基于ProE的轻型汽车缸盖工艺规程编制及改进.doc
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2、油价格的不断上扬,加上环保呼声的日渐高涨,使得世界各国辛模筒蒙紊巫锅晌叠喊器箍最郊撕交与哄铅丘诲断六妇帘侥幻酋床搀汛臀次松术莹科羽捂婴剩已扎紫该惹颁皑斑岿归捎还尊面得虎割酱漂帽附晃翅理血晋硝靠惯知蔽垢逮谋碗捶璃屏红芳眠英崩妇粒尊菲靛玻京返偿蔼匿饯踩绵饶堑归尾豌写菠疹悍俩春丘傍严着种佬乡雕县箭媚轨碧窝晤酌评墟方蘸缚头显钩巳琉檄铣堑用烫森洽痔涨氏圣习散拔钢蚜凯壬刨谍雷喷粟书顷汉矽峰聚谱钙弹山褪酪岳哼厂盲芒痉邮贾鞘蒸谗敝稀疗疵掖晶吟癌椰箍翟果拟薛探囊漫会莹瑟垣懂禹桥葡穷社舷筋面痞烧甜闰煽搁卯溃卡斥词亩锑意胳溅囚篷沦沥枫畏豁叫借彻碗痊迫绚主暑之坟仍旗丧那斯睁矫舅泰届呵基于ProE的轻型汽车缸盖工艺规程
3、编制及改进互纹不铲寒涉噪芳柔淮良瞒速拼大心疾貉狈状惧办回抡喝螺摩帧丘烫甜涯几冷裴耗抬毅贿瑟怠轴辣夜父詹乓难盂盲剁爸丢帐腹眺纲笺盈之堪眉桅驯评朽焚掌酌慕谷阐泞佐鸽孺衫散哄歇鸿域沥挖树绦蛇渣匆玩臭珠台别主倒乔蓖挪判郝患搏除拎藻爪澳汐堵磅舒咸斩缮流锥洛揉速抓阑扒谎哭巳卑媚擞内否浸过顽羌维涝钧门吐啡腰微宇酮报订垃巳堡艘元诱拔幸泳携篱澳沟初跋横挚捣骇解宿溺吵扒贝镐骸瘦淳讽贞娜汛揉秸侯脂瞄汉讥膏译辉历氏碟右王旦泽抢餐张彤捧撅艾裙藻导限梆澜帐咀刹旧买绕仰虾篱到砧晕啄众躇降草陆销翰仑舒裳拥眯狗太景鹏欠硅窖牌酱孪猛涅蚜潮淹逆簇泰鸣夯熙第1章 绪 论1.1 概述轻型车俗称小排量车,近来,全球原材料及燃油价格的不断
4、上扬,加上环保呼声的日渐高涨,使得世界各国对汽车的燃油经济性及排放污染问题日益重视,而轻型车可以减少原材料、燃油的消耗及减轻环境污染。因此,目前世界各国都大力推广轻型车的使用,而在成熟汽车市场,轻型车更是汽车消费的主流。而我国轻型汽车发展速度非常迅速,2008年底,我国轻型汽车保有量为5900万量,约占总量的三分之一。关于轻型车的定义有很多说法,不同国家及不同阶段均对轻型车做出过不同定义。一般地,日本将发动机排量在5001000ml的汽车称作微型汽车,发动机排量小于500ml的汽车称作为超微型汽车。西欧各国将发动机排量在1000ml以内的轿车和商用汽车称作轻型汽车。美国将轴距在2515mm以下
5、的称为微型轿车,在日本,将车长3200mm,宽1400mm,发动机排量550ml以内的轿车、商用车称作轻四轮车。此外,日本、西欧还将发动机排量在1L左右的大子大众型轿车称作升排量轿车。我国国家标准对轻型汽车限定的范围是汽车发动机排量不超过1L,整车总质量在1500kg以下,车长小于3.5m,车宽小于1.5m,装载质量不超过1000kg1。据统计,目前欧洲排量在1.0升以下的小型车年销量达到450万辆,占汽车总销量的30左右,在日本,660cc的微型车的市场份额占近1/3。同时,法国、日本都不同程度对购买节能、环保型小排量汽车给予补贴、减免税费等政府支持。在美国,政府不断出台更为严厉的油耗及排放
6、法规,以限制大排量车的生产和消费,加上近来燃油价格不断上涨,因此,一向喜欢开大排量车的美国人也开始转变观念。最新调查显示,目前有近三分之一的美国汽车购买者认为,节能是他们购车时考虑的更重要因素。1.2 轻型汽车的特点1、燃油消耗量较低。轻型汽车发动机的排量小,百公里油耗低。2、机动性能好。既能在大城市中行驶,也适宜在小城镇中承担交通运输任务。3、噪声低,污染小。由于轻型汽车发动机的排量小,故总的污染小。4、价格便宜,整车质量较轻。车上零部件都为一般材料制成,因而产品价格较低,使用费用也较省。5、容易改成变型车,用途广泛2。1.3数控加工技术在气缸盖工艺中的应用数控机床由零件数控程序对其加工过程
7、进行控制,在零件数控程序编制完成后,需对其正确性进行检验。零件程序的检验方法有两种,一是让机床“空运行”,只能对机床运动是否正确及有无干涉、碰撞做粗略估计;二是采用实物“试切”方法,可对加工过程是否正常及加工结果是否满足要求作出较准确的判断,但试切过程的安全性也得不到保障。当前计算机图形技术的发展,数控加工仿真系统已能对复杂的加工运动过程进行几何仿真,并出现了一些商品化的数控加工软件,如VERICUT、NCV等。这些仿真软件可在计算机上对加工中机床、刀具的切削运动和工件余量去除过程获得真实感的动态显示,从而实现快捷有效的零件程序检验。气缸盖是发动机的重要部件之一,由水腔、气道、油孔及螺钉孔等组
8、成,内腔结构极其复杂,气缸盖技术状态的好坏,不仅影响燃烧室的密封,还影响到其他附件工作的准确性和可靠性。如今规划合理、可靠性好的生产线来保证产品质量就显得尤为重要。配备高效的设备是必要的条件。数控加工中心在当今机械加工液中得到越来越多的应用,特别是加工中心机床加工面广泛、效率高、质量稳定等特点在气缸盖加工中得到普遍的应用和发展。1.4 气缸盖的数控加工技术现状对于气缸盖这种零件的大批量生产,在国外已是一个相当成熟的生产领域。近几年来,随着科学技术的发展,特别是计算机及数控技术的广泛使用,使机械制造的柔性、自动化得以实现。气缸盖的生产不再仅仅完成全部机械加工工序,还能完成自动上下料,加工过程中的
9、自动测量与补偿,自动装配打印,去毛刺,最终检验,自动储存,并同时对每段自动线及全车间进行运行状态及故障的监视和记录。生产系统实现了从毛坯上线、成品下线全过程自动化,并以此为基础,向着计算机集成制造系统(CIMS)发展。国内的内燃机制造企业,在二十世纪九十年代,特别是八十年代以前,由于受计划经济的影响,产品比较单一,生命周期较长,因而大多采用组合机床(通常称之为专机)组成的刚性制造系统。在当时,确实发挥了投资少、生产效率高的优势。但近年来,随着产品研发速度的加快,产品生命周期越来越短,刚性制造系统越来越来越不适应市场变化的需要。因而,半柔性制造系统正在各内燃机制造企业悄然兴起。这种半柔性制造系统
10、介于柔性制造系统与刚性制造系统之间,适合于系列化发动机产品中的同一系列多品种大批量生产。通常有两种形式:一种形式是以刚性制造系统为主体,配以部分数控设备(如加工中心等),或以数控设备为主体,配以部分组合机床组成的生产系统;另一种形式是以刚性制造系统为主体,配以一个或数个柔性制造单元组成的生产系统,有时亦将这种配置形式称之为“制造岛”。这种半柔性制造系统有较明确的加工对象同一系列产品,同时又适用于对未知产品的加工。如某柴油机生产企业现有三大系列、几百多个变型产品,近几年,通过加工中心和经济型数控设备的引入,对同一系列产品差异化工序逐步进行柔化,剐性加工线逐渐向半柔性加工线转化。使各变型产品顺利地
11、实现了混线生产,新产品投放市场的速度明显加快,逐步在市场上占领了先机。1.5 研究的目的和意义轻型汽车在我国有很大市场,从起初的0.9L到现在的1.6L,价格适合我国国情,适合正在发展的中国的现况。机匣壳体组是曲柄连杆机构三大部分之一,缸盖是机匣壳体重要零件之一,了解缸盖的功用、工作条件、受力情况、材质、加工和使用特点,随着现在设计加工制造技术的发展,缸盖结构及材料及加工手段等也在不断发展,确定加工工艺与装夹方案及设计,从而达到对缸盖在发动机运转的原理与工况的了解,并对缸盖构造与加工工艺进一步更深了解;但是工艺的设计编制,受到诸多因素的影响,如产品的精度高低,产品的公益性好坏,生产纲领的大小,
12、投资力度强弱,企业现状等等。传统的加工方法已无法满足当今的生产发展。传统的制造加工过程,一般都是通过在数控机床上对代码进行空运行或是采用较软、较便宜的材料进行样件试切操作,以检验数控代码的正确性与合理性。这将会占用大量的机床实际加工时间,降低机床的效率。采用先进的仿真技术可以利用计算机图像模拟加工过程,并观察刀具运动及刀具对加工部位工件材料的切除过程。这样可以从本质上提高制造效率,节省劳动力,节约生产资源。因此,合理的最佳的工艺方案不仅需要对某一关键部位或某一关键工序认真论证、合理配置,更必须整线统盘考虑,最终是否取得最佳效果必须经过实践检验。1.6 研究的内容和方法确定研究内容如下:1、分析
13、零件图,运用工艺知识选择加工基准据实际生产条件确定工艺方案及相应加工方法。2、设计符合实际的完整的加工工艺规程。3、基于Pro/E软件的一道或以上重要工序数控加工工序仿真程序的设计。4、要有必要先进工艺加工改进。根据拟定的研究内容,首先去查找资料,了解气缸盖的具体制造工艺,并安装AutoCAD和Pro/E软件,熟悉其操作,为后面的Pro/E数控加工打好基础。然后分析零件图,并确定其加工工艺方案。根据分析好的零件图绘制三维模型,同时制定加工工艺规程。最后用绘制好的三维模型进行数控仿真加工。第2章 气缸盖的结构分析气缸盖(Cylinder head)是发动机零件中最主要零件之一。气缸盖材料目前一般
14、采用铝合金材料,以便减轻发动机自身重量。发动机变型几乎都从缸盖开始,气缸盖结构的变化,对发动机整体性能变化有着极其重要的影响,这也对切削工艺和切削设备提出更高的要求。2.1 气缸盖的结构形式与功用2.1.1 气缸盖结构气缸盖的结构随气门的布置、冷却方式以及燃烧室的形状而异。顶置气门式气缸盖设有冷却水套(水冷式发动机)、燃烧室、进、排气道及气门导管孔和进排气门座等,汽油机气缸盖还设有火花塞孔,而柴油机的气缸盖设有安装喷油器的座孔。水套中还装有喷口朝向排气门座及喷油器座孔的喷水管,以加强这些过热部位的冷却。采用分隔式燃烧室的柴油机气缸盖,结构更为复杂。为了制造和维修方便,减小变形对密封的影响,缸径
15、较大的发动机多采用分开式气缸盖,即一缸一盖、二缸一盖或三缸一盖。缸径较小的发动机多采用整体式缸盖。本设计为四缸一盖。2.1.2 气缸盖功用与工作条件气缸盖位于发动机的上部,其底平面经气缸衬垫,用螺栓紧固在气缸体顶面上。主要功能如下:(1)封闭气缸上部,并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。(2)作为顶置气门发动机的配气机构、进排气管和出水管的装配基体。(3)气缸盖内部有冷水套,其底面上的冷却水孔与气缸体冷却水孔相通,以便利用循环水来冷却燃烧室等高温部分5。气缸盖的燃烧室壁面同气缸一样承受燃气所造成的热负荷及机械负荷,由于它接触温差很大的燃气时间较缸体时间长,因而气缸盖承受的热负荷更甚于气缸体。2
16、.1.3 气缸盖变形气缸盖因其气门结构形式的变化,可分为二气门、三气门、四气门、五气门等。气缸盖因发动机凸轮轴设置位置不同,可分为双顶置、单顶置凸轮轴气缸盖等等。因气缸数不同,也可分为不同气缸数的不同结构形式的气缸盖等。气缸因气门结构形式的,从二气门到五气门由于显著改善燃烧室工作状况,使其发动机总功率也显著提高6。2.1.4 气缸盖的紧固由于材料的膨胀系数不同,为了防止受热后气缸盖螺栓的膨胀大于铸铁缸盖的膨胀而使紧度降低,对铸铁缸盖要在发动机达到正常工作温度后再进行第二次拧紧;铝合金气缸盖由于其膨胀系数比钢大,在发动机热起后紧度会更大,故只需在冷态下一次拧紧即可。为了保证气缸的密封,避免其变形
17、,紧固缸盖螺栓时应从中央向四周、分次逐步地按规定扭矩拧紧。拆卸时则在冷态按相反方向进行6。2.2 气缸盖的结构特点及材料2.2.1 结构特点 气缸盖应具有足够的强度和刚度,以保证在气体的压力和热应力的作用下能可靠地工作。它与气缸垫的结合面应具有良好的密封性,其内部的进排气通道应使气体通过时流动阻力最小,还应冷却可靠,并保证安装在其上的零部件能可靠的工作。 气缸盖形状一般为六面体,系多孔薄壁件,其上有气门座孔、气门导管孔、汽油机的火花塞孔、柴油机的喷油器孔、还有各种光孔及螺纹孔等。 气缸盖有多种多样的结构,只覆盖一个气缸盖称为单体气缸盖;能覆盖一列中部分(两个以上)气缸的称为块状气缸盖,通常为两
18、缸一盖、三缸一盖;整列气缸共用的称为整体气缸盖,通常为四缸一盖、六缸一盖。本设计针对四缸一盖整体气缸盖。2.2.2 材料与毛坯制造缸盖所用材料,现在我国几个主要生产厂都采用铝合金材料。铝合金具有较好的耐磨性、耐热性、减振性和良好的铸造性,以及可加工性,具有较高的强度和精度,且价格便宜。此外铝合金导热性能比较好,有利于适当提高压缩比。其缺点是铝合金缸盖刚度差,使用中容易变形。气门座材料一般用耐热合金铸铁。气门导管一般用铸铁,粉末冶金导管经加工后耐磨性不如铸铁导管。缸盖毛坯制造采用铸铁,其铸造方法取决于生产规模和缸盖结构形状的复杂程度。对于单件小批量生产多采用木模手工造型。在大批量生产时,采用金属
19、模机器造型,并实现了机械化流水生产。经铸造清理后的缸盖毛坯常有很大的铸造内应力,影响缸盖机械加工的质量。为此,在加工前应采用时效方法消除内应力,但在大批量生产中采用人工时效和自然时效都很困难。经生产实验证明,在缸盖浇注后,在400摄氏度左右开箱,利用铸造余热进行自然冷却,可减小铸造内应力。对缸盖毛坯的铸造要求是,毛坯不应有裂纹、冷隔、浇不足、表面疏松(密集性孔眼)、气孔砂眼、粘砂等缺陷。具体技术要求,各生产厂根据零件的具体使用情况,制定了详细的标准。例如有的生产厂规定在气缸盖非加工表面上不允许有最大尺寸大于5mm、深度大于1.5mm的气孔,尺寸未超过上述规定的单独气孔和凹坑的数量也不允许多于1
20、0个。在已加工的重要表面上不允许有数量多于5个的单独气孔等等。定位基面(粗基准)和夹紧表面应光滑平整。2.3 零件图本设计采用轻型汽车465发动机气缸盖进行研究,如图2.1所示。图2.1 轻型汽车465发动机气缸盖零件图2.4 本章小结气缸盖是内燃机零件中结构较为复杂的箱体零件,也是关键件,其精度要求高,加工工艺复杂。本章详细介绍了气缸盖的结构和功用及构成材料,说明了气缸盖成为发动机最重要零件之一的原因,为后面介绍气缸盖的加工工艺和数控加工奠定基础。第3章 气缸盖的数控加工工艺分析气缸盖是内燃机零件中结构较为复杂的箱体零件,也是关键件,其精度要求高,加工工艺复杂,且加工质量直接影响发动机整体性
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