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        氣缸孔止口倒角的便捷測量方法

        2023-11-20 05:59:14李東波欒玉慶田正玉劉丁丁
        內(nèi)燃機(jī)與動力裝置 2023年1期
        關(guān)鍵詞:量具測量

        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(jià)因數(shù)1692%,公差評價(jià)因數(shù)2995%,均在10%~30%的有效評價(jià)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(jià)方法

        采用波動評價(jià)因數(shù)λ或公差評價(jià)因數(shù)λ′評價(jià)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(jià),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):

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        [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.

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