氣門閥座底孔深度測量方案設計及驗證

李健巍,劉丁丁,張衛(wèi)兵

濰柴動力股份有限公司,山東 濰坊 261061

0 引言

氣缸蓋安裝在氣缸體上,與缸套和活塞共同形成燃燒室,是組成發(fā)動機的重要零部件[1]。氣缸蓋工作在高溫高壓環(huán)境中,承受較大的機械負荷和熱負載。缸蓋結(jié)構(gòu)復雜,安裝有進氣門閥座、排氣門閥座、氣門導管等裝置,并布設各類定位孔[2]。由于氣門閥座需先裝配到缸蓋閥座底孔后進行精加工,所以閥座底孔的加工質(zhì)量直接影響到氣門閥座的壓裝及加工質(zhì)量。氣門閥座加工不良,柴油機在工作過程中容易造成氣門閥座脫落、氣門與閥座密封不良等嚴重質(zhì)量事故[3]。目前常用的閥座底孔深度測量方式有深度尺測量和三坐標測量2種。深度尺的測量精度低,分辨力達不到閥座底孔深度測量所需的0.005 mm;三坐標測量法的測量時間長、成本高,在現(xiàn)有生產(chǎn)實踐中,每天僅能測量1件氣缸蓋,測量頻率不滿足要求。因此,需要設計專用量具,提高閥座底孔深度測量的精度與效率[4-5]。本文中對被測氣門閥座底孔的技術要求進行詳細分析,設計閥座底孔測量工具,并通過測量系統(tǒng)分析(measurement system analysis,MSA)對測量工具的重復性和再現(xiàn)性進行驗證,確保滿足測量精度和效率要求。

1 閥座底孔深度測量方案設計

1.1 閥座底孔測量

某氣缸蓋閥座底孔結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示,圖中單位為mm。由圖1 可知,閥座底孔的設計深度為(10.050±0.025)mm,以底面N為定位基準面。氣缸蓋閥座底孔使用Mapal復合鉸刀加工。

圖1 閥座底孔結(jié)構(gòu)示意圖

閥座底孔深度是氣缸蓋加工工藝的關鍵參數(shù)之一,公差帶T=0.05 mm,則要求量具分辨力為T/10=0.005 mm。目前,常用深度尺的分辨力為0.02 mm或0.01 mm,不滿足測量要求?？紤]使用千分表對閥座底孔深度進行測量,但單獨的千分表無法對深度進行測量,因此需設計基準標準塊,以標準塊的深度為基準,根據(jù)千分表的指針擺動,計算閥座底孔深度。

1.2 量具設計

設計新量具測量閥座底孔深度,量具主要由主體部分和標準塊2部分組成。量具主體由測量塊、探針、螺釘、緊固套、千分表組成,如圖2所示。緊固套起到保護千分表作用,防止螺釘直接壓緊千分表,導致千分表損傷。緊固套放入測量塊中,探針與千分表通過螺紋連接,再通過緊固套放入測量塊內(nèi),探針伸出測量塊約11 mm,最后將螺釘擰緊,使量具主體部分整體緊固可靠。

圖2 量具主體結(jié)構(gòu)

測量塊結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖3所示,圖中單位為mm。測量塊的設計符合人機工程學,便于操作者使用。測量塊長度為70 mm,與標準塊長度一致;整體高度為38 mm,上部寬度為30 mm,適合操作者單手使用;寬度變化均采用圓弧連接,無棱邊,保證操作者使用的舒適感。測量塊以面D為基準面。對表時,測量塊的面D與標準塊的面B、C嚴密貼合,探針支撐在標準塊面A上,轉(zhuǎn)動千分表表盤對零。

圖3 測量塊結(jié)構(gòu)參數(shù) 圖4 標準塊結(jié)構(gòu)參數(shù)

標準塊結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖4所示,圖中單位為mm。標準塊設計為U型槽結(jié)構(gòu),以面B為基準,深度(面A與面B的距離)為(10.050±0.005)mm,面B與面C同時加工,保證面C與A、B的平行度小于0.005 mm。制作完成后,測量標準塊面A、B間的距離,即U型槽的真實深度x,打刻在標準塊上,以此深度作為基準計算閥座底孔的測量深度。為保證測量精度,面A、B、C的平面度設計為0.005 mm。為減小對表時的誤差,在面A兩側(cè)加工深約1 mm的退刀槽,面A對表時可使用的長度為10 mm。

測量塊、探針直接與氣缸蓋接觸,標準塊為對表基準,精度要求較高,選定材料為T10A,屬于碳素工具鋼,耐磨與強度優(yōu)秀,適用于制作量檢具。測量使用面作拋光處理,粗糙度為Ra0.4,非測量使用面作發(fā)黑處理。

1.3 測量方式

閥座底孔測量方式及測點示意如圖5所示。

a)測量方式 b)測點

量具主體部分放置于標準塊上,千分表校準。氣缸蓋放置于測量平臺上,底面N朝上,確保閥座底孔孔口無鐵屑、毛刺。將校準的量具測量塊基準面A與氣缸蓋底面N嚴密貼合,探針與閥座底孔小平面接觸,閥座底孔深度測量轉(zhuǎn)化為探針與工件的接觸,如圖5a)所示,觀察千分表指針擺動情況。閥座底孔深度

H=x+0.001y,

式中:y為千分表指針擺動距離,mm,千分表指針順時針擺動為負,逆時針擺動為正。

通過計算結(jié)果判斷閥座底孔深度是否符合設計要求。使用該量具測量時,僅能測量閥座底孔平面的1個點與氣缸蓋底面N的距離,所以可在閥座底孔平面上選取如圖5b)所示的a、b、c、d4個點進行測量。在閥座底孔加工過程中,因為刀具原因,閥座底孔平面可被加工為斜面,因此,根據(jù)測得的點a、b、c、d距氣缸蓋底面N的距離,可計算出閥座底孔平面的端面跳動值,判斷平面是否為斜面,監(jiān)控閥座底孔平面的加工質(zhì)量。

2 MSA驗證

2.1 分析模型

MSA主要用于對可能存在問題的測量方法的重復性、再現(xiàn)性等參數(shù)進行評估。重復性指測量儀器本身的變差,再現(xiàn)性是指操作者不同引起的變差。測量重復性和再現(xiàn)性(repeatability &reproducibility,R&R)是反映測量質(zhì)量的重要指標, 反映了測量結(jié)果的精密度, 即統(tǒng)計隨機效應所致的分散性。分散性必須控制在一定的范圍才能確保測量結(jié)果可靠[6-8]。

重復性[9-10]

δEV=6σe,

(1)

式中:σe為測量過程中由于重復測量引起波動的標準差,μm。

把握刑事、民事界限是處理涉“套路貸”犯罪案件的關鍵，在涉“套路貸”犯罪案件中，“討債”環(huán)節(jié)會涉及大量的尋釁滋事、非法拘禁甚至暴力毆打行為，在被害人求助公安機關時，由于缺乏有力的證據(jù)，大多數(shù)情況下公安機關對案件會以民間經(jīng)濟糾紛予以認定，這無形中助長了“套路貸”犯罪分子的氣焰。進入“民事訴訟”階段時，在刑事、民事的界定上，法院也存在不夠嚴謹?shù)膯栴}，往往過于看重“證據(jù)”而忽視案件背后的真實情況，只考慮民事糾紛的部分，忽視可能涉及刑事犯罪的情況，一方面，司法機關沒有同公安機關及時溝通，沒有對案件進行深入調(diào)查，另一方面，借款人往往僅做出口頭申辯而無法提供書面證據(jù)予以舉證，這就給不法分子可乘之機。

再現(xiàn)性[9-10]

δAV=6σo,

(2)

式中:σo為再現(xiàn)性標準差,μm。

測量對象間的總波動[9-10]

δPV=6σp,

(3)

式中:σp是測量對象波動的標準差,μm。

測量系統(tǒng)總波動[9-10]

(4)

在測量系統(tǒng)分析中,利用測量對象波動的標準差和測量系統(tǒng)波動的標準差評價測量系統(tǒng)分辨力,分辨力[9-10]

(5)

評價測量系統(tǒng)能力的指標有2個:1)量具的重復性和再現(xiàn)性波動與測量系統(tǒng)總波動的比θ1,θ1=δR&R/δTV×100%;2)量具的重復性和再現(xiàn)性波動與被測對象公差的比θ2,θ2=δR&R/T×100%。測量系統(tǒng)能力判別準則[11]如表1所示。

表1 測量系統(tǒng)能力判別準則

2.2 結(jié)果分析

制作標準塊,測得標準塊U型槽真實深度為10.05 mm。3個操作者對10個氣缸蓋閥座底孔樣本進行測量,每個閥座底孔測量3次。量具千分表指針擺動距離測量結(jié)果如表2所示。

表2 千分表指針擺動距離測量結(jié)果

經(jīng)計算,θ1=16.29%,θ2=29.44%。θ1、θ2均小于30%,由表1可知,該測量系統(tǒng)適用于氣門閥座底孔深度的測量。

該量具制作成本低,結(jié)構(gòu)簡單緊湊,使用方便,1件4個氣門閥座底孔的氣缸蓋的測量時間僅為1 min,適用于大批量加工測量的流水線。測量不同被測對象時,更改標準塊的深度基準,并將測量塊更改為合適大小,該量具可推廣至其他孔的深度測量。

3 結(jié)論

設計一種簡單可靠的閥座底孔深度的測量工具,采用千分表配合標準塊對閥座底孔深度進行測量,以標準塊的深度為基準,根據(jù)千分表的指針擺動距離計算閥座底孔深度。

1)測量工具的MSA分析驗證結(jié)果表明,量具的重復性和再現(xiàn)性符合要求,適用于閥座底孔深度的測量。

2)該量具實際使用時,需至少測量4個點,因此可計算出閥座底孔平面的端面跳動值,檢測閥座底孔小平面是否滿足加工質(zhì)量要求。

3)該量具制作成本低,結(jié)構(gòu)簡單緊湊,使用方便,測量精度和測量效率高,適用于大批量加工測量的流水線。