毕业设计（论文）-发动机箱体机械加工工艺及孔夹具设计.doc

青岛理工大学 毕毕 业业 设设 计计（ （论论 文）文） 题目：题目：发动机箱体机械加工工艺及孔夹具设计发动机箱体机械加工工艺及孔夹具设计 学生姓名：学生姓名： 学生学号：学生学号： 院系名称：院系名称： 机电工程系机电工程系 专业班级：专业班级： 机电机电 094094 指导教师：指导教师： 2012 年年 5 月月 12 日日 毕业设计任务书毕业设计任务书 专业 机电一体化 班级 机电 094 姓名 杨小猪（2009891xx）下发日期 20011-4-4 题目题目发动机箱体机械加工工艺及孔夹具设计 专题专题 发动机箱体机械加工工艺规程及钻削 6-mm 孔专用夹具设计12 主主 要要 内内 容容 及及 要要 求求 主要内容： （1）确定生产类型，对零件进行工艺分析 （2）选择毛坯种类及制造方法，绘制零件-毛坯综合图 （3）拟订零件的机械加工工艺规程，选择各工序的加工设备和工艺装备，确定各 工序切削用量和工序尺寸，计算某一代表工序的工时定额。 （4）填写工艺文件：工艺过程卡片（或工艺卡片） 、工序卡片（可视工作量大小只 填部分主要工序的工序卡片） 。 （5）设计指定工序的专用夹具，绘制装配总图和主要零件图。 （6）撰写毕业设计说明书。 要求：在教师指导下，独立完成设计任务书，培养较强创新意识和学习能力，获得机 械工程的基本训练。使整个设计上是先进的，在经济上是合理的，在生产上时可行的。 工艺规程设计应满足加工质量、生产率、经济性要求，机床夹具设计方案应合理，有 一定的特色和见解。设计说明书不少于 2 万字，查阅文献 15 篇以上，翻译与课题有关 的英文资料 2 篇，绘制图纸折合总量不少于 2 张 A0。 主要技主要技 术参数术参数 该产品年产量为 5000 台，设其备品率为 16%，机械加工废品率为 2%，发动机箱 体的年产量为 5900 件/年 进进 度度 及及 完完 成成 日日 期期 2011.04.04-2011.04.14： 布置课题，理解熟悉设计任务，借阅资料，翻译英文文献， 制订设计计划。 2011.04.14-2011.04.21：分析、抄画零件图，绘制零件毛坯综合图。 2011.04.21-2011.05.03： 选择加工方案，确定工艺路线和工艺尺寸，编制机械加工工 艺规程。 2011.05.03-2011.05.23： 设计专用夹具，绘制夹具总装图及主要零件图。 2011.05.26-2011.05.30： 技术文件编制，编写完成毕业设计说明书，打印图纸，上交 说明书和图纸。 2011.06.02-2011.06.15： 请老师审阅毕业设计，准备答辩。 系主任签字日 期教研室主任签字日 期指导教师签字日 期 指 导 教 师 评 语 指导教师: 年 月 日 青岛理工大学毕业设计评阅意见表 设计题目发动机箱体机械加工工艺及孔夹具设计 评 分评价 项目 评价标准（A 级）满分 ABCDE 109876 文献 资料 利用 能力 能独立地利用多种方式查阅中外文 献；能正确翻译外文资料；能正确 有效地利用各种规范、设计手册等。 10 1920171815161314 12 综合 运用 能力 研究方案设计合理；设计方法科学； 技术线路先进可行；理论分析和计 算正确；动手能力强；能独立完成 设计；能综合运用所学知识发现和 解决实际问题；研究结果客观真实。 20 37-4032-3628-3125-2724 设计 质量 设计结构严谨；逻辑性强；语言文 字表准确流畅；格式、图、表规范； 有一定的学术水平或实际价值 40 1513-1411-12109 创新 能力 有较强的创新意识；所做工作有较 大突破；设计有独到见解 15 1513-1411-12109 工作 量 工作量饱满；圆满完成了任务书所 规定的各项任务。 15 总分 是否同意将该设计（论文）提交答辩：是（ ） 否（ ) 具体评阅及修改意见： 评阅人： 年 月 日 注：1.请按照 A 级标准，评出设计各项目的具体得分，并填写在相应项目的评分栏中； 2.计算出总分。若总分150500 大批量生产5005000 大量生产5000 在零件进行大量生产时，一般采用高效先进的方法，要有加工流水线，基于现 场的生产设备，充分利用现有设备的同时，应对设备进行适当的改造以促进生产的 发展。 2.1.3 箱箱体体结结构构和和功功用用的的分分析析 发动机约占整车质量的 15%，是一台机器的核心部件之一，它为机器的正常运 行提供动力。而发动机箱体类零件又是机器或部件的基础，它将机器或部件中的轴、 套、齿轮等有关零件组装成一个整体，使它们之间保持正确的相互位置，并按照一 定的传动关系协调地传递运动或动力。 发动机按照气缸的数目可分为单缸发动机和多缸发动机，有两个以上气缸的发 动机都称之为多缸发动机。同时又因为多缸发动机的气缸排列方式不同，可分为单 列式和双列式。单列式发动机的各个气缸排成两列。 常见的箱体类零件有：机床主轴箱、机床进给箱、变速箱体、发动机缸体和机 座。根据箱体类零件的结构形式不同，可分为整体式箱体和分离式箱体前者是整体 铸造、整体加工，加工较困难，但装配精度较高；后者可分别制造，便于加工和装 青岛理工大学毕业设计 8 配，但增加了装配的工作量。 箱体的结构形式虽然多种多样，但是仍有共同的主要特点：形状复杂、壁薄且 不均匀，内部呈腔形，加工部位多，加工难度大，既有精度要求较高的孔隙和平面， 也有许多精度要求较低的紧固孔。因此，一般中型机床制造厂用于箱体类零件的机 械加工劳动量约占整个产品的 15%20%。 气缸体应具有足够的强度和刚度，根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同， 通常把气缸体分为以下三种形式。 (1) 一般式气缸体其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。这种 气缸体的优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；但其 缺点是刚度和强度较差 (2) 龙门式气缸体其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。它的优点是 强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷；但其缺点是工艺性较差，结构笨重，加 工较困难。 (3) 隧道式气缸体这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承， 主轴承孔较大，曲轴从气缸体后部装入。其优点是结构紧凑、刚度和强度好，但其 缺点是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。 综合比较三种形式气缸体的优缺点，在本次设计中选用龙门式结构。 现代汽车上基本都采用水冷多缸发动机，对于多缸发动机，气缸的排列形式决 定了发动机外型尺寸和结构特点，对发动机机体的刚度和强度也有影响，并关系到 汽车的总体布置。按照气缸的排列方式不同，气缸体还可以分成单列式，V 型和 对置式三种。 (1) 直列式 发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的。单列式气缸体结构简单，加 工容易，但发动机长度和高度较大。一般六缸以下发动机多采用单列式。有的汽车 为了降低发动机的高度，把发动机倾斜一个角度。 (2) V 型 气缸排成两列，左右两列气缸中心线的夹角180，称为 V 型发动机， V 型发动机与直列发动机相比，缩短了机体长度和高度，增加了气缸体的刚度，减轻 了发动机的重量，但加大了发动机的宽度，且形状较复杂，加工困难，一般用于 青岛理工大学毕业设计 9 8 缸以上的发动机， 6 缸发动机也有采用这种形式的气缸体。 (3) 对置式 气缸排成两列，左右两列气缸在同一水平面上，即左右两列气缸中心线的夹角 180，称为对置式。它的特点是高度小，总体布置方便，有利于风冷。这种气缸 应用较少。 综合考虑三种排列形式的气缸体，在本次设计中采用直列式。 2.1.4 箱箱体体的的技技术术分分析析 由于箱体的加工质量将直接影响机器或部件的精度、性能和寿命，所以箱体零 件的加工精度对机器加工精度非常重要。在箱体零件各加工表面中，通常平面的加 工精度比较容易保证，而精度要求较高的支撑孔的加工精度以及孔与孔之间、孔与 平面之间的相互位置精度则较难保证。箱体零件的技术要求主要可归纳如下： (1) 主要平面的形状精度和表面粗糙度 箱体的主要平面是装配基准，并且往往是加工时的定位基准，所以，应有较高 的平面度和较小的粗糙度值，否则，直接影响箱体加工时的定位精度，影响箱体加 工的定位精度，影响箱体与机座总装时的接触刚度和相互位置精度。 一般箱体的主要平面的平面度在 0.10.03mm，表面粗糙度 Ra2.50.63m，各主要平面对装配基准面垂直度为0.1/300. (2) 孔的尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度 箱体上的轴承支撑孔本身的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度要求都较高，否 则，将影响轴承与箱体孔的配合精度，使轴的回转精度下降，也使传动件（如齿轮） 产生振动和噪声。一般箱体的主轴支撑孔的尺寸精度为IT6，圆度、圆柱度公差不 超过孔径公差的一半，表面粗糙度值为Ra0.630.32m。其余尺寸精度为 IT7IT6,表面粗糙度为 Ra2.50.63m。 (3) 主要孔和平面的相互位置精度 同一轴线的孔应有一定的同轴度要求，各支撑孔之间也应有一定的孔距尺寸精 度及平行度要求，否则，不仅装配有困难，而且使轴的运转情况恶化，温度升高， 轴承磨损加剧，齿轮啮合精度下降，引起振动和噪声，影响齿轮寿命。支撑孔之间 的孔距公差为 0.120.05mm，平行度公差应小于孔距公差，一般在全长取 0.10.04mm。同一轴线上主要平面间及主要平面之间垂直度公差为 0.10.04mm。 青岛理工大学毕业设计 10 2.1.5 箱箱体体的的材材料料分分析析 一、选材的一般原则： （1） 材料的机械性能 在设计零件并进行选材时，应根据零件的工作条件和损坏形式找出所选材料的 主要机械性能指标，这是零件经久耐用的先决条件。 （2） 材料的工艺性能 金属材料的基本加工方法有铸造、锻压、冲压、焊接、切削加工和热处理等。 各种加工工艺均有其工艺性能要求。材料的工艺性能的好坏对零件加工生产有直接 的影响。 一句所设计的零件的制造方法，应选用其工艺性能优良的材料，以降低制造成 本，减少废品的产生。 （3） 材料的经济性能 在满足使用性能的前提下，选用零件的还应注意降低零件的总成本。 一般来说，应优先选用价格低廉的材料。如尽可能选用碳素钢和灰铸铁，在难 以满足要求时再选用合金钢、球墨铸铁、铸钢或其它材料。 二、零件材料的选择 由于零件的工作状态，工作零件条件的要求，因此零件的材料必须具有综合机 械性能，耐高温、抗氧化性和组织稳定性等。根据查阅有关资料：箱体材料通常选 用铸铁，其详细介绍如下： （1） 灰铸铁 灰铸铁的显微镜组织由金属机体（铁素体和珠光体）和片状石墨所组成，相当 于在纯铁或钢的基础上嵌入了大量石墨片。 因其中的碳主要从游离石墨形式存在，并成片段状，断口为灰色。由于片状石 墨的存在破坏了基本的连续性，石墨尖端容易造成应力集中，所以灰铸铁的抗拉强 度低，塑性和韧性差，属于脆性材料，不能锻造和冲压，并且焊接性能材料很差， 不过其抗压强度受石墨的影响较小，但是灰铸铁铸造性能和切削性能优良。石墨的 存在使其有如下优越性能：优良的减震性，耐磨性好，缺口敏感性小。 灰铸铁的化学成分包括 C、Si、Mn、P、S 以及一些其他合金元素，各成分 所占比重见下表 2-2（以 HT250 为例）。 青岛理工大学毕业设计 11 表 2-2 灰铸铁 HT250 的主要化学成分及所占比重（ %） CSiMnPS 3.03.31.41.70.81.00.150.12 各元素对灰铸铁性能都有着重要的影响，详见 机械加工工艺手册 灰铸铁的牌号有 HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350 等 6 种，牌号右边的数字表示该牌号灰铸铁的抗拉强度最低值。 灰铸铁的机械性能与铸件壁厚有关，同一牌号的灰铸铁因铸件壁厚不同具 有不同的抗拉强度。各种牌号不同壁厚的灰铸铁性能达到强度参考值见机械加 工工艺手册 。机械性能见下表 2-3（以 HT250 为例）。 表 2-3 灰铸铁 HT250 的各种机械性能 牌号 抗拉强度 （Mpa bc ） 抗切强度 （MPa b ） 弹性模量 E(MPa) 疲劳极限 （MPa 1 ） 硬度 HB HT25078598127710812798127143269 灰铸铁的物理性能详见下表 2-4（以 HT250 为例）。 (2) 耐磨灰铸铁 在灰铸铁中由于加入少量合金元素，可不同程度地减小铁素体的数量，同时珠 光体也相应的细化。而且在珠光体内的铁素体的数量中固溶数量的合金元素，石墨 也一定程度的细化。由于上述组织的特点，显著地提高了铸铁的强度和硬度，具有 很好地保持连续油墨的能力，即保持良好的润滑性，能抵抗咬合或擦伤，在工作温 度中能保持较高的机械性能，如机床导轨、汽缸套、油塞环、凸轮轴等。 耐磨灰铸铁的切削加工性能都较好，但是刀具磨损比一般灰铸铁高。含磷较高 时，刨削应注意边缘处产生崩裂现象。磨削时，工时稍有增加，可采用大孔隙砂轮， 磨后表面粗糙度变细。人工刮研与攻丝等较困难。 (3)球墨铸铁 球墨铸铁（简称球铁）是将接近灰铸铁成分（也可包括某些合金元素）的铁水， 经镁或镁合金或者其它球化剂球化处理后而获得具有球状石墨的铸铁。由于这种铸 青岛理工大学毕业设计 12 铁中的石墨呈球状，所以大大减轻了石墨对基体的分割作用和尖口作用。球墨铸铁 具有灰铸铁的优良性能，又兼有钢的高强度性能，有比钢更好的耐磨性、抗氧化性、 减震性及小的缺口敏感性。它可以进行多种热处理以提高强度。 （4）可锻铸铁 可锻铸铁是将一定成分的白口铸铁经过石墨化退火（或脱碳退火）处理的一种 铸铁，也称韧铁或马铁。石墨退火时把共晶渗碳体和二次渗碳体全部分解，而共析 渗碳体则不可分解货部分分解货全部分解。因此，按基体组织又可分为铁素体可锻 铸铁和珠光体可锻铸铁。 可锻铸铁的性能优于灰铸铁，适用于动态载荷下要求塑性和韧性较高的铸件， 尤其是复杂薄壁的小件。厚度大的铸件需要采用复杂孕育处理。可锻铸铁的切削性 能好，车削加工性能优于易切钢。退火时产生的表层优于组织不均匀，对可锻铸铁 的切削性极为有害。可断铸铁有较好的减震性能优于球墨铸铁，低于灰铸铁，适用 于承受振动的零件，尤其是黑心可锻铸铁的，它的减震能力约为铸钢的3 倍，球 墨铸铁的 2 倍。 （5）蠕墨铸铁 蠕虫状石墨铸铁的石墨形似蠕虫，较短而厚，头部较圆蠕墨铸铁。国内过去将 这种铸铁称为稀土铸铁或稀土高强度铸铁，现称蠕墨铸铁。宏观断口呈暗墨色至浅 灰色。 蠕墨铸铁的机械性能介于基本组织的相同的优质灰铸铁和球墨铸铁之间。优于 石墨形态岁基体的破坏小，且具有一定的韧性。另一方面，又由于石墨是相互连接 的，强度和韧性都不如球墨铸铁。 蠕墨铸铁主要用于： 经受热循环载荷的铸件，如钢锭模、玻璃模具、柴油机缸盖、排气歧管等 要组织致密、耐压的铸件，如齿轮泵体、叶片泵体、换向阀体等。 要求强度高、形状复杂、断面尺寸差别大，用球墨铸铁、高牌号合金灰铸 铁都不易浇成的铸件。 （6） 特种铸铁 特种铸铁是特殊性能铸铁的简称，它是在腐蚀介质中，高温条件下或剧烈摩擦、 磨损等场合使用的铸铁，与相似条件下使用的合金钢相比，熔炼简便，成本廉价， 有很好的使用性能。特种铸铁的缺点是机械性能比合金钢低，脆性较大，容易破碎。 青岛理工大学毕业设计 13 根据选材的一般原则以及箱体工作的需要，结合各种铸铁材料的性能特性及应 用范围，发动机箱体的材料选为灰铸铁HT250。 表 2-4 灰铸铁 HT250 的物理性能 密度 （g/cm ） 3 7.257.35 02000.500.54 010000.670.71比热容 c J/g 常点熔点0.920.96 熔化潜热 （J/g）209230 热导率 W/m K4852 020011.512.0 线胀系数 al （10/） 6 050013.013.5 电阻率 （cm） 6575 2.2 发动机发动机箱箱体体毛毛坯坯的的设设计计 2.2.1 确定毛坯种类及加工方法的选择确定毛坯种类及加工方法的选择 在 2.1.2 已经计算过生产纲领，发动机箱体的年产量为5900 件/年。确定该箱 体的生产类型为大量生产。 一、确定毛坯种类 机械加工的加工质量、生产效益和经济效益，在很大程度上取决于所选的工件 毛坯。常用毛坯种类通常有型材、铸件、冲压件和焊接件等。毛坯选择通常从被加 工零件的材料、结构形状、几何尺寸和制造精度，以及各方面的生产条件五个方面 取考虑。合理的选择毛坯种类对随后价格中确保产品质量、缩短生产周期与降低生 产成本有着重要影响。 材料方面，往往是选择毛坯所要考虑的首要问题，一般根据零件的工作情况以 及工作中所起的作用来选择毛坯的种类。根据箱体在工作中的作用及要求选用材料 切削性好、耐腐蚀性好、耐磨性好、减震性好等，选用HT250 确定毛坯为铸件， 青岛理工大学毕业设计 14 其技术要求如下： 铸件应消除内力。 未注明铸造圆角为 R3R5，未注明壁厚为 5mm。 铸件表面不得有粘砂、多肉、裂纹等缺陷。 允许有非聚集的孔眼存在，其直径不大于6mm，深度不大于 1.5mm，相 距不小于 20mm，整个铸件上孔眼数不多于 5 个。 未注明倒角为 0.545。 去毛刺，锐角倒钝。 同一加工平面上允许有直径不大于3mm，深度不大于 1.5mm，总数不超 过 5 个孔眼，两空之间不小于 30mm。 涂漆按 NJ226-31 执行。 二、毛坯加工方法（铸造）的选择 铸造方法分为砂型铸造和特种铸造两大类。 砂型铸造 砂型铸造根据造型的不同可分为手工造型、一般机器造型和高压造型三类，其 类别、特点、应用范围以及铸造类别详见 机械加工工艺手册 相关的内容介绍。 也可根据砂型类别的不同分为干型、湿型、自硬性型，其特点和应用范围详见 机械加工工艺手册 相关章节。 特种铸造 特种铸造是指与普通砂型铸造有显著区别的一些方法。如压力铸造、熔模铸造、 金属型铸造、低压铸造、离心铸造、陶瓷铸造、实型铸造、磁型铸造等等，每种特 种铸造方法均有其优越之处和应用场合。近年来，特种铸造在我国得到了飞速发展， 其地位和作用日益提高。特种铸造方法的类别特点和应用范围见机械加工工艺 手册相关章节。 各种铸造方法的经济合理性 铸造方法的经济合理性与零件尺寸形状以及选择的铸造方法有关，其关系详见 机械加工工艺手册 。 各种铸造方法均有其优缺点及应用范围，不能认为某种方法最为完善。因此，必须 依据铸件的形状、大小、质量要求、成产批量、合金的品种记忆铸造条件等具体情 青岛理工大学毕业设计 15 况。进行全面的比较分析，才能得出正确的铸造方法。结合各铸造方法的特点及适 用范围，未来获得较好的机械性能和使用寿命，节约材料和切削加工时，提高生产 效率，降低成本，可选用砂型机器造型 2.2.2 毛毛坯坯的的工工艺艺分分析析及及要要求求 毛坯铸造时，应防止砂眼和气孔的产生。未来减少毛坯制造时产生的残余应力， 应使箱体壁厚尽量均匀，箱体浇注厚应安排时效或者退火工序。 （1） 铸件浇注位置的选择原则 铸件的重要加工面或者主要工作面一般应处于底面或者侧面，避免气孔、 砂眼、缩松、缩孔等缺陷出现在工作面上。如果这些加工面难以朝下， 应尽力使其位于侧面。当铸件的重要加工面有个数时，则应将大的朝下。 铸件大平面尽可能朝下或采用倾斜浇注，避免夹砂和夹渣缺陷。 将逐渐的薄壁部分放在铸型的下部或侧面，以免产生浇注不足、冷隔等。 对于容易产生缩孔的铸件，应使厚的部分放在铸件的上部或者侧部，以 便在铸件厚壁处直接安置冒口，使之实现在上而下的定向凝固。 （2） 分型面的选择原则 铸件尽可能在一个沙箱内或者加工面和加工基准面放在同一个沙箱内， 一保证铸件的尺寸精度。 尽量减少分型面的数量 尽量减少型芯或者活块的数量，并尽量降低沙箱的高度，以便起模和修 型。 把主要的型芯放在下半沙箱中，以利于下芯，合箱和便于检查型腔尺寸。 为了使砂芯便于从砂型中取出，凡垂直于分型面的立壁在制造模样时必须留有 起模斜度，起模斜度的大小取决于与立壁的高度，造型方法，模样材料等因素，通 常为 153，为使型砂便于从内腔中脱出，以形成自带型芯，内壁的起模斜度应比 外壁大，通常为 310。 青岛理工大学毕业设计 16 由于合金的线收缩，铸件冷却后的尺寸将比行腔尺寸略小，为保证铸件应有的 尺寸，模样尺寸必须必铸件放大一个该金属的收缩量。铸件的实际线收缩量除随合 金的种类而异外，海域铸件的形状，尺寸有关。通常铸铁为0.7%1.0%。 结合发动机箱体的结构，形状及尺寸，分型面选在箱体零件图-俯视图零线 位置。浇注口位置分别选在位于中间缸孔的两侧，选取起模斜度为3，灰铸铁的 线收缩率设为 1.0%。 2.2.3 毛毛坯坯余余量量和和公公差差的的确确定定 （1） 确定毛坯的余量 毛坯余量的确定：根据机械加工去除量，从后往前推。同时考虑毛坯制造过程 中存在的氧化皮层裂纹、杂质等各种缺陷，并也根据工人的操作水平按直径 1012mm，厚度 11mm，平均每面在 5mm 左右。 机械加工余量 砂型铸造（采用手工造型或机器造型）所生产的灰铸铁、球墨铸铁、耐热铸铁 和耐蚀铸铁等铸件的加工余量见 机械加工工艺手册 ，表 3.1-26 和表 3.1-27。 铸铁件的加工余量共分 9 个等级513 级。又按零件图的基本尺寸大小分为 10 个尺寸组。由于机械加工和铸造工艺上的要求，允许挑选其它等级的加工余量， 但是应在有关图样和技术文件上注明。铸孔的机械加工余量一般按浇铸时的位置处 于顶面的机械加工余量选择。 对成批和大量生产的铸件的加工余量由 工艺人员手册 查得，各表面的余 量见表 2-5。 表 2-5 发动机箱体各表面总加工余量 /mm 加工表面基本尺寸加工余量等级加工余量数值 上表面330106 下表面330106 两侧面305.6106 两侧面330106 青岛理工大学毕业设计 17 缸孔 3-89.4 89.493.5 主轴孔69 6993.5 凸轮轴孔49 49102.75 铸造工艺余量 铸造工艺余量是为了确保铸件质量，满足铸造工艺和机械加工工艺要求而多架 在铸造毛坯上的金属。在零件加工完毕时应将它去除掉。如果不影响零件的使用性 能，又经设计部分允许，也可保留在零件上。 铸造工艺余量的大小、形状及位置取决于工艺需要及零件结构，它在铸件图上 的表示方法与加工余量相同，常见的工艺余量形式有工艺凸台、增强刚度的支撑、 补缩余量、工艺肋等。 （2） 毛坯的尺寸公差 铸件的尺寸公差代号为 IT，公差等级为 16 级，各级公差值列于 机械加工 工艺手册表 3.1-21 和表 3.1-22。壁厚尺寸公差可以比一般尺寸的公差降一级，例 如：图样上规定一般的公差为 IT10，则壁厚尺寸公差为 IT11。公差带应对称于铸 件基本尺寸设置，有特殊要求时，可采用非对称设置，但应在图样上说明。铸件基 本尺寸是铸件图样上给定的尺寸，包括机械加工余量。 成批和大量生产 公差等级见机械加工工艺手册 ，对于成批和大量生产的铸件，可以通过 对设备和工装的改进、调整和维修，严格控制型芯位置，获得比表3.1-24 所列更 高的等级。一种铸造方法铸造尺寸的精度取决于生产过程的各种因素，其中包括： 铸件结构的复杂性；模型和压型的精度；铸造金属及合金种类；铸造厂的操作水平。 小批量和单件生产 公差等级见机械加工工艺手册 ，对小批量和单件生产的铸件，不适当采 用过高的工艺要求来提高公差等级，通常是不合理的。 由于铸件大量生产，毛坯制造方法采用砂型机器造型，由表3.1-24，铸件尺 寸公差等级为 IT10 级，表 3.1-23 选取错箱值为 1.0mm。 又见表 3.1-27，得铸铁件加工余量等级为 7 级，表 3.1-26 选加工余量为 青岛理工大学毕业设计 18 6mm，所以可确定主要加工面的总余量见下表2-6。 表 2-6 主要表面的 毛坯尺寸及公差/mm 主要面尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸公差 上表面3306+63420.046 下表面3306+63420.052 两侧面305.66+6317.60.052 两端面3306+63420.052 缸孔 3-89.4 89.43.5+3.582.40.011 主轴孔69 693.5+3.5620.022 凸轮轴孔49 492.75+2.7544.50.025 2.3 工艺路线设计工艺路线设计 2.3.1 零件图的工艺分析零件图的工艺分析 2.3.1.1 工艺路线设计的一般思路 在设计工艺路线时，首先要选择各表面的加工方法。各表面由于价格精度的要 求，一般不能只用一种价格纷纷，一次加工就能达到要求，对于主要面来讲，往往 需要几次加工，由粗到精逐步达到要求。拟订箱体类零件工艺过程时一般遵循以下 原则： “先面后孔”的原则。先加工平面，后加工孔，是箱体零件加工的一般规律。 这是因为作为精基面的平面在最初的工序中应该首先加工出来。而且平面加工出来 以后，由于切除了毛坯表面的凹凸不平和表面夹砂等缺陷，使平面上的支撑孔的加 工更方便，钻孔时可减少钻头的偏斜，扩孔和铰孔时可防止刀具崩刃。 有些精度要求较低的螺纹孔，可根据加工的方便及工序时间的平衡，安排其工 序的次序。但是由于保证箱体部件装配关系的螺纹孔、销孔以及与轴承孔相交的润 滑油孔，则必须在轴孔精加工后铰钻。前者是因为要以轴孔为定位基准，而后者会 影响孔精细镗时的加工质量。 青岛理工大学毕业设计 19 “粗精分开，先粗后细 ”的原则。由于箱体结构复杂，主要表面的精度要求 较高，为减少或消除粗加工时产生的切削力、夹紧力和切削热对加工精度的影响， 一般应尽可能吧粗精加工分开，并分别在不同机床上进行。至于要求不高的平面， 则可将粗精两次走刀安排在一个工序内完成，以缩短工艺过程，提高工效。 2.3.1.2 零件的技术分析 零件图式制造零件的主要依据。在设计工艺路线之前，首先需要仔细地进行工 艺分析，了解零件的功用和工作条件，分析精度和其它技术要求，以便更好地掌握 结构特点和工艺关键。 制定工艺路线的出发点，应该是应当使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度 等技术要求能得到合理的保证。选用适当的机床，既保证生产进度，又要考虑经济 效果，降低生产成本。 零件的技术要求分析 加工表面的尺寸精度 主要加工表面的形状精度 主要加工表面之间的相互位置关系 各加工表面粗糙度以及表面质量的其他要求 热处理要求及它技术要求（如动平衡） 零件的视图、技术要求是否齐全 主要技术和加工关键 零件图所规定的加工要求是否合理 零件的选择是否恰当，热处理要求是否合理 2.3.1.3 零件结构 （1） 结构组成平面、内外圆柱面、成形面、螺旋面 （2） 机构组合轴类、套筒类、箱体类、盘环类 （3） 结构工艺性保证使用要求的前提下，能否以高效率和低成本制造 箱体的结构特点一般是结构组成比较复杂，壁薄且壁厚不均匀，加工部位多， 加工表面有数个平面与孔系，加工难度大。 2.3.1.4 零件主要表面的要求及保证方法 （一） 零件的主要表面的要求 在设计工艺路线时，首先要选择各表面的加工方法、各表面由于加工精度的要 青岛理工大学毕业设计 20 求，一般均不能只用一种加工方法，一次加工就能达到要求，对于主要表面来说， 往往需要几次加工，由粗到精逐步达到要求。 零件的主要表面是指零件和其它表面配合的表面或是参与加工过程中表面。在 发动机箱体上，主要表面是箱体上下面、箱体两侧面及两端面，以及主轴孔、缸孔、 两侧六孔的结合面。 主要的表面的本身要求较高，而且零件的构形精度以及材料的加工性能等问题， 都会在主要表面的加工中反应出来，主要表面的加工质量对零件工作时的可靠性与 寿命有很大影响。因此，在设计工艺路线时，首先要考虑如何保证主要表面的精度 要求。 （二） 主要表面加工方法的选择 箱体的主要加工表面为平面和轴承支孔。箱体平面的粗加工和精加工，主要采 用刨削和铣削，也可采用车削。铣削的生差率一般比刨削高，在成批生产和大量生 产中，多采用铣削。当生产批量较大时，还可采用各种专用的组合铣床对箱体各平 面进行多刀、多面同时铣削；对于尺寸较大的箱体，也可以在龙门铣床上进行铣削， 以便有效地提高箱体平面加工的生产效率。箱体平面的精加工，在单件小批量生产 时，除一些高精度的箱体仍需手工刮研之外，一般多以精刨代刮；当生产批量大而 且精度要求又高时，多采用磨削。为了提高箱体平面加工的生产效率和平面间的相 互位置精度，还可采用专用磨床进行组合磨削。箱体上精度为IT7 的轴承支撑孔， 一般采用钻-扩-粗铰-精铰或镗-半精镗-精镗的工艺方案进行加工。前者用于加工直 径较小的孔，后者用于加工直径较大的孔。当孔的精度超过IT7、表面粗糙度小 于 0.63m 时，还应增加一道最后的精加工或精密加工工序，如精细镗、研磨、滚 压等。 （三） 重要的技术要求及保证方法 重要的技术要求一般指表面的形状精度和位置关系精度、热处理、表面处理、 无损伤等。重要的技术要求是影响工艺路线的重要因素之一，特别是位置精度要求 较高时就会有很大的影响 箱体上的主要配合表面的精度为 IT7，查表 4.2-1 得粗糙度是 Ra1.6，用粗铣- 精铣就可达到要求，位置精度由机床专用夹具保证。而主轴孔及缸孔的要求稍高一 点，精度要求为 IT6，查表 4.2-1 得粗糙度为 Ra0.8，查表 4.2-4 得，用粗镗 -半精 镗-精镗即可达到要求，位置精度同样由机床夹具保证。 青岛理工大学毕业设计 21 箱体上的螺纹孔可用钻、铰、攻丝可以达到，位置精度和尺寸精度由机床专用 夹具和刀具保证。 箱体各表面对基准面的跳动要求用互为基准保证，粗糙度用加工工序以及合理 的使用刀具来保证。 对箱体的机械性能的要求，可通过对零件进行热处理工序合理安排来提高材料 的机械性能。 对箱体表面的加工要求可用腐蚀检查证明。 无损探伤的安排对工艺路线的设计也有着较大的影响。无损探伤被检测对象的 前提下，探伤其内部及外表面的缺陷的现在检查技术。检查公交爱你内部质量的探 伤方法有 X 射线、超声波等；用于检查表面缺陷的探伤方法有磁力探伤、荧光探伤、 涂色腐蚀等。箱体采用超声波探伤内部质量。由于超声波有35mm 的死去，必 须在探伤厚加工取出表面，所以应将超声波探伤安排在工艺过程开始时进行。就箱 体加工过程来看，超声波探伤应安排在粗加工之前。 2.3.2 加工方法的选择加工方法的选择 零件表面加工方法的选择，不但影响加工质量，而且也要影响生产效率和制造 成本，因此，在选择加工方法时，应考虑每种加工方法的加工精度范围；材料的性 质及可加工性；工件的结构形状和尺寸大小；生产率的要求，工厂或车间的现有设 备和技术条件。 零件表面的加工方法，首先取决于加工表面的技术要求。这些技术要求还包括 由于基准不重合而提高对某表面的加工要求，首先选择能保证该要求的最终方法， 然后确定各工序、工步的加工方法。 加工同一类型表面，由于条件不同，可以有不同的加工方法。影响表面加工精 度的选择因素 :表面的形状、尺寸。粗糙度和精度，以及零件的整体的构形、重量、 材料和热处理等。另外，产量和生产条件也是影响因素。 结合以上要求，由于零件生产类型为大量生产，所以在对发动机箱体各表面加 工时采用粗铣 -精铣；对主要孔进行加工时，例如主轴孔及缸孔，根据精度要求采用 粗镗-半精镗-精镗，对挺杆孔加工时，采用钻 -扩-铰-挤的加工路线；对螺纹孔加工 时采用钻-攻。 青岛理工大学毕业设计 22 2.3.3 箱体的材料及热处理箱体的材料及热处理 工件材料与热处理对加工方法的选择有着很大的影响。前面已经分析过，发动 机箱体的材料选为 HT250，选择砂型铸造。热处理后的变形，特别是热处理厚材料 的硬度，对加工方法的选择有很大的影响。因此，在制定加工路线时，要合理安排 热处理的位置。例如，箱体为了消除铸造内应力，防止加工后的变形，使加工精度 保持长期的稳定性，要进行时效处理。对于尺寸大、结构复杂的铸件，需要在粗加 工前、后各安排一次时效处理；对于一般铸件在铸造后或加工前安排一次时效处理； 对精度高、刚度差的零件，在粗车、粗磨、半精磨后安排一次时效处理。在人工时 效处理的工艺规范为加热到 530560，保温 68h，冷却速度 300/h，出炉 温度200。 2.3.4 阶段的划分阶段的划分 工艺路线按工序的不同，一般可分为几个阶段：粗加工阶段、半精加工阶段、 精加工阶段。 （1） 粗加工阶段 该阶段的主要任务是切除大部分余量，其特点是切削用量大，因此切削力、切 削热和夹紧力都很大，所以加工精度不高。例如，对于发动机箱体来说，刚开始要 对箱体的各个面进行粗铣加工，另外还有对缸孔及主轴孔的粗镗都属于粗加工阶段。 （2） 半精加工阶段 这个阶段的任务是达到一般的技术要求，及各次要平面达到最重要求，并为主 要精加工做准备。本阶段的加工特点是加工余量小，加工精度有所提高。在发动机 箱体加工过程中，半精镗缸孔以及两侧的六孔就属于细加工阶段，为后面的精镗做 准备。 （3） 精加工阶段 这个阶段的任务是达到所有表面的技术要求（主要是主要表面的加工质量）。 其特点是加工余量小，加工精度很高。在发动机箱体中，对箱体各面的精铣以及对 缸孔及两侧六孔的精镗都是精加工阶段的内容。这个阶段的主要问题是如何保证零 件的质量。 青岛理工大学毕业设计 23 发动机箱体的加工大致也分为粗、半精、精三个阶段，粗加工阶段之后用超声 波进行检验。因为超声波探伤存在死区，可在细加工后切削去掉。在粗加工之后， 精加工之前应有一段存放时间，以消除加工内应力。 2.3.5 工序的集中与分散工序的集中与分散 在设计工艺路线时，当选定了各表面的加工方法和确定了阶段划分后，就可以 将同一阶段的各加工表面组合成若干工序。组合时各表面可采用集中和分散的原则。 工序集中原则是使每个工序包括尽可能多的内容，因而总的工序数目少；工序分散 原则与其相反。工序集中于分散要影响工序的数目和工序内容的繁简程度。 2.3.5.1 工序集中的特点 工序数目少，工序内容复杂，因而有： （1） 简化了生产组织工作； （2） 减少了设备数目，从而节省了车间面积； （3） 减少了安装次数，缩短了共建的运输路线，有利于提高劳动生产率和缩 短生产周期； （4） 有利于采用高效率的设备，特别是数控机床和加工中心等设备，可提高 产品质量和生产率； （5） 设备成本费用高，调整时生产准备时间长。 2.3.5.2 工序分散的特点 工序数目多，加工内容简单，因而有 （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，产品变换简单； （3） 设备数目多，生产面积大，生产组织工作复杂，生产周期长。 2.3.5.3 影响工序集中于分散的因素 工序的分散和集中程度必须根据生产规模、零件的结构特点和技术要求、机床 设备等具体生产条件综合分析。两种原则各有特点，应结合实际情况适当的集中与 分散。 青岛理工大学毕业设计 24 2.3.6 基准的选择基准的选择 基准是机械制造中应用得十分广泛的概念，是用来确定生产对象上几何要素之 间的几何关系所依据的点、线、面。从设计和工艺两方面看基准，可把基准分为两 大类，即设计基准和工艺基准。 2.3.6.1 设计基准 在设计零件时，应根据零件在装配结构中的装配关系以及零件本身结构要素之 间的相互位置关系，确定抱住尺寸（或角度）的起始位置。这些尺寸（或角度）的 起始位置称为设计基准。简言之，设计图样撒谎那个所采用的基准就是设计基准。 2.3.6.2 工艺基准 零件在加工工艺过程中所采用的基准称为工艺基准。工艺基准可进一步分为： 工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。 （1） 工序基准 在工序图上用来确定本工序所加工表面加工尺寸、形状、位置的基准，称为工 序基准。在设计工序基准时，主要考虑如下几个方面的问题： 应首先考虑用设计基准作为工序基准 所选工序基准应尽可能用于工件的定位和工序尺寸的检查 当采用设计基准作为工序基准有困难时，可另选工序基准，但必须可靠地 保证零件设计尺寸的技术要求。 （2） 定位基准 在加工时用于工件定位的基准，称为定位基准。定位基准是厚的零件尺寸的直 接基准，占有重要的地位。定位基准可进一步分为：粗基准、精基准，还有附加基 准。 粗基准 未经机械加工的定位基准称为粗基准。加工精基准时定位用的粗 基准，应保证重要加工表面（主轴支撑孔）的加工余量均匀；应保证装入箱体中的 轴、齿轮等零件与箱体内壁各表面间有足够的间隙；应保证加工后的外平面与不加 工的内壁之间壁厚均匀以及定位、夹紧牢固可靠。 在选择粗基准时，应注意以下几点： （a） 如果必须首先保证加工表面与不加工表面之间的位置要求，应以不加工表 青岛理工大学毕业设计 25 面为粗基准。如果在工件上有许多不需要加工表面，则应以其中与加工面 的位置精度要求较高的表面作粗基准。 （b） 如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀，应选择该表面作为粗基准。 （c） 选作粗基准的表面，应平整，没有浇口、冒口或飞边等缺陷，以便定位可 靠。 （d） 村基准一般只能使用一次，特别是主要定位基准，以免产生较大的位置误 差。 为此，通常选择主轴孔和主轴孔相距较远的一个轴孔作为粗基准。若铸造时各 轴孔和内腔泥芯是整体的，且毛坯精度较高，则以上各项要求一般均可满足。粗基 准定位方式与生产类型有关。生产批量较大时采用专用夹具，生产率高。 精基准 经过机械加工的定位基准称为精基准。精基准的选择对保证箱体 类零件的技术条件要求十分重要。在选择基准时，首先要遵循“基准统一”原则， 即使具有相互位置精度要求的加工表面的大部分工序，尽可能用同一组基准定位， 这样就可避免因基准转换带来的误差，有利于保证箱体零件各主要表面间的相互位 置精度。除此之外还应遵循以下几点： （a） 用工序基准作为精基准，实现 “基准重合”，以避免产生基准不重合误 差。 （b） 当精加工或光整加工工序要求余量尽量小而均匀，应选择加工表面本身 作为精基准，即遵循 “自为基准”原则。该加工表面与其它表面间的相 互位置精度要求由先行工序保证。 （c） 为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可遵循互为基准、反复加 工的原则。 附加基准 零件上根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准，称为附 加基准。 （3） 测量基准 在加工中或加工后用来测量工件形状、位置和尺寸公差，测量时 所采用的基准，称为测量基准。 （4） 装配基准 在装配时用来测量确定零件或部件在产品中的相互位置所采用的 基准，称为装配基准。简言之，就是零件在装配时所用的基准。 青岛理工大学毕业设计 26 2.3.6.3 定位方式阐述 （1） 工件以平面定位 平面定位的主要方式是支撑定位，夹具上常有的支撑元件有以下几种： 固定支撑 有支撑钉和支撑板两种形式 可调支撑 其支撑点的位置可以调整，当工件定位表面不规整或工件与毛坯 之间尺寸变化较大时，常用此支撑。 自位支撑 其在定位过程中，支撑点位置可以自动调整其位置以适应工件定 位表面的变化及有角度误差的平面定位。 辅助支撑 其是在工件定位完成后才参与支撑的原件，它不起支撑作用，常 用语加工过程中。 （2） 工件以圆柱孔定位 心轴 心轴的形式很多。有刚性心轴、弹性心轴、液塑心轴。自动定心心轴。 这些心轴在工件定位同时将工件加紧，使用方便。限制了除绕工件自身轴线转动和 轴线移动以外的 4 个自由度。 定位销 其工作部分直径 d 通常根据加工要求和考虑便于装夹，按 g6，g7，f6，f7 制造。 定位销与夹具体的联接可采用过盈配合，也可采用间隙配合，圆柱定位销通常 限制工件的 2 个自由度。圆锥销限制 3 个自由度。 （3） 工件以外圆表面定位 有定位定位和支撑定位 2 种形式，最常用的 V 型块。 （4） 在加工箱体类零件时常采用一面两孔组合定位，夹具上相应的定位元件是一 面两销，为避免过定位，一个销应采用菱形销。 综上所述，在加工此箱体的时候，我采用一面两孔（或者一面两销）定位。 2.3.7 拟拟定定发发动动机机箱箱体体的的工工艺艺路路线线 根据各表面的加工要求和各种加工方法能达到的经济精度。查表4.2-1，确定 表面的加工方法如下： 表 2-7 发动机箱体各表面的加工要求和加工方法 加工表面加工精度加工粗糙度 Ra（m）加工方法 青岛理工大学毕业设计 27 （IT） 上表面73.2粗铣-精铣 两端面73.2粗铣-精铣 两侧面73.2粗铣-精铣 凸轮轴孔71.6粗镗-半精镗-精镗 挺杆孔60.8钻-扩-铰-挤 缸孔60.8粗镗-半精镗-精镗 内腔小凸台1212.5粗铣 螺纹孔钻-攻 根据先面后孔、先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则，将上下面、 两侧面、两端面及缸孔和主轴孔的粗加工放在前面，精加工放在后面，主轴承盖结 合面、后端面以及上下面的螺纹孔放在最后面。 制定工艺路线如下： 05 铸造 铸坯、清理、喷丸。消除内应力、涂漆 10 铣 粗铣上、下表面 20 铣 粗铣两侧面 30 铣 粗铣两端面 40 铣 精铣上、下面 50 铣 精铣两侧面 60 铣 精铣两端面 70 镗 粗镗缸孔及主轴孔 80 镗 粗镗缸孔及凸轮轴孔 90 钻 钻后端面及上、下面各孔 95 钻 斜油孔引窝 100 钻 钻缸盖及两侧面各孔 110 镗 半精镗缸孔及凸轮轴孔 120 镗 镗平衡轴止推槽 130 钻 钻斜油孔 青岛理工大学毕业设计 28 140 镗 精镗缸孔及凸轮轴孔 150 钻 钻主轴承盖结合面三孔，扩缸盖六孔 160 钻 钻、扩、铰、挤挺杆孔 170 攻 攻后端面及上、下面螺孔 180 攻 攻缸盖及两侧面螺孔 190 钻 钻定位销孔、钻水孔 200 铣 铣内腔小凸台平面 210 攻 攻主轴承盖结合面 M14 螺纹 220 钻 钻孔、攻丝 230 钻 钻斜油孔 240 检查 250 清洗 清洗