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小轿车发动机缸体制造工艺.doc

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小轿车 发动机 缸体 制造 工艺
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小 轿车 发动机 缸体 制造工 艺 - 1 - 第 - 1 - 页 共 7 页 小 轿 车发动 机 缸体制 造 工艺 缸体 是 汽车 发 动 机乃 至 汽车 中 的 最重 要 的零 件 之 一, 它 的加工质 量直接 影响发动 机的质 量, 进 而影响 到 汽车整体 的 质量, 因此发 动 机缸体的 制造加 工长期以 来一直 受到国内 外 汽车生产 企业的 高度重视 。 1 缸体的简单介 绍: 发动机缸体是发动机的基础零件和骨架, 同时又是发动机总装配时的基础零 件。缸体的作用是支承和保证活塞、连杆、曲轴等运动部件工作时的准确位置; 保证发动机的换气、冷却和润滑;提供各种辅助系统、部件及发动机的安装。 汽车发动机 的缸体和上曲轴箱常铸成一体, 称为缸体 ——曲轴箱。 缸体上部 的圆柱形 空腔称为气缸, 下半部为支承曲轴的曲轴箱, 其内腔为曲轴运动的空间。 在缸体内部铸有许多加强筋, 冷却水套和 润滑油 道等。 根据缸体与油底壳安装平 面的位置不同, 通常把缸体分为以下三种形式。(1) 一般式缸体: 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 较好, 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 道式缸体 : 这种形式的缸体曲轴的主 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。 为了能够使缸 体内表面在高温下 正常工作,必须对缸 体和缸盖进行适当地冷却。冷却方法有两种,一种是水冷, 另一种是风冷。 水冷发动机的缸 体周围和缸盖中都加工有冷却水套, 并且缸体和 缸盖冷却水套相通, 冷却水在水套内不断循环, 带走部分热量, 对 缸体 和缸盖起 冷却作用。 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, 缸体 还可以分成单列 式 、V 型和对置式三种。 小 轿车 发动机 缸体 制造工 艺 - 2 - 第 - 2 - 页 共 7 页 2 缸体 的工作条件: 缸体通常工作在高温、 高载荷、 磨损剧烈的条件下, 承受较大的压力, 受力 复杂, 同时工作在汽油的沉浸下,工作环境潮湿。 3 缸体 的使用性能要求: 缸体的工作条件决定了缸体必须具有高强度、 高刚度、 高硬度、 高耐磨性以 及良好的散热性,同时要有很好的密封性、防漏性、减振性等。 4 缸体 毛坯材料的选择: 发动机缸体采用的材料一般是灰铸铁 HT150 、HT200 、HT250 ,也 有采用 铸铝或铸钢的。 采用灰铸铁可以满足高强度、 高刚度以及高耐磨性的要求, 而且 工艺性能、 减振性、 切 削 加工性能优良, 同时成本较低, 但是会增加缸体的重量, 增加发动机的负担; 采用铸钢材料, 可以使缸体承受更大的冲击载荷; 采用铝合 金材料最大的好处是可以减轻缸体的重量, 顺应了汽车轻量化的趋势, 因此最近 采用铸铝材料的缸体越来越多。 每种材料都有自身的特点, 优劣共存, 我们需要 根据不同缸体产品的 不同质量要求来确定相应 的生产材料。 5 毛坯 制造方法的选择: 铸造、 锻压、 焊接、 粉末冶金和非金属材料成形等方法都可以作为机械零件 毛坯的制造方法, 但它们的制造成本、 生产条件等都有差异, 再加上实际生产中 零件毛坯生产批量的不同, 我们对制造方法 的选择必然也会不同, 正确的方法是: 结合生产实际, 综合考虑毛坯的使用要求、 生产经济性要求, 同时兼顾环境保护, 最终达到制造方法与实际生产条件相适应。 对于缸体这种形状复杂、 尺寸较大、 有不规则的外形和内腔、 壁厚不均的箱 体类零件, 通常采用铸造 (砂型铸造) 的方法, 采用铸造的方法不但可以满足缸 体的使用性能要求,而且生产成本较低。 砂型铸造流程: 准备炉料→熔炼金属→浇注→凝固冷却→落砂清理→检验→ 合格铸件 缸体毛坯的技术要求 : 对非加工面不允许有裂纹、 冷隔、 疏松、 气孔 、 砂眼 等铸造缺陷。 缸体毛坯质量对加工的影响: 加工余量过 大, 会增加机床的负荷, 影响机床 和刀具的使用寿命, 成本变高; 飞边过大, 直接影响刀具使用寿命; 由于冷热加 工基准不统一,毛坯各部分相互间的偏移会造成机械加工时余量不均匀。 6 缸体 零件结构简图(部 分): 小 轿车 发动机 缸体 制造工 艺 - 3 - 第 - 3 - 页 共 7 页 小 轿车 发动机 缸体 制造工 艺 - 4 - 第 - 4 - 页 共 7 页 小 轿车 发动机 缸体 制造工 艺 - 5 - 第 - 5 - 页 共 7 页 7 缸体制造工艺 : 7.1 工 艺特 点 如图所示, 此缸体为一整体铸造结构, 其上部有 4 个缸套安装孔; 缸体的水 平隔板将 缸体分成上下两个部分; 缸体的前端面从前到后排列有三个同轴线的凸 轮轴安装孔和惰轮轴孔。 缸体的工艺特点是: 结构、 形状复杂; 加工的平面、 孔 多; 壁厚不均; 加工精度要求高, 属于典型的箱体类加工零件。 加工平面一般采小 轿车 发动机 缸体 制造工 艺 - 6 - 第 - 6 - 页 共 7 页 用刨、 铣削等方法加工, 加工孔主要采用镗削, 加工小孔多用钻削。 由于缸体结 构复杂,因此如何保证各表面的相对位置精度是加工中的一个重要问题。 7.2 工 艺基 准 选择合理的加工工艺基准, 直接关系到能否保证零件的加工质量。 一般 来说, 工艺基准可分为粗基准和精基准。 (1) 粗基准 对于上线的毛坯, 其粗基准的选择尤为重要, 粗基准选择不合 理会造成加工余量分布不均匀, 加工面偏移, 产生废品。 在缸体的生产中, 我们 一般采用侧面为粗基准。 (2) 精基准 对于发动机缸体这种箱体零件来说, 一般采用 “一面两销” 为 全线的统一基准。 对于较长的自动生产线系统, 由于定位销孔在使用过程中的磨 损造成定位不准确, 因此, 将定位销孔分为 2~3 段使用。 在缸体定位销孔的加工 中,我们采用以侧面、底面和主轴孔定位,在加工中心上加工。 7.3 加工 阶段的 划分 缸体需要加工的表 面许多, 不同表面的加工精度也不同。 因此, 在拟定工艺 顺序时, 要抓住 “加工精度高的表面” 这个主要矛盾, 合理安排工序。 安排工艺 顺序的原则是:先粗后精,先面后孔,先基准后其它。 1)粗加 工阶段 在发动机 缸体的 机械加 工过程中 ,安排 粗加工 工序,对毛 坯全面进行粗加工,切去大部分余量,以保证生产效率。 2)半精 加工阶 段 在发动 机缸体 的机械 加工中, 为了保 证一些 重要表面的 加工精度, 安排一些半精加工工序, 将精度和表面粗糙度要求中等的一些表面加 工完成,而对要求较高的表面进行半精加工,为以后的精加工做准 备。 3)精加工阶段 对精度和表面粗糙度要求高的表面进行加工。 4)次要 小表面 的 加工 一些表 面(如 螺 纹孔表面 )可以 在精加 工主要表面 后进行, 一方面加工时对工件变形影响不大, 同时废品率也会降低; 另外, 如果 表面加工出现差错时, 那么这些小表面也就不必加工了, 这样即避免了人力、 物 力、 资金的浪费。 但是要注意的是, 如果小表面的加工容易造成主要表面损伤的 话,那么就应该将小表面加工放在主要表面的精加工之前。 5)妥善 安排辅 助 工序 这类工 序(如 检 验工序) 在零件 粗加工 阶段之后、 关键工序加工前后、零件 全部加工完毕后,都要适当安排。 对加工阶段进行划分的优点是: 一是可以在粗加工之后采取措施消除工件内 应力, 保证精度; 二是 将精加工放在后面可以避免在运输过程中损坏工件已加工 好的表面; 三是先粗加工各表面可以及时发现毛坯缺陷并及时处理, 以免工时不 必要的浪费。 需要注意的是, 在粗加工和精加工之前应分别加上预备热处理和最 终热处理的工序。 7.4 工 艺路 线安 排 (热处 理另 作阐述 ) 工序 00: 毛坯上线 工序 10:粗铣上下平面 工序 20: 粗铣底面、 铣安装面、 钻 ?11U7 孔 底孔 ?10.7、 铰孔 ?11U7、钻 10 —M10X1.25 螺 纹 底 孔 ?8.7 、 攻 螺 纹 10 —M10X1.25 、钻 2 —?16U8 底孔 ?15.7 、2—?16U 孔口 倒角 45 0 铰孔 2—?16U8 工序 30:粗铣前后端面 工序 40:铣缸体瓦槽 工序 50:半精镗缸孔、缸孔倒角 1X45 0 小 轿车 发动机 缸体 制造工 艺 - 7 - 第 - 7 - 页 共 7 页 工序 60: 去毛刺检验 工序 70:精铣顶面、钻 18—M14X1.5 螺纹底孔 ?12.5/14.5 、铰孔 2—?18、 攻螺纹 18—M14X1.5 (以上工序采用底面“一面两销“定位) 工序 80:钻孔、攻螺纹 18—M14X1.5 —5H 、钻底孔 18—?12.5 ( 采用顶面 “一面两销“定位) 工序 90:去毛刺、清洗、吹净 工序 100:工作台转 180 0粗铣曲轴孔座 2—?84、粗镗孔 ?61~62 、工作台 转 180 0 、 粗镗孔 ?61~62 、 镗孔 ?65~64.6 、 半 精镗孔 ?61.6、 工作台 转 180 0 半精 镗孔 ?61.6、 精镗孔 ?65 、 铣瓦槽、 工作台转 180 0铣另一处瓦槽、 粗镗孔 ?35~34.6 粗镗孔 ?30~29.6、转 180 0精镗 ?30、钻 ?12 孔、 钻 2—?10 孔、 钻 6—M10 螺 纹底孔 ?9 、攻螺纹 M8 工序 110 :粗铣小平面、精铣小平面、转 180 0 铣小平面、精铣缸体 一端面、 精铣另一端面、按尺寸要求钻孔 及攻螺纹 工序 120:铣凸平面、精铣凸平面、转向复合钻孔、孔加工、转向铣平面 工序 130:去毛刺、清洗(以上工序采用底面“一面两销“定位) 工序 140:底孔加工、逆时针转动工作台 钻中心孔、顺时针转动工作台 钻 引导孔、攻螺纹 工序 150:清洗(以上工序以端面“一面两销“定位) 工序 160:精镗曲轴孔、钻底孔、铰孔 工序 170:精铣分离面、钻孔、钻底孔、钻螺纹底孔、铰孔、攻螺纹(以上 工序以侧面“一面两销“定位) 工序 180:空气吹尽、粗珩气缸孔、精珩气缸孔、各面曲轴孔去毛刺 工序 190:最终清洗、成品检验分组 打印 工序 200:涂油、成品下线 8 热处理 8.1 热 处理 的作 用 对材料进行热处理是改善金属材料性能的一种常见的方法, 它能够使材料的 组织结构发生变化, 从而达到改善加工工艺性能和强化力学性能的目的。 对于缸 体这种力学性能要求较高的零件,合理安排热处理工序非常重要。 8.2 热 处理 工 序 对于铸铁材料的缸体而言, 通常的热处理工艺为: 预备热处理 (去应力退火 + 正火+ 去应力退火) → 最终热处理 (淬火+ 高 温回火, 又称调质处理+ 表面淬火) 预备热处理安排在粗加工阶段之前, 其目的是: 消除残余内应力, 防止工件 变形、 开裂; 改善组织, 细化 晶粒; 调整硬度, 改善切削性能。 退火工艺规范为: 加热温度 500~550 ℃ , 加 热 速 度 60~120 ℃/h , 经 一 定 时 间 保 温 后 , 炉 冷 到 150~220 ℃出炉空冷。正火工艺规范:将铸件加热到 880~920 ℃,保温 1~3h ,然 后出炉空冷。 正火后, 为了消除正火时铸件产生的内应力, 通常还要进行去应力 退火。 最终热处理安排在精加工阶段之前, 其目的是: 使材料具有使用时的所有力 学性能。 调质处理的工 艺规范为: 将工件加热 至 860~900 ℃, 保温后 油淬, 然后 在 550~600 ℃回火 2~4h 。 调质处理后对零件进行适当的表面淬火, 这样可以使缸 体 具有较高的硬度和耐磨性。
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