第1章绪论1.1 选题背景和目的意义飞轮壳是发动机上一个重要的基础件，作用是连接发动机与变速器，承担发动机及变速器的部分重量，保护离合器和飞轮，而且还是发动机的支撑部件。

该零件结构复杂，形似盆状，薄壁，盆底定位面有1/3悬空，工件的刚性差，加工时易变性，属难加工零件。

在选材中，了解其加工工艺，并在工艺设计中，合理安排加工工序，设计合理的夹具，对产品的最终质量具有十分重要的意义[1]。

夹具设计一般是在零件的机械加工工艺过程制订之后按照某一工序的具体要求进行的。

制订工艺过程，应充分考虑夹具实现的可能性，而设计夹具时，如确有必要也可以对工艺过程提出修改意见。

夹具的设计质量的高低，应以能否稳定地保证工件的加工质量，生产效率高，成本低，排屑方便，操作安全、省力和制造、维护容易等为其衡量指标。

飞轮壳是汽车发动机上的重要部件，它是连接发动机和变速器的主要零件。

其结构和加工工艺直接影响零件的性能。

在飞轮壳结构复杂，加工部位除了前后端面及孔之外，在周边，不同的角度上有平面加工和孔的加工。

工艺设计是工艺规划的前提和基础，是连接产品设计和生产制造的重要纽带。

产品的制造可以采用几种工艺方案，零件加工也可以采用不同设备、不同的加工方法。

不同的工艺方案。

同样一个产品，使用不同的工艺方法进行加工，就会产生不同的质量、不同的成本。

飞轮壳的主要功能是实现发动机与变速器的有效联接，通过它的变化，同一型号的发动机可以搭载不同型号的汽车，飞轮壳大多采用灰铸铁铸造毛坯，材料结构特点是壁厚不均匀，加工的部位多，加工难度大，各个加工面和加工孔均要求较高的精度。

其与发动机及离合器连接的两个面面积较大，压铸容易产生变形，并且变形量不容易控制，两个面连接孔必须进行机械加工 [2]。

夹具广泛应用于各种制造过程中，用以将工件定位并牢固的夹持在一定的位置，以便按照产品设计设计规定完成要求的制造过程，一个好的夹具不论在传统制造，还是现在知道系统，都起着十分重要的作用，夹具对加工质量、生产率和产品成本有直接的影响。

保证加工精度，采用夹具安装，可以准确的确定工件与机床、刀具之间的相互位置，工件的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，其加工精度高，提高了生产率。

用夹具装夹工件，可以迅速定位夹紧。

扩大机床的工艺范围，使用专用夹具可以改变原机床的用途和旷达机床的使用范围，实现一机多能。

采用夹具安装，可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，工件的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，其加工精度高而且稳定。

用夹具装夹工件，无需找正便能使工件迅速地定位和夹紧，显著地减少了辅助工时、多工位夹具装夹工件，并采用高效夹紧机构，这些因素均有利于提高劳动生产率。

针对4110发动机飞轮壳零件进行加工工艺和夹具设计，另外，采用夹具后，产品质量稳定，废品率下降，可以安排技术等级较低的工人，明显地降低了生产成本 [3]。

除根据4110发动机飞轮壳确定参数，并完成发动机飞轮壳的工艺设计外，根据飞轮壳的工作条件和结构设计中的确定的材料性能，进行该飞轮壳毛坯和机械加工的工艺路线和加工方法的设计及专用夹具设计。

同时，该设计还培养了我综合运用所学知识，独立完成产品设计的能力，以及分析和解决问题的能力。

1.2 国内外研究现状及发展趋势飞轮壳产品是从2003年开始，比如康明斯、道依茨、卡特彼勒、水星等一些公司已经在中国寻找供应商，他们在中国设立了负责供应商目前国内生产飞轮壳的厂子不是很多，年产量一般不超过40万件。

市场分散造就资源的分散，无法形成规模效益，所以谁先能创新，谁先能投入新的工艺，谁就可能形成新的发展趋势，才能占领新的市场。

目前现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的竞争与需求。

然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，每隔三四年就要更新很多专用夹具。

而夹具的实际磨损仅为10～20﹪左右。

特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统等新加工技术的应用，对机床夹具提出了许多新的要求例如能迅速方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；能装夹一些特征的工件；提高机床夹具的标准化程度。

夹具是机械加工不可或缺的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。

1.高精随着机床加工精度的提高。

2.高效为了提高机床的生产效率。

3.模块、组合夹具元件模块化是实现组合化的基础。

4.通用、经济夹具的通用性直接影响其经济性 [4]。

1.3 设计研究的主要内容本设计研究的主要内容包括发动机飞轮壳的工艺规程编制、典型工序夹具设计及夹具的绘制。

具体内容归纳如下：1．4110发动机飞轮壳加工方案设计；2．4110发动机飞轮壳工艺卡片的编制；3．专用夹具工艺设计；4．零件及钻床夹具的流程设计；5．误差计算。

第2章 4110飞轮壳的制造工艺分析2.1 飞轮壳结构特点及主要技术要求2.1.1 飞轮壳的用途及结构特点飞轮壳安装于发动机与变速箱之间，外接曲轴箱、启动机、油底壳，内置飞轮总成，起到连接、防护和载体的作用。

飞轮壳的前端面与发动机的机箱联结，后端面内孔416Φmm 与飞轮盖配合，飞轮飞轮壳内高速转动。

飞轮在高速旋转的过程中，飞轮壳起到连接、防护和载体的作用，因此该零件应具有足够的强度且应具有较强的耐磨性，以适应飞轮壳的工作条件。

该零件的主要工作表面为前端面、后端面、后端面内孔097.00416+Φmm 和马达孔087.0082+Φmm ，其表面粗糙度均为3.2，在设计工艺规程时应重点予以保证。

2.1.2 分析飞轮壳的技术要求4110飞轮壳选用的材料为HT200，珠光体灰铸铁。

该材料强度、硬度相对较高，具有良好的减振性，对机械振动起缓冲作用，从而阻止振动能量的传播；具有优良的耐磨性，缺口敏感性小，外来缺口对灰铸铁的疲劳强度影响甚微，从而增加了零件工作的可靠性。

因此被广泛地用来制作各种承受压力和要求消振性的床身、机架、结构复杂的箱体、壳体。

4110飞轮壳形状简单，结构比较复杂，属壳体类零件。

为实现飞轮壳连接、防护和载体的作用，其后端面内孔与飞轮盖的配合，因此加工精度要求较高。

飞轮壳在工作过程中需要有良好的耐磨性，为增强其切削加工性能，去除内应力，该工件要求经过退火处理，硬度范围175～225HBS [5]。

前端面的平面度0.12mm 直接影响飞轮壳与发动机箱体的接触精度及密封，且前端面中心线与后端面孔中心线的垂直度要求为0.15mm 。

后端面的平面度0.15mm 以及与前端面的平行度0.25mm 保证了其与其他零件和接触精度；与内孔的圆跳动0.25mm 则保证了飞轮在飞轮壳内的正常运转。

后端面孔097.00416+Φ要与其他零件配合，为了保证配合精度，相对与X 轴、Y 轴确定其位置度为0.3mm 。

分析该飞轮壳的技术要求，并将其全部技术要求列于表2.1中。

表2.1 飞轮壳零件技术要求表前端面定位孔2-064.0038.07.12++Φmm 在其后的精加工中将作为精基准，为保证位置的准确，其自身的位置度为0.1mm 。

前端面孔4-17Φmm 将直接影响飞轮壳与发动机箱体的装配，为保证装配精度，相对于X 轴、Y 轴确定其位置度为0.3mm 。

前端面马达螺孔2-M12-7H 影响飞轮壳与马达的装配，为保证装配精度，相对于马达孔中心线的位置度为0.4mm 。

综上所述，该飞轮壳的各项技术要求制订的合理，符合该零件在工作中的功用。

2.1.3 审查飞轮壳的工艺性分析零件图可知，飞轮壳前后两端面均要求切削加工，并在轴向方向上均高于相临表面，这样既减少了加工面积，又提高了工作时飞轮壳端面的接触刚度；前端面定位孔2-064.0038.07.12++Φmm 、孔4-17Φmm 的端面均为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度；另外，该零件除主要工作表面（飞轮壳前后两端面，后端面孔097.00416+Φmm 、前端面定位孔2-064.0038.07.12++Φmm 、马达孔087.0082+Φmm ）外，其余表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求；而主要工作表面虽然加工精度相对较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量地加工出来。

由此可见，该零件的工艺性较好。

2.2 飞轮壳毛坯及制造工艺2.2.1 选择毛坯由飞轮壳的技术要求分析可知，其材料为HT200，故毛坯选择铸件。

由于要求铸件精度高、具有良好表面质量与机械性能，所以选择砂型铸造中的金属模机器造型，其生产效率较高，适用于大批大量生产[6]。

2.2.2 分析毛坯制造工艺飞轮壳的材料HT200为珠光体灰口铁。

其特性是该材料能承受较大的应力（抗拉强度达200MN/2m ；抗弯强度达400MN/2m ）。

其金相组织结构为铁素体和渗碳体组成的机械混合物，由于它是硬的渗碳体和软的铁素体相间组成的混合物，所以其机械性能介于铁素体和渗碳体之间，故强度较高，硬度适中，有一定的塑性，从金相组织显微来看，铸铁中化合碳正好等于0.77%，珠光体中的铁素体与渗碳体一层层交替间隔，呈片状排列，而其余的碳是以片状石墨状态存在，使切削过程中切屑不能连续成形。

由于灰铸铁属于脆性材料，故不能锻造和冲压。

灰铸铁的焊接性能很差，如焊接区容易出现白口组织，裂纹的倾向较大。

但灰铸铁的铸造性能和切削加工性能优良。

由于飞轮壳尺寸较大，形状较为复杂，毛坯宜用铸件。

此外，灰铸铁一般不需要热处理，但消除残余应力，铸造后应安排时效处理。

2.2.3 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量查加工工艺手册大批量生产的毛坯铸件的公差等级知：砂型铸造机器造型和壳型灰铸铁的公差等级CT 为8～12，故取CT 为10。

查加工工艺手册毛坯铸件典型的机械加工余量等级知：砂型铸造机器造型和壳型灰铸铁的要求的机械加工余量等级为E ～G ，故取为G 。

查加工工艺手册铸件尺寸公差和要求的铸件机械加工余量确定该铸件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果列于表2.2中。

表2.2 飞轮壳铸造毛坯尺寸公差及机械加工余量2.3 加工的工艺规程2.3.1 定位基准的选择1.精基准的选择根据该飞轮壳零件的技术要求和装配要求，选择飞轮壳的前端面和前端面定位孔2-064.0038.07.12++Φmm 作为精基准，它们既是装配基准，有是设计基准，零件上很多表面都可以采用它们作为基准进行加工，使加工遵循“基准统一”原则，实现壳体零件“一面二孔”的典型定位方式。

前端面定位孔2-064.0038.07.12++Φmm 的轴线是设计基准，选用其作为精基准定位加工马达孔087.0082+Φmm 、前端面孔4-17Φmm 、前端面孔2-13Φmm ，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工孔的位置度要求。