提高鋁活塞檢測(cè)精度的研究

□ 林曉華 □ 柯國(guó)忠

福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院 福州 350002

1 研究背景

在汽車行業(yè)中，零配件質(zhì)量直接影響整車的質(zhì)量。鋁活塞是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟，它承受氣壓，氣壓通過(guò)活塞銷傳遞給連桿，驅(qū)動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。鋁活塞頂部為燃燒室組成部分，承載交變的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷，是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零件之一。因此，鋁活塞的質(zhì)量在很大程度上決定了發(fā)動(dòng)機(jī)乃至整車的質(zhì)量。

鋁活塞的加工精度在加工過(guò)程中是由工裝來(lái)保證的。現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)QC/T 552—1999（2009）《汽車、摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)鑄造鋁活塞技術(shù)條件》中，鋁活塞銷孔軸線對(duì)裙部軸線的垂直度誤差要求在100 mm長(zhǎng)度范圍內(nèi)不大于0.035 mm［1］。

由于鋁活塞結(jié)構(gòu)的特殊性，銷孔軸線對(duì)裙部軸線的垂直度測(cè)量難度較大，常用的測(cè)量方法存在較大的測(cè)量誤差。

筆者對(duì)鋁活塞銷孔軸線對(duì)裙部軸線垂直度的常用測(cè)量方法進(jìn)行探討，并提出糾正措施，提高檢測(cè)精度，避免因檢測(cè)方法不當(dāng)造成鋁活塞的假?gòu)U品現(xiàn)象，降低漏檢率，最終達(dá)到節(jié)省成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、促進(jìn)整車駕駛安全的目的。

2 轉(zhuǎn)換為平行度檢測(cè)的誤差分析

許多汽配生產(chǎn)企業(yè)對(duì)垂直度誤差進(jìn)行測(cè)量時(shí)，采用的是轉(zhuǎn)換為平行度誤差的檢測(cè)方法［2］。將鋁活塞底面置于平板上，以裙部底平面作為測(cè)量基準(zhǔn)，在銷孔中插入芯軸，模擬銷孔軸線，用帶有磁性表座的千分表測(cè)量芯軸一端外圓上表面的最高點(diǎn)讀數(shù)。將鋁活塞在平板上旋轉(zhuǎn)180°，測(cè)量芯軸另一端外圓上表面的最高點(diǎn)讀數(shù)。將兩個(gè)讀數(shù)相減的結(jié)果，直接作為垂直度誤差［3］。這一檢測(cè)方法如圖1所示。

▲圖1 平行度檢測(cè)方法

這一檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)在于容易操作，測(cè)量效率高，檢具簡(jiǎn)單，成本低。但是這種方法的測(cè)量誤差較大，具體分析如下。

兩個(gè)測(cè)量值相減后的結(jié)果只能作為銷孔軸線對(duì)裙部底面的平行度誤差B，而且受到兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)之間距離L的影響，L越大，B也就越大。

將平行度誤差B直接當(dāng)作垂直度誤差，而視裙部軸線對(duì)底面的垂直度誤差于不顧，把裙部軸線對(duì)底面看成是絕對(duì)垂直的，這是不合理的，且具體存在兩方面誤差。

若銷孔軸線對(duì)底面的平行度誤差為B，裙部軸線對(duì)底面的垂直度誤差為A，如圖2（a）所示，則此時(shí)垂直度誤差應(yīng)為ㄧA-Bㄧ，而不是B。這種情況可能造成將合格品當(dāng)作廢品剔除。

若銷孔軸線對(duì)底面的平行度誤差為B，裙部軸線對(duì)底面的垂直度是與圖2（a）所示方向相反的誤差-A，如圖2（b）所示，則此時(shí)垂直度誤差應(yīng)為ㄧ-A-Bㄧ。這種情況就可能將超差的不合格品當(dāng)作合格品上線裝配，提高了漏檢率［3］，影響發(fā)動(dòng)機(jī)乃至整車的質(zhì)量。

3 以裙部外圓面為基準(zhǔn)測(cè)量的誤差分析

某些汽配企業(yè)為了克服上述測(cè)量方法帶來(lái)的測(cè)量誤差，對(duì)垂直度誤差測(cè)量采用以裙部外圓面為基準(zhǔn)的測(cè)量方法。將鋁活塞裙部置于V型定位塊上，在銷孔中插入芯軸，模擬銷孔軸線，用帶有磁性表座的千分表測(cè)量芯軸一端外圓面的最大點(diǎn)，再將活塞在豎直面上翻轉(zhuǎn)180°，測(cè)量芯軸另一端外圓面的最大點(diǎn)，兩個(gè)值相減作為垂直度誤差，如圖3所示。

這種方法測(cè)量時(shí)為了避免欠定位，需對(duì)鋁活塞進(jìn)行軸向定位，共完成6點(diǎn)定位［4］。按理軸向定位點(diǎn)應(yīng)為裙部底面的中心點(diǎn)［5］，但由于鋁活塞裙部是一個(gè)薄壁圓筒，中心點(diǎn)無(wú)法定位，因此采用兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)軸向定位：①用一個(gè)小鋼球頂在鋁活塞的頂部中心，作為軸向定位，如圖4所示；②用一個(gè)活動(dòng)擋塊壓在鋁活塞頂面，作為軸向定位，如圖5所示。這兩種方法的測(cè)量誤差分析如下。

用小鋼球頂在鋁活塞頂部中心作為軸向定位時(shí)，由于鋁活塞裙部高度較低，即基準(zhǔn)面較小，頂部到裙部的距離較大，鋁活塞在V型定位塊外部分處于懸空狀態(tài)，在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中操作困難，操作誤差會(huì)造成垂直度測(cè)量誤差。

用活動(dòng)擋塊壓在鋁活塞頂部作為軸向定位時(shí)，由于擋塊和鋁活塞之間為面接觸，產(chǎn)生了定位干涉現(xiàn)象，過(guò)定位會(huì)影響工件的裝夾或引起工件夾緊變形［6］。在這個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中，過(guò)定位存在較大的測(cè)量誤差，也是不允許的。

為了避免鋁活塞在工作過(guò)程中裙部受壓變形，在機(jī)加工過(guò)程中往往會(huì)將裙部加工成以垂直于銷孔軸線方向?yàn)殚L(zhǎng)軸的橢圓形［7］，這樣以裙部外圓面作為測(cè)量基準(zhǔn)，本身就存在測(cè)量基準(zhǔn)的誤差，加之V型定位塊不能適應(yīng)多品種鋁活塞的測(cè)量要求［8］，這些都是以裙部外圓面作為測(cè)量基準(zhǔn)的缺點(diǎn)。

4 以銷孔軸線為基準(zhǔn)的測(cè)量方法

由于前述測(cè)量方法存在較大的測(cè)量誤差，造成鋁活塞垂直度誤差誤檢率較高，因此筆者推薦下述鋁活塞垂直度誤差的測(cè)量方法。

如圖6所示，以銷孔軸線作為測(cè)量基準(zhǔn)，在銷孔上插上芯軸，作為模擬基準(zhǔn)軸線。芯軸的兩端用兩個(gè)軸向定位彈簧頂尖定位。在鋁活塞的上方，用一個(gè)向下的彈簧頂尖頂住活塞頂面中心孔［9］，作為鋁活塞沿銷孔軸線方向的軸向定位。采用帶磁性表座的千分表測(cè)量裙部底端側(cè)面外圓面最大點(diǎn)C，上移千分表測(cè)量裙部上端側(cè)面外圓面最大點(diǎn)D，用高度千分尺測(cè)量千分表兩次測(cè)量觸點(diǎn)之間的垂直高度距離H。

▲圖2 垂直度誤差示意圖

▲圖3 以裙部外圓面為基準(zhǔn)測(cè)量示意圖

▲圖4 鋼球軸向定位

▲圖5 活動(dòng)擋塊軸向定位

這種測(cè)量方法測(cè)出的垂直度誤差δ=（│C-D│÷H）×100。

這種方法工件拆卸方便，操作簡(jiǎn)單，夾緊力穩(wěn)定可靠，可以準(zhǔn)確地進(jìn)行工件的軸向和徑向定位，適用于多品種規(guī)格鋁活塞的垂直度誤差測(cè)量，提高測(cè)量速度和測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，避免各種外在影響因素帶來(lái)的測(cè)量誤差，進(jìn)而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本［10］。

▲圖6 以銷孔軸線為基準(zhǔn)的測(cè)量方法

5 結(jié)束語(yǔ)

質(zhì)量是企業(yè)的生命線，是企業(yè)發(fā)展壯大的前提和根基。檢測(cè)工作是考核產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)劣、掌握質(zhì)量動(dòng)態(tài)的重要環(huán)節(jié)。鋁活塞的質(zhì)量在很大程度上決定了發(fā)動(dòng)機(jī)乃至整車的質(zhì)量。

由于鋁活塞結(jié)構(gòu)的特殊性，其銷孔軸線對(duì)裙部軸線的垂直度誤差測(cè)量難度較大，筆者依據(jù)機(jī)械測(cè)量的理論，提出了一種實(shí)用的鋁活塞垂直度測(cè)量方法，提高了檢測(cè)精度，避免因測(cè)量方法不當(dāng)造成鋁活塞假?gòu)U品的現(xiàn)象，同時(shí)降低漏檢率，最終達(dá)到降低成本、提高鋁活塞產(chǎn)品質(zhì)量、促進(jìn)整車駕駛安全的目的。