发动机箱体机械加工工艺及孔夹具设计.doc

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1、青岛理工大学毕 业 设 计（论 文）题目：发动机箱体机械加工工艺及孔夹具设计学生姓名： 杨小猪 学生学号： 2009891xx 院系名称： 机电工程系 专业班级： 机电094 指导教师： 李阳 2012年 5 月12日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题目发动机箱体机械加工工艺及孔夹具设计专题发动机箱体机械加工工艺规程及钻削6-mm孔专用夹具设计主要内容及要求主要内容：（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

2、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。

3、主要技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/年进度及完成日期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，

4、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价项目评价标准（A级）满分评 分ABCDE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。10109876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

5、客观真实。20192017181516131412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4037-4032-3628-3125-2724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151513-1411-12109工作量工作量饱满；圆满完成了任务书所规定的各项任务。151513-1411-12109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60分，“设计质量”101

6、50中批量生产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箱体结构和功用的分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

7、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，

8、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

9、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

10、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箱体的技术分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

11、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

12、（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0.10.0

13、4mm。2.1.5箱体的材料分析一、 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

14、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

15、，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）。表2-2 灰铸铁HT250的主要化学成分及所占比重（%）CSiMnPS3.03.31.41.70.81.00.150.12 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

16、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）抗切强度（MPa）弹性模量E(MPa)疲劳极限（MPa）硬度HBHT25078598127710812798127143269 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

17、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

18、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

19、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

20、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。 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）7.257.35比热容cJ/g02000.500.54010000.670.71常点熔点0.920.96熔化潜热 （J/g）209230热导

21、率 W/mK4852线胀系数a（10/）020011.512.0050013.013.5电阻率 （cm）65752.2发动机箱体毛坯的设计2.2.1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

22、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，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