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《江苏大学》 2017年
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某发动机缸体曲轴孔激光涨断加工工艺及质量控制研究

刘军波  
【摘要】:缸体曲轴孔是发动机中的重要结构,大多数国内发动机生产厂家仍然采用传统分体式加工方法加工缸体曲轴孔,这种方法需要单独铸造、加工缸体、曲轴箱两个部件,工艺复杂,加工成本高,曲轴孔合箱定位精度较差,并且发动机性能及使用寿命受到限制。与传统分体式加工工艺相比,激光涨断工艺的工艺路线简单,可以大量缩减加工工序、减少加工设备用量,并且曲轴孔座与瓦盖定位精度、装配质量大幅提高,极大提升了曲轴孔合箱后的承载、抗剪切能力,对提高发动机整机性能具有重要作用。另外涨断技术可以减少机加工序60%,节省机床设备投资25%,减少刀具费用35%,节省能源40%,还可以减少占地面积、减少废品率等,经济效益可观。因此发动机缸体曲轴孔涨断加工是大势所趋,但目前国内的涨断加工工艺水平并不成熟,实际生产中还存在撕裂、裂不开、掉渣、断裂面变形等涨断缺陷,影响产品质量稳定性。鉴于上述原因,本课题以某工厂MC系列大功率发动机的蠕墨铸铁材料缸体作为研究对象,研究缸体曲轴孔激光涨断加工工艺,对ALFING激光涨断设备进行介绍和分析,并对实际生产过程中遇到的质量问题进行深入分析和追踪。主要内容包括:(1)对MC系列发动机缸体蠕墨铸铁材料的成分特点及力学性能进行了基本介绍,对曲轴孔分离加工用的ALFING激光涨断设备的构建,曲轴孔涨断的工艺特点、技术要求和典型缺陷进行了初步介绍。(2)介绍了ALFING设备高能激光的产生过程,详细阐述了激光的产生及控制的原理,对本课题采用的某工厂激光刻痕设备进行了系统说明,并结合该设备阐述了激光刻痕实现的方法及过程,同时阐述了激光脉冲参数对于涨断槽影响。(3)研究曲轴孔涨断实际生产过程中遇到的质量问题,以曲轴孔涨断后掉渣比率过高问题为切入点,对导致涨断面掉渣的因素通过六西格玛质量改进工具进行分析、优化的过程进行了详细介绍。通过头脑风暴法、利用鱼骨图工具、DOE实验方法等,识别出导致曲轴孔涨断面掉渣的关键影响因素,并对其进行改善。并对改善后的质量状态、经济效益进行了跟踪确认。本文研究、分析了大功率发动机蠕墨铸铁材料缸体,在利用激光涨断技术进行曲轴孔的分离加工过程中出现的典型问题,对某工厂MC系列发动机提升产品质量、保障产品在国内乃至世界的领先地位,有着重要作用,同时对于国内的激光涨断技术研究及同类发动机缸体曲轴孔的加工制造及质量控制具有一定的参考意义。
【关键词】:发动机 缸体 曲轴孔 激光 涨断 蠕墨铸铁
【学位授予单位】:江苏大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TK403;TN249
【目录】:
  • 摘要5-7
  • Abstract7-11
  • 第一章 绪论11-22
  • 1.1 本课题的研究目的11-14
  • 1.2 国内外研究现状及发展趋势14-19
  • 1.2.1 国内外研究现状14-17
  • 1.2.2 发展趋势17-19
  • 1.3 本课题研究意义及主要研究内容19-22
  • 1.3.1 本课题研究意义19-20
  • 1.3.2 主要研究内容20-22
  • 第二章 缸体曲轴孔激光涨断加工工艺研究22-31
  • 2.1 MC系列发动机缸体材料分析22-24
  • 2.2 MC系列发动机缸体曲轴孔涨断加工工艺特点分析24-25
  • 2.3 MC系列发动机缸体曲轴孔涨断设备简介25-28
  • 2.4 缸体曲轴孔涨断面技术要求及典型缺陷28-30
  • 2.4.1 缸体曲轴孔涨断面技术要求28-30
  • 2.4.2 缸体曲轴孔涨断面常见缺陷30
  • 2.5 本章小结30-31
  • 第三章 激光刻痕加工技术和装备分析研究31-43
  • 3.1 激光切割技术的发展31-32
  • 3.2 激光刻痕设备工作原理32-33
  • 3.3 高能激光射束产生原理33-35
  • 3.4 激光控制系统原理35-36
  • 3.5 激光切割设备36-38
  • 3.6 数控系统38-39
  • 3.7 激光切割过程39-40
  • 3.8 脉冲激光切槽分析40-41
  • 3.9 激光脉冲参数对涨断槽的影响41-42
  • 3.9.1 脉冲宽度对涨断槽的影响41
  • 3.9.2 脉冲频率对涨断槽的影响41-42
  • 3.9.3 脉冲平均功率对涨断槽的影响42
  • 3.10 本章小结42-43
  • 第四章 缸体曲轴孔涨断缺陷分析及改进43-67
  • 4.1 缸体曲轴孔涨断掉渣定义及现状43-44
  • 4.1.1 缸体曲轴孔涨断掉渣定义43
  • 4.1.2 曲轴孔涨断掉渣现状43-44
  • 4.2 曲轴孔涨断掉渣缺陷识别的测量系统分析44-48
  • 4.2.1 测量系统分析目的44
  • 4.2.2 测量系统分析评价指标44-45
  • 4.2.3 计量型与计数型数据测量系统分析45-47
  • 4.2.4 曲轴孔涨断面掉渣缺陷测量系统分析47-48
  • 4.3 曲轴孔涨断掉渣缺陷过程能力分析48-51
  • 4.3.1 过程能力分析简介48-49
  • 4.3.2 计量型数据过程能力分析49-50
  • 4.3.3 计数型数据过程能力分析50
  • 4.3.4 掉渣缺陷过程能力分析50-51
  • 4.4 曲轴孔涨断掉渣主要影响因素分析及改进51-65
  • 4.4.1 引起曲轴孔涨断面掉渣的可能因素51-54
  • 4.4.2 关键因子数据收集及可靠性分析54-57
  • 4.4.3 关键因子与曲轴孔涨断面掉渣相关性57-62
  • 4.4.4 主要关键因子最优参数确认62-64
  • 4.4.5 曲轴孔涨断面掉渣率改善效果64-65
  • 4.5 本章小结65-67
  • 第五章 总结与展望67-69
  • 5.1 全文总结67
  • 5.2 工作展望67-69
  • 参考文献69-73
  • 致谢73

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