工程材料论文小轿车发动机缸体.docx

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工程材料论文小轿车发动机缸体

南通大学

小轿车发动机缸体

论

文

学院:

机械工程学院

班级:

机082

姓名:

巩尊锋

学号:

0810012041

1、工作条件………………………………………………1

2、性能要求………………………………………………1

3、毛坯简图………………………………………………4

4、气缸体的分类……………………………………………5

5、毛坯材料………………………………………………11

6、毛坯材料的制造方法……………………………………12

7、零件的制造工艺路线……………………………………15

8、热处理方式……………………………………………17

发动机的主要组成部分

轿车发动机

气缸体

曲轴箱气缸垫

气缸盖

简述：

缸体是发动机的主体，它将各个气缸和曲轴箱连成一体，是安装活塞、曲轴以及其他零件和附件的支承骨架。

工作条件：

气缸体的工作条件十分恶劣。

它要承受燃烧过程中压力和温度的急剧变化以及活塞运动的强烈摩擦。

性能要求：

1、发动机的性能要求：

（1）专用汽车对发动机的基本要求。

发动机不仅是专用汽车行驶的动力源，也是某些专用汽车专用装备的动力源。

他的性能好坏直接影响专用汽车的动力性、经济型和可靠性。

因此，在选购和使用专用汽车时，应对发动机的结构与性能作细致的了解，根据专用汽车需要选用不同型号的发动机，以满足不同的工作要求。

专用汽车对发动机的基本要求：

足够的功率和转矩，良好的燃料经济性，特别是在常用工况下的油耗要低；便于动力输出，满足专用装备驱动动力的需要；工作安全可靠，耐久性好；通用性好，维修方便，振动小，噪音低，排放污染负荷要求。

（2）发动机的种类。

专用汽车大多采用往复活塞式汽油发动机或柴油发动机，通常称为汽油机和柴油机。

汽油机的质量轻、体积小、比功率高和噪声小、价格较便宜，汽油机的冷启动性也好于柴油机。

因此，轻型和中型专用汽车一般均装有汽油发动机。

与汽油机相比，柴油机具有良好的燃料经济性、排气污染少、低速运转时转矩大、工作可靠性和耐久性好。

随着柴油机性能的提高、制造成本的降低，大型专用汽车也越来越多的采用柴油机，重型专用汽车几乎都是采用柴油机。

这是由于柴油机的特性更适合大吨位的专用汽车。

在国外，载质量4t以上的货车大多采用柴油机。

（3）气缸布置形式。

车用发动机按气缸的排列形式可分为直列式、水平对置式和v型这三种。

小功率的发动机多为6缸一下的直列式，大功率的发动机多为6-16缸v型的，如v6、v8、v10、v12等。

直列式发动机的结构简单、工作可靠、制造成本低、维修方便、宽度窄以及在汽车上布置容易。

但随着发动机功率的增大，气缸数相应的增多，缸径也相应增大，发动机的长度和高度都增大。

因此，8缸以上的发动机几乎都是v型的。

与直列式发动机相比，v型发动机具有高度尺寸小，长度尺寸短、刚度大，从而使专用汽车结构紧凑，质量小。

V型发动机易于实现系列化。

其缺点是因发动机宽，在汽车上尤其是平头车上布置较为困难，此外，还有造价高等缺点。

水平对置式发动机的突出优点是高度低，平衡性良好，水平对置式发动机用在少数车辆总长较长的客车和布置受限的专用汽车上。

（4）发动机的冷却形式。

发动机的冷却形式有水冷式和风冷式。

水冷式发动机冷却均匀、稳定可靠、工作噪声低、冷却效果好、能较好的适应增加发动机散热的需要；易于解决车内供暖的问题、气缸变形小、缸盖、活塞等主要零件热负荷较低。

因此，在汽车上应用广泛。

绝大部分重型专用汽车均采用水冷。

但水冷式发动机结构复杂，使用与维修不方便，冷却效果受大气温度影响较大。

在某些特殊要求的专用汽车的得以应用。

但冷却不均匀、缸盖等零件的热负荷高、工作可靠性差、噪声也很大。

2、气缸的性能要求：

①有足够的强度和刚度，变形小，保证各运动零件位置正确，运转正常，振动噪声小。

②有良好的冷却性能，在缸筒的四周有冷却水套，以便让冷却水带走热量。

③耐磨，以保证气缸体有足够的使用寿命。

发动机气缸简图

气缸体上部是并列的气缸筒，目前多镶有气缸套。

气缸体的下部是曲轴箱，用来安装曲轴，其外部还可安装发电机、发动机支架等各种附件。

气缸体大多用铸铁或铝合金铸造而成，铝合金缸体成本较高但重量轻、冷却性能好，得到越来越广泛的应用。

缸体是构成发动机的骨架，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，缸体必须要有足够的强度和刚度。

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。

气缸体的各种分类：

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。

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）V型

　　气缸排成两列，左右两列气缸中心线的夹角γ＜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γ＝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1～3mm。

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5～9mm。

它散热良好，冷却均匀，加工容易，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。

发动机气缸数分类：

汽车发动机常用缸数有3、4、5、6、8、10、12缸。

排量1升以下的发动机常用三缸，1～2.5升一般为四缸发动机，3升左右的发动机一般为6缸，4升左右为8缸，5.5升以上用12缸发动机。

一般来说，在同等缸径下，缸数越多，排量越大，功率越高；在同等排量下，缸数越多，缸径越小，转速可以提高，从而获得较大的提升功率。

铝合金气缸体的好处。

最大的不同就是重量，铝合金发动机比铸铁发动机可以轻一半的重量。

本来轿车的总重量就不高，发动机所占的比例可是不能忽略，重量减轻的最直接效果便是油耗方便表现的增强。

而发动机的重量也直接影响车辆的行驶性能，由于一般轿车多为前轮驱动，如前舱重量过重，车辆拐弯时会引起过多转向，并且制动距离也会加长.

优点：

可以轻一半的发动机重量，能有效降低燃油消耗和提高操控表现。

缺点：

铝制材料价格昂贵。

代表车型：

奥迪A42.0T奥迪A62.0T代表车型：

骐达SWIFT雨燕奥迪A8

毛坯材料：

近年来，随着节能、环保与安全逐渐成为汽车技术发展的主题，轿车发动机技术也朝着小型化，高功率密度、低排放．低油耗方面发展。

而发动机技术的发展，特别是增压小型化高功率密度技术的发展对发动机的设计、材料和工艺都提出了严峻挑战，而作为发动机骨架的气缸体更是首当其冲。

先进的轿车发动机气缸体所面临的主要挑战如下。

（1）随着发动机强化程度越来越高．气缸体所承受的机械负荷应力越来越高。

（2）随着发动机功率密度的提高以及尺寸越来越紧凑，气缸体承受的热负荷也越来越高j特别是连体缸套缸体相邻两缸之间的热负荷越来越高。

　　（3）由于发动机设计越来越紧凑，对气缸体毛坯尺寸精度的要求越来越高，特别是镶缸套的铝气缸体。

　　《4）由于机械负荷和热负荷的提高，对气缸体关键部位（如两缸之间．主轴承座）的铸造质量要求越来越高。

　　（5）由于节能的需要，气缸体的质量应不断减轻。

　　（6）由于爆发压力高、热负荷大，控制缸筒磨损和变形也越来越困难。

　　实际上，除了发动机气缸体外，现代汽车上的很多零部件都面临着同样的强化结构、提高耐久性．减轻质量，降低成本的课题。

　　但解决这些问题仅仅靠优化结构设计来解决是远远不够的，结构设计本身并不能代替由于改善基础材料性能、铸造工艺、热处理工艺等方面的技术而带来的好处。

如果不将基础材料性能．铸造工艺．热处理工艺改进的技术体现到具体的结构设计中．我们面临的上述问题则无从解决。

如果能将具体的结构设计优化与基础材料性能、铸造工艺．热处理工艺等技术的改善紧密地结合，真正实现面向生产制造而设计，进而实现零部件的强度、耐久性．减重．成本等各方面性能均优化的结果。

毛坯材料:

一般汽缸是铸铁铸造的或铝合金压铸成型的，材料就是普通的铸铁和铝合金，熔点都不高铸铁大概就1300度左右，铝的更低，大概就600度，但汽缸都会有一个缸套的，这个缸套是合金铸铁的，利用铸铁的减摩和耐磨特性来直接和活塞环接触的。

不知道你想知道它的熔点干什么，发动机燃气的温度虽然很高，但实际的发动机的零件的温度不要说到熔点了，连它们的强度大幅度下降的温度都不会达到，实际的温度都很低的（相对的，你用手摸，那肯定烫伤），因为发动机是有冷却系统的，有水冷和风冷两种方法，会把多余的热量带出发动机以外的。

并且燃气的能量有很多部分是是用来作功的，传递到发动机壳体上的能量不多。

毛坯材料的制造方法：

毛坯材料的制造方法一般采用的是铸造，铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。

铸造毛胚因近乎成形，而达到免机械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上减少了时间．铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一。

铸造种类很多，按造型方法习惯上分为：

①普通砂型铸造，包括湿砂型、干砂型和化学硬化砂型3类。

②特种铸造，按造型材料又可分为以天然矿产砂石为主要造型材料的特种铸造（如熔模铸造、泥型铸造、铸造车间壳型铸造、负压铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等）和以金属为主要铸型材料的特种铸造（如金属型铸造、压力铸造、连续铸造、低压铸造、离心铸造等）两类。

铸造工艺通常包括：

①铸型（使液态金属成为固态铸件的容器）准备，铸型按所用材料可分为砂型、金属型、陶瓷型、泥型、石墨型等，按使用次数可分为一次性型、半永久型和永久型，铸型准备的优劣是影响铸件质量的主要因素；②铸造金属的熔化与浇注，铸造金属（铸造合金）主要有铸铁、铸钢和铸造有色合金；③铸件处理和检验，铸件处理包括清除型芯和铸件表面异物、切除浇冒口、铲磨毛刺和披缝等凸出物以及热处理、整形、防锈处理和粗加工等。

铸造工艺可分为三个基本部分，即铸造金属准备、铸型准备和铸件处理。

铸造金属是指铸造生产中用于浇注铸件的金属材料，它是以一种金属元素为主要成分，并加入其他金属或非金属元素而组成的合金，习惯上称为铸造合金，主要有铸铁、铸钢和铸造有色合金。

不同的铸造方法有不同的铸型准备内容。

以应用最广泛的砂型铸造为例，铸型准备包括造型材料准备和造型造芯两大项工作。

砂型铸造中用来造型造芯的各种原材料，如铸造砂、型砂粘结剂和其他辅料，以及由它们配制成的型砂、芯砂、涂料等统称为造型材料造型材料准备的任务是按照铸件的要求、金属的性质，选择合适的原砂、粘结剂和辅料，然后按一定的比例把它们混合成具有一定性能的型砂和芯砂。

常用的混砂设备有碾轮式混砂机、逆流式混砂机和叶片沟槽式混砂机。

后者是专为混合化学自硬砂设计的，连续混合，速度快。

铸件自浇注冷却的铸型中取出后，有浇口、冒口及金属毛刺披缝，砂型铸造的铸件还粘附着砂子，因此必须经过清理工序。

进行这种工作的设备有抛丸机、浇口冒口切割机等。

砂型铸件落砂清理是劳动条件较差的一道工序，所以在选择造型方法时，应尽量考虑到为落砂清理创造方便条件。

有些铸件因特殊要求，还要经铸件后处理，如热处理、整形、防锈处理、粗加工等。

另外，铸造的零件尺寸和重量的适应范围很宽，金属种类几乎不受限制；零件在具有一般机械性能的同时，还具有耐磨、耐腐蚀、吸震等综合性能，是其他金属成形方法如锻、轧、焊、冲等所做不到的。

因此在机器制造业中用铸造方法生产的毛坯零件，在数量和吨位上迄今仍是最多的。

铸造生产经常要用的材料有各种金属、焦炭、木材、塑料、气体和液体燃料、造型材料等。

所需设备有冶炼金属用的各种炉子，有混砂用的各种混砂机，有造型造芯用的各种造型机、造芯机，有清理铸件用的落砂机、抛丸机等。

还有供特种铸造用的机器和设备以及许多运输和物料处理的设备。

铸造生产有与其他工艺不同的特点，主要是适应性广、需用材料和设备多、污染环境。

铸造生产会产生粉尘、有害气体和噪声对环境的污染，比起其他机械制造工艺来更为严重，需要采取措施进行控制。

铸造生产的机械化自动化程度在不断提高的同时，将更多地向柔性生产方面发展，以扩大对不同批量和多品种生产的适应性。

节约能源和原材料的新技术将会得到优先发展，少产生或不产生污染的新工艺新设备将首先受到重视。

质量控制技术在各道工序的检测和无损探伤、应力测定方面，将有新的发展。

零件制造工艺路线：

硅基合金缸套（陶瓷涂层汽车气缸）技术可行性分析

铸型准备冶炼离心浇铸脱模

陶瓷涂层气体汽缸磨检验

一、项目简介硅基合金内燃机缸套（陶瓷涂层汽车气缸）、硅基合金拖拉机缸套、硅基合金泥浆泵缸套等套筒类零件，农业、工程、船用缸套等硅基合金缸套用离心铸造技术直接决定了该类零件的生产成本。

该类零件市场需求全很大，仅内燃机缸套一项，2004年市场需求量即达45000万只左右。

陶瓷合成缸套，硅基合金缸套（汽车陶瓷涂层缸套）技术国内领先。

　　二、技术成熟程度：

硅基合金缸套，知识产权为发明人所有（200510038042.5）。

离心铸造技术铸钢、铁已在山东、山西、江苏等地缸套生产企业使用，效果良好。

硅基合金离心铸造4102、480缸套毛坯，一个等级，4102缸套毛坯重量由6—6.2公斤减到了毛坯重量为2公斤，大幅度减少了人工，降低了生产成本。

　　三、工艺流程：

1、铸型准备2、冶炼3、离心浇铸4、脱模5、陶瓷涂层汽车气缸，6，磨，7检验8、入库。

　　四、硅基合金特点：

硅基合金耐高温1200度，在600度以上有良好热传,抗磨损性能好，是因为陶瓷结构成网状与铝的网状交织在一起。

晶粒传导热特别快，使工件散热性能好，硬HV870-1800，抗弯强度1350Mpa。

摩擦系数小，陶瓷减摩作用。

五、经济效益分析:

　六、生产条件、环保：

新生产各类内燃机缸套、汽车拖拉机缸套，工程机械缸套，泥浆泵缸套等套筒类零件的均可。

热处理方式：

气缸激光复合热处理方法，它是在缸体内表面１整体上按网格２轨迹进行激光热处理扫描，在缸体内表面的上部再进行比网格２间距小的激光热处理复合轨迹扫描。

间距较小的激光热处理复合扫描轨迹所覆盖的面积占整个缸体内表面积１的１／６～１／３。

经本发明方法激光热处理的缸体，其整体耐磨性大大增强，缸口易磨损处的硬度可达到铬氏６０℃，而缸体的变形量又最小，如缸体的圆柱度和圆度误差小于０．０２ｍｍ，而且无其它副效果。