发动机的速度为多少时均能提 供高的喷射压力,能提高百分之 20 的扭矩,并能改良冷却系统。另外,CAPS 技术还能够使 ISCe 型柴油机在没有排放再处理及 ERG 装置的情况下达到欧 3 排放标准。 ISCe 发动机 也使用了核心电子管理系统。在装备了 CAPS 及交互的电子系统后,ISCe 将能够为将来的 欧 4 排放标准发动机奠定一个理论基础,Cummins 公司说。 ISCe 型发动机使用了双重的 耐蚀镍活塞,为了改良放气,引擎配备了一个单一的,24 个气门组成的一根高耐磨、高强 度的铸铁凸轮轴。凸轮轴连接了一个新型的低价汽门系机构设计，使得发动机在气门需 维修之前能够连续运转 150,000。区块的设计是为了提供最大的强度及组合为完整的流 线机架。承担重任的构件，例如有专利权的中部-障碍物沾湿汽缸套能够很容易被更换, 甚至在两秒或是三秒钟的时间内。发动机过滤和冷却系统把一次加油运转时间延长为行 驶 25,000 里。巧妙的电子控制系统也改良了 PTO 负载控制精度,Cummins 公司上述道。 改良的低速转矩意味着 PTO 能使发动机在低速时可以更安静、更高效的运转。附录二：外文原文小型轿车柴油机汽缸你主要加工面工艺分析及刀具设计also illq)rove the collq)any stechnology has grea t benef its. 3.9L，four-cylinder engine wi th the Rated power f or 135, 150andl70 horsepower aref or2500 to speed切rque output for the time-sharing 创3们.lb.,andthe output torque to 406and 443f t. lb. correspondingto the speedfor the1200 /pointsand 1600 to 小points. 5. 9L, six-cylinder engine has 部0horsepower and 185, 220are for 伍。切speed 小torqueoutputforthe time-sharing 号16f t. lb., and the Output torque to 516 and605 f t. 1b. respectivel y- forhe corresponding speedTo the 1200 / 1600 and pointsto/ points. All of these newengine design in Europe and theUnited Kingdomwill be in the 顷贱豆豆mam由cturing workshop. Mass productionshouldbeginnextyear,the collq)anrnnounced. Themain enginesand collq)onentswill comefromtheE矶，顷熙及This甘alsotheseat oftheEuropean Technology-Centre, toprovideengine perf ormance development andtransportof test equipment. 坝贱照inaccordancewi th he collq)any,atypical 阜engines will beused牛in rge 吃rucks an pull 伍吃ons 白f trailers，宫mall -andnedium-sized buses, full-length bus, for a total weight of 7.5 to l8 tons of transpor t, military-vehicles,etc. Thisengine design for the futureof theEU-4standard engine lay-asolidtechnicalf oundation.Thenew 段 engineof f ers a nurnJ:er 叶opera山n叶convenience ，McDowell 叩d，斗henew盹ineo伯rshiandtorq1;1e and illP,rovedfuel economy, emissicns in the absence of further 1treatment and exhaust gas 四现那哄以即Device (EGR) to the circumstances of th日three European standards. Other- progress includes anincrease of the precisionand Teduceengine noise tonine 甘ecibels, andthe Teductionof Toutine maintenance , the use 甘standards f 口r engine口i1f 5, i.tistheOnetime Tefueling to ex tend 吃he period of useon30, 000 miles. Inthe Bseries enginesto maintain the COl!Q)act 百ize -and -light weight Dn吃he basis Of (f our-cylinder engine f or 也15.85 poun邸，larger 如r咄日type口f 1036. 35-pounds） ，吃he 惘wengine 口rder t口Tedtce n口ise and vibra ti 口n will be streamlined shape with a trapezoidal structure Assemble a stable 口vera l l, andlayf low l ines and removethe entire 口utside 口f thehose,insteadof foracleandesign,toincreasethe 口口lingandlubrica tion and extend thelif e of theengine. Four唰cylinder , 3.9 L of 咄e段 engine 咀l capacity 口f 13.74quar ts, and six-cylinder, 5. 9 L engine is 20. 6l quarts of lubrica ting 口il systemcapaci ty. A casset te tapewi ththehigh-SEAL pullsteel 小型轿草柴油机汽缸你主要加工丽工艺分析 及刀具设计一下L rankshbowl-shaped chamberandthe pistonringembeddedinthecorrosion resistance of nickel.The J黑旦hi gt叩ower dieselengi ne characteristi csembodi edini ts Detroi t used -a direct ooli ng system. Rocker lowonservation宫ystem节astiesigned to adjusttheva lvebefore thema t terat least124, 000inthe runni吨 f顷熙服said. Eachofthe four-cylinder valve cover,including theoverall intake of 坠队andtwoexhaustmani fold in orderto enhance i tsabil ity-to adapttothe arduoustask. Cyl inder Head alsoadded athermosta t, irrq:rovi ng the ability-to controlthecool ing可gent. 3.9Lengine-wi tha 8.98quartcapacity-of the ooling system,缸ldthebigenginehasa10. 57 quar tcool ingsystemcapaci ty. In order to ach1evethe purposeof reducingnoise, enginedesignof the-isolationofthe roof anda subsidiary-ofTing covered.Ano ther engi nealsohasarubber gaske t to be ableto isolatetheoil f romthe engineblock and reduce the noise. InBirminghamin the display of tt叫黠eng ine with a Boschcommon-ra il systemand 奴恩黑ofthe energy co即anyscoreelectroni cmanage阳1tsystern,which hasbeenused in thelarger 段熙黑dieselengines,四chas theSignatur e 600 and the ISMdiesel engine. Nozzl