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S295柴油机气缸体工艺工装设计

本站原创   发布时间:2018-11-02   [点击量:375]  


摘要

气缸体是内燃机机体的重要部件之一,在工作时会受到很大的气体压力、运动件惯性力和热载荷的作用,所以在设计的过程中要保证气缸体具有足够的强度、刚度以及耐磨性。本课题主要是对S295柴油机气缸体进行工艺工装的设计。对气缸体零件的结构特点、材料、主要技术要求及表面加工要求进行了分析,并制定了相应的加工工艺路线以及进行了一些相关参数计算。为了保证零件的加工精度要求,对夹具进行了设计,主要内容包括定位方案的确定、夹具装置的设计以及误差的分析等,这样能提高生产效率,降低了工人的劳动强度。


关键词:气缸体,工艺工装,夹具


第一章  绪论

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1.1 课题的研究背景和意义

随着现代科学技术的日新月异,制造业也随之迅速发展,生产过程中对精密度高的零件的需求也越来越多,对加工精度和表面复杂程度要求也越来越高。因此,需要制定合理地加工工艺规程,以满足设计要求。

S295柴油机的设计紧凑、启动方便、维修便捷,技术经济指标先进,能为手扶拖拉机、水泵、电站、运输以及多种农副业加工机械和设备提供相应的动力,在工、农业生产中的应用十分广泛。气缸体是柴油机的基础体架,是柴油机的重要组成部分,其内部结构复杂,主要由气道、水道机油道以及外表面安装相关的各种配件等。因此,对气缸体的工艺进行设计是十分重要的一道程序,即进行气缸体零件的工艺性审查,从而确定零件的结构特点、加工材料、加工表面及其要求等。

现代科技的发展十分迅速,新产品和新加工工艺路线的设计对于实现现代化以及生产效率的提高都有很重要的意义,因此现代工业中非常重视产品的加工工艺路线的制定和工装的设计过程。

本设计主要是针对S295柴油机的气缸体进行工艺工装的设计,并进一步设计其夹具以及相关参数的计算等。在设计之前,通过查询资料,了解了柴油机气缸体的结构、工作原理、生产加工过程和生产方式,同时分析了各个部件的特性,使设计过程更加清晰,避免可设计中的盲目性。

1.2 研究现状和发展趋势

柴油机的开发焦点已由传统的优先考虑经济性、可靠性和耐久性渐渐转变为目前的优先考虑环保的要求,即以优先保护好人类赖以生存的环境为出发点去着重考虑采用的技术,进而评价其先进性。

当前和今后一段时期柴油机技术将会向着以下几个方面发展:

1、进一步优化燃烧系统,尤其是喷射系统的开发

目前,喷射系统已经进入了迅速发展的阶段,如今正在探究开发1ms内完成一次喷射,同时在规定时间内适当控制喷射量的技术方法。喷射压力已经达到160-180MPa,实验室内已经提高到200MPa,如共轨式喷射系统及分段预喷射系统,可以根据发动机的负荷和转速自动控制合理的喷射规律和喷油压力。

2、增压及可变气门配气定时

如今柴油机增压和增压中冷已成为标准特点,随着发动机的轻量化与小型化发展趋势,为了减少油耗,提升装载效率,就需要提高增压比和增压器的效率。当大负荷区的过量空气系数增加时,能够减少颗粒排放,同时进行稀燃化后,可以减少热损失,提高循环效率,降低油压,随着高增压化,逐渐向着组装多个增压器的复合系统的方向发展。

3、全电子优化控制

电子控制技术在工作过程中具有控制精确、方便等优点,对柴油机的喷射时间、喷射量、增压器、惯性增压、进气涡流及废气再循环等应用电子控制,可以降低排放、减少油耗、提升输出功率和启动性等。今后向着与整车协调统一的综合化电子控制技术方向发展。

4、排气后处理技术

柴油机如果能采用催化剂进而进一步减少排放量,特别是NOX的排放量,那么对整个柴油机的发展则是很大的进步。日本、欧美等国都在积极对此问题进行研究,以求达到效果。比如SCR技术、DeNOX催化技术等。

5、改进燃料

改进燃料性能,可以减少有害气体的排放量,继欧美以后,日本从1997年开始将轻油中的硫含量降低到0.05%以下,这样就在很大程度上减少了排放出颗粒中的硫酸盐的含量,并且减少了EGR造成发动机内部的腐蚀磨耗以及催化剂中毒等。

6、代用燃料

随着能源危机和环境污染的严重发展,世界上很多学者和专家都在寻找更环保、更节能的燃料,以替代石油。经过很多研究试验,一致认为天然气是现代首选的替代燃料。开始从液体燃料向气体燃料转化,进而提高整个能源系统的效率和清洁性。

1.3 主要研究内容

对柴油机的气缸体进行工艺工装设计,主要包括两个部分:工艺设计部分和工装设计部分。工艺设计部分主要是对柴油机气缸体的加工工艺路线进行设计,工装设计部分主要是对钻、夹具进行设计。

在进行零件加工工艺设计过程中,必须严格遵守JB/T9165.2—1998《工艺规程格式》的规定;要求夹具的设计要定位合理,夹紧可靠,结构简单,易于操作,调试维修方便,能提高生产效率,同时须尽量确保以最低的加工成本达到零件加工精度的要求。

由于个人设计水平有限,缺乏实践经验,第一次进行系统的工艺工装设计过程中难免会有很多错误和不足之处,恳请老师给予批评指正!




第二章  柴油机气缸体零件的分析


2.1 柴油机气缸体的结构分析

S295柴油机的气缸体为是箱体类的零件,有的表面需要铣削加工才能达到表面粗糙度和位置公差的要求,表面上还有多个孔需要镗、钻,才能达到装配精度要求。气缸体的材料使用HT250,硬度范围是HB200-270。其零件图如下图2-1所示。

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图2-1 S295柴油机气缸体零件图

S295柴油机气缸体被水平隔板分割成上、下两部分,上部分是缸体水套,下部分是曲轴箱。在缸套的安装孔壁环形槽内配置有橡胶密封圈,作用是避免水套中的水渗入曲轴箱内。

2.2 柴油机气缸体的工艺性分析

气缸体是柴油机发动机结构的基本零件和骨架,还是进行发动机装配时的基准零件。发动机的其他结构和零部件均安装在气缸体的内部或者外部。气缸体在整个装置中的作用有:(1)支承并确保活塞、连杆以及曲轴等部件工作时的准确位置;(2)气缸体上的气道、水道和油道能够保证发动机的换气、冷却及润滑;(3)给其它辅助系统、机构以及发动机提供安装基准面。

工作过程中,气缸体需要承受很大的气体压力、惯性力和力矩的作用等,因此要求气缸体必须采用合适的材料来制成,同时具有合理的结构、尺寸和重量,足够的强度、刚度、耐磨性、良好的密封性、抗震性和抗腐蚀性以及较好的加工性能,并且在使用过程中便于操作,维护方便。

柴油机气缸体的加工工艺特点是:结构的形状具有一定的复杂性;加工的平面、孔较多,内部是空腔,壁厚不均匀;加工的精度要求较高,是典型的箱体类加工零件。其主要加工表面有气缸体顶面、主轴承座侧面、气缸孔以及主轴承孔等,它们的加工精度将会直接影响发动机整机的装配精度与工作性能[3]。因此,在加工进程中,主要依靠加工的设备精度、夹具的可靠性以及加工工艺的合理正确来确保气缸体的加工精度。

2.3 柴油机气缸体的主要技术要求

(1)加工表面上不应在边缘及螺孔周围10的范围内有气孔存在,其余部分允许有单个气孔,总数不多于5个,直径小于3,深度小于1,相邻气体间距大于30。

(2)所有加工表面允许有因石墨破裂而形成的点状针孔。

(3)加工表面粗糙度及位置度公差都已在工艺卡中标出。按其标准来进行加工。

(4)粗铣顶面尺寸保证尺寸286.8mm。平行度误差为0.03。

(5)镗上、下面各孔至所要求尺寸,并保证各位置度误差要求。

(6)钻底面孔至所要求尺寸,并保证各位置度误差要求。

(7)钻孔攻丝侧平面各孔。




第三章  柴油机气缸体的工艺设计


在进行零件的结构、工艺性以及主要技术要求分析后,需要对气缸体零件进行工艺设计。 

3.1 工艺规程的设计

3.1.1毛坯的制造形式

零件的材料HT250。大批生产,而且零件的轮廓尺寸较大,铸造表面质量的要求高,且为箱体类零件。故可采用铸造质量稳定的,适合大批生产的金属模铸造。便于铸造和加工工艺过程,而且还可以提高生产率。

3.1.2 基准的选择

(1)粗基准的选择:对于本零件而言,按照互为基准的选择原则,选择本零件的下表面作为加工的粗基准,可用装夹对肩台进行夹紧,利用底面定位块支撑和底面作为主要定位基准,以限制z、z、y、y、x五个自由度,再以一面定位消除x、z向自由度,达到定位的目的。

(2)精基准的选择:主要考虑到基准重合和便于装夹等因素,采用已加工结束的上、下平面作为精基准。

3.1.3 工艺路线的制订

1.工艺路线的制定原则

工艺路线的制定原则就是优质、高产、成本低,即在保证产品质量的前提下,争取最好的经济效益。其要求有:

(1)必须实现零件图上的所有技术要求;

(2)在要求的生产纲领和生产批量下,应制定多种可行的方案以进行对比,选择最经济合理的方案,以使产品的能源消耗、材料消耗以及生产成本最低,同时能提高生产效率;

(3)在工艺方案上要注意采用机械化或自动化措施,尽量降低工人的劳动强度,保证生产安全,创造文明的劳动条件。

2.主要基准面的确定

在加工过程中以气缸体的上平面为基准的加工面有:传动箱上的表面各孔以及其上表面;以下平面为基准的加工表面主要有螺纹孔。

3.工艺路线的制定

根据气缸体的结构特点,制定了两套工艺方案:

方案一:分粗加工、半精加工和精加工三个阶段进行加工即先粗铣、粗镗各需加工的表面和孔,然后对其进行半精加工以及精加工,最后检验入库。

方案二:先面后孔,即先对需要加工的表面进行粗铣、半精铣和精铣,然后在对各孔进行粗镗、半精镗,最后检验入库。

方案一是按照工序集中原则进行生产的。

优点:采用高效专用机床设备生产效率高,工件装夹次数减少,能够保证表面间位置精度,同时能减少工序间运输量,缩短生产周期。工序数目少,可减少机床数量、操作工人数和生产面积,还可简化生产计划和生产组织工作。

缺点:因在加工过程中采用的专用设备和工艺装备的结构较为复杂,这样就使得设备的调整和维修相对变得复杂,正式生产前的准备工作量大,在进行新产品加工的时候会造成转换过程繁琐。

方案二是按照工序分散原则进行生产的。

优点:设备及工艺装备的结构比较简单,调整和维修方便,易于操作,生产准备工作量少,易于平衡工序时间和产品更换。可选用最合理的切削用量,以减少基本时间。

缺点:加工的设备数量较多,需要消耗过多的人力,占用较大的生产面积。

考虑到加工成本、加工质量等各方面的因素,决定采用第二种方案进行零件的加工。

(全文略,阅读全文请联系在线老师)

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