新聞主題	柴油機(jī)氣缸蓋閥座跳動(dòng)、圓度及密封線角度檢測(cè)技術(shù)

 

摘要：氣缸蓋進(jìn)排氣機(jī)構(gòu)是柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)的主要部分，其閥座的加工精度直接影響柴油發(fā)電機(jī)的工作性能，是缸蓋加工的關(guān)鍵工序。由于閥座加工部位的特殊性，加工過(guò)程中由于加工系統(tǒng)的振動(dòng)等各種原因很容易造成閥座密封帶的形狀和位置發(fā)生偏差，影響燃燒室的氣密性。柴油發(fā)電機(jī)廠為了保證缸蓋燃燒室的泄漏量達(dá)到要求，除了采用先進(jìn)的制造工藝外，還采用了大量新的檢測(cè)技術(shù)和方法來(lái)有效監(jiān)控閥座加工質(zhì)量。本文中先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)和質(zhì)量控制方法有效地監(jiān)控了閥座加工過(guò)程中的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)過(guò)程質(zhì)量保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

 

      隨著柴油發(fā)電機(jī)需求的大幅增加，各個(gè)柴油發(fā)電機(jī)廠及零部件企業(yè)為了保證缸蓋燃燒室的泄漏量達(dá)到產(chǎn)品規(guī)定的要求，不僅采用先進(jìn)的制造工藝，如先用粗鏜刀鏜其密封帶孔，然后再采用精鉸復(fù)合刀锪鉸3個(gè)成形面，還采用了大量新的檢測(cè)技術(shù)和方法來(lái)有效監(jiān)控閥座加工質(zhì)量，如除了對(duì)缸蓋閥座的泄漏量進(jìn)行功能性檢查外，還針對(duì)缸蓋閥座加工過(guò)程中的閥座角度、密封帶寬度、直線度、圓度、跳動(dòng)及位置等幾何量參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制和檢測(cè)。先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)和質(zhì)量控制方法有效地監(jiān)控了閥座加工過(guò)程中的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)過(guò)程質(zhì)量保證了產(chǎn)品質(zhì)量。在此，康明斯公司結(jié)合多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了柴油發(fā)電機(jī)零部件的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)談?wù)劜裼桶l(fā)電機(jī)缸蓋氣門閥座的質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r。

一、閥座跳動(dòng)、圓度檢測(cè)技術(shù)

 

      閥座跳動(dòng)是監(jiān)控缸蓋閥座加工質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)，它可以綜合控制閥座密封帶的圓度誤差、閥座相對(duì)導(dǎo)管孔的方向誤差和位置誤差。由于跳動(dòng)的檢測(cè)方法直觀，成本很低，且容易通過(guò)專用夾具實(shí)現(xiàn)，普及率很高，幾乎每一個(gè)生產(chǎn)缸蓋的企業(yè)都必須配置，因此該項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展很快。

      最初閥座的圓度是通過(guò)閥座跳動(dòng)進(jìn)行間接控制，只要跳動(dòng)合格就認(rèn)為圓度合格，但實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)仍然有零件發(fā)生泄漏，然后需再用紅丹粉進(jìn)行圓度定性檢查。后來(lái)有了電感式傳感器和大型圓度儀才使得圓度得以準(zhǔn)確定量的測(cè)量。

      最初的閥座跳動(dòng)專用夾具，其前端采用光滑圓柱芯軸來(lái)模擬導(dǎo)管孔軸線，后端用一鋼球接觸到閥座量規(guī)位置，或者直接用杠桿千分表的表頭接觸到閥座量規(guī)位置。轉(zhuǎn)動(dòng)檢具將閥座的周向變動(dòng)量通過(guò)鋼球傳遞到千分表上，通過(guò)手工旋轉(zhuǎn)進(jìn)行測(cè)量，觀察檢具旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)千分表示值的最大變化量，即為閥座相對(duì)于導(dǎo)管孔的跳動(dòng)誤差。這種檢具由于成本很低，目前還在相當(dāng)一部分柴油發(fā)電機(jī)零部件制造企業(yè)中應(yīng)用。

      此類型檢具的測(cè)量精度與模擬導(dǎo)管孔軸線的芯軸的型式和制造精度有很大的關(guān)系，最初采用的芯軸為光滑圓柱芯軸，采用分組使用，其誤差主要來(lái)源于芯軸與導(dǎo)管孔的配合間隙；后來(lái)采用組合芯軸，誤差可適當(dāng)減小，缺點(diǎn)就是測(cè)量時(shí)用力過(guò)大，之后很容易將芯軸卡死；接著改為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便的錐度芯軸，定位誤差比光滑芯軸定位誤差小，缺點(diǎn)是定位誤差與錐度有關(guān)，若要提高精度就要減少錐度，從而使芯軸長(zhǎng)度增加；再后來(lái)有部分企業(yè)開(kāi)始使用漲緊芯軸。目前業(yè)內(nèi)企業(yè)大都使用的是單邊漲緊芯軸，用的比較多的型式有四種：彈簧片式、彈簧鋼球式、錐面鋼球式和斜面鋼球漲塊。這幾種單邊漲緊芯軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易，其缺點(diǎn)是基準(zhǔn)孔本身的幾何精度誤差會(huì)降低定位的穩(wěn)定性，產(chǎn)生測(cè)量誤差。由于柴油發(fā)電機(jī)缸蓋導(dǎo)管孔直徑都在φ10mm以下，很少使用全面漲緊芯軸和高精度彈性漲套來(lái)模擬導(dǎo)管孔軸線。

      隨著氣動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，在20世紀(jì)80年代后期，出現(xiàn)了氣動(dòng)檢測(cè)閥座跳動(dòng)的檢具。最初的氣動(dòng)閥座跳動(dòng)檢具僅在導(dǎo)管孔上截面布置1個(gè)氣動(dòng)噴嘴，使用1個(gè)氣動(dòng)傳感器，基準(zhǔn)是通過(guò)球冠模擬閥座中心和3個(gè)φ2mm的小球（其中1個(gè)球粘在彈性體上）模擬導(dǎo)管孔下截面中心的連線構(gòu)建的，利用手動(dòng)旋轉(zhuǎn)檢具一周，觀察氣動(dòng)量?jī)x顯示表上指針的變化量，測(cè)量效率有了明顯提高。但由于僅有1個(gè)氣動(dòng)傳感器，同時(shí)測(cè)量時(shí)需要手動(dòng)旋轉(zhuǎn)，測(cè)量誤差還是較大。后來(lái)在導(dǎo)管孔下截面上也布置了1個(gè)氣動(dòng)噴嘴，上下截面噴嘴成180°對(duì)向布置，且噴嘴直徑不一樣，采用一個(gè)氣動(dòng)差壓傳感器，測(cè)量結(jié)果通過(guò)電子柱顯示，測(cè)量精度有了一定的提高；接著又有在上下截面配置同直徑噴嘴成180°對(duì)向布置，采用兩個(gè)氣動(dòng)傳感器，同時(shí)在接觸閥座的檢具球冠上裝上了氣動(dòng)噴嘴，在手柄部位裝上了電動(dòng)機(jī)，利用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)測(cè)頭旋轉(zhuǎn)，同時(shí)采樣點(diǎn)數(shù)也大量增加，測(cè)量結(jié)果通過(guò)工控機(jī)分析顯示，測(cè)量精度和效率大幅度提高。目前，以上三種檢測(cè)閥座跳動(dòng)的氣動(dòng)檢具仍然在許多柴油發(fā)電機(jī)企業(yè)中使用。

      到21世紀(jì)初，閥座跳動(dòng)的氣動(dòng)檢具已發(fā)展成如圖2所示集跳動(dòng)、同軸度和圓度測(cè)量于一體，通過(guò)工控機(jī)分析顯示圖形，且?guī)в蠸PC統(tǒng)計(jì)分析功能，能夠做到實(shí)時(shí)測(cè)量監(jiān)控。該檢具氣動(dòng)測(cè)頭噴嘴配置為：導(dǎo)管部分配2個(gè)測(cè)量截面和4個(gè)獨(dú)立孔式氣動(dòng)噴嘴，噴嘴180°分布；閥座部分配1個(gè)球形接觸式氣動(dòng)噴嘴；手柄部分配電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)測(cè)頭旋轉(zhuǎn)；配置專用定位板，測(cè)量時(shí)檢具手柄定位在定位板上，測(cè)量結(jié)果排除人員誤差；配置最大/最小值綜合校準(zhǔn)件，根據(jù)零件的圓度和跳動(dòng)最大公差要求設(shè)計(jì)制造，用于測(cè)頭的日常標(biāo)定以及測(cè)量結(jié)果的驗(yàn)證。該檢具克服了以上3種氣動(dòng)檢具的缺點(diǎn)，跳動(dòng)測(cè)量精度和效率得到了進(jìn)一步提高。

      由于氣動(dòng)測(cè)頭測(cè)量閥座圓度上的局限性，檢具供應(yīng)商又開(kāi)發(fā)了電感式閥座跳動(dòng)、圓度綜合儀。該測(cè)量?jī)x系統(tǒng)配置為：導(dǎo)管部分配2個(gè)測(cè)量截面，下截面有一個(gè)彈性體的定位中心點(diǎn)（無(wú)傳感器），上截面配一個(gè)接觸式球形電子測(cè)頭；閥座部分配1個(gè)球形接觸式球形電子測(cè)頭；手柄部分配電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)測(cè)頭旋轉(zhuǎn)；配置最大/最小值綜合校準(zhǔn)件，根據(jù)零件的圓度和跳動(dòng)最大公差要求設(shè)計(jì)制造，用于測(cè)頭的日常標(biāo)定以及測(cè)量結(jié)果的驗(yàn)證。該檢具由于采用電感式測(cè)量原理，閥座圓度測(cè)量精度可達(dá)0.1mm，跳動(dòng)測(cè)量精度可達(dá)1mm。缺點(diǎn)是由于重量輕，測(cè)量時(shí)需要人手持手柄，因此測(cè)量結(jié)果有一定的人為誤差；其次是導(dǎo)管下截面采用3個(gè)鋼球定位，由于鋼球是粘在彈性體上，使用不當(dāng)易造成鋼球脫落。

      隨著三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)掃描技術(shù)的發(fā)展，再加上全尺寸測(cè)量的需要，越來(lái)越多的用戶開(kāi)始采用三坐標(biāo)測(cè)量缸蓋閥座跳動(dòng)和圓度，其測(cè)量原理是首先測(cè)量導(dǎo)管孔圓柱，建立基準(zhǔn)；測(cè)量閥座圓錐，求出量規(guī)位置；設(shè)置量規(guī)圓，將法向按照?qǐng)A錐矢量設(shè)置；進(jìn)行掃描，分析評(píng)價(jià)出跳動(dòng)和圓度。

      在此，以PC.DMIS測(cè)量軟件為例介紹三坐標(biāo)掃描測(cè)量閥座跳動(dòng)和圓度的參數(shù)設(shè)置及閥座跳動(dòng)評(píng)價(jià)方法。零件測(cè)量時(shí)的放置如圖4所示，導(dǎo)孔測(cè)量參數(shù)設(shè)置原則為：filter為15upr，測(cè)量特征圓3層，每層超過(guò)360點(diǎn)，圓柱度將由以上全部點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，并且計(jì)算出的圓柱軸線將作為閥座徑向跳動(dòng)的基準(zhǔn)。閥座測(cè)量處理方法為：首先在閥座上使用基本掃描圓測(cè)量3層圓，把這3層圓構(gòu)造成1個(gè)圓錐，中間一層掃描盡量掃在閥座中間位置；使用構(gòu)造的圓錐作為過(guò)濾的理論值，閥座上量規(guī)圓處掃描的那層圓作為過(guò)濾對(duì)象，輸入理論值進(jìn)行調(diào)整過(guò)濾；將所有點(diǎn)沿圓錐母線方向投影，使所有掃描點(diǎn)處于測(cè)量的同一高度；消除機(jī)器空間定位帶來(lái)的點(diǎn)的位置波動(dòng)，把調(diào)整過(guò)濾后的特征構(gòu)造成一個(gè)圓特征，也就是量規(guī)圓；按照過(guò)濾參數(shù)要求使用高斯過(guò)濾，選擇filter 為50upr要求進(jìn)行過(guò)濾，每層截面圓點(diǎn)數(shù)大于360點(diǎn)，評(píng)價(jià)閥座的圓度與跳動(dòng)。

 

氣缸蓋閥座的氣密性檢測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

 

二、閥座密封線角度綜合檢具測(cè)量

 

1、圓度儀測(cè)量閥座跳動(dòng)技術(shù)

      首先通過(guò)導(dǎo)管孔對(duì)工件進(jìn)行調(diào)平調(diào)心，然后測(cè)量導(dǎo)管孔圓柱，建立基準(zhǔn)；再在閥座圓錐面上進(jìn)行掃描，最后分析計(jì)算閥座跳動(dòng)和圓度。圓度儀測(cè)量閥座圓度是最通用的方法，其圓度測(cè)量精度可達(dá)0.1mm。測(cè)量跳動(dòng)的精度受調(diào)平調(diào)心精度的影響，其特點(diǎn)是需要專用測(cè)量支架將導(dǎo)管孔軸線與圓度儀軸線放置基本平行，然后再利用自動(dòng)調(diào)平調(diào)心功能將導(dǎo)管軸線調(diào)到與圓度儀軸線完全平行，否則將影響其跳動(dòng)測(cè)量精度。

 

零件直線度表示方法

零件圓度表示方法

 

2、角度測(cè)量技術(shù)

      測(cè)頭上在閥座上邊緣處布一個(gè)貼合面，寬度約為0.1?mm，閥座下邊緣布置1個(gè)氣動(dòng)測(cè)量球； 測(cè)量時(shí)放置在被測(cè)零件的閥座上，被測(cè)零件的角度發(fā)生變化是通過(guò)球測(cè)頭位移反應(yīng)來(lái)測(cè)量閥座角度的；每次測(cè)量的是閥座的半角，若要測(cè)量全角，檢具需要分兩次成180°放置在被測(cè)零件的閥座上，兩次的測(cè)量結(jié)果之和即為全角；當(dāng)閥座角度增大時(shí)，球的位移量減小；反之，如果閥座角度減小時(shí)，球的位移量增大。

3、閥座直線度和密封帶寬度檢測(cè)技術(shù)

      檢具配有高精度直線導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上配有直線電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌上的測(cè)頭延閥座方向移動(dòng)，測(cè)頭為2?μm的氣動(dòng)噴嘴，氣動(dòng)噴嘴的精度為0.2?μm。

      具體測(cè)量原理為：測(cè)頭以導(dǎo)管孔及閥座定位，閥座沿母線方向布置特殊檔板式氣動(dòng)噴嘴，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)沿閥座母線方向爬行，爬行過(guò)程中，接觸時(shí)氣動(dòng)測(cè)頭以200點(diǎn)/s的掃描頻率掃描閥座面，測(cè)量方式類似于輪廓度儀；直線導(dǎo)軌的行程約為10?mm，如果被測(cè)零件的進(jìn)、排氣閥座角度一致，且直徑在可爬行范圍以內(nèi)，可以使用一把檢具共用于進(jìn)、排氣閥座測(cè)量；當(dāng)測(cè)頭爬行經(jīng)過(guò)閥座的下邊緣時(shí)，程序開(kāi)始計(jì)算閥座的寬度和直線度，當(dāng)測(cè)頭爬行經(jīng)過(guò)閥座的上邊緣時(shí)，程序終止計(jì)算，同時(shí)給出閥座直線度、寬度的計(jì)算結(jié)果。檢具可以在寬度、角度校準(zhǔn)件中模擬測(cè)量，并與計(jì)量給定的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量值比對(duì)，用于日常確認(rèn)檢具的精度和測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

  

缸蓋閥座質(zhì)量測(cè)量示意圖

 

三、結(jié)語(yǔ)

 

      由于缸蓋氣門閥座的制造質(zhì)量非常重要，各個(gè)柴油發(fā)電機(jī)制造廠都規(guī)定了嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)控頻次，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中可根據(jù)設(shè)備能力，適當(dāng)加大閥座密封性的檢測(cè)頻次。密封性檢具是模擬裝配的一個(gè)綜合性能檢具，當(dāng)測(cè)量閥座密封性時(shí)，發(fā)現(xiàn)零件泄漏量偏大或超差，應(yīng)采取如下質(zhì)量控制與改進(jìn)措施：

（1）使用跳動(dòng)和圓度檢具測(cè)量閥座，判斷閥座圓度和跳動(dòng)是否超差，閥座圓度對(duì)于泄漏的影響最大，其次是閥座跳動(dòng)。

（2）再使用角度檢具測(cè)量閥座角度，閥座角度對(duì)于密封性的影響較小，但對(duì)于日后柴油發(fā)電機(jī)的磨合能起到一定的作用。

      如果以上工藝參數(shù)都符合要求，則需要從微觀角度分析原因，主要是考慮閥座表面的粗糙度和波紋度以及是否有斷帶，因此需再使用閥座帶寬和直線度檢具測(cè)量閥座微觀輪廓，判斷閥座表面是否有刀具磨損等原因造成的加工缺陷。通過(guò)分析異常原因并實(shí)施改進(jìn)，確保缸蓋閥座加工質(zhì)量。

 

 

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