氣缸孔止口倒角的便捷測量方法

李東波 欒玉慶 田正玉 劉丁丁

摘要：為解決發(fā)動機(jī)氣缸體缸孔止口倒角人工目測法測量精度低、難以滿足生產(chǎn)需要的問題，基于缸孔止口倒角測量原理，設(shè)計(jì)缸孔止口倒角專用測量工具，進(jìn)行樣本測量，并用Minitab軟件分析專用測量工具測得的樣本數(shù)據(jù)的重復(fù)性波動、再現(xiàn)性波動、測量系統(tǒng)波動、部件間波動、合計(jì)波動。結(jié)果表明：該量具可實(shí)現(xiàn)缸孔止口倒角的便捷測量，相比傳統(tǒng)的目測法，大大提高了產(chǎn)品檢測精度和滿足生產(chǎn)要求；系統(tǒng)波動評價因數(shù)1692%，公差評價因數(shù)2995%，均在10%～30%的有效評價范圍內(nèi)，驗(yàn)證測量工具及測量方法有效。

關(guān)鍵詞：氣缸體；測量；止口倒角；量具

中圖分類號：TK406文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1673-6397（2023）01-0081-04

引用格式：李東波，欒玉慶，田正玉，等.氣缸孔止口倒角的便捷測量方法［J］.內(nèi)燃機(jī)與動力裝置，2023，40（1）：81-84.

LI Dongbo，LUAN Yuqing，TIAN Zhengyu，et al. A convenient method for measuring the chamfer of cylinder bore［J］.Internal Combustion Engine & Powerplant， 2023，40（1）：81-84.

0引言

發(fā)動機(jī)活塞在缸套內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動，裝配在氣缸體缸孔內(nèi)的缸套，受預(yù)緊力、往復(fù)慣性力、活塞側(cè)向力、爆發(fā)壓力等作用[1]，缸孔加工質(zhì)量影響缸套的裝配質(zhì)量及發(fā)動機(jī)性能。缸孔加工中需測量缸孔直徑、止口直徑、缸孔止口倒角、缸孔位置度、缸孔止口同軸度等，其中，缸孔直徑、止口直徑采用專用量具進(jìn)行測量；缸孔位置度、缸孔止口同軸度采用三坐標(biāo)方法測量；缸孔止口倒角常采用目測法，測量分辨率不足，僅能粗略評估止口倒角是否合格，無法滿足產(chǎn)品加工精度要求[2]。

本文中基于缸孔止口倒角測量原理，設(shè)計(jì)專用測量工具，采用Minitab軟件分析測量數(shù)據(jù)，驗(yàn)證測量工具及測量方法的可行性。

1缸孔止口倒角與缸套圓角分析

1.1缸孔止口倒角尺寸

某發(fā)動機(jī)缸孔止口倒角與缸套圓角配合，缸孔止口倒角為0.6+0.10 mm×45°，缸套圓角為R0.4+0.20 mm。該氣缸體使用專用鏜桿加工缸孔止口倒角，鏜桿生產(chǎn)節(jié)拍為4.2 min/件，鏜桿刀片壽命為150件/刃。在生產(chǎn)加工過程中，隨著加工數(shù)量增加，刀片產(chǎn)生磨損，導(dǎo)致加工的缸孔止口倒角出現(xiàn)偏差[3]。

1.2缸孔止口倒角與缸套圓角配合

假設(shè)缸孔止口倒角為a×45°，缸套圓角為Rb，缸孔止口倒角與缸套圓角之間的配合狀態(tài)有3種，示意圖如圖1所示。由圖1可知，若a=b，圓角與倒角不存在干涉；若a＜b，在缸套裝配時，缸孔止口倒角與圓角相互干涉，缸套受到缸孔止口倒角支撐應(yīng)力作用，產(chǎn)生變形，發(fā)動機(jī)工作過程中導(dǎo)致缸套破碎，產(chǎn)生嚴(yán)重的發(fā)動機(jī)故障；若a＞b，缸孔止口倒角增大，缸套支撐面積減小，缸套所受壓強(qiáng)增大，存在缸套破碎的風(fēng)險(xiǎn)[4]。

2測量原理

2.1量具設(shè)計(jì)

根據(jù)缸孔直徑及缸孔止口倒角尺寸，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)塊與測量塊，標(biāo)準(zhǔn)塊基準(zhǔn)面與缸孔直徑相同，標(biāo)準(zhǔn)倒角與缸孔止口倒角對應(yīng)，測量塊基準(zhǔn)面與標(biāo)準(zhǔn)塊基準(zhǔn)面配合，標(biāo)準(zhǔn)塊與測量塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。已知缸孔直徑為Φ131+0.0250 mm，缸孔止口倒角為0.6+0.10? mm×45° ，公差帶T=0.1 mm，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)塊基準(zhǔn)面直徑Φ131+0.0250 mm，標(biāo)準(zhǔn)倒角為0.6+0.01－0.01 mm×45°，測量塊基準(zhǔn)面直徑為Φ1310－0.025 mm。

2.2測量過程

缸孔止口倒角測量裝置主要包含標(biāo)準(zhǔn)塊、探針、測量塊、測量表，其中測量表為測量范圍0～3 mm的百分表。以某缸孔止口倒角為例，止口倒角測量原理如圖3所示，假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)塊倒角的中垂線為直線l，標(biāo)準(zhǔn)塊倒角加工面與l相交于點(diǎn)X，測量塊止口倒角加工面與直線l垂直，相交于點(diǎn)Y，XY=b′。測量步驟為下：1）測量標(biāo)準(zhǔn)塊倒角為a×45°；2）將探針、測量表安裝在測量塊上，固定方向與直線l重合，測量表的測量頭頂在探針上；3）以標(biāo)準(zhǔn)塊倒角為基準(zhǔn)，在標(biāo)準(zhǔn)塊上將測量表校零；4）移動探針，測量測量塊止口倒角時，測量表指針發(fā)生變化，讀取測量表數(shù)值；5）若測量表逆時針擺動，測量塊倒角大于標(biāo)準(zhǔn)塊倒角，測量塊倒角為（a+b′/sin 45°）×45°；若測量表順時針擺動，測量塊倒角小于標(biāo)準(zhǔn)塊倒角，測量塊倒角為（a-b′/sin 45°）×45°；若測量表不擺動，測量塊倒角等于標(biāo)準(zhǔn)塊倒角，測量塊倒角為a×45°。

3測量數(shù)據(jù)分析

3.1結(jié)果分析

現(xiàn)代質(zhì)量管理統(tǒng)計(jì)中廣泛使用Minitab軟件對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單快速的統(tǒng)計(jì)分析。Minitab軟件可分析測量數(shù)據(jù)的重復(fù)性波動、再現(xiàn)性波動、測量系統(tǒng)波動、部件間波動、合計(jì)波動等［5］。

根據(jù)缸孔直徑及缸孔止口倒角制作標(biāo)準(zhǔn)塊，測量標(biāo)準(zhǔn)塊倒角為0.61 mm×45°，3位測量人員分別測量10個缸孔止口倒角樣本，每個樣本測量3次，記錄測量結(jié)果，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

重復(fù)性波動

式中：σe為測量過程中數(shù)據(jù)波動的標(biāo)準(zhǔn)差，容易受各種測量因素影響，可采用Minitab軟件直接計(jì)算。

測量過程中數(shù)據(jù)波動的標(biāo)準(zhǔn)差估算值

式中：d為系數(shù)，通過查詢數(shù)值表，d=1692 6，g為測量人員人數(shù)與測量樣本數(shù)量的乘積，g=30；Rij為測量人員測量零件樣本對應(yīng)的極差，i為測量人數(shù)，i=1，2，3；j為零件樣本，j=1，2，…，10；極差為同一測量人測量同一零件3次時最大測量值與最小測量值之間的差。由式（2），σe′=0.348 1，使用Minitab軟件計(jì)算σe=0.485 2，由于σ′e未考慮操作者與樣本的交互作用，與σe一定差異?？紤]各方面影響因素，數(shù)據(jù)分析時采用σe，由式（1）得：δev=2.911 1。

再現(xiàn)性波動

式中：m為一個樣本重復(fù)測量次數(shù)，m=3；n為測量樣本數(shù)量，n=10；σo為測量系統(tǒng)再現(xiàn)性的標(biāo)準(zhǔn)差；σ′o為再現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)差校正值；x=max、x=min分別為3位測量人員測量的止口倒角平均值的最大值、最小值。由式（3）（4）得：σ′0=0.117 5，δav=0.705 2。

測量系統(tǒng)波動

式中，σms為測量系統(tǒng)波動的標(biāo)準(zhǔn)差。由式（5）得：δR&R=2.995 3，σms=0.499 2。

部件間波動

式中：σp為測量部件的標(biāo)準(zhǔn)差;其中，σp=（x-max－x-min）/d，σp=2.908 5;x-max、x-min分別為10個樣本中，同一樣本3位測量人員測量3次后平均值的最大值、最小值。由式（6）得：δpv=17.451 0，

系統(tǒng)波動方差

式中：σ2op是測量人員與零件的交互作用方差，由Minitab軟件分析得出。

由式（8）可得，N=8，滿足行業(yè)中數(shù)據(jù)組數(shù)應(yīng)大于等于5的規(guī)定[7]，說明樣本數(shù)據(jù)能較好的用于數(shù)據(jù)分析和生產(chǎn)控制[8]，該測量系統(tǒng)具有較好的分辨力。

3.2評價方法

采用波動評價因數(shù)λ或公差評價因數(shù)λ′評價測量系統(tǒng)能力，主要對測量數(shù)據(jù)及測量方法進(jìn)行評價，計(jì)算方法為：

λ=δR&R/δtv×100%，（9）

λ′=δR&R/T×100%。（10）

若λ≤10%或λ′≤10%，表明測量系統(tǒng)能力很好；若10%＜λ≤30%或10%＜λ′≤30%，表明測量系統(tǒng)能力可以接受；若λ＞30%或λ′＞30%，表明測量系統(tǒng)能力不足，必須進(jìn)行改進(jìn)[9]。由式（9）（10）可得：λ=1692%，λ′=29.95%，表明設(shè)計(jì)的量具測量樣本數(shù)據(jù)有效，測量方法適用于缸孔止口倒角的測量。

4結(jié)語

1）本量具將止口倒角轉(zhuǎn)化為距離之間的測量，測量方法簡單迅速，測量成本低，滿足生產(chǎn)現(xiàn)場測量頻次和精度要求。

2）依照量具設(shè)計(jì)原理，可推廣至其他倒角測量。

3）測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)組數(shù)必須滿足行業(yè)內(nèi)要求，才能實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的有效分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]文懷軍.缸蓋螺栓連接螺旋副深度對缸孔變形的研究[J].小型內(nèi)燃機(jī)與車輛技術(shù)，2020，49（3）：59-62.

[2]歐映鴻，周良明，唐林，等.一種加工懸空零件的積木式柔性工裝研究[J].新技術(shù)新工藝，2016（8）：4-7.

[3]魏明.離散制造業(yè)質(zhì)量工具集成方法與應(yīng)用研究[D].天津：天津大學(xué)，2005.

[4]張渝，李琳，陳津，等.航空發(fā)動機(jī)重要裝配工藝分析及研發(fā)展望[J].航空制造技術(shù)，2019，62（15）：14-21.

[5]祁東生.基于六西格瑪方法的汽車安全帶卷收器設(shè)計(jì)[D].重慶：重慶大學(xué)，2019.

[6]何楨.六西格瑪管理[M].3版.北京：中國人民大學(xué)出版社，2014.

[7]戚鵬.屬性值測量一致性分析及其對質(zhì)量判定的影響分析[D].天津：天津大學(xué)，2009.

[8]張博，張?jiān)粕?，朱?qiáng)，等.測量系統(tǒng)分析（MSA）在卷煙工藝質(zhì)量管理中的應(yīng)用[J].煙草科技，2010（8）：29-33.

[9]王曉剛.基于DMAIC的3M結(jié)構(gòu)膠產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2016.