（动力机械及工程专业论文）一种气门挺柱的生产工艺与改进研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 近年来，轿车上发展了一类高速轻型发动机，它结构紧凑、重量轻、动力 性能好，其配气机构采用顶置凸轮轴、没有推杆，采用薄壁杯型气门挺柱，并配 合气门间隙调整垫片来调整气门间隙，满足发动机高性能、低排放、大功率的要 求。这是一种理想的家用轿车动力。本文着重对此类发动机采用的薄壁杯型气门 挺柱的加工工艺进行了系列研究，在传统气门挺柱生产工艺的基础上，对几个关 键工艺技术进行了研究、改进并实施，使此类气门挺柱的生产技术有了很大的进 步，工艺水平有了很大程度地提高。 首先，对此气门挺柱的毛坯我们采用精制毛坯技术。零件毛坯的方法和种 类很多，国际上制造技术的发展趋势是精制毛坯技术，尽量实现少切削甚至无切 削的工艺技术。我在本文中研究的此类薄壁杯型气门挺柱毛坯采用多工位冷挤压 技术一次成形，内孔、内端面、及其与小台阶的圆弧连接不需切削加工，既保证 较好金属纤维流线，达到产品使用时的物理力学性能要求，同时精制毛坯减少切 削余量，从而减少切n ；自1 1 工工作量，降低了生产成本，缩短了生产周期，提高生 产效率。近几十年来，冷挤压加工是一个较为先进的毛坯加工技术，它使坯料在 挤压模中受很强的三向压力作用产生塑性变形。冷挤压毛坯加工技术有几个特 点：挤压前毛坯处于常温状态，不需加热，使操作简单，节约成本；可以挤压出 各种形状复杂、深孔、薄壁、异形断面的零件；零件的尺寸精度高；挤压变形后 零件内部的纤维组织是连续的，力学性能好；材料利用率，生产效率也高。但是， 毛坯挤压变形后残余很大的内应力，必须进行去应力的退火处理： 其次，薄壁的杯型挺柱壁厚一般只有1 舳左右，在淬火时极易变形，我们 采用网带密封式可控气氛多用炉完成渗碳淬火工序，此多用淬火炉全密封、连续 加热( 预热、加热、淬火、回火在一个炉内完成) 、气体保护进行渗碳淬火，保 证工件的变形很小火热处理。其特点是：控制精度高；由于有预热段，回火等炉 内一次完成，零件变形小；有保护气氛，零件无氧化；连续生产，效率高。采用 了网带淬火炉后，不仅大大提高了生产效率，而且零件变形小，渗层控制精度更 高，从而我们可以进一步减小热处理后精加工的余量。 山东大学硕士学位论文 然后，该类薄壁杯型气门挺柱产品，热处理时易变形，而且，产品尺寸精 度和形位公差要求都很高，外圆直线度、平行度要求0 0 0 5 m m ，增加了加工难度。 经多次试验研究，我们在热处理前留出足够的又较少的加工余量，热处理后采用 高精度外圆磨床，调整磨床各项参数至最佳配合，多次磨削、逐渐提高外圆面的 尺寸精度、形位公差精度，保证产品性能。 最后，由于上述精制毛坯技术、先进的热处理工艺、以及采用先进的数控 车床、数控磨床进行工序集中等工艺技术，使得我们采用的该薄壁杯型挺柱的生 产工艺流程比传统工艺技术水平提高很大：毛坯原材料利用率高，热处理精度高， 产品精度高，流水线简短，生产效率高，产品成本低。此产品的工艺技术非常高， 处于国内领先水平、接近世界先进水平。 关键词：薄壁杯型气门挺柱；生产工艺；精制毛坯技术；渗碳淬火；外圆磨削 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t ak i n do fh i g hs p e e dl i g h te n g i n ei nc a r sw a s d e v e l o p e di nr e c e n ty e a r s 。t h e e n g i n eh a st h ea d v a n t a g e so fc o m p a c tc o n s t r u c t i o n ，l i g h tw e i g h t ，g o o dp o w e r p e r f o r m a n c e i t sv a l v et r a i nw a sd e s i g n e dw i t ho v e r h e a dc a m s h a f t ，n op u s hr o d ， t h i n - w a l l e dc u p - s h a p e dv a l v et a p p e t ；i ta l s oc a r la d j u s tt h ev a l v ec l e a r a n c ew i t ht h e a d j u s t i n gs h i mt om e e tt h er e q u i r e m e n t so fh i g hp e r f o r m a n c e ，l o we m i s s i o na n dl a r g e p o w e r t h i si s ak i n d o fi d e a lc a r t h e p r o c e s s i n gt e c h n o l o g yo ft h i n w a l l e d c u p s h a p e dv a l v et a p p e ti nt h ee n g i n ew a sm a i n l yd i s c u s s e di nt h i sp a p e r ；w es t u d i e d ， i m p r o v e da n di m p l e m e n t e dt h ek e yp r o c e s s i n gt e c h n o l o g yb a s e do nt h et r a d i t i o n a l p r o c e s st oi m p r o v et e c h n i q u eo fp r o d u c t i o na n dt e c h n o l o g i c a ll e v e lo ft h ev a l v e t a p p e t f i r s t l y , r e f i n i n gb l a n kt e c h n i q u ew a su s e di nt h ep r o d u c t i o no ft h ev a l v et a p p e t t h e r ew e r em a n yk i n d so fp a r tb l a n ka n di t sp r o d u c t i o nt e c h n o l o g y ，i n t e m a t i o n a l t r e n do fm a n u f a c t u r i n gt e c h n i q u ei s r e f i n i n gb l a n kt e c h n i q u e ，i ti sat e c h n i q u et o r e d u c ec u t t i n go ra v o i dc u t t i n g t h eb l a n ko ft h et h i n w a l l e dc u p - s h a p e dv a l v et a p p e t i nt h i sp a p e rw a sm a d eb ym u l t i - p o s i t i o nc o l ds q u e e z et e c h n i q u e ，o n e s t e pf o r m e d ，s o t h ei n n e rh o l ea n de n df a c ea n dt h ea r cl i n ko ft h el e d g e sd on o tn e e dt ob ec u t i ti s n o t o n l ye n s u r eg o o dm e t a lf i b r o u ss t r e a m l i n et oa c h i e v et h ep h y s i c a lm e c h a n i c s p e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t sw h e nu s i n gt h ep r o d u c t s ，b u ta l s or e d u c et h ec u t t i n g a l l o w a n c e ，w h i c hc a nr e d u c ec u t t i n gp r o c e s s i n gw o r k l o a da n dt h ep r o d u c t i o nc o s t ， s h o r t e np r o d u c t i o np e r i o d ，a n de n h a n c e p r o d u c t i o ne f f i c i e n c y i nr e c e n td e c a d e s ，c o l d e x t r u s i o nb l a n k p r o c e s s i n gt e c h n o l o g yi sar e l a t i v e l ya d v a n c e db l a n kp r o c e s s i n g t e c h n o l o g y , a n dm a k e st h eb l a n kp r o d u c ep l a s t i cd e f o r m a t i o nb ys 仃o n gp r e s s u r ef r o m t h r e ed i r e c t i o n s i nt h ee x t r u s i o n c o l de x t r u s i o nb l a n kp r o c e s s i n gt e c h n o l o g yh a s s e v e r a lc h a r a c t e r i s t i c s ：e x t r u d i n gi nn o r m a lt e m p e r a t u r ea n dd on o tn e e dt oh e a tw h i c h m a k et h eo p e r a t i o ns i m p l ea n dc o s tl e s s ；s q u e e z i n go u tv a r i o u ss h a p e s ，c o m p l e xd e e p h o l e ，t h i nw a l l ，a n ds h a p e dp r o f i l e ；h i g hp r e c i s i o no ft h es i z e ；g o o dm e c h a n i c a l p e r f o r m a n c eb e c a u s eo ft h ec o n t i n u o u sf i b r o u st i s s u ea f t e re x t r u s i o nd e f o r m a t i o ni n i i i 山东大学硕士学位论文 t h ei n t e r n a lp a r t s ；h i g hm a t e r i a lu t i l i z a t i o na n dp r o d u c t i o ne f f i c i e n c y b u t ，t h e a n n e a l i n gt r e a t m e n tm u s tb ec o n d u c t e db e c a u s ei te x i t sl o to fi n t e r n a ls t r e s sa f t e r b l a n ke x t r u s i o nd e f o r m a t i o n s e c o n d l y , t h et h i n - w a l l e dc u p - s h a p e dv a l v et a p p e tw h o s et h i c k n e s si sa l w a y s lm mm o r eo rl e s s ，d e f o r m se a s i l yw h e ni ti sq u e n c h e d s ow ec o m p l e t ec a r b u r i z i n g a n dq u e n c h i n gp r o c e s si nt h en e tb e l ts e a l e dc o n t r o l l e da t m o s p h e r em u l t i p u r p o s e f u r n a c e t h em u l t i p u r p o s ef u r n a c ei ss e a l e d ，c o n t i n u o u sh e a t i n g ( t h ep r o c e s s e so f p r e h e a t i n g ，h e a t i n g ，q u e n c h i n ga n dt e m p e r i n ga r ec o m p l e t e di nt h es a m ef u m a c e ) ， c a r b u r i z i n ga n dq u e n c h i n gw i t hg a sp r o t e c t i o n ，w h i c he n s u r et h ed e f o r m a t i o n i ss m a l l i t sc h a r a c t e r i s t i ci s ：h i g h a c c u r a c y , s m a l ld e f o r m a t i o no nc o m p o n e n tb e c a u s eo ft h e p r o c e s s e sc o m p l e t e di nt h es a m ef u m a c e ，n o d - o x i d a t i o nb e c a u s eo f t h eg a sp r o t e c t i o n a n dh i g he f f i c i e n c yb e c a u s eo fc o n t i n u o u sp r o d u c t i o n t h em e s hb e l tq u e n c h i n g f u r n a c ec a nn o to n l yi m p r o v et h ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c yg r e a t l y , b u ta l s om a k et h e c p m p o n e n t ss m a l ld e f o r m a t i o na n dh i g ha c c u r a c y t h u sw ec a n r e d u c eh e a tt r e a t m e n t a f t e rf i n i s h i n gt h ea l l o w a n c e t h i r d l y , t h et h i n - - w a l l e dc u p - - s h a p e dv a l v et a p p e ts u c ha st h i st y p ew i l l c a u s e l a r g ed e f o r m a t i o na f t e r h e a tt r e a t m e n t a n di ti n c r e a s e st h ep r o c e s s i n gd i f f i c u l t y b e c a u s eo ft h eh i g hp r o d u c ts i z ep r e c i s i o na n dg e o m e t r i ct o l e r a n c er e q u i r e m e n t s ，a l s o b e c a u s eo fc y l i n d r i c a ls t r a i g h t n e s sa n dp a r a l l e ld e g r e er e q u i r e m e n t so fo 0 0 5 r a m t h r o u g hr e p e a t e dr e s e a r c h e s ，w es e ta s i d el i t t l eb u te n o u g hm a c h i n i n ga l l o w a n c e b e f o r eh e a tt r e a t m e n ta n dh i g hp r e c i s i o nc y l i n d r i c a lg r i n d i n gm a c h i n ea f t e rh e a t t r e a t m e n t a tt h es a m et i m e ，w ea d j u s tt h ep a r a m e t e r so fg r i n d i n gm a c h i n et ot h eb e s t f i t ，a n di m p r o v e 。t h ec y l i n d r i c a ls u r f a c es i z ep r e c i s i o na n dt h eg e o m e t r i ct o l e r a n c e 7 p r e c i s i o nb ym u l t i p l eg r i n d i n g t h u sw eg u a r a n t e e t h ep r o d u c tp e r f o r m a n c e a tl a s t ，t h et e c h n o l o g i e sa b o v e ，s u c ha sr e f i n e db l a n k ，a d v a n c e dh e a tt r e a t m e n t p r o c e s s ，a d v a n c e dn u m e r i c a lc o n t r o ll a t h ea n dg r i n d i n gm a c h i n ef o rp r o c e s sf o c u s ， m a k et h et e c h n o l o g i c a lp r o c e s so ft h et h i n - w a l l e dc u p - - s h a p e dv a l v et a p p e ti m p r o v ea l o tt h a nt h et r a d i t i o n a lp r o c e s st e c h n o l o g y ：h i g hu t i l i z a t i o nr a t eo fr a wm a t e r i a l s ，h i g h p r e c i s i o no fh e a tt r e a t m e n t ，h i g hp r e c i s i o np r o d u c t s ，l i n eb r i e f , h i g hp r o d u c t i o n i v 山东大学硕士学位论文 e f f i c i e n c ya n dp r o d u c t sw i t hl o wc o s t t h et e c h n o l o g yo ft h ep r o d u c ti sv e r yh i g ha n d i ti sa l e a d i n gd o m e s t i cl e v e l ，c l o s et ot h ew o r l da d v a n c e dl e v e l k e y w o r d s ：t h et h i n - - w a l l e dc u p - - s h a p e dv a l v et a p p e t ；p r o d u c t i o nt e c h n o l o g y ； r e f i n i n gb l a n kt e c h n o l o g y ；c a r b u r i z i n ga n dq u e n c h i n g ；c y l i n d r i c a lg r i n d i n g v 山东大学硕士学位论文 1 1 课题研究意义 第1 章概述 丰田8 a 发动机采用的是丰田公司自行设计的发动机技术，高功率，低燃耗， 顶置双凸轮轴，1 6 支气门、挺柱，电子燃油喷射，1 3 4 2 l ，具有相当于1 6 升发 动机的功率，又相当于1 0 升发动机的燃耗和排放，该发动机是家庭轿车的理想 动力【lj 。丰田8 a 发动机主要搭载一汽威姿、雅酷、丰田威驰、天津夏利、吉利、 东南得利卡等国内外轿车并返销日本。在我国，汽车逐渐进入家庭，汽车排放要 求日益严格，必将引起对此类高性能、低排放、大功率发动机的大规模需求。该 发动机产量6 万台年，每台发动机需气门挺柱1 6 支，需气门挺柱约1 0 0 万支 年，再加上将来社会配件市场，该气门挺柱产品具有广阔的市场前景，它的国产 化将为我国节省大量的外汇。为配合丰田公司完成发动机气门挺柱的国产化任 务，满足发动机气门挺柱巨大的市场需求而开展该课题的研究工作【2 1 。 为满足丰田8 a 发动机结构紧凑、减轻重量、提高动力性能的要求，采用顶 置凸轮轴、没有推杆，而是用凸轮轴直接接触气门间隙调整垫片，并通过气门挺 柱驱动、控制气门的闭合。其气门挺柱壁厚薄，重量轻，渗碳淬火，且加工精度 要求高。目前，国外先进的发动机零配件生产厂家，如日本的t o y o 公司生产丰 田8 a 挺柱采用内孔挤压成形，端面精磨加工等生产工艺，已形成了成熟的加工 技术。 国内还没有其他厂家开发生产出本品种产品。我们通过自主开发该项目， 同时吸收国外先进技术，采用高精度机床加工，满足发动机高性能、低排放、大 功率、大规模的要求，工艺水平在国内处于领先地位。 1 2 国内外气门挺柱生产技术发展现状 此类型气门挺柱产品的生产在国际上已经形成了成熟的技术3 1 。而国内此产 品的制造刚刚起步，质量的稳定性与生产效率都落后于国外先进水平。国内还没 山东大学硕士学位论文 有其他企业开发出此品种的产品。该项目的研究突破了几项关键工艺技术，满足 了该挺柱高精度的要求，并形成批量生产能力，满足发动机高性能、低排放、大 功率、大规模的要求，工艺水平在国内处于领先地位，为实现此产品的国产化奠 定了坚实的基础。 该类气门挺柱产品具有广阔的市场前景。现在除了国产东安4 6 8 q l 发动机、 吉利、凯马等品牌的发动机也用此种结构形式的气门挺柱，合资生产的天津丰田 8 a 发动机、长安福特马自达发动机及荣威n s e l 5 等品牌发动机都用此种结构形 式的气门挺柱，因此，该项目的研究成果具有重要的应用价值【4 】。 3 课题主要研究内容 论文主要以丰田8 a 发动机用气门挺柱为例，研究薄壁杯型气门挺柱的生产 工艺，制定工艺路线、确定关键加工设备及其工艺参数，并对精制毛坯技术、渗 碳淬火方式、精磨外圆参数调整等几个关键工艺技术进行了较深入的研究。 1 4 本章小结 本章主要介绍了研究丰田8 a 发动机用气门挺柱这一类型产品生产工艺的意 义，及该类型气门挺柱生产工艺的国内外发展现状。该类气门挺柱产品具有广阔 的市场前景，其工艺技术也有独特之处，这些技术特点就是本文的研究工作。 山东大学硕士学位论文 第2 章气门挺柱结构、类型及技术要求 2 1 气门挺柱的结构、类型 挺柱、凸轮是发动机配气机构的重要摩擦副之一，也是发动机中最易磨损 的零件之一【5 】。现代汽车行业对发动机的要求越来越朝着提高转速、高功率方向 发展。随着发动机转速与功率的增高，配气机构弹簧的力、挺柱与凸轮摩擦面间 相对滑动的速度上升，挺柱、凸轮的工作条件更加苛刻，因而导致了挺柱、凸轮 摩擦失效的加剧。 当前的发动机所采用的配气机构结构形式主要包括以下几种：液压挺柱配 气机构，无凸轮电液驱动配气机构，可变气门正时配气机构，多气门机构和顶置 凸轮轴机构 6 】。挺柱的结构型式及其技术参数主要取决于凸轮的设计。 挺柱底面的结构主要有平面和球面两种。其中，平面挺柱与凸轮配合工作 时，接触面承受的压力很大，包括气门弹簧力，气门机构各零件惯性力，以及由 于振动造成的附加惯性力，可由动力学计算求得【7 1 。它们间的接触从几何形状看 似乎属于线接触，实际上则由于材料的弹性变形，而可看作是面接触，而平面挺 柱与凸轮接触面为矩形( 图2 - 1 a 1 ) ，再考虑配气机构工作时，由于加工误差， 零件的变形等会使挺柱工作面不能与凸轮轴线垂直，而形成尖点接触，因此工作 面上接触应力很大。另外，通过运动学计算又知凸轮与挺柱工作面间的相对滑动 速度也很高，在工作中摩擦生热，而散热条件又差，因此工作条件恶劣，工作面 摩擦磨损很大。球面挺柱与凸轮是点接触，为椭圆形接触面，从理论计算上说， 球面挺柱的接触应力比平面挺柱大很多【8 1 。但实际上由于加工误差、零件变形( 如 凸轮轴弯曲) ( 图2 一l a 2 ) ，平面挺柱与凸轮会形成尖点接触，局部应力大大增加， 挺柱工作面会因此被刮伤。而如采用球面挺柱、且凸轮做成带有小锥度锥形( 图 2 一l b ) ，工作中挺柱能缓慢移动，其实际磨损均匀，又避免了尖点接触，应力值 将大大低于理论值 9 】o 为了既补偿凸轮与挺柱问的不垂直度，又能保证尽可能大的弹性接触面积， 3 山东大学硕士学位论文 以降低最大的接触应力，也可采用图2 - i c 所示的鼓形挺柱，其侧面为曲率很小 的回转曲面，它对凸轮轴弯曲等变化具有很好的适应性，对降低挺柱圆柱面的磨 损也可有好处。 萋纛 i i 上 r 弹嘲砩 舀b 蒸 i i 么 - 4 - 丰一中 图2 - i 挺柱与凸轮间的接触应力 a 1 ) 和a 2 ) 柱面凸轮配平面挺柱b ) 锥面凸轮配大半径球面挺柱c ) 柱面凸轮配球面桶形挺柱 如果当接触带温度过高，两元件表面互相熔合又撕裂时就产生所谓拉毛现 象，当接触应力过大，引起局部地区材料剥落时就产生所谓点蚀现象1 0 】。因此 在现代高速发动机中，凸轮与挺柱是发动机中所有摩擦零件中最易磨损的零件之 一【l l 】o 现代高速轿车用发动机发展了一类顶置凸轮轴、薄壁杯型气门挺柱配合气 门间隙调节垫片的配气机构结构类型，如图2 2 所示1 1 。 这类气门挺柱适用于轻型、高速发动机，其的特点是： 1 质量轻，惯性小，配气机构减少了推杆的使用，使整体惯性质量大大减 轻，可减少气门弹簧预紧力，从而允许发动机的较高转速； 2 挺柱与气门间隙调整垫片配合使用，装配、维修时可通过精确测量、安 装不同厚度垫片来调整气门间隙，从而使气门间隙控制更精准，从而提高了发动 机的燃油经济性； 3 挺柱与凸轮轴不直接接触磨损，而是由安装在挺柱上端面内凹槽的气门 间隙调整垫片与凸轮轴直接接触摩擦，由于气门间隙调整垫片在挺柱的凹槽内可 山东大学硕士学位论文 自由转动，凸轮轴与垫片的滑动磨损很小，使得凸轮与挺柱的磨损状况改善很多。 进气凸轮轴 图2 - 2 丰田8 a f e 发动机配气机构 2 2 气门挺柱的技术性能指标和参数 本文以丰田8 a f e 发动机用气门挺柱为例，研究这种薄壁杯形挺柱的生产 工艺技术。丰田8 a f e 发动机用气门挺柱的技术图样如图2 3 所示。 该气门挺柱的主要技术参数为： 1 ) 气门挺柱渗碳淬火，底端面处渗层深度0 3 0 - 0 6 5 m m ，硬度6 5 0 8 5 0 h v 。 2 ) d 端面与外圆的垂直度0 0 2 m m ，平面度0 0 1 ，粗糙度r z 6 3 ； 3 ) 内圆圆度0 0 2 m m ，与d 端面垂直度0 o l m m ，粗糙度r z 6 3 ； 4 ) 挺柱外圆直线度0 0 0 5 ，粗糙度r z 3 2 ； 5 ) b 端面与d 端面的距离2 5 0 0 5 m m ，平面度0 0 2 m m ，与圆柱面的垂直 度0 0 1 5 m m ，粗糙度r z 3 2 。 山东大学硕士学位论文 噌矿 。 怠* 、： 彦 1 15 + 一 技术要求 i ，渗碳淬火，8 匿渗碳淬火硬度7 0 0 - 8 8 0 h v ， 回火后硬度6 5 0 - 8 5 u h v ，渗层深0 3 0 。0 6 5 姗 0 2 唧滚度以下硬度6 5 0 l l v 以上 2 d 蟊不允许凸 3 去毛刺飞边 图2 - 3 丰田8 a _ f e 发动机用气门挺柱零件简图i 2 3 采用的技术标准 本产品技术要求及检测方法按q c t5 7 1 - 2 0 0 2 汽车发动机气门技术条件 及丰田公司标准执行。产品图样及技术文件采用相关国家标准及国外相关先进标 准。 2 4 本章小结 本章介绍了气门挺柱的几种结构类型，并简述了它们的磨损状况，重点介 绍了丰田8 a 发动机配气机构形式、气门挺柱的特点及气门挺柱的主要技术参数、 技术标准。 一 山东大学硕士学位论文 第3 章气门挺柱机械加工工艺规程的制定 3 1 机械加工概述 制造是创造人类物质财富的源泉，机械制造的技术水平已经得到长足的发 展。机械制造工艺技术水平的进展，主要标志是不断提高产品的加工质量和生产 效率。 保证和提高加工质量是机械制造工艺的首要问题。机械制造精度从最初的 l m m 到今天的0 0 5um ，已经有了根本的突破性的进展。 机械切削加工速度的高低，也是衡量工艺技术水平的重要标志之一。采用 高转速的机床，改进刀具材料及结构，并使用新的先进工艺措施等，实现切削速 度的提高，从而提高机械加工的劳动生产率 1 3 1 。 一 制订机械加工工艺是机械制造企业工艺技术人员的一项主要工作内容。机 械加工工艺规程的制订与生产实际有着密切的联系，它要求工艺规程制订者具有 一定的生产实践知识和专业基础知识。 在实际生产中，由于零件的结构形状、几何精度、技术条件和生产数量等 要求不同，一个零件需要经过一定的加工过程才能将其由图样变成成品零件。因 此，机械加工工艺人员必须从企业现有的生产条件和零件的生产数量这些条件出 发，根据零件的具体要求，在保证加工质量、提高生产效率和降低生产成本的前 提下，对零件上的各加工表面选择适宜的加工方法，合理地安排工件加工顺序， 科学地拟定产品加工工艺过程，才能获得合格的机械零件【1 4 】。 j 3 2 制定气门挺柱机械加工工艺规程概述 3 2 1 机械加工工艺规程的概念 机械加工工艺规程是把产品或零部件的制造工艺过程和操作方法按一定的 格式固定下来的技术文件。它是在具体生产条件下，本着路线最合理、成本最经 济的原则编制而成的，经审批后用来指导生产的法规性文件。 山东大学硕士学位论文 机械加工工艺规程包括零件加工工艺流程、加工工序内容、切削用量、采 用设备及工艺装备、工时定额等方面的内容。 3 2 2 气门挺柱机械加工工艺规程的作用 机械加工工艺规程是机械制造企业最主要的技术文件，是企业规章制度的 重要组成部分，气门挺柱加工过程也必须依据其工艺规程，其作用主要有： 1 ) 组织和管理生产的基本依据。企业进行新产品试制或产品投产时，必须 依据工艺规程提供的数据进行必要的技术准备和生产准备，以便合理地编制生产 计划，合理地调度原材料、毛坯和设备，及时地设计制造工艺装备，科学地进行 经济核算和技术考核。 2 ) 指导生产主要的技术文件。工艺规程是在结合本企业实际情况，总结实 践经验的基础上，依据科学的理论和必要的工艺实验进行制订的，它反映加工过 程中的客观规律，工人必须按照工艺规程进行生产，才能确实保证产品质量，才 能真正提高生产效率。 3 ) 新建和扩建工厂的原始资料。根据工艺规程，可以确定企业生产所需的 机械设备、技术工人、基建面积以及生产资源等。 4 ) 进行技术交流、开展技术革新的基本资料。典型和标准的工艺规程能缩 短生产准备时间，从而提高经济效益。先进的工艺规程必须广泛吸取合理化建议， 不断交流工作经验，才能适应科学技术不断发展。工艺规程则是开展技术革新和 技术交流必不可少的技术语言和基本资料【1 5 】。 3 2 3 气门挺柱机械加工工艺规程的类型一 根据原机械电子工业部指导性技术文件j b z 3 3 8 5 工艺管理导则 工艺规 程设计中规定，工艺规程的类型有： ( 1 ) 专用工艺规程针对每一个产品和零件所设计的工艺规程； ( 2 ) 通用工艺规程，包括： 1 ) 典型工艺规程为一组结构相似的零部件所设计的通用工艺规程； 山东大学硕士学位论文 2 ) 成组工艺规程按成组技术原理将零件分类成组，针对每一组零件所 设计的通用工艺规程； 3 ) 标准工艺规程已纳入国家标准或工厂标准的工艺规程。 对于气门挺柱，尤其是本文要讨论的新型薄壁杯型挺柱是一类较特殊的零 件，需要制定专用的工艺规程。 3 2 4 制订气门挺柱工艺规程的原则和依据 1 制订气门挺柱工艺规程时，必须遵循以下原则： 1 ) 充分利用本企业现有生产条件； 2 ) 可靠地加工出符合图纸要求的零件，保证产品质量； 3 ) 保证良好的劳动条件，提高劳动生产率； 4 ) 在保证产品质量的前提下，尽可能降低消耗、降低生产成本； 5 ) 应尽可能采用国r o b # l - 的先进工艺技术。 由于工艺规程是直接指导生产和操作的技术文件，因此工艺规程还应做到 清晰、正确、完整和统一，所用术语、符号、编码、计量单位等都必须符合相关 标准 1 l 】。 2 制订气门挺柱工艺规程的主要依据 制订气门挺柱工艺规程时，应当依据如下原始资料： 1 ) 气门挺柱产品的装配图和零件图； 2 ) 气门挺柱产品的生产纲领； 3 ) 本企业现有生产条件，其中包括毛坯的生产条件或协作关系、工艺装备 和专用设备及其制造能力、工人的技术水平以及各种工艺资料和标准等； 4 ) 产品验收的质量标准； 5 ) 国内外同类产品的新技术、新工艺及其发展前景等相关信息。 9 山东大学硕士学位论文 3 2 5 制订气门挺柱工艺规程的步骤 制订气门挺柱机械加工工艺规程的步骤大致如下： 1 ) 熟悉和分析制订气门挺柱工艺规程的主要依据，确定产品的生产纲领和 生产类型； 2 ) 分析气门挺柱产品的零件图和装配图，进行零件结构工艺性分析； 3 ) 确定气门挺柱毛坯，包括选择毛坯类型、制造方法； 4 ) 选择气门挺柱加工时的定位基准或定位基面； 5 ) 拟定气门挺柱生产工艺路线； 6 ) 确定各工序的所用设备及工艺装备； 7 ) 确定工序余量、工序尺寸及技术要求； 8 ) 确定各主要工序的检验方法； 9 ) 确定各工序的切削用量和时间定额，并进行技术经济分析，选择最佳工 艺方案； 1 0 ) 填写气门挺柱工艺文件 1 6 】。 3 气门挺柱的工艺分析 在制定气门挺柱零件的机械加工工艺规程之前，必须认真研究零件图样及 其技术要求，对零件进行工艺分析。 3 3 1 气门挺柱零件图研究 “。j 零件图是制订工艺规程时必须的最主要原始资料。只有通过对气门挺柱零 件图的分析，才能了解产品的性能、用途和工作条件，明确各零件相互装配位置 和作用、零件的主要技术要求，找出生产合格产品的关键问题。零件图的研究包 括三项内容： ( 1 ) 检查零件图完整性和正确性主要检查零件视图是否表达直观、清晰、 山东大学硕士学位论文 准确、充分；尺寸、公差、技术要求是否合理、齐全等方面内容。如有错误或遗 漏，应提出修改意见。 ( 2 ) 分析零件材料选择是否恰当零件材料的选择应立足于国内，尽量采 用我国资源丰富的材料，尽量避免采用贵重金属；零件材料在满足结构强度等功 能的前提下，最好兼顾良好的加工性能。 ( 3 ) 分析零件技术要求包括分析零件加工表面的尺寸精度、形状精度、 位置精度、表面粗糙度、表面微观质量以及热处理等要求。在保证使用性能的前、 提下，考虑零件的这些技术要求是否经济合理，在本企业现有的生产条件下是否 能够实现。 3 3 2 气门挺柱零件的结构工艺性分析 零件的结构工艺性是指所设计的零件在不同类型生产条件下，零件毛坯的 制造、零件的切削加工和产品的装配过程中，是否具有可行性和经济性。零件的 结构工艺性涉及面很广，它具有综合性，分析时必须全面综合地考虑。 零件的结构状况对机械加工工艺过程的影响很大。两个不同结构的零件尽 管都能满足使用要求，但它们的加工方法和制造成本却有可能差别很大。零件具 有良好的结构工艺性，是指在不同生产类型的具体条件下，对零件毛坯的制造、 零件的切削加工和产品的装配，都能以较高的生产率和较低的成本、采用较经济 的方法进行并能满足零件的使用- 蚪i l - i f 台b 匕匕n - 7 1 。 在制订气门挺柱机械加工工艺规程时，零件结构工艺性分析主要是对零件 切削加工工艺性进行分析。 3 3 3 气门挺柱工艺分析应重点研究的几个问题 ! 对于较复杂的零件，在进行工艺分析时还必须重点研究以下三个方面的问 题： ( 1 ) 主次表面的区分和主要表面的保证零件的主要表面是指装配时，零 件与其他零件相配合的表面，或是直接参与机器工作过程的表面。主要表面以外 的其他表面称为次要表面。并且，根据主要表面的质量要求，确定应采用的加工 山东大学硕士学位论文 方法以及如何实现这些要求。 ( 2 ) 重要的技术要求分析零件的技术要求一般是指零件的表面尺寸精 度、形状精度和位置精度，静平衡、动平衡要求，热处理、表面处理要求，探伤 要求和气密性试验等。重要技术要求是影响工艺过程制订的重要因素，通常会影 响到基准的选择和加工顺序，还会影响工序的集中与分散。 ( 3 ) 零件图上表面位置尺寸的标注零件上各表面之间的位置精度是通过 一系列工序加工后获得的，这些工序的顺序、工序尺寸的控制与各表面之间相互 位置关系的标注方式直接相关，这些尺寸的标注应当尽量使定位基准、测量基准 与设计基准重合，以减少基准不重合带来的误差。 4 气门挺柱毛坯的确定 选择气门挺柱毛坯，主要是确定毛坯的种类、制造方法及制造精度。毛坯 的制造精度越高，毛坯的形状、尺寸越接近成品，切削加工余量就越少，从而可 以提高材料的利用率和生产效率。然而，提高气门挺柱毛坯制造精度往往会使毛 坯制造困难，需要采用精密、昂贵的毛坯制造设备或者制造方式，从而增加毛坯 的制造成本。所以选择气门挺柱毛坯就是要从机械切削加工和毛坯制造两方面出 发，综合考虑以求最佳效果。 3 4 1 毛坯的种类 毛坯的种类很多，同一种毛坯可能有多种制造方法。 1 铸件 铸件适用于形状复杂的零件毛坯。根据铸造方法的不同，铸件又分为： ， ( 1 ) 砂型铸造的铸件应用最为广泛的一种铸件。它砂型铸造有木模手工 造型和金属模机器造型之分。用木模手工造型的铸件精度低，加工表面需留有较 大的加工余量；并且木模手工造型生产效率低，适用于单件小批生产或大型零件 的铸造。用金属模机器造型生产效率比较高，铸件精度也高，但设备费用比用木 模造型高，铸件的重量也受到限制，适用于大批量生产的中小型铸件。 山东大学硕士学位论文 ( 2 ) 金属型铸造铸件是将熔融的金属浇注到金属模具中，依靠金属自重 充满金属模具型腔而获得的铸件。这种铸件比砂型铸造的铸件精度高、表面质量 和力学性能都好，生产效率也较高，但需要专用的金属型腔模具，适用于大批量 生产，制造尺寸不太大的有色金属铸件。 ( 3 ) 离心铸造铸件是将熔融金属注入到高速旋转的铸型内，在离心力的 作用下，金属液充满型腔而形成铸件。这种铸件晶粒细，金属组织致密，零件的 力学性能好，外圆精度及表面质量高，但内孔精度差，并且需要专门的离心浇注 机等设备，适用于批量较大的黑色金属和有色金属的回转体铸件。 ( 4 ) 压力铸造铸件是将熔融的金属在一定的压力作用下，以较高的速度 注入金属型腔内而获得的铸件。此种铸件精度高，可达i t l l i t l 3 ；表面粗糙 度值小，可达r a 3 2 0 4um ；铸件力学性能好。压力铸造方法可铸造各种结构 较复杂的零件，铸件上各种孔眼、螺纹、文字及花纹图案均可铸出。但压力铸造 需要一套昂贵的设备和型腔模具。适用于批量较大、形状复杂、尺寸较小的有色 金属铸件。 ( 5 ) 精密铸造铸件是将石蜡通过型腔模具压制成与工件一样的腊制件， 再在腊制件周围粘上细密的特殊型砂，待其凝固后将其烘干焙烧，石腊被加热熔 化而放出，留下具有工件较精密形状的模壳，用来浇铸。精密铸造铸件精度高， 表面质量好，但工艺过程较复杂。一般用来铸造形状复杂的铸钢件，可节省材料 ( 材料利用率高) ，可实现少切削或者无切削，从而降低成本，是一项先进的毛 坯制造工艺。 2 锻件 锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯，其锻造方法有自由锻 和模锻两种。 自由锻造锻件是在锻锤或压力机上用手工操作而成形的锻件，其制造精度 低，加工余量大，生产率也低，适用于单件小批生产及大型锻件锻造。 模锻件是在锻锤或压力机上，通过专用锻模锻制成形的锻件，其精度和表 面粗糙度均比自由锻造的锻件好，从而可以使毛坯形状更接近工件形状，加工余 1 3 山东大学硕士学位论文 量小。并且，由于模锻件的材料纤维组织分布好，锻制件的机械强度高。模锻的 生产效率高，但需要专用的模具，且锻锤的吨位也要比自由锻造的大。因此，模 锻主要适用于批量较大的中小型零件的毛坯制造。 3 焊接件 焊接件是根据需要将型材通过焊接方法连接而成的毛坯件，它制作方便、 简单，但需要经过热处理消除焊接造成的内应力才能进行机械加工。因此，焊接 件适用于单件小批生产中制造大型毛坯，其优点是制造简便，加工周期短，毛坯 重量轻；缺点是焊接件抗振动性差，精度较低，机械加工前需经过时效处理以消 除内应力。 4 冲压件 冲压件是通过冲压设备对薄钢板进行冷冲压加工而得到的零件，它可以非 常接近成品要求，冲压零件可以作为毛坯，有时也可以直接做成成品。冲压件的 尺寸精度高，表面粗糙度较低。适用于批量较大而零件厚度较小的中小型零件。 5 型材 型材主要通过热轧或冷拉而成型。热轧的型材精度较低