EA111发动机缸体加工工艺的研究说明书

- I - 1 -1 前言在刚刚过去的 2010 年，在世界汽车市场虽然爆发了前所未有的丰田汽车“召回门” ，随即引发的各汽车品牌的大大小小的召回事件导致数以百万记的汽车被宣布召回，这些事件在一定程度上减缓了整个车市的增长步伐，但是全球汽车销量却达到了创纪录的 8700 万辆。中国全年的销量也超过 1800 万辆，成为全球范围最大的汽车市场。这一销量比上一年增幅高达 30%40%并且还将持续长时间的大幅增长。这些数据充分证明了汽车将会成为了这个时代越来越重要的一种生活用品，成为了人们日常生活不可分割的一部分！而对汽车这一由数万零部件组成的复杂机械体来说，它的心脏发动机缸体，是发动机零件中结构较为复杂的箱体零件，其制造精度要求较高，加工工艺复杂。随着现代化发动机工厂产能日趋扩张，发动机缸体基本上都采用机械化、自动化流水线式生产方式，其传统加工方法即采用专机为主组成的刚性生产线已经不再能适应时代的要求了 1。国内发动机缸体生产以专机为主形成自动线的较为常见。以加工中心和专机相结合组成完整自动线的实例也有，但多为国外厂家整线承包设计建设的生产线。但这些生产线也存在物流工作量大、员工劳动强度高、生产线人员多、产品质量稳定性与先进国家生产线有明显差距、生产线运行成本高等弱点。而以国产设备为主体，部分关键设备依靠进口来自行设计并建造生产专线，这不仅可以带动国内加工中心还可以促进国内相关生产线辅助设备行业的发展，生产线设备的国产化是今后技术改进的方向之一 2。同时高速加工技术是近几年发展起来的一项先进制造技术，它采用超硬材料刀具和模具，利用高精度、高自动化和高柔性的制造设备实现了高效率、高柔性和高质量的切削加工，被称为是 21 世纪机械制造业的一场技术革命 1。如果把这一技术运用到发动机缸体加工中来，势必能够提高加工效率从而降低生产成本。本文主要是对 EA111 发动机上缸体的加工工艺的研究。在充分分析和研究该工件结构工艺特征和各项工艺技术要求的基础上，拟定工艺路线，根据现有的生产工艺设备条件，设计制定出一套切实可行的加工方案，合理选择加工设备，以保证发动机缸体加工质量和效率。此外由于缸体加工要求精度较高，所以还需要设计出各工序的专用夹具。- 2 -2 缸体的结构工艺性分析2.1 缸体的结构特点分析图 2.1 发动机上缸体铸件汽车发动机缸体一般都是由缸盖、上缸体、下缸体、油底壳四个主要部分组成。缸体部分需要分别进行上缸体、下缸体单体的粗加工、半精加工后，再合缸进行缸体组件上曲轴孔、气缸孔等部位的精加工，以达到各项技术要求。形状结构紧凑、复杂，机加工精度要求高，同时还要求耐磨、耐高温、耐高压等，是一个典型的箱体类零件。并且发动机上的各种配件均以缸体为基准安装在发动机缸体上，通过它把发动机的曲柄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。发动机缸体的加工质量不仅影响其装配精度及运动精度，而且对发动机的工作精度，使用性能和寿命有着决定性的影响 3,4。通常是从缸体材料、结构和加工精度上采取措施 5。- 3 -现有的发动机上缸体毛坯采用铸造成形，镶嵌有四个薄壁气缸套。且该发动机缸体是分体式结构，缸体的整体刚性也较一般发动机缸体差，所以工艺难度比一般箱体类零件大 4。所需要加工的特征部位主要是平面和孔，包括各个平面、定位销孔、连接螺纹孔、气缸孔等。各面的平面度、相互之间的平行度及垂直度要求严格。特别是缸体的底面在粗、半精加工之后需要和下缸体合缸，且还有后续精加工；缸体顶面加工后需要和缸盖相配合，这两个面是上缸体重要的配合面，精度要求也比其余几个面的要求更高；孔和孔间、孔与平面的位置精度；缸体各面上用于连接用螺纹孔；此外气缸孔的孔径、圆度、圆柱度、及各定位销孔的精度等要求也非常高，特别是气缸套壁厚才几个毫米，加工中很容易受损，机加工难度较大。这些因素都使得上缸体的加工工序复杂且困难。此外缸体的清洗问题也要予以足够的重视 6。图 2.2 右端面上定位孔 2B999 和 2B9982.2 缸体的主要技术要求1) 顶面 Seife1 因为要与缸盖结合，平面度要求不低于 0.05mm, 位置度要求为0.4mm，表面粗糙度 3.21.6 ；um2) 底面 Seife6 要与下缸体相结合，所以平面度要求不低于 0.04mm，表面粗糙度 1.60.8 ；um3) 缸体其他各面的平面度、平行度、垂直度均不低于 0.08mm；4) 正面 seife4 上数据块定位孔端面粗糙度不低于 3.2 ，孔粗糙度不低于 1.6um，孔的位置精度要求误差不大于 0.02mm；5) 气缸孔 76 的圆度要求 3,4为 0.02mm，位置度要求为 0.3mm，粗糙度02.为 1.60.8 ；um6) 底面 Seife6 的两个定位销控圆度要求为 0.01mm，位置精度要求误差不大- 4 -于 0.2mm；7) 右端面 seife2 上两个定位孔 2B998 和 2B999 圆度要求为 0.02mm，位置精度要求误差不大于 0.2mm。2.3 主要加工部位和方法发动机上缸体是典型的箱体类零件，由于箱体结构复杂且没有任何的回转平面，所以无法使用最普遍的车削加工方法来加工，又由于缸体需要加工的部位主要是平面和孔，如缸体顶面、底面、孔端面、工艺孔、螺纹孔的加工。结合 2.2 缸体的技术要求，决定采用铣削作为主要表面的粗、半精加工方法，由于精度要求高而精加工采用磨削；定位孔的主要加工方法为粗加工用钻削，精加工用铰；此外气缸孔的加工精度要求非常高，特别是气缸孔的孔径、圆度、圆柱度、位置度等，另外缸体内部的网纹质量要求也很高，且对缸体的使用性能影响很大，除了采用镗孔作为主要加工方法外还需要用到珩磨作为精加工方法。2.4 定位基准的选择定位基准是在生产加工中使工件在夹具上占有正确位置所采取的基准。定位基准的选择不仅影响加工精度，如基准不重合时产生的定位误差会影响加工精度，而且与加工顺序的确定是密切相关。作为一道工序的定位基准必须在前道加工工序中加工出来，因此要合理选择定位基准。由于现在的发动机缸体是铸件而没有机加工过，在加工时自然就涉及到缸体粗、精基准的选择。在第一道工序中，只能使用毛坯表面作为定位基准，在以后各种工序中可以采用已经加工过的表面作为定位基准，定义为精基准 8。粗基准的选择应该考虑到后面的工序，要为后面的加工做好准备。在选择基面时要考虑到各定位基面有足够大的接触面积和分布面积，这分别能提高对切削力的承受能力和加工过程中工件定位的的稳定可靠性 5,7,9。根据上述原则和分析后决定选用缸体的左端面 seife3 作为缸体粗基准，加工出精基准右端面 seife2 和上面两个定位孔 2B998 和 2B999,再加工其它非工作面和孔。2.5 机床的选择2.5.1 机床选择机床设备的选择是否合理不但会直接影响到工件的加工精度还会影响到工件的加工效率和成本，是很重要的一步。根据机床选择原则 10选择机床如下：机床设备的自动化程度和生产效率应与工件的生产类型相适应，因为缸体年产量为 20 万，所以选用数控加工中心；缸体的加工精度要求很高，而立式机床相比卧式机床有整体刚性好，有利于保持和提高缸体的加工精度，而且占地面积小，便于- 5 -布置柔性生产线等优点，所以选择立式机床；确定机床类型后，选择的机床工作台尺寸规格应与工件的尺寸相适应，加工精度等级应与本工序加工要求相适宜，电动机功率应与本工序加工所需功率相适应。基于以上考虑，选择北一大隈的 MXR-460V 立式加工中心作为主要面和孔的加工设备，由于还用到珩磨工艺，所以选用上海百旭的 Beste VH60 立式珩磨机床作为珩磨加工设备。2.5.2 选用机床简介（1 ）.MXR-460V 立式加工中心主要参数快速移动进给速度 mm/min XY：36 ，Z：30主轴电机 KW VAC11/7.5(10 分钟连续)电动机进给轴电机 XYZ KW 3.0/4.0刀具选择方式 . 随机拉钉类型 . MAS 2 型刀具数量 把 2O32刀具最大直径（相邻） mm 90刀具最大直径（不相邻） mm 125刀具最大长度 mm 400刀具最大重量 kg 8刀具最大惯性矩 . 7.8刀架刀柄型式 . MAS BT40机械高度 mm 2650占地面积 mm 2，2302，380尺寸机械质量 kg 5,500标准规格 数量 MXR-460V高速度：强力导轨和进给轴支撑，自由曲面自适应控制 高精度：定位精度为 0.004mm/全行程超强力：刚性平衡特佳的机械结构，切削能力更强。（2）.上海百旭 Bestech VH60 立式珩磨机床 主要参数：孔径范围： 19.0-203.0mm孔长范围： 可到 450mm工件尺寸*： 1168 L x 558 W x 673 H mm工件重量*： 680Kg1496 lbs) 含夹具主轴电机： 2.2KW主轴速度： 90 到 350 RPM；可调冲程电机： 0.75KW冲程速率： 40 80RPM,可调冲程长度范围： 0 225mm- 6 -冷却泵电机： 0.75KW外形尺寸： 2318 W1835 D2197 H mm 机床净重： 860 Kg机床重量： 860Kg电压： 230 V，60 Hz，3 Ph；220 V，50 Hz，3 Ph 3 缸体工艺规程设计 103.1 生产纲领和生产类型的确定生产纲领 )1(baQnN零件的年产量N产品的年产量Q每台产品中该零件的件数n备品百分率,a废品百分率 b已知缸体设计产能为 200000 台/年，根据生产统计取值： a=1%，b=6% ；于是 2000001（1+1%）（1+6%）214000 件/年。N由此可知该发动机上缸体为大批大量生产纲领。3.2 工艺路线的制定这是制定工艺过程中关键的一步，包括：确定加工方法，安排加工顺序，工序的集中和分散，安排热处理，检验及其他辅助工序（倒角、去毛刺、倒角等） 。3.2.1 加工方法的确定- 7 -（1）根据缸体的结构特征和每个加工部位的技术要求，确定具体的加工方法及经过几次加工达到图样尺寸和精度。同时还要兼顾缸体的铸铁材料性质，生产加工的效率和经济性，以及车间现有的设备状况和成本问题。具体加工方法的确定参考以下两个表确定 11。表 3.1 内圆表面的各种加工方案及其所能到的经济加工精度和表面粗糙度值序号加工方法 经济精度级表面粗糙度Ra 值/um适用范围1 粗镗半精镗 IT9IT8 3.21.62 粗镗半精镗精镗 IT8IT7 1.60.83 粗镗半精镗精镗浮动镗刀精镗IT7IT6 0.80.4除淬火钢外各种材料，毛坯有铸出孔或锻出孔4 出镗（扩）半精镗磨孔IT8IT7 0.80.25 出镗（扩）半精镗粗磨精磨IT7IT6 0.20.1主要用于淬火钢，也可用于未淬火钢，但不宜用于有色金属6 出镗孔半精镗精镗金刚镗IT7IT6 0.40.05 主要用于精度要求很高的有色金属加工7 钻（扩）粗铰精铰珩磨钻（扩）拉珩磨出镗孔半精镗精镗珩磨IT7IT6 0.20.0258 一研磨代替上述方案中的珩磨IT6 以上精度要求很高的孔于是最终确定缸体连接用螺纹孔的加工方法为：钻孔功螺纹；工艺定位孔的加工方法为：钻孔精铰孔。表 3.2 平面的各种加工方案及其所能到的经济加工精度和表面粗糙度值序号加工方法 经济精度级表面粗糙度Ra 值/um适用范围1 粗车半精车 IT9 6.33.2 回转体零件的端面- 8 -2 粗车半精车精车 IT8IT7 1.60.83 粗车半精车磨削 IT8IT6 0.80.24 粗刨（铣）精刨（铣） IT10IT8 6.31.6 精度不太高的不淬硬平面5 粗刨（铣）精刨（铣）刮研IT7IT6 0.80.1 精度要求较高的淬硬平面6 粗刨（铣）精刨（铣）磨削IT7 0.80.27 粗刨（铣）精刨（铣）粗磨精磨IT7IT6 0.40.02精度要求较高的淬硬或者不淬硬平面8 粗铣拉 IT9IT7 0.80.2 大量生产，较小平面（精度与拉刀精度有关）9 粗铣精铣精磨研磨IT5 以上 0.10.06 高精度平面于是确定缸体的顶面加工方法为：粗铣 半精铣 磨；底面的加工方法确定为：粗铣 半精铣 精铣 磨；左端面确定为：粗铣 半精铣；右端面的确定为：粗铣 半精铣 精铣；数据块定位面为：粗铣 半精铣，孔端面加工方法为铣。（2）虽然上述加工方法是加工缸体的主要工艺方法，所占工作量最大，涉及面广，而在缸体加工至成品的所有工艺过程中，珩磨所占工作量的份额比起切削加工的工作量相对少，但发动机缸体气缸孔壁网纹是靠珩磨加工而成的，网纹加工的各项参数指标，对气缸孔壁平台网纹能改善磨擦内表面油膜分布、改善发动机的工作性能、缩短发动机磨合期、提高发动机寿命、降低全损耗系统用油消耗等作用，对于发动机的最终性能及使用寿命有很大影响。而珩磨加工的网纹品质的好坏对所选择的珩磨加工设备、珩磨条及珩磨使用的各个工艺参数有很大依赖性，所以缸体的珩磨加工必须采用高品质珩磨条，选择合适的珩磨参数来进行珩磨加工。并且珩磨应分三道序完成，即分粗加工、精珩磨与平顶珩 4,12。所以气缸孔的加工方法最终确定为：粗镗孔 半精镗孔 粗珩磨 精珩磨最终修光磨。3.2.2 加工阶段的划分因为该缸体的加工精度要求非常高，所以把工序划分为粗加工阶段，半精加工阶段，精加工阶段，光整加工阶段。这样做不仅可以合理使用机床设备，降低对机床和刀具的损耗，还因为粗加工阶段切削力和切削热、夹紧力也比较大，工件内部- 9 -的内应力也较大，而后面的半精加工精加工阶段切削力切削热和夹紧力都较小，内应力也较小，通过加工阶段的划分来逐渐减小工件受力，并且使得各个阶段的间隔相当于自然时效，可以逐步休正缸体在前面加工中产生的变形。划分加工阶段后还便于插入时效，去内应力，热处理等工艺。最后在划分加工阶段后，在粗加工中还可以及早发现毛坯的缺陷，及时报废或修补；精加工放在最后，还能够实现进一步的保护缸体底面这样重要表面少受磕碰损伤。3.2.3 工序的集中和分散在确定加工方法之后，按照工件生产类型和车间具体条件制定工艺过程的工序数，有工序集中原则和工序分散这两种截然不同的原则。工艺集中不仅可以减少机床的数量，从而减少工人的数量和机床的占地面积，还减少工序数目，缩短了工艺路线，简化了生产计划工作，还可以减少装夹次数，有利于提高生产率而且在一次装夹下加工多个表面，也有利于保证这些面的位置精度。而工序分散原则是每个工序内容尽量少些甚至只有一个简单的工步。这两种原则各有优点，虽然按照工序集中原则需要采用数控加工中心，它的一次性投入比较大，但是它，生产适应性好，转产相对容易，有足够的柔性，越来越受到重视。3.2.4 缸体加工顺序的安排缸体的某些面和孔的加工精度要求非常高，这就注定了缸体不可能在一次装夹下完成全部的切削加工，同一部位的加工需要穿插分布在整个加工过程中。确定了缸体各加工部位的加工方法和定位基准之后，根据加工顺序的安排原则制定如下加工顺序：先粗加工出缸体精基准右端面和上面两个定位用工艺孔、两个运输孔，再加工左端面和缸体底面、顶面，再半精加工和精加工各重要表面，最后去毛刺，倒菱角等。3.2.5 热处理工序在机加工开始之前安排预备热处理，以改善缸体铸件的切削性能，消除毛坯铸造时候的内应力。3.2.6 辅助工序辅助工序是工件生产加工中必不可少的工序，缺少必要的辅助工序或者对辅助工序要求不严，会给最后的装配工作带来不必要的麻烦，甚至会发生缸体加工后和别的部件无法配合或者不能运转的状况。检验工序是最主要的辅助工序，是保证缸体加工质量的重要措施。除了在缸体加工过程中的每道工序操作者自检之外还应该在以下情况单独安排检验工序：1) 粗加工阶段结束后；2) 重要工序之后；3) 零件转移车间时；- 10 -4) 特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；5) 零件全部加工结束后。除了检验工序之外还应该在相应工序后接着安排去毛刺、倒棱边、去磁、清洗、涂防锈油、气密试验等必要的辅助工序。3.3 工艺方案的设计 3,53.3.1 工艺方案设计一1) 铸件去应力退火2) 毛坯检测3) 用 100 面铣刀粗铣右端面，表面粗糙度达到 Ra12.54) 13.5 钻定位孔，精度达到 Ra12.55) 钻 13.5 运输孔6) 钻 12 运输孔7) 半精铰 14 定位孔8) 精铰 14 定位孔9) 用 16 端铣刀半精铣右端面，加工精度达到 Ra3.210) 用 100 面铣刀粗铣左端面，表面粗糙度达到 Ra12.511) 用 16 端铣刀半精铣左端面，加工精度达到 Ra3.212) 用 16 端铣刀半精铣数据块孔的面（正面） ，粗糙度达到 Ra3.213) 钻数据块安装孔14) 数据安装快攻丝15) 粗铣缸体底面，加工精度达到 Ra12.516) 半精铣缸体底面，加工精度达到 Ra3.217) 钻10 工艺定位孔（孔号）18) 铰10 工艺定位孔（孔号）19) 100 面铣刀粗铣缸体顶面，精度达到 Ra12.520) 用 16 端铣刀半精铣缸体顶面，精度达到 Ra3.221) 粗镗缸体气缸孔22) 半精镗缸体气缸孔23) 中间清洗24) 粗珩磨缸体气缸孔 1 425) 精珩磨缸体气缸孔 1 426) 最终修光磨- 11 -27) 去毛刺、倒棱边28) 去磁29) 涂防锈油30) 气密性试验31) 最终清洗32) 全尺寸检测33) 包装、编码、入库3.3.2 工艺方案设计二1) 铸件去应力退火2) 毛坯检测3) 用 100 面铣刀粗铣缸体底面，加工精度达到 Ra12.54) 用 16 端铣刀半精铣缸体底面，加工精度达到 Ra3.25) 钻10 工艺定位孔（孔号）6) 铰10 工艺定位孔（孔号）7) 100 面铣刀粗铣缸体顶面，精度达到 Ra12.58) 用 16 端铣刀半精铣缸体顶面，精度达到 Ra3.29) 用 100 面铣刀粗铣右端面，使其表面粗糙度达到 Ra12.510) 13.5 钻定位孔，精度达到 Ra12.511) 13.5 钻运输孔 12) 12 钻运输孔13) 14 铰定位孔14) 用 16 端铣刀半精铣右端面，加工精度达到 Ra3.215) 用 100 面铣刀粗铣左端面，表面粗糙度达到 Ra12.516) 用 16 端铣刀半精铣左面，加工精度达到 Ra3.217) 用 16 端铣刀半精铣数据块孔的面（正面） ，粗糙度达到 Ra3.218) 钻数据块安装孔19) 数据安装块攻丝20) 用 100 面铣刀粗铣缸体背面，表面粗糙度达到 Ra12.521) 用 16 端铣刀半精铣缸体背面，粗糙度达到 Ra3.222) 粗镗缸体气缸孔23) 半精镗缸体气缸孔24) 中间清洗- 12 -25) 粗珩磨缸体气缸孔 1 426) 精珩磨缸体气缸孔 1 427) 最终修光磨28) 去毛刺、倒棱边29) 去磁30) 涂防锈油31) 气密性试验32) 最终清洗33) 全尺寸检测34) 包装、编码、入库本工案中工序 3-8 和 22、23 工序采用立式加工中心，9-21 工序采用具有双交换工作台且可以 360自由旋转的组合机床， 25-27 工序用上海百旭 VH60 立式珩磨机。3.3.3 两工艺方案的分析比较两条工艺路线都很好的遵循了先面后孔和先粗后精的原则，还划分出了粗加工阶段、半精加工阶段和精加工阶段，这有利于保证工件加工各面的加工质量，便于充分使用机床和安排热处理工序。同时粗加工各表面后可以及早的发现毛坯的缺陷，能够及时报废和补修，以免继续进行加工而浪费工时和增加成本。精加工安排在最后可保护精加工后的表面不受损伤或少受损伤。并且均使用缸体底面作为缸体气缸孔加工的精基准，这样放置使得缸体能够承受较大切削力和提高定位稳定性。工艺方案一中先加工出右端面和上面两个定位销孔，作为精基准再来加工缸体左端面，保证二者对底面的垂直度，再加工底面作为后续加工的精基准。且主要加工设备分别为立式加工中心和立式珩磨机，立式机床的整体刚性好，有利于加工系统的稳定性维持和加工的高精度，减少粗、半精加工工序切削力和误差对后续工序的影响。且立式设备占地面积小，便于布置柔性生产线的优点。而工艺路线则二除了使用立式加工中心外还使用了组合机床等，不仅增加了生产初期的投资，而且组合机床的整体精度不如加工中心，使缸体的加工精度相比第一套工序方案的有所下降，并且加工中缸体在机床间的转移时间过多，会照成工时的增加和人力成本的提高，工件的装夹次数过多，由于每次的装夹不一致很容易增加工件的定位误差。经过对两个工艺方案的上述分析后最终选择工艺方案一，作为缸体的最终加工方案。3.3.4 最终工艺方案设计工序号 工步号 工步内容 定位基准 机床- 13 -一 1 用 100面铣刀粗铣右端面，表面粗糙度达到 Ra12.5缸体左端面 MXR-460V立式加工中心2 13.5钻定位孔，精度达到Ra12.5。3 钻 13.5运输孔4 钻 12运输孔5 半精铰 14定位孔6 精铰 14定位孔7 用 16端铣刀半精铣面，加工精度达到 3.2二 1 用 100面铣刀粗铣左端面，表面粗糙度达到 Ra12.5以一圆柱销和一菱形销和右端面定位。MXR-460V立式加工中心2 用 16端铣刀半精铣面，加工精度达到 Ra3.2三 1 用 16端铣刀半精铣数据块孔的面，粗糙度达到 Ra3.2以缸体背面取三点支撑，外形取三点支撑定位。MXR-460V立式加工中心2 钻数据块安装孔3 数据安装快攻丝四 1 100面铣刀粗铣缸体底面，精度达到 Ra12.5以毛坯顶面三点支撑定位，外形取三点承靠定位。MXR-460V立式加工中心2 用 16端铣刀半精铣缸体底面，精度达到 Ra3.23 钻10 工艺定位孔（孔号）4 铰10 工艺定位孔（孔号- 14 -）五 1 100面铣刀粗铣缸体顶面，精度达到 Ra12.5以二圆柱销定位上序加工的两工艺定位孔，四个支撑座支撑定位工件。MXR-460V立式加工中心2 用 16端铣刀半精铣缸体底面，精度达到 Ra12.5六 1 粗镗缸体气缸孔 同上 MXR-460V立式加工中心2 半精缸体镗气缸孔七 1 中间清洗 中间对位清洗机八 1 粗珩磨缸体气缸孔 1 4同上 Bestech VH60 立式珩磨机2 精珩磨缸体气缸孔 1 43 最终修光磨九 1 去毛刺、倒棱边 同上 立式珩磨机2 去磁3 涂防锈油4 气密性试验十 最终清洗 最终对位清洗机十一 1 全尺寸检测十二 1 包装、编码、入库- 15 -4 机械加工余量、工序尺寸、及毛坯尺寸的确定4.1 加工余量的确定 10加工余量分为两种，即总余量和工序余量。在由毛坯到成品的加工过程中，毛坯尺寸与成品零件图的设计尺寸之差称为总加工余量。完成某一道工序时从表面上所切除的金属厚度称为工序间工序余量。对外圆和孔等旋转表面而言余量是从直径上考虑的，称为双边尺寸（对称余量） ，对于平面而言则是单边余量，等于实际切削时去除的金属层厚度。工序尺寸的公差按各种加工方法的经济精度确定，并规定在零件的“入体”方向标注。即对于被包容面（轴、键等）工序尺寸公差都取上偏差为零，加工后的基本尺寸等于最大极限尺寸；对于包容面（孔、键槽宽等 ）工序尺寸公差都取下偏差为零，即加工后的基本尺寸等于最小极限尺寸。毛坯尺寸的制造公差常取双向布置。加工余量的确定目前一般按照技术手册等资料推荐的数据为基础，并结合实际的生产情况加以确定。4.2 典型尺寸加工余量的确定查实用机械加工工艺手册 13取铸件公差等级为 8 级,加工余量等级取 F 级，得出铸件机械加工余量取 4.00mm4.5mm。对于简单的工序尺寸，在决定了各工序的余量和其能达到的经济精度后，就可以计算各工序尺寸及其公差，其计算方法为“逆推法” ，即由最后一步工序开始逐步向前推。- 16 -1.14H7 工艺孔的加工路线如下：钻孔 半精铰 精铰（1） 确定各工序间的加工余量 根据孔直径为 14mm，查表 13得钻孔余量为：3.00mm，半精铰孔余量为：0.95mm，精铰孔余量为：0.5mm，总余量为：4.00mm。（2）计算各工序及毛坯的基本尺寸由于钻孔后基本尺寸为 13.00mm，所以半精铰孔后基本尺寸为 13.95mm，精铰孔后基本尺寸为 14.00mm，毛坯孔的基本尺寸为 10.00mm。（3）计算各工序及毛坯的尺寸公差由各工序所采用的加工方法的经济精度及有关公差 14可以查出，精铰孔后精度要达到 7 级精度，半精铰孔后精度为 8 级精度，钻孔后为 10 级精度，铸造毛坯精度为 8 级。根据以上分析并按“入体”原则标注如下：精铰孔： 14.00 mm，表面粗糙度为 1.6um半精铰孔：13.95 mm，表面粗糙度为 3.2um钻孔： 13.00 mm，表面粗糙度为 12.5um铸造毛坯：10.00 mm。2.气缸孔的工艺路线如下：粗镗 精镗 粗珩磨 精珩磨 最终修光磨(1) 确定各工序间的加工余量根据零件的基本尺寸范围查表得气缸孔的粗镗直径余量为：0.5mm，精镗余量为:0.2mm。查表得气缸孔的珩磨余量为:0.11mm，总加工总余量为:0.81mm。（2）计算各工序及毛坯的基本尺寸由于粗镗孔后基本尺寸为 75.69mm，所以精镗孔后基本尺寸为 75.89mm，精珩磨孔后基本尺寸为 76.00 mm，毛坯孔的基本尺寸为 75.19mm。02.（3）计算各工序及毛坯的尺寸公差由各工序所采用的加工方法的经济精度及有关公差可查出，精珩磨孔后精度要达到 6 级精度，半精镗精镗孔后精度为 7 级精度，粗镗孔后为 8 级精度，铸造毛坯精度为 8 级。根据以上分析并按“入体”原则标注如下：精珩磨孔：76.00 mm，表面粗糙度为 Ra1.60.8um02.精镗孔： 75.89mm，表面粗糙度为 Ra3.21.6um粗镗孔： 75.69mm，表面粗糙度为 Ra3.2um- 17 -铸造毛坯：75.19mm。3.缸体顶面的工艺路线如下：粗铣 半精铣 磨根据顶面宽和平面长度范围，查表得粗铣余量为：1.70mm，半精铣面余量为：1.00mm；查表得磨顶面余量为：0.3mm，总加工余量为:3.00mm。4. 缸体底面的工艺路线如下：粗铣 半精铣 精铣 磨根据顶面宽和平面长度范围，查表得粗铣余量为：1.70mm，半精铣面余量为：1.00mm，精铣余量为：1.00mm；查表得磨底面余量为：0.3mm，总加工余量为：4.00mm。5 确定切削用量 13工序 1：加工上缸体右端面、定位孔、运输孔。机床：MXR-460V 立式加工中心工步（1）：粗铣右端面，表面粗糙度达到 Ra12.5刀具：涂层硬质合金圆柱铣刀 查表选用 100 面铣刀 D=100mm L=80mm d=40mm 齿数 z=14；根据表查得铣削深度 每齿进给量取 铣削速度取map4)/(25.0Zmaf；min)/(130v机床主轴转速 ： min/01.41.30rdVn取 。mi/41rn- 18 -工步（2）：钻 2*13.5定位孔刀具:直柄麻花钻-高速钢钻头 查表选用 d=13.50mm L=160mm L =108mm； 1根据表查得切削速度选用 进给量取 ；min)/(30v)/(26.0rmf工步（3）：钻 13.5 运输孔刀具:直柄麻花钻-高速钢钻头 查表选用 d=13.50mm L=160mm L =108mm； 1根据表查得切削速度选用 进给量取 ；min)/(30v)/(26.0rmf工步（4）：钻 12 运输孔刀具：直柄麻花钻 查表选用 d=12.00mm L=151mm L =101mm； 1根据表查得切削速度选用 进给量 ；min)/(30V)/(20.rmf工步（5）：铰 2*14 定位孔刀具:硬质合金直柄机用铰刀 查表选用 d=14.00mm =12.5mm L=160mm 1d齿数 =4；ml20z根据表查得切削厚度选用 进给量取 ；min)/(12.0ap )/(20.rmf工步（6）：用 16 端铣刀半精铣右端面刀具：涂层硬质合金圆柱铣刀 查表选用 16 立铣刀 d.16齿数 z=6；md0.1L0.92l0.32根据表查得铣削深度 每齿进给量取 铣削速度取map1 )/(8.0Zmaf；in)/(2v机床主轴转速 ： min/89.30164.201rdVn- 19 -取 。min/390rn工序二：粗、半精镗缸体气缸孔机床：MXR-460V 立式加工中心工步（1）粗镗缸体气缸孔刀具: 90 可调高速钢镗刀 查表选用 5 号莫氏锥柄刀杆 D=60.00mm L=225mm b=20mm； 查表切削速度选用 进给量取 ；min)/(30v)/(4.0rmfap5机床主轴转速 ：n min/15.06914.30rdVn取 。min/10r工步（2）半精缸体镗气缸孔刀具：90 可调高速钢镗刀 查表选用 5 号莫氏锥柄刀杆 D=60.00mm L=225mm b=20mm；查表切削速度选用 进给量取 ；in)/(35mv)/(3.0rmfmap0.2机床主轴转速 ：n min/84.123904.3510rdVn取 。min/125r- 20 -6 夹具设计6.1 夹具定义和用途 机械制造的过程中用来固定工件，使之占有正确的位置，在整个加工过程中保持不变的辅助工艺设备，这套辅助设备就是机床夹具。机床夹具主要有下列用途：1) 保证产品质量的稳定可靠性；2) 提高劳动生产率；3) 能够扩大机床的工艺范围，甚至是改变原机床的用途以解决复杂或困难的工艺问题；4) 降低生产成本；5) 减轻操作的劳动强度,做到生产安全；6) 对工人的技术要求较低。6.2 夹具的组成通常来说夹具的组成部分可以划分为 10：1) 定位元件 定位作用，使工件在夹具中占据正确的加工位置；- 21 -2) 夹紧装置 使加工工件能够克服切削力等作用，保持之前的定位位置不变；3) 对刀元件 调整加工刀具对夹具体的相对位置；4) 引导元件 引导刀具进行加工，决定了刀具相对于夹具体的位置；5) 其他装置 比如起分度作用的分度装置等；6) 连接元件和连接表面 7) 夹具体 整个夹具的基础元件，上述元件都组装在其上面才成为一个完整的夹具整体。6.3 夹具设计的基本要求夹具设计必须要遵循的原则就是经济适用。有几下几点基本要求：好用、好造、好修。这其中好用是最主要的,但不应该脱离工序的要求和生产的具体情况而过分强调。夹具体是夹具的基础件，设计时应该满足下列基本要求 15：1) 应有足够的强度和刚度；2) 结构简单，重量轻，体积小；3) 保证尺寸，形状和位置精度稳定；4) 具有良好的结构工艺性，便于排屑。6.4 工序一的夹具设计由于缸体的加工工序较为复杂，工艺要求也很高，所用到的专用夹具也较多，经过与导师商议决定设计工序二的专用夹具。6.4.1 定位夹紧方式的设计本工序中在选择基准时参照了定位基面要有足够大的接触面积和分布面积的原则，因为这分别能提高对切削力的承受能力和加工过程中工件定位的的稳定可靠性，对后续加工中的精度保持比较有利。所以选择右端面作为精基准，再加上在工序一中加工出来的两个工艺孔，采取一面两孔的方式定位。两工艺孔一个用圆柱销定位，另一个采用菱形销定位，缸体端面用四个支撑座支撑工件，四支杠杆式油压缸点对点对缸体进行夹紧。6.4.2 夹紧力和切削力的计算由于粗加工到精加工的过程中切削力和夹紧力是逐步减少的，所以计算切削力和夹紧力时均以粗加工的为准，只要粗加工时的夹紧力满足了加工要求，精加工就可以不用考虑了。1） 切削力的计算：查表 13得铣削切削力的计算公式：- 22 -BzDstpz90.8.90.52式中： 切削力（N） ；p铣削深度（mm） ；t每齿进给量（mm） ；zs铣刀直径（mm） ；D铣削宽度（mm） ；B铣刀齿数。z由之前的内容可知 D=100mm，z=14，t=4mm， =0.25mm，B=60zs所以切削力 ：=796.224(N)1460125.0459.8.9. p2） 夹紧力的计算：查表 15得实际所需夹紧力公式为： ；FKk其中 ；查表得：6543210KK基本安全系数：K 0=1.5；加工性质：K 1=1.2；刀具钝化程度：K 2=1.0；切削特点：K 3=1.2；夹紧力的稳定性：K 4=1.0；夹紧元件与工件间的摩擦系数 f2=0.3工件与夹具支撑间的摩擦系数 f =0.3；夹紧元件与工件间的摩擦系数 f =0.41 2理想夹紧力：F = =1137.5Nk21fp- 23 -实际夹紧力：F=Fk K=2456.7N可见实际的夹紧力 F 是大于切削力 P 的，所以采取上述的缸体夹紧方案是可行的。6.4.3 定位误差分析定位误差就是工件定位时工序基准沿加工尺寸方向上的最大位移量，包括基准位置误差和基准不重合误差。基准不重合误差为： ；基准位min11. dDW移误差为： 。经计算此夹具的定位LdDdDWJ 2arctnmin211. min误差比起工序误差要小，是合格可行的。6.5 夹具体设计本工序所设计的夹具示意图：注释：1. 本夹具设计图为配合北一大隈 MXR-460V 立式加工中心加工缸体的工序一液压夹具；2. 图示夹具只是本工序夹具设计的示意图，尺寸以图样尺寸为准。图 6.1 工序二夹具设计示意图 1- 24 -图 6.2 工序二夹具设计示意图 26.6 定位元件的选择 13,15缸体的定位面因为是精基准，所以缸体端面的四个支撑钉均采用 A 型的平面支撑钉，分别安放在四个支撑座里；两个销孔分别用一个圆柱销和一个菱形销定位；缸体四周点对点夹紧用的四个杠杆式油缸均选用帕斯卡 CSU 杠杆式油压缸。7 结 论本设计说明书是针对 EA111 发动机缸体加工工艺的研究。来源于生产实际，并且把所学专业知识和生产实际紧密联系起来，具有一定的难度，这不仅是对所学专业知识的一个综合运用的训练，更是实际生产过程中一项非常重要的工作，也是能够高效加工出质量合格的发动机缸体的重要保证，具有非常重要的意义。通过查阅大量关于发动机缸体和箱体类零件加工工艺研究的文献资料了解了发动机缸体的作用以及生产工艺的发展趋势，再结合图纸和所学知识研究和分析了EA111 发动机缸体的结构特点，并制订出了部分工序完善的加工工艺，制作出了对应的工序卡片，合理选择出了加工使用的机床设备，还设计出工序二所使用的专用夹具，以保证发动机缸体加工中的定位和夹紧从而保证缸体的加工质量和效率。发动机缸体加工工艺是一个非常复杂繁琐，需要使用的工艺设备非常多的一个过程，如何能够更好的安排设计加工顺序和安排工艺；如何选择和高效率的使用各种机床设备；如何尽量减少缸体在加工过程中的装夹次数以减小误差提高缸体的加工精度；- 25 -另外缸体加工过程中气缸孔的加工精度对发动机甚至是对汽车的性能影响也非常大，如何提高气缸孔的加工质量也是很有意义的研究方向，这些都是发动机缸体的加工工艺中的重点和难点，还希望后人能够有更深入的学习和研究。参 考 文 献1 吴凤和, 周 文. 高速加工技术在发动机缸体加工中的应用研究J. 中国机械工程, 2006.09: 1975-19782 殷洋武. 邹恒琪 . 刘昌宏. 梁盛文. 戴清桥. HR发动机缸体生产线的工艺规划设计J. 工艺与装备, 2009.02: 88- 973 徐瑾. 汽车原理及构造M. 北京：中国劳动社会保障出版社 , 2003.7: 2844 吴国君. 发动机缸体试制加工的关键技术J. 工艺与装备 , 2010. 1: 70-735 曾东建. 汽车制造工艺学M. 北京: 机械工业出版社, 2005.96 姚得强. 发动机制造中体的典型清洗工艺与装备J. 清洗世界 , 2007. 6: 12-177 张世有. 箱体类零件的加工工艺分析J. 机械与电子, 2010.17: 634-6878 金延安, 洪方明. 发动机缸体加工基准的选择J. 发动机制造 , 2010. 8:78-799 张夏林. 奥威柴油发动机缸体工艺定位基准及金属切削加工夹紧力分析J. 发动机制造, 2008.5:80-8410 卢秉恒. 机械制造技术基础M, 第3版, 北京：机械工业出版社 , 2007.12: 98-28911 乔世民. 机械制造基础M, 北京：高等教育出版社, 2003.6: 32133612 彭 浪. 曹 武. 发动机汽缸体压板镗砚加工工艺研究 J. 内燃机工程, 2004.3: 75-80- 26 -13 陈宏钧. 实用机械加工工艺手册M. 北京: 机械工业出版社, 1996.12:305-350 14 韩进宏. 互换性与技术测量M. 北京：机械工业出版社 , 2004.7:35-5015 杨叔子. 机械加工工艺师手册M. 北京：机械工业出版社 , 2001.8:415-872附录 （工艺卡）产品型号 EA111零件图号FQ/STRX GY 24-1济南大学毕业设计机 械 加 工 工 艺过 程 卡 片 产品名称 EA111发动机缸体零件名称发动机上缸体共 4页第 页材料牌号 HT250毛坯种类 铸坯毛坯外型尺寸每毛坯可制件数 1每台件数 1备注工时（分）工序号工 序 内 容 设 备型 号 设 备 名称 工 艺 装 备 准终单件铸件去应力退火 铸坯不允许有裂纹、夹渣、气孔等铸造缺陷 内外表面喷防锈漆，要求完全覆盖金属表面- 27 -济南大学毕业设计机 械 加 工 工 艺过 程 卡 片产品型号 EA111零件图号FQ/STRX GY 24-1产品名称EA111发动机缸体零件名称发动机上缸体共 4页第 页材料牌号 HT250毛坯种类 铸坯毛坯外型尺寸每毛坯可制件数 1每台件数 1备注工序号工 序 内 容 设 备型 号 设