發(fā)動機(jī)氣缸套內(nèi)孔圓度測量分析

劉春梅 王海軍

(河南中原吉凱恩氣缸套有限公司)

1 氣缸套內(nèi)孔圓度對發(fā)動機(jī)的影響

氣缸套是內(nèi)燃機(jī)的關(guān)鍵零件之一，圓度形狀對發(fā)動機(jī)工作過程中活塞環(huán)與缸套之間的竄油、串氣會有很大影響。隨著內(nèi)燃機(jī)向高速、高性能、低油耗、低排放、長壽命方向發(fā)展，各發(fā)動機(jī)廠家對氣缸套的尺寸精度及形狀精度提出更高的要求，特別是氣缸套的內(nèi)孔，其配合精度、形狀精度、表面紋理對發(fā)動機(jī)的性能影響很大，目前對氣缸套內(nèi)孔圓度濾波器選用缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。氣缸套內(nèi)孔圓度根據(jù)國際、國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)只有精度要求，對圓度儀的濾波沒有作規(guī)定，但是在實(shí)際使用中濾波器的選用對檢測結(jié)果有一定的影響。我們根據(jù)氣缸套內(nèi)孔珩磨的典型特征結(jié)合圓度測量中濾波器的使用，解決了氣缸套內(nèi)孔圓度檢測濾波器的使用問題。

2 圓度檢測過程中的影響因素

圓度輪廓輪是由各種類型的不平度疊加在一起的復(fù)雜的表面輪廓結(jié)構(gòu)，不同的加工方法形成的表面紋理輪廓各不相同，我們在測量圓度時不僅要考慮到這些表面的粗糙度輪廓形狀，同時還要考慮到不同濾波對圓度值的影響，準(zhǔn)確的評價出氣缸套內(nèi)孔的圓度。氣缸套內(nèi)孔由于應(yīng)用特殊的平臺珩磨，粗糙度輪廓其實(shí)是一個畸變的形狀，同時氣缸套直徑又有所不同，還得考慮到直徑與每轉(zhuǎn)波數(shù)upr之間的關(guān)系，甚至清潔度也必須考慮。

2.1 粗糙度截止波長的選取

由于工件表面的輪廓形狀是由各種類型的不平度疊加在一起的復(fù)雜的表面輪廓結(jié)構(gòu)，如果要客觀的分析零件表面的形狀誤差，必須考慮到表面粗糙度對形狀誤差的影響，目前氣缸套內(nèi)孔網(wǎng)紋大都采用平臺珩磨網(wǎng)紋，平臺珩磨網(wǎng)紋由于采用特殊的珩磨工藝，輪廓偏斜度Sk一般控制在－0.8～－3.0，也就是說氣缸套內(nèi)孔的粗糙度輪廓分布是一個畸變的形狀，與車削加工與磨削加工有較大差別。由于在珩磨過程中砂條與氣缸套內(nèi)孔表面作用的過程實(shí)際是一個動態(tài)的過程，砂條磨粒隨著珩磨進(jìn)程逐漸脫落，實(shí)際檢測的粗糙度各參數(shù)變差較大，如果按照GB/T10610根據(jù)表面粗糙度Ra及Rz選取截止波長的話，測量評價長度較短，不利于客觀的評價珩磨網(wǎng)紋，所以除了較老的珩磨網(wǎng)紋要求選用截止波長0.8mm之外，一般的珩磨網(wǎng)紋都選用較長的截止波長2.5mm，測量長度12.5，所以對于平臺珩磨網(wǎng)紋，粗糙度截止波長我們建議按沒有平頂之前的Rz對應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)選取，一般選2.5mm的截止波長。

2.2 不同的濾波對圓度值的影響

在圓度測量中使用不同的濾波器，對檢測結(jié)果有相應(yīng)的影響，但是目前我們在圓度檢測中沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，特別是對于某一特定的零件，行業(yè)內(nèi)也沒有統(tǒng)一的要求，除非是客戶要求必須按什么濾波檢測。氣缸套作為汽車發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵零部件，氣缸套內(nèi)孔圓度的大小，對發(fā)動機(jī)性能影響很大，歐Ⅴ、歐Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)要求的氣缸套，內(nèi)孔的圓度要求大都提高到0.01mm，這樣當(dāng)測量結(jié)果在圓度要求公差邊界時，很容易造成誤判與漏判。根據(jù)GB/T7234在圓度測量中，濾波器對圓度輪廓的影響是根據(jù)每轉(zhuǎn)波數(shù)upr來定義的，即工件旋轉(zhuǎn)一周所包含的完整的正弦波的數(shù)量，而濾波時的圓周波長就是零件圓周長除以每轉(zhuǎn)波數(shù)μpr，圓度儀為我們提供了可選擇的濾波器檔，如1－15upr、1－50upr、1－150upr、1－500upr，在實(shí)際檢測中我們可以根據(jù)缸徑的大小，結(jié)合粗糙度濾波截止波長計(jì)算出對應(yīng)的每轉(zhuǎn)波數(shù)upr，再選取不同的檔位，如當(dāng)檢測缸徑為100mm的缸套時，每轉(zhuǎn)波數(shù)upr=100×3.14/2.5=125.6，所以我們檢測圓度時選1－150upr檔位。

2.3 清潔度對圓度的影響

由于現(xiàn)在氣缸套內(nèi)孔圓度要求越來越高，圓度數(shù)值越來越小，內(nèi)孔的清潔度對圓度也影響較大，在圓度檢測之前必須用不脫毛的擦拭紙蘸取酒精或丙酮，對氣缸套內(nèi)孔表面進(jìn)行仔細(xì)擦拭，去除內(nèi)孔鐵屑及其它雜質(zhì)對圓度的影響，在分析圓度圖形時如果觀察到異常突變點(diǎn)，必須重新進(jìn)行擦拭檢測，最大限度的提供真實(shí)的檢測結(jié)果。

3 氣缸套內(nèi)孔圓度形狀評價

對氣缸套內(nèi)孔圓度只作精度要求，不能全面反映圓度的好壞，還需要我們對圓度的形狀進(jìn)行分析，一般的評價方法有兩種，一是圓度窗口理論，主要是分析在氣缸套內(nèi)孔整個圓度范圍內(nèi)，在某一固定窗口內(nèi)圓度的變化情況。當(dāng)圓度圖形呈規(guī)則變化時，窗口理論不能正確的反映圓度形狀的優(yōu)略，這時我們就需要用到正多邊形理論對圓度進(jìn)行客觀評價。

3.1 窗口理論DFTC

要正確判定氣缸套內(nèi)孔圓度形狀的優(yōu)略，不僅要考慮到濾波對圓度值的影響，還要考慮圓度形狀對發(fā)動機(jī)性能的影響，當(dāng)圓度形狀梯度變化較大時，能夠造成發(fā)動機(jī)的串油、串起、活塞環(huán)對口等。在圓度測量時一般選取一個10°—30°的窗口對圓度圖形進(jìn)行圓周掃描，在掃描窗口內(nèi)最大的變化數(shù)值即DFTC，如下圖所示:

3.2 正多邊形理論分析

當(dāng)氣缸套內(nèi)孔圓度形狀呈規(guī)則分布時，窗口理論不能全面反映圓度的優(yōu)劣。一般來說缸套內(nèi)孔圓度會呈現(xiàn)3—15邊形的形狀，正多邊形理論就是甄別缸套內(nèi)孔是否存在規(guī)則多邊形，并且針對不同的正多邊形制定出相應(yīng)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，下圖紙典型的規(guī)則多邊形圖形:

上圖所示的典型圓度圖形，如果連接每一正弦波的起止點(diǎn)，可以得到一個近似的正多邊形，對某一缸徑的缸套內(nèi)孔來說，如果內(nèi)孔存在不同的正弦波個數(shù)就會得到不同的正多邊形，如果我們作這個正多邊形的最小外接圓與最大內(nèi)切圓，就會得到兩個同心圓，如果我們以正多邊形的個數(shù)為橫坐標(biāo)，這兩個同心圓之間的半徑差為縱坐標(biāo)，就可以得到一個典型缸徑缸套內(nèi)孔圓度形狀分布曲線圖，我們根據(jù)這個曲線結(jié)合圓度值要求就可以制定出圓度形狀驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。下圖是我們根據(jù)直徑100mm的缸徑，通過理論計(jì)算出的正多邊形個數(shù)與最小外接圓與最大內(nèi)切圓差值分布圖，并且我們添加了最佳擬合曲線。

假定某一氣缸套內(nèi)孔的圓度要求小于10um，那么我們就可以理論計(jì)算出各規(guī)則多邊形相對于理論橢圓時的圓度要求，對于氣缸套來說我們一般只關(guān)注3－15棱的多邊形，所以當(dāng)缸套內(nèi)孔圓度分布呈3－15規(guī)則多邊形時，波峰波谷高度要求分別為7.849um、4.598 um、2.998 um、2.103 um、1.555 um、1.195 um、0.947 um、0.768 um、0.638 um、0.535 um、0.456 um、0.394 um、0.343 um。

3.3 正多邊形理論在氣缸套內(nèi)孔圓度檢測中的應(yīng)用

氣缸套內(nèi)孔圓度圖形千差萬別，通過人為分析是否規(guī)則多邊形，判定是否合格難度較大，所以我們與圓度儀廠家結(jié)合開發(fā)了多邊形分析軟件，能夠?qū)A度圖形進(jìn)行分析。軟件原理是用不同的等角度射線對圓度圖形進(jìn)行分割，每一個射線與理想圓及圓度圖形有一個交點(diǎn)，計(jì)算出兩交點(diǎn)相對值的最大算術(shù)平均值。下圖是我們連續(xù)統(tǒng)計(jì)的某氣缸套內(nèi)孔圓度形狀分布圖，雖然缸套有5邊形與7邊形趨勢但是各多邊形的最大算術(shù)平均值小于3.2多邊形要求，所以缸套形狀符合要求。這里需要強(qiáng)調(diào)的是，判斷圓度圖形是否合格的關(guān)鍵是，首先確定是否規(guī)則多邊形，然后再對照標(biāo)準(zhǔn)各多邊形要求判定是否合格。

4 結(jié)論

圓度對發(fā)動機(jī)氣缸套性能影響很大，客觀的評價內(nèi)孔圓度非常重要，我們根據(jù)氣缸圓度測量過程中的影響因素，制定了圓度檢測的濾波要求，我們根據(jù)正多邊形理論對氣缸套內(nèi)孔圓度進(jìn)行了分析，并制定了相應(yīng)的檢測要求，對客觀正確評價氣缸套內(nèi)孔圓度進(jìn)行了粗步探討，本文的一些觀點(diǎn)主觀因素較多，懇請同行及專家共同進(jìn)行探討。

〔1〕葉宗茂.對圓度測量中濾波使用統(tǒng)一的探討，輕型汽車技術(shù)2006(6):21－23.

〔2〕梁晉文，幾何量實(shí)用測試手冊，1987