汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋品質(zhì)控制方法探討
——以缸蓋閥座跳動(dòng)校準(zhǔn)件的測(cè)量為例

文 /錢(qián)笑臨 潘 華 陳彥杰

為保證發(fā)動(dòng)機(jī)的品質(zhì)，目前，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)核心零部件的加工，汽車(chē)行業(yè)各大主機(jī)廠主要通過(guò)采購(gòu)粗加工零件，在動(dòng)力總成實(shí)施關(guān)鍵部位精加工的方法，如：發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的缸孔、汽缸蓋的排氣孔和曲軸主軸頸等。其中，在缸蓋閥座的加工過(guò)程中，廣泛采用在線檢具測(cè)量缸蓋閥座的跳動(dòng)和寬度等參數(shù)，種類(lèi)包括：閥座座圈寬度校準(zhǔn)件、閥座座圈跳動(dòng)校準(zhǔn)件、閥座座圈角度校準(zhǔn)件和閥座座圈深度校準(zhǔn)件等。

跳動(dòng)檢具是通過(guò)測(cè)量缸蓋閥座的圓度和跳動(dòng)來(lái)評(píng)價(jià)閥座精加工的質(zhì)量。閥座檢具使用對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行標(biāo)定。通常，對(duì)于這類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)件的測(cè)量，使用者和第三方實(shí)驗(yàn)室均缺乏針對(duì)性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。另外，使用者與制造商在交接的過(guò)程中也缺少必要的相關(guān)檢測(cè)說(shuō)明信息，故，即使在按照?qǐng)D紙標(biāo)注要求測(cè)量的情況下，仍然會(huì)因測(cè)量方式不同而導(dǎo)致結(jié)果不同，對(duì)用戶(hù)企業(yè)的計(jì)量管理、制造商的銷(xiāo)售和使用方在線加工等過(guò)程產(chǎn)生影響。

本文從缸蓋閥座跳動(dòng)檢具的應(yīng)用展開(kāi)，以坐標(biāo)測(cè)量機(jī)為基本測(cè)量手段，選擇典型規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件為檢測(cè)對(duì)象，討論缸蓋閥座標(biāo)準(zhǔn)件的測(cè)量方法。

一、缸蓋閥座跳動(dòng)檢具的特點(diǎn)

1. 閥座跳動(dòng)檢具結(jié)構(gòu)

缸蓋閥座跳動(dòng)檢具（圖1）的主要結(jié)構(gòu)為測(cè)頭、手持柄、氣源輸入接頭和數(shù)據(jù)輸出端。其為手持操作，操作員快速在線檢測(cè)汽缸蓋進(jìn)、排氣門(mén)閥座座圈的跳動(dòng)與圓度值，評(píng)價(jià)精加工可靠性和分析數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)。

2. 閥座跳動(dòng)檢具的工作特點(diǎn)

在跳動(dòng)檢具使用前，將定位板（圖2）置于缸蓋氣門(mén)上方，通過(guò)角度補(bǔ)償（定位板的角度設(shè)計(jì)與缸蓋規(guī)格匹配）使定位板上端面平行于地面，以保證檢測(cè)時(shí)檢具的垂直放置。跳動(dòng)檢具的測(cè)頭導(dǎo)桿伸入缸蓋產(chǎn)品的進(jìn)、排氣門(mén)導(dǎo)管，同時(shí)，測(cè)頭圓錐部分與缸蓋閥座配合，以完成定位。以氣門(mén)導(dǎo)管為基準(zhǔn)，評(píng)價(jià)缸蓋進(jìn)、排氣門(mén)閥座的跳動(dòng)，同時(shí)輸出圓度結(jié)果。

3. 閥座跳動(dòng)檢具的校準(zhǔn)

跳動(dòng)檢具在實(shí)施測(cè)量前，需置于閥座跳動(dòng)校準(zhǔn)件（圖3）上進(jìn)行校準(zhǔn)。閥座跳動(dòng)校準(zhǔn)件的結(jié)構(gòu)模擬缸蓋進(jìn)、排氣門(mén)以及氣門(mén)導(dǎo)管孔的結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同規(guī)格的缸蓋產(chǎn)品調(diào)整理論密封線大小和高度、氣門(mén)導(dǎo)管孔的直徑及相對(duì)（定位塊）位置。因此，閥座校準(zhǔn)件的關(guān)鍵參數(shù)為：理論密封線處節(jié)圓的圓度值和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)管孔的跳動(dòng)。

二、閥座跳動(dòng)校準(zhǔn)件的測(cè)量

1. 測(cè)量系統(tǒng)

閥座跳動(dòng)校準(zhǔn)件的測(cè)量使用Zeiss Prismo坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，設(shè)備不確定度等級(jí)為（0.9+L/400）μm，滿(mǎn)足跳動(dòng)校準(zhǔn)件標(biāo)準(zhǔn)圓度值（一般約為0.015 mm）和標(biāo)準(zhǔn)跳動(dòng)值（約為0.060 mm）的要求。測(cè)量系統(tǒng)軟件對(duì)連續(xù)掃描的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，在采樣充分的情況下能夠準(zhǔn)確獲得圓度、跳動(dòng)等回轉(zhuǎn)參數(shù)的結(jié)果，測(cè)量系統(tǒng)滿(mǎn)足缸蓋閥座校準(zhǔn)件的技術(shù)要求。

2. 閥座跳動(dòng)校準(zhǔn)件的測(cè)量

某規(guī)格的跳動(dòng)校準(zhǔn)件（見(jiàn)圖4）用于測(cè)量時(shí)，以校準(zhǔn)件定位塊上端面引入口（INTAKE）所在端面為第一基準(zhǔn)和Z向零點(diǎn)，定位塊外圓為中心建立基本坐標(biāo)系。以導(dǎo)管孔ME2和ME3兩處節(jié)圓擬合的軸線為評(píng)價(jià)跳動(dòng)值（理論密封線所在圓的直徑為28.2 mm）的參考基準(zhǔn)K1。

在最大范圍（覆蓋測(cè)量對(duì)象）內(nèi)測(cè)量理論密封線所在圓錐，測(cè)量策略為在均布圓錐的三個(gè)節(jié)圓上分別以50 upr的濾波進(jìn)行連續(xù)掃描，每個(gè)節(jié)圓的采樣點(diǎn)為500個(gè)。構(gòu)成圓錐1，用于初步計(jì)算理論密封線（根據(jù)標(biāo)稱(chēng)密封線所在節(jié)圓的直徑）在基本坐標(biāo)系中的高度。

使用測(cè)量軟件Calypso的圓錐計(jì)算功能，獲得圓錐1上理論密封線的高度H。為了精確計(jì)算該H高度對(duì)應(yīng)的直徑，采取在高度H上下1 mm處以連續(xù)掃描方式測(cè)量?jī)商幑?jié)圓并構(gòu)成圓錐2。該圓錐是計(jì)算理論密封線直徑D所需的被測(cè)元素。

圓度的計(jì)算則基于直徑D所在圓的高度，直接以連續(xù)掃描測(cè)量，測(cè)量策略設(shè)置為500個(gè)采樣點(diǎn)，50 upr濾波，以最小二乘法得出圓度結(jié)果。另，由于跳動(dòng)校準(zhǔn)件設(shè)計(jì)了準(zhǔn)跳動(dòng)值，在特定區(qū)域（圓錐面上）中加工標(biāo)準(zhǔn)凹槽。因此，計(jì)算圓度時(shí)取樣角度應(yīng)為270°，避開(kāi)該處凹槽，輸出至特性列表。

跳動(dòng)值的計(jì)算基于直徑D所在圓的高度，取樣角度為360°，測(cè)量策略為500個(gè)測(cè)點(diǎn)，不設(shè)置濾波。將得到的節(jié)圓進(jìn)行跳動(dòng)評(píng)價(jià)，參考基準(zhǔn)為校準(zhǔn)件圖紙標(biāo)注的兩處氣門(mén)導(dǎo)管孔所在高度的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圓構(gòu)成的圓柱中心線。

3. 閥座跳動(dòng)校準(zhǔn)件的測(cè)量結(jié)果

以理論密封線直徑Φ28.2、標(biāo)準(zhǔn)圓錐全角90°、氣門(mén)導(dǎo)管孔深度66.27 mm、95.27 mm規(guī)格為測(cè)量對(duì)象，與合作實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行量值比對(duì)，獲得2組各10次測(cè)量結(jié)果（見(jiàn)表1）。其中，結(jié)果1為本所實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量結(jié)果，結(jié)果2為參考實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量結(jié)果。兩組數(shù)據(jù)均通過(guò)三坐標(biāo)測(cè)量后獲得。

圖1 閥座跳動(dòng)檢具

圖2 缸蓋氣門(mén)定位板

圖3 閥座跳動(dòng)校準(zhǔn)件

圖4 跳動(dòng)校準(zhǔn)件的技術(shù)要求

表1 閥座跳動(dòng)校準(zhǔn)件測(cè)量結(jié)果 mm

雙方實(shí)驗(yàn)室采用相同檢測(cè)方法對(duì)同一樣品進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)完畢后，兩組檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。根據(jù)雙方實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量不確定度和檢測(cè)結(jié)果中的最大差值，計(jì)算出En（實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)試驗(yàn)的比率值），并對(duì)比對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)判。

判斷方法：|En|不大于1（越接近0越好），則認(rèn)為比對(duì)結(jié)果為滿(mǎn)意；|En|大于1，則認(rèn)為不滿(mǎn)意。

根據(jù)比對(duì)雙方的測(cè)量結(jié)果和計(jì)算公式得到：

結(jié)論：此次比對(duì)結(jié)果為滿(mǎn)意。

三、總 結(jié)

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋生產(chǎn)過(guò)程中使用的跳動(dòng)檢具通過(guò)配套的跳動(dòng)校準(zhǔn)件進(jìn)行快速標(biāo)定，將可接受的標(biāo)定輸入到在線檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行傳感器輸出補(bǔ)償。因此，校準(zhǔn)件的加工水平和檢測(cè)要求（精度）不同于普通的裝配和結(jié)構(gòu)類(lèi)零部件（或檢具）。評(píng)價(jià)測(cè)試方法的正確性不是單一地取決于測(cè)量設(shè)備某一輸出參數(shù)的不確定度。對(duì)于缸蓋閥座專(zhuān)用校準(zhǔn)件的關(guān)鍵參數(shù)的獲得，在測(cè)量操作上使用了理論密封線逐步計(jì)算接近等方法，減小了接觸式測(cè)量方式上微小傾斜范圍內(nèi)的測(cè)量誤差，同時(shí)與檢具標(biāo)定的實(shí)際情況相一致。希望此方式的研究結(jié)果能為完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提供借鑒。