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发动机缸盖气门座圈 在线测量上海汽车股份有限公司乘用车公司/汪雷刚缸盖是发动机的重要部件，它的加工精度直接影响到发动机的工作性 能。发动机工作时，由于可燃气体是 在缸盖燃烧室压缩后进行点燃，致使 气门阀座承受很高的热负荷和机械负 荷。这既要求阀座有很高的耐磨性， 还要有很好的密封性。如果阀杆工作 时中心发生偏移，除了会导致有害的 热传导和阀杆及导管孔很快磨损外， 还会造成耗油量的增。增加废气排 放。因此，对气门阀座和导管孔的加 工精度提出了很高的要求，对气门座 圈和导管孔的尺寸及形位公差有严格 规定，特别是对气门阀座工作锥面与 导管孔相互间的同轴度规定了很严的 公差。对于汽油发动机，同轴度公差规 定为0.0150.04m m，而柴油机则仅 为0.010.015m m（在燃烧室中，柴 油可燃气体的压缩比要比汽油大22.5倍）。在大批量生产中，要稳定地 保持这样的公差，除需要优化加工工 艺外，定位基准的选择、专用刀具和 精镗头的合理结构及其精度均具有重要的意义。监控项目及难点在缸盖加工过程中，有许 多尺寸只能进行定性的测量，要 定量测量并分析这些尺寸，一般 常规的测量方法无从入手。面对 竞争激烈的发动机市场，企业在 不断寻求降低成本、提高产品质 量、拓展产品性能的方法，以便 在竞争激烈的市场中胜出。对于 工厂来说要保证制造出来的产品 合格，而且避免出现因刀具磨 损、缺口或机床原因造成批量废 品，需要利用检具对现场制造出 来的零件进行监控统计。对于制 造出来的缸盖阀座和导管孔的在 线测量一直是个难题。缸盖气门座圈和导管孔需 监控的项目有：气门阀座圆度和 角度，导管孔直径和圆度，气门 阀座相对于导管孔的同轴度以及 阀座的密封性。这些测量项目用 简单的功能性量规无法实现定 量检测目的，无法准确得到座 圈和导管孔的制造尺寸，也就 无法进行统计分析，进行实时 监控。用三坐标或是圆度仪测量，必须提前将工件送至实验室中等待，往往测量一个工件需要几 个小时，这也是无法实现的。因 为工厂生产的零件是成批量的， 有生产节拍要求，生产线无法停 下等待，因此现在出现了许多在 线可统计的电动或气动检具。由 于阀座呈锥形，且阀座的宽度一 般为进气1.01.4m m，排气1.41.8m m；导管孔直径较小，一般不 大于6m m，所以带宽如此小的阀座 和直径如此小的导管孔检具非常难 做，很少有公司能够在如此小的截 面和直径上布置测头并保证测头的 精度。对于检具制造厂家来说这是 难点但也是重点，因为这直接影响 到测量的准确性，影响监控产品质 量要素。检具介绍下面介绍一下我公司现场使用 的测量气门阀座和导管孔的气动检 具原理和应用。1.阀座圆度和跳动检具（1）检测项目阀座圆度 0.015mm，阀座跳动f 0.04mm。66 2010年 第 3 期图1 阀座圆度和跳动检具图2 阀座圆度和跳动检具测点布置图图3 阀座角度检具图4 阀座密封性检具发动机制造engine manufacturing（2）检具气动测头配置导管部分配两个测量截面四个独立孔 式气动喷嘴，喷嘴180分布，阀座 部分配一个球形接触式气动喷嘴。 由于测量圆度和跳动参数时，测头 需要旋转一周以上，所以阀座部分 镶嵌六个硬质合金点，增加测头的 耐磨性。手柄部分配电动机，驱动 测头旋转。配置专用定位板，测量 时检具手柄定位在定位板上，测量 结果排除人员误差。配置最大/最小 值综合校准件，根据零件的圆度和 跳动最大公差要求设计制造，用于 测头的日常标定以及测量结果的验 证。检具如图1所示。导管孔相对气门阀座的同轴度。阀座部分的球形喷嘴（t 5）在 测头旋转过程中，扫描阀座并计算 阀座的圆度；同时，通过与导管孔 相对气门阀座同轴度的测量数据合 并计算气门阀座的跳动。检具测量 示意图如图2所示。一个环形气动喷嘴测量阀座的密封性，在喷嘴气环的上、下端各加 工一个宽度约为0.1m m的理想贴合 面，与阀座贴合，气环处于阀座量 规直径处，测头最大程度模拟阀座 与气门的装配状态；如果阀座与气 环上、下贴合面之间完全密封，则 压缩空气无法从气环中流出；反 之，如果零件的阀座圆度和跳动、 表面粗糙度等工艺参数不合格，或 存在断带等加工缺陷时，都会造成 气环中存在一定的气流量，气流量 的大小通过与最大、最小泄漏标准 件的比对测量，可以得出被测阀座 的泄漏量，从而直观地反映出阀座 加工的质量。阀座角度测头靠近阀座上边缘 加工一条宽度约为0.1m m的环形定 位面，靠近阀座下边缘处180对称 布置的两个球形接触式气动喷嘴测 量阀座的角度，当阀座的角度变化 时，球形气动喷嘴的位移量也会随 之发生变化，将变化量与角度标准 件比对测量，可以得出被测阀座的 角度值。阀座角度和密封性检具的 喷嘴原理图如图5所示。3.阀座带宽和直线度检具（1）检测项目气门座圈 带宽进气1.01.4m m，排气1.41.8mm；直线度0.008m。（2）检具的测头配置 检具 座圈部分配有高精度直线导轨。导2.阀座角度和密封性检具（1）检测项目阀座角度 90（030），密封性0 400cc/min （ 105pa）。单个气动喷嘴的静态测量精度不大于0.3 m，跳动参数（四测点 综合运算）动态精度不大于1 m， 圆度参数（单测点运算）动态精度 不大于0.5m。（2）检具的测头配置带环形喷嘴的专用气动塞规，测量阀座的密封性。带两个180对称分布 的球形喷嘴的专用气动塞规，测量 阀座的角度。一组角度和密封性校 准件，包含角度最小值标准件、角 度最大值+泄漏最小值组合标准件 和泄漏最大值标准件。阀座角度检具如图3所示，阀 座密封性检具如图4所示。（3）测量原理测头阀座部分加工一段圆弧面作为测量时的机械基准，测量过程中球心位置保持 不变；导管部分两截面各两个喷嘴（t1、 t2、 t3、 t4），测量导管 孔的中心be 1=（t 1t 2）/2和be 2=（t 3t 4）/2；以阀座球心及导管 孔下截面中心be1为基准轴，计算导 管孔上截面be 2的偏移量 =be 1 be 2（x y ）/x ；然后将上述偏 移量延伸至阀座量规直径be3上的偏 移量=y/v，通过公式计算出（3）测量原理阀座密封性测头与量规直径接触位置上布置2010年 第 3 期 67图5 阀座角度(左)和密封性(右)检具喷嘴原理图图6 阀座带宽和直线度检具（a）cnc加工效果（b）专机加工效果图7 座圈宽度及其直线度发动机制造engine manufacturing范围内，但有持续增大的趋势，这说明工件有异常，这时可以使 用其他检具，如阀座圆度和跳动 检具、阀座角度检具以及阀座带 宽和直线度检具判断问题，查看 阀座和导管孔的加工工序是否存 在异常，如刀具磨损或有崩口都 会导致阀座表面粗糙度值过大或 有台阶、断带等加工缺陷，通过 分析找到工件异常原因，然后持 续改进加工工艺的参数，提高零 件的质量，降低加工的成本。轨上配有直线电动机，驱动导轨沿阀座方向移动。检具配置触点为2 m的接触式气动喷嘴，固定在 直线导轨上，气动喷嘴的精度为0.2 m。配置阀座宽度最大值标准 件。检具实物图如图6所示。度和宽度计算结果，并且以图7所示的图形方式直观显示。检具可以在宽度标准件中模拟测量，用于日常确认检具测量 结果的准确性。（3）测量原理将此检具放入带测量的座圈和导管孔内后，检 具本体以导管孔和阀座粗定位，按 下起动按钮后，电动机开始驱动直 线导轨沿阀座母线方向滑动，滑动 过程中，接触式气动测点以200点/s 的扫描频率扫描阀座，测量方式类 似轮廓度仪；直线导轨的总行程达10m m，基本可以覆盖同一缸盖阀 座的进、排气阀座直径（进、排气 阀座角度必须一致）。当测点爬过 下边缘时，程序开始计算阀座的直 线度及宽度；当爬过上边缘后，程 序中止计算，同时给出阀座的直线检具应用在实际生产中，考虑到生产 节拍的限制，可以根据设备的实 际能力，适当地调整各个检具的 测量频次；通常可以考虑加大阀 座密封性检具的测量频次，因为 该检具是模拟装配的综合性能测 试，如果经过该检具测量的零件 符合公差要求，基本可以认为该 零件满足加工要求；但是若发现 零件的泄漏量虽然在合格的公差（收稿日期20091210）68 2010年 第 3 期web in fo