机械设计制造及其自动化 发动机缸盖机械加工工艺及夹具设计.doc

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1、青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书摘要毕业设计是对学生整个大学阶段学习内容的概括和总结，是学生对知识的掌握和提炼程度的一个检验，它是进一步提高学生进入工作岗位之前岗位能力的有效措施，学生通过毕业设计更能贴近就业后岗位的实际。本课题是发动机缸盖机械加工过程工艺规程制定及工艺装备设计（钻床专用夹具的设计）。缸盖是发动机中比较复杂及具有代表性的零件之一，基于缸盖在发动机整体结构中重要性，缸盖的的制造过程和制造工艺显得尤为重要。发动机关键零件的加工精度和质量直接影响发动机的性能，对发动机关键零件进行工艺规程及工艺装备设计是确保加工精度和质量的关键。缸盖的制造过程坯的制造、加工工艺过程的制定等几个过

2、程。根据生产类型，保证加工精度，满足设计图样要求。本毕业设计应达到一定得要求和具备一定的条件：1绘制零件图，对零件图进行分析；2. 设计毛坯图；3. 设计零件机械加工工艺规程；4. 设计钻床夹具，绘制夹具装配图。关键字：发动机；发动机缸盖；机械加工工艺规程；专用夹具AbstractDesigned for students graduating from the University of stages throughout the study and summarize the contents of the summary, is a student of knowledge and de

3、gree of refining a test, it is to further enhance students ability to work prior to the effective measures positions, students graduating from design through closer the actual post-employment status.The issue is the process of engine cylinder head machining process planning technique and equipment d

4、evelopment and design (special drilling jig design). Engine cylinder head is more complicated and one representative of the parts, based on the overall structure in the engine cylinder head in the importance of the manufacturing process of cylinder head and the manufacturing process is especially im

5、portant.Critical engine parts machining accuracy and quality of a direct impact on the performance of the engine, key parts of the engine technology and process design point of order is to ensure that the machining accuracy and quality of the key. Billet cylinder head manufacturing process of the ma

6、nufacture, processing process, such as the process of formulation. According to the production of the type of processing to ensure accuracy and meet the design requirements. Should be designed to meet the graduation requirements and must have certain conditions: 1. Parts Drawing on an analysis of pa

7、rt drawing; 2. The design of rough map; 3. The design of parts machining process planning; 4. The design of drilling jig, fixture assembly drawing.Key words: Engines, Engine Cylinder Head, Machining Process Planning, A dedicated fixture目录摘要IABSTRACTII目录III第1章 绪论11.1 课题研究的意义及现状11.2 论文主要研究内容7第2章 发动机缸盖

8、工艺设计92.1 发动机缸盖的分析92.1.1 发动机缸盖的功用分析92.1.2发动机缸盖结构和功用的分析92.1.3发动机缸盖技术分析102.1.4发动机缸盖的材料分析102.2发动机缸盖毛坯的设计142.2.1 计算生产纲领，确定生产类型142.2.2确定毛坯种类及加工方法的选择142.2.3毛坯的工艺分析及要求162.2.4毛坯余量和公差的确定172.3工艺路线设计192.3.1零件图的工艺分析192.3.2加工方法的选择222.3.3缸盖的材料及热处理232.3.4阶段的划分232.3.5工序的集中与分散242.3.6基准的选择242.3.7 拟定发动机缸盖的工艺路线262.4 加工设

9、备及工艺装备的选择292.5 加工工序设计29第章 钻床专用夹具设计363.1问题的提出363.2机床夹具的分类373.2.1通用夹具373.2.2专用夹具373.3夹具的设计内容383.3.1定位基准的选择383.3.2工件的夹紧及夹紧装置383.3.3夹紧结构简介393.3.4夹紧力要素的确定393.3.5夹具材料的选择423.4钻床夹具的设计433.4.1钻床夹具的性能要求433.4.2钻床夹具的特点433.5钻套与工件间的距离443.5.1固定式钻模特点443.5.2钻套与被加工的尺寸关系443.6夹具的对刀443.7夹具体的设计44结论46参考文献47致谢48附件 外文资料翻译496

10、2第1章 绪论1.1 课题研究的意义及现状发动机（英文：Engine），又称为引擎，是一种能够把一种形式的能转化为另一种更有用的能的机器，通常是把化学能转化为机械能。（把电能转化为机器能的称谓电动机）有时它既适用于动力发生装置,也可指包括动力装置的整个机器.比如汽油发动机,航空发动机.发动机最早诞生在英国，所以，发动机的概念也源于英语，它的本义是指那种“产生动力的机械装置”。随着科技的进步，人们不断地研制出不同用途多种类型的发动机，但是，不管哪种发动机，它的基本前提都是要以某种燃料燃烧来产生动力。所以，以电为能量来源的电动机，不属于发动机的范畴。回顾发动机产生和发展的历史，它经历了外燃机和内燃

11、机两个发展阶段。所谓外燃机，就是说它的燃料在发动机的外部燃烧，发动机将这种燃烧产生的热能转化成动能，瓦特改良的蒸汽机就是一种典型的外燃机，当大量的煤燃烧产生热能把水加热成大量的水蒸汽时，高压便产生了，然后这种高压又推动机械做功，从而完成了热能向动能的转变。明白了什么是外燃机，也就知道了什么是内燃机。这一类型的发动机与外燃机的最大不同在于它的燃料在其内部燃烧。内燃机的种类十分繁多，我们常见的汽油机、柴油机是典型的内燃机。我们不常见的火箭发动机和飞机上装配的喷气式发动机也属于内燃机。不过，由于动力输出方式不同，前两者和后两者又存在着巨大的差异。一般地，在地面上使用的多是前者，在空中使用的多是后者。

12、当然有些汽车制造者出于创造世界汽车车速新纪录的目的，也在汽车上装用过喷气式发动机，但这总是很特殊的例子，并不存在批量生产的适用性。此外还有燃气轮机，这种发动机的工作特点是燃烧产生高压燃气，利用燃气的高压推动燃气轮机的叶片旋转，从而输出动力。燃气轮机使用范围很广，但由于很难精细地调节输出的功率，所以汽车和摩托车很少使用燃气轮机，只有部分赛车装用过燃气轮机。气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。发动机是汽车的心脏

13、，为汽车的行走提供动力，汽车的动力性、经济性、环保性。简单讲发动机就是一个能量转换机构，即将汽油(柴油)的热能，通过在密封汽缸内燃烧气体膨胀时，推动活塞作功，转变为机械能，这是发动机最基本原理。发动机所有结构都是为能量转换服务的，虽然发动机伴随着汽车走过了100多年的历史，无论是在设计上、制造上、工艺上还是在性能上、控制上都有很大的提高，其基本原理仍然未变，这是一个富于创造的时代，那些发动机设计者们，不断地将最新科技与发动机融为一体，把发动机变成一个复杂的机电一体化产品，使发动机性能达到近乎完善的程度，各世界著名汽车厂商也将发动机的性能作为竞争亮点。发动机有很多种。按照进气系统分类，可以分为自

14、然吸气(非增压)式发动机和强制进气(增压式)发动机。汽油机常采用自然吸气式；柴油机为了提高功率有采用增压式的。按照气缸排列方式分类内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式。单列式发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的，但为了降低高度，有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的；双列式发动机把气缸排成两列，两列之间的夹角180(一般为90)称为V型发动机，若两列之间的夹角=180称为对置式发动机。按照气缸数目分类内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机；有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸

15、发动机。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。按照冷却方式分类内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机。水冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的；而风冷发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。水冷发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛地应用于现代车用发动机。按照行程分类内燃机按照完成一个工作循环所需的行程数可分为四行程内燃机和二行程内燃机。把曲轴转两圈(720)，活塞在气缸内上下往复运动四个行程，完成一个工作循环的内燃机称为四行程内燃机；而把曲轴转一圈(360)，活塞在气缸内上下往复运动两个行

16、程，完成一个工作循环的内燃机称为二行程内燃机。汽车发动机广泛使用四行程内燃机。按照所用燃料分类内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机。使用汽油为燃料的内燃机称为汽油机；使用柴油机为燃料的内燃机称为柴油机。汽油机与柴油机比较各有特点；汽油机转速高，质量小，噪音小，起动容易，制造成本低；柴油机压缩比大，热效率高，经济性能和排放性能都比汽油机好。缸盖上还装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。发动机组成。机体是构

17、成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度。机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成：一、气缸体水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体曲轴箱，也可称为气缸体。气缸体一般用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。气缸体应具有足够的强度和刚度，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

18、。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。为了能够使气缸内表面在高温下正常工作，必须对气缸和气缸盖进行适当地冷却。冷却方法有两种，一种是水冷，另一种是风冷。水冷发动机的气缸周围和气缸盖中都加工有

19、冷却水套，并且气缸体和气缸盖冷却水套相通，冷却水在水套内不断循环，带走部分热量，对气缸和气缸盖起冷却作用。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。例如捷达轿车、富康轿车、红旗轿车所使用的发动机均采用这种直列式气缸体。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

20、) 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。气缸直接镗在气缸体上叫做整体式气缸，整体式气缸强度和刚度都好，能承受较大的载荷，这种气缸对材料要求高，成本高。如果将气缸制造成单独的圆筒形零件(即气缸套)，然后再装到

21、气缸体内。这样，气缸套采用耐磨的优质材料制成，气缸体可用价格较低的一般材料制造，从而降低了制造成本。同时，气缸套可以从气缸体中取出，因而便于修理和更换，并可大大延长气缸体的使用寿命。气缸套有干式气缸套和湿式气缸套两种。干式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后，其外壁不直接与冷却水接触，而和气缸体的壁面直接接触，壁厚较薄，一般为13mm。它具有整体式气缸体的优点，强度和刚度都较好，但加工比较复杂，内、外表面都需要进行精加工，拆装不方便，散热不良。湿式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后，其外壁直接与冷却水接触，气缸套仅在上、下各有一圆环地带和气缸体接触，壁厚一般为59mm。它散热良好，冷却均匀，加工容易

22、，通常只需要精加工内表面，而与水接触的外表面不需要加工，拆装方便，但缺点是强度、刚度都不如干式气缸套好，而且容易产生漏水现象。应该采取一些防漏措施。二、轴箱气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，故又称为油底壳图（图2-6）。油底壳受力很小，一般采用薄钢板冲压而成，其形状取决于发动机的总体布置和机油的容量。油底壳内装有稳油挡板，以防止汽车颠动时油面波动过大。油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损。在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫，防止润滑油泄漏。三

23、、气缸盖气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。缸盖上还装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多。气缸盖是燃烧室的组成部分，

24、燃烧室的形状对发动机的工作影响很大，由于汽油机和柴油机的燃烧方式不同，其气缸盖上组成燃烧室的部分差别较大。汽油机的燃烧室主要在气缸盖上，而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。这里只介绍汽油机的燃烧室，而柴油机的燃烧室放在柴油供给系里介绍。汽油机燃烧室常见的三种形式。(1) 半球形燃烧室半球形燃烧室结构紧凑，火花塞布置在燃烧室中央，火焰行程短，故燃烧速率高，散热少，热效率高。这种燃烧室结构上也允许气门双行排列，进气口直径较大，故充气效率较高，虽然使配气机构变得较复杂，但有利于排气净化，在轿车发动机上被广泛地应用。(2) 楔形燃烧室楔形燃烧室结构简单、紧凑，散热面积小，热损失也小，能保证混合气在压

25、缩行程中形成良好的涡流运动，有利于提高混合气的混合质量，进气阻力小，提高了充气效率。气门排成一列，使配气机构简单，但火花塞置于楔形燃烧室高处，火焰传播距离长些，切诺基轿车发动机采用这种形式的燃烧室。(3) 盆形燃烧室盆形燃烧室，气缸盖工艺性好，制造成本低，但因气门直径易受限制，进、排气效果要比半球形燃烧室差。捷达轿车发动机、奥迪轿车发动机采用盆形燃烧室。四、缸垫气缸垫装在气缸盖和气缸体之间，其功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气，漏水和漏油。气缸垫的材料要有一定的弹性，能补偿结合面的不平度，以确保密封，同时要有好的耐热性和耐压性，在高温高压下不烧损、不变形。目前应用较多的是铜皮棉结构

26、的气缸垫，由于铜皮棉气缸垫翻边处有三层铜皮，压紧时较之石棉不易变形。有的发动机还采用在石棉中心用编织的纲丝网或有孔钢板为骨架，两面用石棉及橡胶粘结剂压成的气缸垫。安装气缸垫时，首先要检查气缸垫的质量和完好程度，所有气缸垫上的孔要和气缸体上的孔对齐。其次要严格按照说明书上的要求上好气缸盖螺栓。拧紧气缸盖螺栓时，必须由中央对称地向四周扩展的顺序分23次进行，最后一次拧紧到规定的力矩。气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多。气缸盖是燃烧室的组成部分，燃烧室的形状对发动机的工作影响很大，由于汽油机和柴油机的燃烧方式不同，其气缸盖上

27、组成燃烧室的部分差别较大。汽油机的燃烧室主要在气缸盖上，而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。发动机的核心部件是汽缸，活塞在汽缸内进行往复运动，上面所描述的是单汽缸的运动过程，而实际应用中的发动机都是有多个汽缸的（4缸、6缸、8缸比较常见）。我们通常通过汽缸的排列方式对发动机分类：直列、V或水平对置（当然现在还有大众集团的W型，实际上是两个V组成）。不同的排列方式使得发动机在顺滑性、制造费用和外型上有着各自的优点和缺点，配备在相应的汽车上。发动机其他结构：凸轮轴：控制进气阀和排气阀的开闭 火花塞： 火花塞放出火花点燃油气混合气，使得爆炸发生。火花必须在适当的时候放出。 阀门： 进气、出气阀分别

28、在适当的时候打开来吸入油气混合气和排出尾气。在压缩和燃烧时，这两个阀都是关闭的，来保证燃烧室的密封。缸盖作为发动机中最复杂、最具代表性的零件之一。所谓发动机缸盖，就是安装在发动机缸体上部的机构，它与活塞一起形成燃烧室，即汽油与空气混合形成的混合物燃烧的地方。气缸盖上有用于冷却燃烧室及周围区域的水套、进排气道、进气歧管、排气歧管、润滑油道和火花塞的安装孔。根据燃烧室的形状、凸轮轴位置和气门机构等因素的变化，缸盖结构也有所变化。由于目前多数发动机都采用了顶置凸轮轴的布局，所以对于很多不了解汽车发动机结构的人，也可以通过观察发动机缸盖的宽度来区分。另外，过去的发动机缸盖多采用铸铁材质，但由于铝具有更

29、高的热传导性，同时可以减轻发动机的重量，因此现在许多发动机的缸盖已经采用铸铝制造。1.2 论文主要研究内容本论文研究的主要内容是发动机缸盖有毛坯到成品的主要机械加工工艺过程的制定以及相应的加工过程中能够满足精度要求的机床和刀具的选择，还有发动机缸盖上孔群的加工所需要的专用夹具的设计。图1-0为本毕业设计设计说明书的知识框架，清洗明了的介绍了本设计所做的一些工作和设计思路。发动机缸盖机加工工艺及专用夹具设计发动机缸盖工艺设计钻床专用夹具设计缸盖分析毛坯设计工艺路线设计装备选择加工工序设计问题的提出机床夹具的分类夹具的设计内容钻床夹具的设计钻套与工件间的距离夹具的对刀夹具体的设计图1-0 本设计的

30、结构第2章 发动机箱体工艺设计2.1 发动机缸盖的分析2.1.1 发动机缸盖的功用分析汽缸盖是柴油机的一种紧固件，也是柴油机燃烧室的组成部分。船用柴油机各种型式的汽缸盖的共同特点是结构复杂，孔道较多，壁厚不均。它不仅受到高温高压气体的强烈作用，而且周期性地承受较高的机械负荷与热负荷，也受到因冷却水造成的局部冷热不均影响，同时还由于螺栓预紧力使汽缸盖承受着压应力，并与燃气压力共同作用使汽缸盖受到弯曲作用，此外，还在截面变化处容易产生应力集中等，正是由于汽缸盖如此恶劣的工作条件，致使汽缸盖很容易失效损坏。通常失效损坏形式为：其底面和冷却水腔产生裂纹，这是柴油机经常出现的损坏现象，还有汽阀底面和导套

31、容易磨损，冷却水侧被腐蚀等。本次毕业设计的任务是设计4缸发动机缸盖的工艺路线及规程。图1-1发动机气缸盖示意图2.1.2发动机缸盖结构的分析缸盖作为发动机中最复杂、最具代表性的零件之一。所谓发动机缸盖，就是安装在发动机缸体上部的机构，它与活塞一起形成燃烧室，即汽油与空气混合形成的混合物燃烧的地方。气缸盖上有用于冷却燃烧室及周围区域的水套、进排气道、进气歧管、排气歧管、润滑油道和火花塞的安装孔。根据燃烧室的形状、凸轮轴位置和气门机构等因素的变化，缸盖结构也有所变化。由于目前多数发动机都采用了顶置凸轮轴的布局，所以对于很多不了解汽车发动机结构的人，也可以通过观察发动机缸盖的宽度来区分。另外，过去的

32、发动机缸盖多采用铸铁材质，但由于铝具有更高的热传导性，同时可以减轻发动机的重量，因此现在许多发动机的缸盖已经采用铸铝制造2.1.3发动机缸盖技术分析由于缸盖的加工质量将会影响机器或部件的精度、性能和寿命，所以缸盖零件的加工精度对机器加工精度比较重要。在缸盖零件各加工表面中，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、孔与平面之间的相互位置精度则较难保证。缸盖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缸盖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，直接影响缸盖加工时的定位精度，影响缸

33、盖加工的定位精度，影响缸盖与机座总装时的接触刚度和相互位置精度。一般缸盖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一般缸盖孔的尺寸精度为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各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0.10.04m

34、m。2.1.4发动机缸盖的材料分析一： 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。（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

35、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：缸盖材料通常选用铸铁，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，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，

36、缺口敏感性小。a.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2-1（以HT250为例）。表2-1 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 b.对灰铸铁性能都有着重要的影响，详见机械加工工艺手册c.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。d.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

37、下表2-2以HT250为例。表2-2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（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

38、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

39、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

40、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

41、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发动机缸盖工作的需要，结合各种铸铁材料的性能特性及应用范围，发动机缸盖的材料选为灰铸铁HT250。2.2发动机缸盖毛坯的设计2.2.1 计算生产纲领，确定生产类型该产品年产量为5000台，设其备品率为16%，机械加工废品率为2%，故 N = Q（1+a%+b%） N = 50001（16%+2%） = 5900件/年发动机缸盖的年生产量为5900件。根据年生产量与生产类型的关系，可确定生产类型为大量生产。在零件进行大量生产时，一般采用高效先进

42、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。2.2.2确定毛坯种类及加工方法的选择在2.2.1计算过生产纲领，发动机缸盖的年产量为5900件/年。确定该缸盖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。材料方面，往往是选择毛坯所要考虑的首

43、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。根据缸盖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：1.铸件需经消除内应力处理，硬度为180-250HB2.铸件在加工前需仔细清除型砂3.铸件不允许有裂纹、冷隔、缩孔、疏松、夹渣及其他机械加工时不能消除的缺陷。4.机体外部不加工表面允许有单个气孔，总数不超过5个，直径不大于6mm，深度不大于1.5mm，间距不小于20mm5未注明铸造圆角为R3R56.所有螺纹应光洁。五凹陷、裂纹7.去锐边，毛刺二、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

44、大类。1 砂型铸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。2 特种铸造特种铸造是指与普通砂型铸造有显著区别的一些方法。如压力铸造、熔模铸造、金属型铸造、低压铸造、离心铸造、陶瓷铸造、实型铸造、磁型铸造等等，每种特种铸造方法均有其优越之处和应用场合。近年来，特种铸造在我国得到了飞速发展，其地位和作用日益提高。特种铸造方法的类别特点和应用范围见机械加工工艺手册相关章节。各种铸造方法的经济合理性铸造方法的经济合理性

45、与零件尺寸形状以及选择的铸造方法有关，其关系详见机械加工工艺手册。各种铸造方法均有其优缺点及应用范围，不能认为某种方法最为完善。因此，必须依据铸件的形状、大小、质量要求、成产批量、合金的品种记忆铸造条件等具体情况。进行全面的比较分析，才能得出正确的铸造方法。结合各铸造方法的特点及适用范围，未来获得较好的机械性能和使用寿命，节约材料和切削加工时，提高生产效率，降低成本，可选用砂型机器造型2.2.3毛坯的工艺分析及要求毛坯铸造时，应防止砂眼和气孔的产生。未来减少毛坯制造时产生的残余应力，应使缸盖壁厚尽量均匀，缸盖浇注厚应安排时效或者退火工序。（1） 铸件浇注位置的选择原则a.铸件的重要加工面或者主

46、要工作面一般应处于底面或者侧面，避免气孔、砂眼、缩松、缩孔等缺陷出现在工作面上。如果这些加工面难以朝下，应尽力使其位于侧面。当铸件的重要加工面有个数时，则应将大的朝下。b.铸件大平面尽可能朝下或采用倾斜浇注，避免夹砂和夹渣缺陷。c.将逐渐的薄壁部分放在铸型的下部或侧面，以免产生浇注不足、冷隔等。d.对于容易产生缩孔的铸件，应使厚的部分放在铸件的上部或者侧部，以便在铸件厚壁处直接安置冒口，使之实现在上而下的定向凝固。（2） 分型面的选择原则a.铸件尽可能在一个沙箱内或者加工面和加工基准面放在同一个沙箱内，一保证铸件的尺寸精度。b.尽量减少分型面的数量c.尽量减少型芯或者活块的数量，并尽量降低沙箱

47、的高度，以便起模和修型。d.把主要的型芯放在下半沙箱中，以利于下芯，合箱和便于检查型腔尺寸。为了使砂芯便于从砂型中取出，凡垂直于分型面的立壁在制造模样时必须留有起模斜度，起模斜度的大小取决于与立壁的高度，造型方法，模样材料等因素，通常为153，为使型砂便于从内腔中脱出，以形成自带型芯，内壁的起模斜度应比外壁大，通常为310。由于合金的线收缩，铸件冷却后的尺寸将比行腔尺寸略小，为保证铸件应有的尺寸，模样尺寸必须必铸件放大一个该金属的收缩量。铸件的实际线收缩量除随合金的种类而异外，海域铸件的形状，尺寸有关。通常铸铁为0.7%1.0%。结合发动机缸盖的结构，形状及尺寸，分型面选在缸盖零件图-俯视图零线位置。浇注口位置分别选在位于两侧，选取起模斜度为3，灰铸铁的线收缩率设为1.0%。2.2.4毛坯余量和公差的确定（1） 确定毛坯的余量毛坯余量的确定：根据机械加工去除量，从