本科毕业设计（论文）通过答辩
开 题 报 告
ZB4H95Q发动机缸体机加工艺
设计
系 别： 机电工程系
专业名称： 机械设计制造及其自动化 学
生
姓
名：
学 号：
指导教师姓名、职称：
完成日期 2012 年 12 月 30 日
吉林大学珠海学院本科毕业论文（设计）开题报告 选 题 院 系 学生姓名 ZB4H95Q型直蚌式发动机缸体机加工艺设计 机电工程系 专 业 指导教师 机械设计制造及自动化 本选题的意义及国内外发展状况： 1.本选题的意义： 编制ZB4H95Q型直蚌式发动机缸体机加工工艺规程。用以指导发动机缸体的实际加工生产，达到提高生产效率、获得较好的经济效益和较高的产品质量的目标。 2.本选题的目的： 分析ZB4H95Q发动机缸体的结构特点，进行缸体的结构工艺性分析，对主要加工工序的进行分析，编制发动机缸体机加工工艺规程。 3.本选题的国内外研究概况： 从汽车工业的发展历程来看，汽车发动机缸体的生产大致经历了传统机械制造自动化到现代机械制造自动化。具体可以分为以下几个阶段：从单件、小批量生产到流水线生产阶段 ，刚性自动线生产阶段，数控机床(单工序)、加工中心(多工序)生产阶段，柔性制造系统和柔性生产线阶段。 4.本选题的研究趋势预测： 现代发动机缸体生产的发展趋势可分为以下几个方向：重量轻型化，大多采用铝合金材料替代铸铁材料；设计从从平面设计发展成三维空间设计；研发上广泛采用有限元法提高产品性能；生产上采用许多先进工艺，优化工艺流程；生产方式从刚性生产线向柔性生产线发展。 目前，国内汽车铸造厂缸体生产所用砂芯如水套砂芯、曲轴箱砂芯、缸筒与顶端砂芯、前后端面砂芯等依各厂条件不同，分别采用冷芯盒制芯、热芯盒制芯或覆膜壳芯制芯。冷芯盒工艺因其芯砂流动性、溃散性、生产率、节能和砂芯精度优于其它制芯工艺，在国内汽车发动机缸体铸造行业得到广泛应用。从今后趋势看，其应用范围将不断扩大。 另外，采用锁芯工艺，利用砂芯上开设的工艺孔，二次填砂固化，使多个砂芯组合为一个整体组合砂芯，然后整体涂料、烘干，这样铸件尺寸精度可大大提高，总体尺寸误差不超过0.3 mm。多数厂家采用计算机控制的“制芯中心”使全部制芯过程实现自动化。制芯等设备主要有德国兰佩冷芯制芯机、西班牙洛拉门迪制芯中心、日本浪速等，国产热芯设备有单工位、两工位、四工位等，壳芯设备有K763/874壳芯机等，可满足复杂、薄壁、高精度铸件对砂芯质量的要求。 2
研究内容：
1.缸体的功用及结构特点：
发动机缸体是在高温、高压以及有化学腐蚀的环境下工作的。是发动机的基础零件，通过它把发动机的曲轴连杆机构和配气机构以及供油、润滑、冷却等机构连接成一个整体。它的加工质量直接影响发动机的性能。
由于缸体的功用决定了其形状复杂、壁薄、呈箱形。其上部有若干个经机械加工的穴座，供安装气缸套用。其下部与曲轴箱体上部做成一体，所以空腔较多，但受力严重，所以它应有很高的刚性，同时也要减小铸件壁厚，从而减轻其重量，而气缸体内部除有复杂的水套外尚有直径6～8mm的油道。 2. 定位基准的选择：
2.1 粗基准的选择
缸体加工的粗基准，通常选取两端的主轴承座孔和气缸内孔。如果毛坯的铸造精度较高，也可选用侧面上的几个工艺凸台作为粗基准，这样便于定位和夹紧。 由于缸体毛坯表面粗糙不平，不能直接用粗基准定位加工面积大的平面。通常是采用面积很小、相距较远的几个工艺凸台作为过渡基准。先以粗基准定位加工过渡基准，然后以过渡基准定位加工精基准。首先以第一，七主轴承座孔和第一气缸孔为粗基准进行定位，从第一、六气缸孔的上部平面压紧，铣出侧面上的几个工艺凸台作为过渡基准。 然后以侧面的工艺凸台及底面法兰中的两个凸台定位，初铣顶面和底面。再以底面和靠近底面的两个工艺凸台及法兰上铸出的缺口定位，钻、铰两个工艺孔。所以，缸体加工过程中选用的粗基准是第一、七主轴承座孔；第一气缸孔、底面的两个法兰凸台及60°缺口。 2.2 精基准的选择
缸体的精基准都选择底面及其上的两个工艺孔，其优点是：底面轮廓尺寸大，工件安装稳固可靠；符合基准统一原则，减少了由于基准转换而引起的定位误差；加工主轴承座孔和凸轮轴轴承孔时，能捉高加工精度并能捉高切削用量；由于多数工序都以此作为基准，夹具设计、制造简单，降低了成本，减轻了劳动量。
底面作为精基准也有一些缺点：用底面定位加工顶面时，必然存在基准不重合产生的定位误差，难以保证顶面至主轴承座孔轴线的距离公差；加工时不便于观察切削过程。
2.3 缸体的工艺性分析
缸体零件的主要加工部位和加工精度的特点是：
（1） 缸体属于薄壁型壳体零件，在加紧时容易变形，故不但要选择合理的夹紧点，而且还要控制切削力的大小。
（2) 由于孔系的位置精度较高，故在加工时需采用相对的工序集中方法，这样就需要高效多工位的专用机床。
（3) 一些关键部位的孔系尺寸精度较高，在大量生产条件下生产率和生产节拍也是和关键的问题，所以要安排成多道工序的加工。
(4) 缸体在加工时应充分考虑因基准不重合而造成的误差，必要时刻考虑变更定位基准。
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研究方法、手段及步骤： 研究方法与手段：
1.主要加工工序分析 1.1平面加工
缸体上需要加工的平面主要有：汽缸盖结合面（顶面）、前后端面、两侧面、主轴承座接合面几锁扣面，其共同特点是加工精度要求高、面积大。 缸体平面加工采用端铣方式，端铣适用于铣削宽大的表面，其特点是：
(1）生产率较高。端铣上镶有较多的硬质合金刀头，刀盘直径较大，没有空行程损失。在一次行程中可将工件平面加工完成。
(2）表面质量较高。端铣时端面的切削刃和内刃（副刀刃）起修光作用，精铣端铣刀刀齿的主要、副切削刃之间一般有一段长度为 的修光刃。
对于小平面加工采用卧式或立式组合机床，不仅满足加工精度要求和较高的生产率要求，还有利于实现自动化和多品种生产。 1.2孔及孔系加工
缸体主要加工的孔是缸孔、主轴承孔、凸轮轴孔及挺杆孔等，这些孔的尺寸精度和表面质量要求较高，且组成的孔系均有较严格的位置精度要求。 (1) 缸孔加工
缸孔加工时应注意以下几点：粗加工工序应尽量提前；精加工或最终加工应尽量后移；珩磨余量要小。缸孔的加工分为：粗镗缸孔、半精镗缸孔、精镗缸孔、缸孔的珩磨。
珩磨加工时工件固定不动，通过珩磨头对工件内孔表面的相对运动，从加工表面上切除一层极薄的金属。加工时，珩磨头上的磨条有回转运动、轴向往复运动和垂直加工表面的径向进给运动。前两个运动的合成使磨粒在加工表面上的切削轨迹呈交叉而又不重复的网纹。 为了提高珩磨效率，在珩磨缸孔时采用8～10个磨条。当珩磨余量较大时，也可分为粗珩和精珩，珩磨时，采用煤油作为冷却润滑液。 (2) 主轴孔及凸轮轴孔加工
镗削主轴承孔及凸轮轴孔。为了提高刚度，镗杆除在工件两端采用支撑外，在轴承座之间还采用中间支撑，以提高刚度。或采用多个导向柱式镗杆。主轴承孔珩磨。一般采用立式珩磨机，为了保证表面质量和主轴承之间的同轴度，采用长珩磨条。在大量生产条件下采用装有金刚石珩磨条的珩磨头。 2.预计达到的要求及预计的关键技术 2.1 预计需达到要求、技术指标
由于缸体是发动机的基础件，它的许多平面均作为其他零件的装配基准，这些零件的相对位置基本上是由缸体来保证的。缸体上的很多螺栓孔、油孔、出砂孔、气孔以及各种安装孔都能直接影响发动机的装配质量和使用性能，所以对缸体的技术要求相当严格。主要有如下几项：
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（1）主轴承孔的尺寸精度一般为IT5 ～IT7，表面粗糙度为Ra1.6～0.8μm，圆柱度为0.007～0.02mm，各孔的同轴度为Φ0.025～0.04mm。 （2）汽缸孔尺寸精度为IT5～IT7，表面粗糙度为Ra1.6～0.8μm，止口深度公差为0.03～0.05mm，其各缸孔轴线对主轴承孔轴线的垂直度为0.05mm。 （3）各凸轮轴轴承孔的尺寸精度为IT6～IT7，表面粗糙度为Ra3.2～0.8μm，各孔的同轴度公差值为Φ0.03～0.04mm，对各主轴承孔的平行度公差值为Φ0.05～0.1mm。 （4）挺杆孔尺寸精度为IT6～IT7，表面粗糙度为Ra1.6～0.4μm，且对凸轮轴轴线的垂直度为0.04～0.06mm。 2.2 预计的关键技术 （1) 过渡基准的选择与加工； （2) 粗加工时采用短销定位，精加工时用长销定位； （3) 缸孔的珩磨技术； （4) 缸体上的油道孔采用分工序方法或对油道双向加工的方法； （5) 缸体各表面螺纹孔用组合机床或自动线加工； （6) 挺杆孔采用钻、扩、铰或钻、镗等方法，也可用枪钻和枪铰进行加工。 研究步骤： 1.缸体的结构原理和结构分析 2.毛坯的确定 3.缸体的工艺规程设计 4.缸体的加工工艺分析与过程 5.毛坯的机械加工余量 6.切削用量的确定和工时定额的计算 7.机床与工艺装备的选择 8.夹具的设计 9.编制装配图 5
ZB4H95Q发动机缸体机加工艺设计开题报告
