1、柴油机缸盖加工基本工艺1 绪论11 S195柴油发动机发展简史中华人民共和国自主研发柴油发动机“代表”作品当属从七十年代辉煌至今S195柴油机，而该产品从诞生到成长发展历史，就像一首歌，激昂中挥洒出创业奔放，流畅中跌宕着发展起伏，如歌旋律，奏出了中华人民共和国民族品牌辉煌乐章。 时光到流到上世纪六十年代初。为加快国内农业经济发展步伐，党中央和毛主席发出了“农业主线出路在机械化”号召，当时以制造各种型号内燃机为主线，来加快农业机械化进程。1966年，在以手扶拖拉机为农村机械化象征年代里，国家向各个大型工厂提出课题，为东风12型新手扶拖拉机制造心脏，要将195B柴油机重量从185公斤降至为120公
2、斤，功率从8马力提高到12马力。几经设计试制，研究人员开发出X195型柴油机，但到田间实验中发现振动要比195B大，为了减少振动，利于农民操作，技术人员通过潜心研究，提出了一种大胆设想，就是改单轴平衡为双轴平衡，并为之对传动系统重新进行了设计攻关。通过大量查阅资料和无多次地评审论证，一种单排为六个齿轮传动系统最佳设计方案在技术人员手中诞生。在1967年春天一种月朗星稀傍晚，中华人民共和国第一台自行设计制造S195柴油机终于起动成功，随后，以此为动力东风12型手扶拖拉机也一举试制成功。 中华人民共和国人民用自己智慧和双手创造出了S195柴油机，并在筹划经济年代里显现出突出经济效益，公司自身也依托
3、这一适销对路、广受农民欢迎新颖动力产品而加速了发展。年产量大幅跃升，带动经济效益连年上台阶。随着着S195柴油机生产发展，一时间中华人民共和国大地上制造195柴油机生产厂家如雨后春笋般建立起来，当时第八机械工业部就明确规定，S195柴油机生产图纸需要统一，每年统图，各大厂家为此而免费提供着自己设计和制造技术。到七十年代中期，全国各地上马小缸径柴油机厂都按统一原则产品图纸进行了大规模生产，由此S195成为了市场上覆盖率最广、产量最大产品，这一辉煌状况并始终延续到了八十年代中期。在全国各地区，由于S195柴油机与东风12型手扶拖拉机配套效应，“农字当头滚雪球”作法又带动了一批配套公司、特别是乡镇公
4、司蓬勃发展。S195不但给生产公司带来了数不清荣誉和可观经济效益，并且更重要是它加快了国内农业机械化发展步伐。到了八十年代后期，随着农机运送业发展，农用车又进入了大发展时期，而作为单缸机配套动力S195已显然不能满足马力需求，因而在195基本上又促使了S1100、S1105等大马力柴油机发展。被称为中华人民共和国农机工业产品明珠-S195柴油机，从艰辛研制到盛销不衰是历史必然，是几代工程师呕心沥血劳动创造结晶，这个产品见证了中华人民共和国持续三十近年蒸蒸日上，也促使了柴油机产品一轮又一轮更新换代，在单缸多缸并举，增长技术含量满足市场新需求当今社会中，S195柴油机仍将在众多产品人们族中占有一席
5、之地，并且已成为中华人民共和国工业产品名录中永远典型。 12 柴油发动机工作行程柴油发动机工作过程其实跟汽油发动机同样，每个工作循环也经历进气、压缩、作功、排气四个行程。但由于柴油机用燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸发，而其自燃温度却较汽油低，因而可燃混合气形成及点火方式都与汽油机不同。 柴油机在进气行程中吸入是纯空气。在压缩行程接近终了时，柴油经喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器喷入气缸，在很短时间内与压缩后高温空气混合，形成可燃混合气。由于柴油机压缩比高（普通为16-22），因此压缩终了时气缸内空气压力可达3.5-4.5MPa，同步温度高达750-1000K（而汽油机在此时混合
6、气压力会为0.6-1.2MPa，温度达600-700K），大大超过柴油自燃温度。因而柴油在喷入气缸后，在很短时间内与空气混合后便及时自行发火燃烧。气缸内气压急速上升到6-9MPa，温度也升到-2500K。在高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转而作功，废气同样经排气管排入大气中。 普通柴油机是由发动机凸轮轴驱动，借助于高压油泵将柴油输送到各缸燃油室。这种供油方式要随发动机转速变化而变化，做不到各种转速下最佳供油量。而当前已经愈来愈普遍采用电控柴油机共轨喷射式系统可以较好解决了这个问题。 共轨喷射式供油系统由高压油泵、公共供油管、喷油器、电控单元（ECU）和某些管道压力传感器构成，系统中每一
7、种喷油器通过各自高压油管与公共供油管相连，公共供油管对喷油器起到液力蓄压作用。工作时，高压油泵以高压将燃油输送到公共供油管，高压油泵、压力传感器和ECU构成闭环工作，对公共供油管内油压实现精准控制，彻底变化了供油压力随发动机转速变化现象。其重要特点有如下三个方面：（1）喷油正时与燃油计量完全分开，喷油压力和喷油过程由ECU适时控制。（2）可根据发动机工作状况去调节各缸喷油压力，喷油始点、持续时间，从而追求喷油最佳控制点。（3）能实现很高喷油压力，并能实现柴油预喷射。 相比起汽油机，柴油机具备燃油消耗率低（平均比汽油机低30），并且柴油价格较低，因此燃油经济性较好；同步柴油机转速普通比汽油机来得
8、低，扭距要比汽油机大，但其质量大、工作时噪音大，制造和维护费用高，同步排放也比汽油机差。但随着当代技术发展，柴油机这些缺陷正逐渐被克服，当前不是高档轿车都已经开始使用柴油发动机了。2概述缸盖是柴油发动机中核心部件之一，它是燃烧室构成某些也是进气、排气通道，连接着许多配气供油装置。缸盖必要保证这些装置保持对的相对位置，并且可以协调工作。因而缸盖质量直接影响到整机使用性能和寿命，技术规定高，加工工艺过程复杂。由于柴油机构造特点和上缸盖在柴油机中功用，柴油机上缸盖特点是：构造形状复杂，箱壁薄而不均匀，内部呈腔型；有若干精度规定较高平面和孔，尚有较多紧固螺纹孔等。柴油机上缸盖毛坯普通采用铸铁件。由于灰
9、铸铁具备较好耐磨性，减震性以及良好锻造性能和切削性能，价格也比较便宜.有时为了减轻重量，用有色金属合金锻造箱体毛坯。在单件小批生产中，为了缩短生产周期有时也采用焊接毛坯。毛坯锻造办法,取决于生产类型和毛坯尺寸。在单件小批生产中，多采用木模手工造型；在大批量生产中广泛采用金属模机器造型，毛坯精度较高。箱体上不不大于3050mm孔，普通都锻造出顶孔，以减少加工余量。3生产类型由于本零件生产大纲为=500件/年,是小批量生产,它重要工艺特性是广泛采用通用机床,通用量具以及夹具,机床数量较少，所雇佣工人数量也少，为了提高生产效率，应尽量集中工序内容，减少装夹次数.公司依照市场需求和自身生产能力决定生产
10、筹划。在筹划期间内，应当生产产品产量和进度筹划称为生产大纲。筹划期为一年生产大纲称为年生产大纲。零件年生产大纲普通按下式计算： N=Qn(1+ %) （2-1）式中 N 零件年生产大纲（件/年）； Q 产品年产量（台/年）； n每台产品中，该零件数量（件/台）； %备品率； %废品率。由于我所设计零件年生产量为500件，因此其生产类型为小批生产。下表为各种生产类型规范生产类型零件年生产大纲（件/年）重型机械中型机械轻型机械单批生产小批生产中批生产大批生产大量生产5510010030030010001000202020020050050050005000100100500500500050005
11、0000500004 零件工艺性分析零件加工工艺性就是一系列不同工序综合.由于生产规模和详细状况不同对同一零件加工工序综合也许有各种方案.应当依照详细条件采用其中最完善和最经济一种方案.工艺规程选取要考虑基本因素如下:（1）生产规模是决定生产类型重要因素。（2）制造零件所用坯料或型材形状,尺寸和精度。（3）零件材料性质。（4）零件制造精度,涉及尺寸公差,形位公差以及零件图上所指定规定。（5）表面粗糙度。（6）特殊限制条件,如:工厂设备和用品条件。（7）编制加工规程要在生产规模与生产条件下达到最经济与最安全效果。4.1拟定毛坯制造形式由于铸铁容易成形，切削性能好，价格低廉，且抗振性和耐磨性也较好
12、，因而，本缸盖零件材料选用铸铁，其牌号选用HT250，由于零件年生产量500件，为小批量生产水平，普通采用木模手工造型，毛坯加工余量可恰当增长。4.2 零件加工要点分析柴油机缸盖形状构造相对复杂，需要加工表面较多，规定较高，机械加工量大，因而构造工艺性有如下几种方面值得注意：4.2.1 由于上下平面表面积相对较大，因此在铣削上下平面时应尽量选用密齿刀盘一类刀具，以提高加工效率。4.2.2 由于所涉及到孔加工诸多，因此应尽量减少工件装夹次数，以此保证各个孔之间相对距离，便于安装。4.2.3 为了减少换刀次数，紧固孔规格应保持一致。4.2.4 （.平面表面粗糙度规定高，可达.，因而需要安排一次磨削
13、加工）5 拟订缸盖加工工艺路线5.1 定位基准选取 定位基准分为精基准和粗基准。5.1.1 粗基准选取原则（1）加工表面为粗基准，特别应选与加工表面有位置精度规定不加工表面，这样可保证加工表面与不加工表面间位置精度。（2）选重要表面为粗基准。这样可保证重要表面加工余量均匀，加工精度高。（3）选加工余量较小表面为粗基准，可保证各加工表面均有足够加工余量。（4）选平整，无飞边和浇冒口等缺陷表面为粗基准，可使工件定位可靠，夹紧以便。（5）粗基准只能用一次，应避免重复使用。这样可避免产生较大定位误差，避免使加工表面间浮现较大位置误差。5.1.2 精基准选取原则（1）尽量选加工表面设计基准为精基准，即“
14、基准重叠”原则，目是避免产生基准不重叠误差。（2）应尽量在多数工序采用同一组精基准定位，即“基准统一”原则，目是减少设计和制造费用，并减少基准互换所带来定位误差。（3）有些精加工工序，可选加工表面自身为定位基准，即“自为基准”原则，目是可保证加工表面加工余量少而均匀。（4）对位置精度规定高表面，可采用“互为基准”，重复加工，目是保证高位置精度。（5）选定位精确，稳定，夹紧简朴表面为精基准，目是便于工件安装和加工。 本缸盖成品尺寸为198x157x80，上下表面面积相对较大，为了以便加工，初步选定下平面为精基准，待上下平面钻完定位销孔后，则可以采用一面两销定位（即底面和两个定位销孔），这种定位方
15、式限制了工件六个自由度，定位稳定可靠。在一次安装下，这种定位方式可以加工到除定位面其她所有平面和平面孔。也可以作为大某些工序定位基准，实现基准不变原则。此外，这种定位方式夹紧以便，工件夹紧变形小；易于实现自动定位和自动夹紧，且不存在基准不重叠误差。5.2 基准选取由于上下平面表面积相对较大，适当定位，因此需要加工第一种平面是缸盖下平面，以便于后来精基准选用。下平面加工完毕后，后来大多数工序就基本用下平面作为定位，来加工其她表面或孔。5.3 加工路线拟订制定工艺路线出发点是使零件几何形状，尺寸精度以及位置精度等技术规定能得到保证。工艺路线制定普通需要两个方面工作：一是依照生产大纲拟定加工工序和工
16、艺内容，根据工序集中和分散限度来划分工艺；二是选取工艺基准，即重要选取定位基准和检查基准。在生产大纲已拟定为批量生产条件下，应当尽量考虑使用通用机床，并尽量采用工序分散原则，通过在每台机床上一次加工尽量多工步来提高生产率。除此之外，还应尽量考虑经济精度以便使生产成本尽量下降。加工办法选取准则（1）一方面要依照每个加工表面技术规定，拟定加工办法及加工方案。这里重要问题是，所选取零件表面加工方案，必要能稳定而可靠地保证零件达到图纸规定，并在生产率和加工成本方面是最经济合理。（2）详细加工办法时要考虑加工材料性质。如：淬火钢用磨削办法加工；而有色金属则磨削困难，普通用金刚镗或精密车削办法进行精加工。
17、（3）选取加工办法要考虑到生产类型，即要考虑生产率和经济性问题。在小批量生产中可采用通用机床。（4）选取加工办法还要考虑本厂（或本车间）既有设备状况及技术条件。应当充分运用既有设备，挖掘公司潜力，发挥工人群众积极性和创造性。有时虽有该项设备，但因负荷平衡问题，还得该用其她加工办法。此外，选取加工办法还应当考虑某些其她因素，例如，工件形状和质量以及加工办法所能达到表面物理机械性能等。 本缸盖加工，重要设计有如下几种加工点：上下平面及两侧面平面铣削加工上平面磨削加工进排气门加工上表面各个孔钻,铰,其中上平面有A定位孔4个,B压紧孔2个,C闷头孔3个,D销孔1个,E进排气孔各一种,F侧面喷油孔一种.
18、如下图所示:图1在制定工艺过程中，为便于组织生产、安排筹划和均衡机床负荷，常将工艺过程划分为若干个工序。划分工序时有两个不同原则，即工序集中和工序分散。工序集中：将若干个工步集中在一种工序内完毕。最大限度集中是在一种工序内完毕工件所有表面加工。工序分散：工序数目多，工艺路线长，每个工序所涉及工步少，最大限度分散是在一种工序内只涉及一种简朴工步。工序分散可以是所需要设备和工艺装备构造简朴、调节容易、操作简朴，但专用性强。在拟定工序集中或分散问题上，重要依照生产规模、零件构造特点、技术规定和设备等详细生产条件综合考虑后拟定。例如在单件小批生产中，普通采用通用设备和工艺装备，尽量在一台机床上完毕较多
19、表面加工，特别是对重型零件加工，为减少装夹和来回搬运次数，多采用工序集中原则。在大批、大量生产中，常采用高效率设备和工艺装备，如多刀自动机床、组合机床及专用机床等，使工序集中，以便提高生产率和保证加工质量。在成批生产中，尽量采用效率高通用机床（如六角机床）和专用机床，使工序集中。工件各表面加工顺序，普通按照下述原则安排：先粗加工后精加工；先基准面加工后其他面加工；先重要表面加工后次要表面加工；先平面加工后孔加工。依照上述原则，作为精基准表面应安排在工艺过程开始时加工。精基准面加工好后，接着对精度规定高重要表面进行粗加工和半精加工，并穿插进行某些次要表面加工，然后进行各表面精加工。规定高重要表面
20、精加工普通安排在最后进行，这样可避免已加工表面在运送过程中碰伤，有助于保证加工精度。有时也可将次要较小表面安排在最后加工，如紧固螺钉孔等。5.4 初步比较几条工艺路线 本着提高生产效率，便于组织生产原则，特设计如下几条工艺路线：表一：S195型柴油发动机缸盖工艺路线之一工序号码工序名称工序内容工艺装备划线1下平面铣削以上平面为粗基准，铣下平面，上平面为定位基准，装夹工件，达到IT12X53K2上平面铣削如下平面为精基准，铣上平面，下平面为定位基准，装夹工件，达到IT12 X53K3两侧面铣削如下平面为精基准，铣侧面，下平面为定位基准，装夹工件 X53K4下平面精铣加工后表面粗糙度IT8 X53
21、K5上平面精铣加工后表面粗糙度IT8 X53K6钻铰上平面四个定位孔A，钻三个闷头孔C，钻两个压紧孔B，钻一种销孔D，钻铰进排气门导孔E Z5125A7刮弹簧坑8镗进排气门孔，喷油孔底部卧式镗床T6189钻铰喷油孔，钻纸插孔 Z512-B10钻两侧面四个螺纹孔 Z5125A11 上平面磨削加工后表面粗糙度IT7立轴平面磨床M7232B12各个面孔攻丝 桌虎钳表二：S195型柴油发动机缸盖工艺路线之二：工序号码工序名称工序内容工艺装备划线1下平面铣削以上平面为粗基准，粗铣下平面，上平面为定位基准，装夹工件X53K2两侧面铣削如下平面为精基准，铣侧面，下平面为定位基准，装夹工件X53K3 上平面铣
22、削如下平面为精基准，铣上平面，下平面为定位基准X53K4 上平面精铣X53K5 下平面精铣X53K6 上平面磨削M7232B7 下平面磨削M7232B8钻上平面四个定位孔AZ5125A9扩孔Z5125A10铰上平面四个定位孔AZ5125A11钻三个闷头孔C，两个压紧孔BZ5125A12钻一种销孔DZ5125A13刮弹簧坑 14钻铰进排气门导孔卧式镗床T61815镗进排气门孔卧式镗床T61816钻喷油孔Z512-B17钻纸插孔Z512-B18铰喷油孔Z512-B19钻两侧面四个螺纹孔 Z5125A20各个平面孔攻丝桌虎钳方案一：由于采用工序集中原则，将若干个工步集中在一种工序内完毕（如上平面钻孔
23、），减少了装夹次数，有助于保证各个表面之间互相位置精度。在方案一中，第一步是以上平面作为粗基准，继而加工下平面上平面两侧面，由于后续工序中缸盖装夹多数采用支承板构造设计，即底面用二个支承板（限制Y转动，X转动，Z移动），侧面用二支承钉（限制Z转动，X移动），另一侧面用一支承钉（限制Y移动），共限制六个自由度，满足六点定位原理。方案一没有磨削下平面，是由于考虑到下平面密封时要采用密封胶圈，节约一道工序，减少成本。方案二：采用工序分散原则，基本在每道工序内只包括一种工步，工序分散使得加工所需要设备和工艺装备构造简朴，有助于工人操作，但是所需机床数量大，不利于小工厂小批量生产。由于本设计规定是小批量
24、生产，因此选用方案一最为适当。6机械加工余量，工序尺寸和毛坯尺寸拟定完毕某一工序所需要切除金属层称为该工序加工余量，简称工序余量。从毛坯到成品整个工艺过程中所需要切除所有金属层称为总余量。机械加工时应保证切除上工序留下缺陷前提下，尽量减少加工余量，来提高生产效率，依照上述原始资料及加工工艺，分别拟定各加工表面机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：61毛坯外轮廓拟定加工余量办法（1）计算法 对称表面（双边，如孔或轴）基本余量为： 非对称表面（单边，如平面）基本余量为：上述两个公式，实际应用时可依照详细加工条件简化。用计算法可拟定出最合理加工余量，既节约金属，又保证了加工质量。但必要要有可靠实验数
25、据资料，且费时间，因而此法合用于大量生产。（2）查表法工厂中广泛应用这种办法，表格是以工厂生产实践和实验研究所积累数据为基本，并结合详细加工状况加以修正后制定，如金属机械加工工艺人员手册。（3）经验法重要用于单件小批生产，靠经验拟定加工余量，因而不够精确。为保证不出废品，余量往往偏大。考虑其加工外轮廓尺寸为198x157x80，上表面粗糙度规定为Ra0.8um，下表面粗糙度规定为Ra1.6um，两侧面粗糙度规定为Ra6.3，依照机械加工工艺手册中各种锻造办法经济合理性选取一章，柴油机缸盖属于较复杂类型，故选用砂型锻造更为合理。手工造型（木模），依照铸铁件机械加工余量级别选取JB2845-80，
26、选定加工余量级别为8级，顶面和侧面加工余量为7.0mm。底面加工余量为5.0mm。 毛坯长 198mm; 毛坯宽 157+2x7.0=171mm 毛坯高 80+7.0+5.0=92mm62 重要平面加工工序尺寸及加工余量 为了保证加工后工件尺寸，在铣削工件表面时工序1铣削深度ap=3mm，工序2铣削深度为ap=5mm,剩余1.5mm作为精铣余量，尚有0.5mm作为磨削余量，工序3铣削深度ap=7mm。63重要孔洞加工工序尺寸及加工余量 本工件需要加工孔重要是集中在上平面孔以及上下平面通孔。图2 缸盖上表面：剖视图图3图4A为4个定位孔，其中1，2孔为阶梯孔。规定达到孔径精度为IT8，表面粗糙度
27、Ra为1.6um。（1）钻铰2- 16mm 孔钻孔：15mm，ap=80mm铰孔：16mm，ap=80mm，IT8（2）钻铰2- 18mm 孔钻孔：16mm，ap=80mm铰孔：18mm，ap=80mm，IT8（3）钻扩3-24mm 孔钻孔：22mm，ap=20mm扩孔：24mm，ap=20mm，IT10 （孔深自定）（4）钻铰5mm 孔钻孔：4mm，ap=9mm铰孔：5mm，ap=9mm，IT8（5）钻攻2-10mm 孔钻孔：10mm，ap=22mm攻丝（6）钻铰2-17mm 孔钻孔：16mm，ap=38mm铰孔：17mm，ap=38mm，IT8 （孔深自定）（7）钻攻侧面4-8mm 孔钻孔
28、：4-8mm，ap=18mm攻丝7 拟定切削用量和加工状况依照工厂设备条件和所需加工零件外型尺寸，精度规定，批量大小，来拟定切削量大小以及其她各个参数。小批量生产，不需要过于复杂机械设备，仅用最常用通用机床和刀具，就可以达到目。71重要加工装备简介机床重要是按加工办法和所用刀具进行分类，依照国家制定机床型号编制办法，机床共分为11大类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、锯床和其他机床。在每一类机床中，又按工艺范畴、布局型式和构造性能分为若干组，每一组又分为若干个系列。按照万能性限度，机床可分为：通用机床、专门化机床、装用机床。按照机床工作精度，可分为普通精
29、度机床、精密机床和高精度机床。按照重量和和尺寸，可分为仪表机床、中型机床（普通机床）、大型机床（质量不不大于10t）、重型机床（质量在30t以上）和超重型机床（质量在100t以上）。按照机床重要器官数目，可分为单轴、多轴、单刀、多刀机床等。按照自动化限度不同，可分为普通、半自动和自动机床。7.1.1立式铣床X53K重要技术参数如下X53K重要技术参数工作台面尺寸4001600mm主轴马达 11KW主轴孔锥度7：24主轴转速 18级；30-1500rpm工作台转速种数:18级电气设备总容量:14.125KVA 随机附件铣床心轴 扳手工具端铣刀心轴 机油油枪端铣刀心轴扳手 地脚螺丝铣床拉紧螺丝 机
30、床垫铁阐明：该机床适合于使用各种棒形铣刀,圆形铣刀,角度铣刀来铣削平面、斜面、沟槽等。机床具备足够刚性和功率，拥有强大加工能力,能进行高速和承受重负荷切削工作，齿轮加工。适合模具特殊钢加工、矿山设备、产业设备等重型大型机械加工。7.1.2立式钻床Z3040x12重要技术参数如下最大钻孔直径 40 mm 主轴轴心线至立柱母线距离（最大/最小） 1200 / 300 mm 主轴箱水平移动距离 900 mm 主轴端面至底座工作台面距离（最大/最小） 1200 / 260 mm 主轴圆锥孔（莫氏） Morse No.4 主轴最大行程 280 mm 主轴变速级数 6 steps 主轴变速范畴 78-1250 r.p.m 进刀量级数 3 进刀量范畴 0.1-0.32 mm/rev 主电动机功率 3 kW 机床净重（约） 2100 kg 机床最大外形尺寸（长宽高） 18608702340 mm7.1.3卧式镗床T618重要技术参数如下最大镗孔直径 220mm主轴直径 85mm主轴孔锥
