李健巍,劉丁丁,張衛(wèi)兵

濰柴動(dòng)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(dòng)機(jī)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(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)載。缸蓋結(jié)構(gòu)復(fù)雜,安裝有進(jìn)氣門閥座、排氣門閥座、氣門導(dǎo)管等裝置,并布設(shè)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(jìn)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(jī)在工作過(guò)程中容易造成氣門閥座脫落、氣門與閥座密封不良等嚴(yán)重質(zhì)量事故[3]。目前常用的閥座底孔深度測(cè)量方式有深度尺測(cè)量和三坐標(biāo)測(cè)量2種。深度尺的測(cè)量精度低,分辨力達(dá)不到閥座底孔深度測(cè)量所需的0.005 mm;三坐標(biāo)測(cè)量法的測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)、成本高,在現(xiàn)有生產(chǎn)實(shí)踐中,每天僅能測(cè)量1件氣缸蓋,測(cè)量頻率不滿足要求。因此,需要設(shè)計(jì)專用量具,提高閥座底孔深度測(cè)量的精度與效率[4-5]。本文中對(duì)被測(cè)氣門閥座底孔的技術(shù)要求進(jìn)行詳細(xì)分析,設(shè)計(jì)閥座底孔測(cè)量工具,并通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)分析(measurement system analysis,MSA)對(duì)測(cè)量工具的重復(fù)性和再現(xiàn)性進(jìn)行驗(yàn)證,確保滿足測(cè)量精度和效率要求。

1 閥座底孔深度測(cè)量方案設(shè)計(jì)

1.1 閥座底孔測(cè)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(shè)計(jì)深度為(10.050±0.025)mm,以底面N為定位基準(zhǔn)面。氣缸蓋閥座底孔使用Mapal復(fù)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(guān)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(cè)量要求?？紤]使用千分表對(duì)閥座底孔深度進(jìn)行測(cè)量,但單獨(dú)的千分表無(wú)法對(duì)深度進(jìn)行測(cè)量,因此需設(shè)計(jì)基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)塊,以標(biāo)準(zhǔn)塊的深度為基準(zhǔn),根據(jù)千分表的指針擺動(dòng),計(jì)算閥座底孔深度。

1.2 量具設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)新量具測(cè)量閥座底孔深度,量具主要由主體部分和標(biāo)準(zhǔn)塊2部分組成。量具主體由測(cè)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(hù)千分表作用,防止螺釘直接壓緊千分表,導(dǎo)致千分表?yè)p傷。緊固套放入測(cè)量塊中,探針與千分表通過(guò)螺紋連接,再通過(guò)緊固套放入測(cè)量塊內(nèi),探針伸出測(cè)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(cè)量塊結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖3所示,圖中單位為mm。測(cè)量塊的設(shè)計(jì)符合人機(jī)工程學(xué),便于操作者使用。測(cè)量塊長(zhǎng)度為70 mm,與標(biāo)準(zhǔn)塊長(zhǎng)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(wú)棱邊,保證操作者使用的舒適感。測(cè)量塊以面D為基準(zhǔn)面。對(duì)表時(shí),測(cè)量塊的面D與標(biāo)準(zhǔn)塊的面B、C嚴(yán)密貼合,探針支撐在標(biāo)準(zhǔn)塊面A上,轉(zhuǎn)動(dòng)千分表表盤對(duì)零。

圖3 測(cè)量塊結(jié)構(gòu)參數(shù) 圖4 標(biāo)準(zhǔn)塊結(jié)構(gòu)參數(shù)

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

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

1.3 測(cè)量方式

閥座底孔測(cè)量方式及測(cè)點(diǎn)示意如圖5所示。

a)測(cè)量方式 b)測(cè)點(diǎn)

量具主體部分放置于標(biāo)準(zhǔn)塊上,千分表校準(zhǔn)。氣缸蓋放置于測(cè)量平臺(tái)上,底面N朝上,確保閥座底孔孔口無(wú)鐵屑、毛刺。將校準(zhǔn)的量具測(cè)量塊基準(zhǔn)面A與氣缸蓋底面N嚴(yán)密貼合,探針與閥座底孔小平面接觸,閥座底孔深度測(cè)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(dòng)情況。閥座底孔深度

H=x+0.001y,

式中:y為千分表指針擺動(dòng)距離,mm,千分表指針順時(shí)針擺動(dòng)為負(fù),逆時(shí)針擺動(dòng)為正。

通過(guò)計(jì)算結(jié)果判斷閥座底孔深度是否符合設(shè)計(jì)要求。使用該量具測(cè)量時(shí),僅能測(cè)量閥座底孔平面的1個(gè)點(diǎn)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(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。在閥座底孔加工過(guò)程中,因?yàn)榈毒咴?閥座底孔平面可被加工為斜面,因此,根據(jù)測(cè)得的點(diǎn)a、b、c、d距氣缸蓋底面N的距離,可計(jì)算出閥座底孔平面的端面跳動(dòng)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(yàn)證

2.1 分析模型

MSA主要用于對(duì)可能存在問(wèn)題的測(cè)量方法的重復(fù)性、再現(xiàn)性等參數(shù)進(jìn)行評(píng)估。重復(fù)性指測(cè)量?jī)x器本身的變差,再現(xiàn)性是指操作者不同引起的變差。測(cè)量重復(fù)性和再現(xiàn)性(repeatability &reproducibility,R&R)是反映測(cè)量質(zhì)量的重要指標(biāo), 反映了測(cè)量結(jié)果的精密度, 即統(tǒng)計(jì)隨機(jī)效應(yīng)所致的分散性。分散性必須控制在一定的范圍才能確保測(cè)量結(jié)果可靠[6-8]。

重復(fù)性[9-10]

δEV=6σe,

(1)

式中:σe為測(cè)量過(guò)程中由于重復(fù)測(cè)量引起波動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)差,μm。

把握刑事、民事界限是處理涉“套路貸”犯罪案件的關(guān)鍵，在涉“套路貸”犯罪案件中，“討債”環(huán)節(jié)會(huì)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(jī)關(guān)時(shí)，由于缺乏有力的證據(jù)，大多數(shù)情況下公安機(jī)關(guān)對(duì)案件會(huì)以民間經(jīng)濟(jì)糾紛予以認(rèn)定，這無(wú)形中助長(zhǎng)了“套路貸”犯罪分子的氣焰。進(jìn)入“民事訴訟”階段時(shí)，在刑事、民事的界定上，法院也存在不夠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膯?wèn)題，往往過(guò)于看重“證據(jù)”而忽視案件背后的真實(shí)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(jī)關(guān)沒(méi)有同公安機(jī)關(guān)及時(shí)溝通，沒(méi)有對(duì)案件進(jìn)行深入調(diào)查，另一方面，借款人往往僅做出口頭申辯而無(wú)法提供書面證據(jù)予以舉證，這就給不法分子可乘之機(jī)。

再現(xiàn)性[9-10]

δAV=6σo,

(2)

式中:σo為再現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)差,μm。

測(cè)量對(duì)象間的總波動(dòng)[9-10]

δPV=6σp,

(3)

式中:σp是測(cè)量對(duì)象波動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)差,μm。

測(cè)量系統(tǒng)總波動(dòng)[9-10]

(4)

在測(cè)量系統(tǒng)分析中,利用測(cè)量對(duì)象波動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)差和測(cè)量系統(tǒng)波動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)差評(píng)價(jià)測(cè)量系統(tǒng)分辨力,分辨力[9-10]

(5)

評(píng)價(jià)測(cè)量系統(tǒng)能力的指標(biāo)有2個(gè):1)量具的重復(fù)性和再現(xiàn)性波動(dòng)與測(cè)量系統(tǒng)總波動(dòng)的比θ1,θ1=δR&R/δTV×100%;2)量具的重復(fù)性和再現(xiàn)性波動(dòng)與被測(cè)對(duì)象公差的比θ2,θ2=δR&R/T×100%。測(cè)量系統(tǒng)能力判別準(zhǔn)則[11]如表1所示。

表1 測(cè)量系統(tǒng)能力判別準(zhǔn)則

2.2 結(jié)果分析

制作標(biāo)準(zhǔn)塊,測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)塊U型槽真實(shí)深度為10.05 mm。3個(gè)操作者對(duì)10個(gè)氣缸蓋閥座底孔樣本進(jìn)行測(cè)量,每個(gè)閥座底孔測(cè)量3次。量具千分表指針擺動(dòng)距離測(cè)量結(jié)果如表2所示。

表2 千分表指針擺動(dòng)距離測(cè)量結(jié)果

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

該量具制作成本低,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,使用方便,1件4個(gè)氣門閥座底孔的氣缸蓋的測(cè)量時(shí)間僅為1 min,適用于大批量加工測(cè)量的流水線。測(cè)量不同被測(cè)對(duì)象時(shí),更改標(biāo)準(zhǔn)塊的深度基準(zhǔn),并將測(cè)量塊更改為合適大小,該量具可推廣至其他孔的深度測(cè)量。

3 結(jié)論

設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單可靠的閥座底孔深度的測(cè)量工具,采用千分表配合標(biāo)準(zhǔn)塊對(duì)閥座底孔深度進(jìn)行測(cè)量,以標(biāo)準(zhǔn)塊的深度為基準(zhǔn),根據(jù)千分表的指針擺動(dòng)距離計(jì)算閥座底孔深度。

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

2)該量具實(shí)際使用時(shí),需至少測(cè)量4個(gè)點(diǎn),因此可計(jì)算出閥座底孔平面的端面跳動(dòng)值,檢測(cè)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(jiǎn)單緊湊,使用方便,測(cè)量精度和測(cè)量效率高,適用于大批量加工測(cè)量的流水線。