缸蓋閥座的質(zhì)量監(jiān)控

缸蓋閥座部位的密封帶的寬度、角度、位置等尺寸和圓度、跳動(dòng)等形位公差的好壞影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，如何對(duì)這些尺寸和形位公差進(jìn)行有效、實(shí)時(shí)地質(zhì)量監(jiān)控，是各個(gè)廠家在投資和生產(chǎn)中需要重點(diǎn)考慮的。下面就神龍公司在缸蓋閥座生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量監(jiān)控的實(shí)踐與應(yīng)用做一個(gè)介紹。

缸蓋閥座產(chǎn)品尺寸

圖1為某缸蓋閥座要檢查的尺寸圖，從圖1來(lái)看，有閥座形位公差的檢測(cè)基準(zhǔn)導(dǎo)管孔φ5(+0.015/0)，閥座的跳動(dòng)φ0.05、閥座的圓度0.015、閥座密封線的位置尺寸10.242±0.1、閥座角度90°(0/-0.94°)等尺寸和形位公差，這些尺寸和形位公差都是非常重要的，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能起著至關(guān)重要的作用，要對(duì)它們進(jìn)行有效地監(jiān)控和控制。如何對(duì)這些尺寸進(jìn)行有效、及時(shí)地監(jiān)控呢?下面介紹一下在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用。

閥座形位公差基準(zhǔn)——導(dǎo)管孔

導(dǎo)管孔有尺寸φ5(+0.015/0)和形位公差圓度0.015、直線度0.02的要求，這些尺寸加工質(zhì)量的好壞對(duì)閥座跳動(dòng)值的檢測(cè)結(jié)果有很大影響，要進(jìn)行有效地監(jiān)控。

1.尺寸φ5(+0.015/0)的監(jiān)控

為了有效監(jiān)控該尺寸，選用非接觸式氣動(dòng)塞規(guī)進(jìn)行檢查，通常選擇2個(gè)以上截面、2個(gè)以上方向檢查孔徑尺寸，監(jiān)控孔徑尺寸和錐度，檢具如圖2所示。

2.形狀公差圓度0.015的監(jiān)控

形狀公差圓度是影響跳動(dòng)檢具測(cè)量結(jié)果的主要因素，需要嚴(yán)格監(jiān)控。通常情況下，用測(cè)導(dǎo)管直徑的氣測(cè)塞規(guī)，通過(guò)軟件的掃描功能進(jìn)行檢查，一旦出現(xiàn)大的偏差，再用圓度儀或具有掃描功能三坐標(biāo)進(jìn)行符合性檢查，做到快速、有效監(jiān)控和重點(diǎn)監(jiān)控。

3.形狀公差直線度0.02的監(jiān)控

形狀公差直線度是在三坐標(biāo)上檢測(cè)的，在導(dǎo)管孔采三個(gè)截面的數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，能夠有效、準(zhǔn)確地監(jiān)控。

閥座形位公差——閥座跳動(dòng)

閥座跳動(dòng)的好壞，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能影響非常大，要能做到在現(xiàn)場(chǎng)隨時(shí)監(jiān)控，所以采用線邊檢查的方式，采用的是目前在該項(xiàng)目上表現(xiàn)比較好的德國(guó)尼泊丁的氣動(dòng)檢具，如圖3所示。

1.跳動(dòng)檢具的結(jié)構(gòu)

(1)導(dǎo)管部分配2個(gè)測(cè)量截面4個(gè)獨(dú)立孔式氣動(dòng)噴嘴，噴嘴180°分布;閥座部分配1個(gè)球形接觸式氣動(dòng)噴嘴。

(2)由于測(cè)量圓度和跳動(dòng)參數(shù)時(shí)，測(cè)頭需要旋轉(zhuǎn)一周以上，所以閥座部分鑲嵌6個(gè)硬質(zhì)合金點(diǎn)，增加測(cè)頭的耐磨性。

(3)手柄部分配電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)測(cè)頭旋轉(zhuǎn)。

(4)配置專用定位板，測(cè)量時(shí)，檢具手柄定位在定位板上，測(cè)量結(jié)果排除人員誤差。

(5)配置最大/最小值綜合校準(zhǔn)件，根據(jù)零件的圓度和跳動(dòng)最大公差要求設(shè)計(jì)制造，用于測(cè)頭的日常標(biāo)定以及測(cè)量結(jié)果的驗(yàn)證。

2.測(cè)量原理

測(cè)量原理如圖4所示。測(cè)頭閥座部分加工一段圓弧面作為測(cè)量時(shí)的機(jī)械基準(zhǔn)，測(cè)量過(guò)程中球心位置保持不變;導(dǎo)管部分兩截面各2個(gè)噴嘴(T1、T2、T3、T4)，測(cè)量導(dǎo)管孔的中心BE1=(T1-T2)/2和BE2=(T3-T4)/2;以閥座球心及導(dǎo)管孔下截面中心BE1為基準(zhǔn)軸，計(jì)算導(dǎo)管孔上截面BE2的偏移量α’=BE1-BE2×(X-Y)/X;然后將上述偏移量延伸至閥座量規(guī)直徑BE3上的偏移量α=α’×Y/V，通過(guò)公式計(jì)算出導(dǎo)管孔相對(duì)氣門閥座的同軸度。

靜態(tài)測(cè)量公式：同軸度=((T1-T2)/2-((T3-T4)/2)×((X-Y)/X)×(Y/V)

閥座部分的球形噴嘴(T5)在測(cè)頭旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，掃描閥座并計(jì)算閥座的圓度;同時(shí)，通過(guò)與導(dǎo)管孔相對(duì)氣門閥座的同軸度的測(cè)量數(shù)據(jù)合并計(jì)算氣門閥座的跳動(dòng)。

閥座形位公差——圓度

閥座圓度的好壞，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的密封性影響非常大，其結(jié)果影響發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能，要能做到在現(xiàn)場(chǎng)隨時(shí)監(jiān)控，需采用線邊檢查的方式。雖然在上述的跳動(dòng)檢具中有測(cè)量閥座圓度的功能和測(cè)量結(jié)果，但測(cè)量結(jié)果不夠精準(zhǔn)，有必要用閥座密封性檢具對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)和控制，采用的也是目前在該項(xiàng)目上做的比較好的德國(guó)尼泊丁的氣動(dòng)檢具，如圖5、圖6所示。

閥座密封性測(cè)頭與量規(guī)直徑接觸位置上(密封帶節(jié)圓直徑)布置一個(gè)環(huán)形氣動(dòng)噴嘴測(cè)量閥座的密封性，在噴嘴氣環(huán)的上、下端面各加工一個(gè)寬度約為

0.1 mm的理想貼合面，與閥座貼合，氣環(huán)處于閥座量規(guī)直徑(密封帶節(jié)圓直徑)處，測(cè)頭最大程度模擬閥座與氣門的裝配狀態(tài);如果零件閥座錐面與氣環(huán)上、下貼合之間完全密封，則壓縮空氣無(wú)法從氣環(huán)中流出;反之，如果零件的閥座錐面圓度和跳動(dòng)、表面粗糙度等工藝參數(shù)不合格，或存在小棱面等加工缺陷時(shí)，都會(huì)造成氣環(huán)中存在一定的氣流量，氣流量的大小通過(guò)與最大、最小泄漏標(biāo)準(zhǔn)件的比對(duì)測(cè)量，可以得出被測(cè)閥座錐面泄漏量，從而直觀地反映出閥座的加工質(zhì)量。

閥座密封線位置——距燃燒室面的深度

閥座密封線的深度尺寸在缸蓋生產(chǎn)中是嚴(yán)格控制的，該尺寸直接影響燃燒室的容積大小，影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，在線邊要及時(shí)監(jiān)控。該尺寸是一個(gè)斜向的尺寸，導(dǎo)管孔和閥座加工的實(shí)際角度對(duì)測(cè)量結(jié)果有直接影響。經(jīng)過(guò)多次應(yīng)用和改進(jìn)，如下檢具可以做到精準(zhǔn)測(cè)量，不受角度誤差的影響，如圖7所示。

閥座密封線深度檢具測(cè)量原理：該檢具的測(cè)桿以導(dǎo)管孔導(dǎo)向，閥座密封節(jié)圓為基準(zhǔn)，測(cè)桿球頭的球心設(shè)計(jì)在燃燒室面與密封帶中心線的焦點(diǎn)上，帶表測(cè)量器以燃燒室面為基準(zhǔn)，測(cè)量工件時(shí)，是根據(jù)測(cè)桿延導(dǎo)管孔軸向的浮動(dòng)變化，通過(guò)百分表的讀數(shù)，以此獲得密封線的位置尺寸。測(cè)桿如圖8所示，為保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，測(cè)桿與密封帶的接觸面設(shè)計(jì)為球面。

以當(dāng)球心偏離燃燒室面時(shí)的數(shù)學(xué)模型來(lái)介紹測(cè)量原理，如圖9所示。由此建立的誤差數(shù)學(xué)模型公式為：誤差值=h′-h

式中，L1為測(cè)桿球心至密封帶節(jié)圓的長(zhǎng)度; L為密封帶節(jié)圓至燃燒室面的實(shí)際長(zhǎng)度;L1′為測(cè)桿球心至密封帶節(jié)圓的實(shí)際長(zhǎng)度;α為閥座密封帶錐面與燃燒室面垂直面的角度;α′為閥座密封帶錐面與燃燒室面垂直面的變化角度;R為測(cè)桿圓球半徑;h為標(biāo)準(zhǔn)角度、標(biāo)準(zhǔn)深度時(shí)測(cè)桿球心至燃燒室面的高度;h′為實(shí)際角度、實(shí)際深度時(shí)測(cè)桿球心至燃燒室面的高度。

從數(shù)學(xué)公式上看，影響誤差的因素有兩個(gè)：一是測(cè)桿球心偏離燃燒室面基準(zhǔn)的大小，當(dāng)球心與燃燒室面基準(zhǔn)點(diǎn)重合時(shí)L1-L=0，不管角度怎樣變化，其誤差值都為零，也就意味著沒(méi)有誤差。(L1-L)是由設(shè)計(jì)和制造公差及零件的加工精度確定的，它根據(jù)制造水平的高低可以控制。

另一個(gè)因素是，角度變化的誤差，角度變化大，誤差大，角度的變化在公差±30′范圍內(nèi)時(shí)，其cosα-cos (α±α′)的值小于0.004，即使(L1-L)的差值控制在2.5?㎜范圍內(nèi)，其(L1-L)×[cosα-cos (α±α′)]的積值也只有0.01?mm，誤差值只有±0.1公差的5%，不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響。

閥座密封帶的角度和寬度

閥座密封帶的角度和寬度也是要重點(diǎn)監(jiān)控的重要參數(shù)，該參數(shù)的好壞同樣影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，需要及時(shí)監(jiān)控，以便有效監(jiān)控缸蓋的生產(chǎn)質(zhì)量，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量。通常的監(jiān)控是在輪廓以上進(jìn)行測(cè)量，找正和測(cè)量比較慢，不利于及時(shí)監(jiān)控。尼泊丁開(kāi)發(fā)了一款閥座角度綜合檢具，能夠檢測(cè)閥座密封帶的角度和寬度，在線邊及時(shí)有效地監(jiān)控閥座密封帶的質(zhì)量，檢具如圖10所示。

閥座密封線角度綜合檢具測(cè)量原理為：

1.角度測(cè)量

測(cè)頭上在閥座上邊緣處布一個(gè)貼合面，寬度約為0.1?mm，閥座下邊緣布置1個(gè)氣動(dòng)測(cè)量球(見(jiàn)圖11); 測(cè)量時(shí)放置在被測(cè)零件的閥座上，被測(cè)零件的角度發(fā)生變化是通過(guò)球測(cè)頭位移反應(yīng)來(lái)測(cè)量閥座角度的;每次測(cè)量的是閥座的半角，若要測(cè)量全角，檢具需要分兩次成180°放置在被測(cè)零件的閥座上，兩次的測(cè)量結(jié)果之和即為全角;當(dāng)閥座角度增大時(shí)，球的位移量減小;反之，如果閥座角度減小時(shí)，球的位移量增大。

2.寬度、直線度測(cè)量

檢具配有高精度直線導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上配有直線電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌上的測(cè)頭延閥座方向移動(dòng)，測(cè)頭為2?μm的氣動(dòng)噴嘴，氣動(dòng)噴嘴的精度為0.2?μm。

具體測(cè)量原理為：測(cè)頭以導(dǎo)管孔及閥座定位，閥座沿母線方向布置特殊檔板式氣動(dòng)噴嘴，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)沿閥座母線方向爬行，爬行過(guò)程中，接觸時(shí)氣動(dòng)測(cè)頭以200點(diǎn)/s的掃描頻率掃描閥座面，測(cè)量方式類似于輪廓度儀;直線導(dǎo)軌的行程約為10?mm，如果被測(cè)零件的進(jìn)、排氣閥座角度一致，且直徑在可爬行范圍以內(nèi)，可以使用一把檢具共用于進(jìn)、排氣閥座測(cè)量;當(dāng)測(cè)頭爬行經(jīng)過(guò)閥座的下邊緣(如圖12中的⑤點(diǎn))時(shí)，程序開(kāi)始計(jì)算閥座的寬度和直線度，當(dāng)測(cè)頭爬行經(jīng)過(guò)閥座的上邊緣(如圖12中的④點(diǎn))時(shí)，程序終止計(jì)算，同時(shí)給出閥座直線度、寬度的計(jì)算結(jié)果，并以圖13的直觀形式顯示出來(lái)。檢具可以在寬度、角度校準(zhǔn)件中模擬測(cè)量，并與計(jì)量給定的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量值比對(duì)，用于日常確認(rèn)檢具的精度和測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

結(jié)語(yǔ)

缸蓋閥座通過(guò)上述量檢具在線邊能得到有效、可靠、準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)零件的尺寸偏離，并能及時(shí)地指導(dǎo)設(shè)備的調(diào)整，保證了缸蓋生產(chǎn)質(zhì)量，也滿足了缸蓋在裝配中的質(zhì)量要求。因此，這些量檢具是缸蓋生產(chǎn)中、線邊質(zhì)量監(jiān)控中不可或缺的有效、可靠的量檢具，在生產(chǎn)中應(yīng)充分利用，進(jìn)而保證缸蓋的質(zhì)量和發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量。