李東波 欒玉慶 田正玉 劉丁丁
摘要:為解決發動機氣缸體缸孔止口倒角人工目測法測量精度低、難以滿足生產需要的問題,基于缸孔止口倒角測量原理,設計缸孔止口倒角專用測量工具,進行樣本測量,并用Minitab軟件分析專用測量工具測得的樣本數據的重復性波動、再現性波動、測量系統波動、部件間波動、合計波動。結果表明:該量具可實現缸孔止口倒角的便捷測量,相比傳統的目測法,大大提高了產品檢測精度和滿足生產要求;系統波動評價因數1692%,公差評價因數2995%,均在10%~30%的有效評價范圍內,驗證測量工具及測量方法有效。
關鍵詞:氣缸體;測量;止口倒角;量具
中圖分類號:TK406文獻標志碼: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].內燃機與動力裝置,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
發動機活塞在缸套內做往復運動,裝配在氣缸體缸孔內的缸套,受預緊力、往復慣性力、活塞側向力、爆發壓力等作用[1],缸孔加工質量影響缸套的裝配質量及發動機性能。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行測量;缸孔位置度、缸孔止口同軸度采用三坐標方法測量;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,無法滿足產品加工精度要求[2]。
本文中基于缸孔止口倒角測量原理,設計專用測量工具,采用Minitab軟件分析測量數據,驗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
某發動機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,鏜桿生產節拍為4.2 min/件,鏜桿刀片壽命為150件/刃。在生產加工過程中,隨著加工數量增加,刀片產生磨損,導致加工的缸孔止口倒角出現偏差[3]。
1.2缸孔止口倒角與缸套圓角配合
假設缸孔止口倒角為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力作用,產生變形,發動機工作過程中導致缸套破碎,產生嚴重的發動機故障;若a>b,缸孔止口倒角增大,缸套支撐面積減小,缸套所受壓強增大,存在缸套破碎的風險[4]。
2測量原理
2.1量具設計
根據缸孔直徑及缸孔止口倒角尺寸,設計標準塊與測量塊,標準塊基準面與缸孔直徑相同,標準倒角與缸孔止口倒角對應,測量塊基準面與標準塊基準面配合,標準塊與測量塊結構如圖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,設計標準塊基準面直徑Φ131+0.0250 mm,標準倒角為0.6+0.01-0.01 mm×45°,測量塊基準面直徑為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準塊、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,假設標準塊倒角的中垂線為直線l,標準塊倒角加工面與l相交于點X,測量塊止口倒角加工面與直線l垂直,相交于點Y,XY=b′。測量步驟為下:1)測量標準塊倒角為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)以標準塊倒角為基準,在標準塊上將測量表校零;4)移動探針,測量測量塊止口倒角時,測量表指針發生變化,讀取測量表數值;5)若測量表逆時針擺動,測量塊倒角大于標準塊倒角,測量塊倒角為(a+b′/sin 45°)×45°;若測量表順時針擺動,測量塊倒角小于標準塊倒角,測量塊倒角為(a-b′/sin 45°)×45°;若測量表不擺動,測量塊倒角等于標準塊倒角,測量塊倒角為a×45°。
3測量數據分析
3.1結果分析
現代質量管理統計中廣泛使用Minitab軟件對測量數據進行簡單快速的統計分析。Minitab軟件可分析測量數據的重復性波動、再現性波動、測量系統波動、部件間波動、合計波動等[5]。
根據缸孔直徑及缸孔止口倒角制作標準塊,測量標準塊倒角為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,記錄測量結果,并進行數據分析。
重復性波動
式中:σe為測量過程中數據波動的標準差,容易受各種測量因素影響,可采用Minitab軟件直接計算。
測量過程中數據波動的標準差估算值
式中:d為系數,通過查詢數值表,d=1692 6,g為測量人員人數與測量樣本數量的乘積,g=30;Rij為測量人員測量零件樣本對應的極差,i為測量人數,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,數據分析時采用σe,由式(1)得:δev=2.911 1。
再現性波動
式中:m為一個樣本重復測量次數,m=3;n為測量樣本數量,n=10;σo為測量系統再現性的標準差;σ′o為再現性標準差校正值;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。
測量系統波動
式中,σms為測量系統波動的標準差。由式(5)得:δR&R=2.995 3,σms=0.499 2。
部件間波動
式中:σp為測量部件的標準差;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,滿足行業中數據組數應大于等于5的規定[7],說明樣本數據能較好的用于數據分析和生產控制[8],該測量系統具有較好的分辨力。
3.2評價方法
采用波動評價因數λ或公差評價因數λ′評價測量系統能力,主要對測量數據及測量方法進行評價,計算方法為:
λ=δR&R/δtv×100%,(9)
λ′=δR&R/T×100%。(10)
若λ≤10%或λ′≤10%,表明測量系統能力很好;若10%<λ≤30%或10%<λ′≤30%,表明測量系統能力可以接受;若λ>30%或λ′>30%,表明測量系統能力不足,必須進行改進[9]。由式(9)(10)可得:λ=1692%,λ′=29.95%,表明設計的量具測量樣本數據有效,測量方法適用于缸孔止口倒角的測量。
4結語
1)本量具將止口倒角轉化為距離之間的測量,測量方法簡單迅速,測量成本低,滿足生產現場測量頻次和精度要求。
2)依照量具設計原理,可推廣至其他倒角測量。
3)測量系統的數據組數必須滿足行業內要求,才能實現對數據的有效分析。
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