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      經濟論文

      發動機零部件螺紋孔的測量研究

      時間:2022年07月19日 所屬分類:經濟論文 點擊次數:

      摘 要:文章介紹的使用彈簧薄鋼板或者鋸條加工成的特定工具便能比較容易測得螺紋深度數值以及螺紋底孔的深度數值。通常螺紋聯接形式在發動機的各個零部件中有大量使用,主要是因為相關零件在發動機裝置工作過程中,可能受到氧化、腐蝕、磨損,甚至可能出現斷

        摘 要:文章介紹的使用彈簧薄鋼板或者鋸條加工成的特定工具便能比較容易測得螺紋深度數值以及螺紋底孔的深度數值。通常螺紋聯接形式在發動機的各個零部件中有大量使用,主要是因為相關零件在發動機裝置工作過程中,可能受到氧化、腐蝕、磨損,甚至可能出現斷裂等現象,導致零件最終出現失效的情況,因此需要及時更換受損的零件。和其他聯接相比,螺紋聯接方式拆裝相對便捷。一般來講,發動機的缸體、缸蓋螺紋是內螺紋的形式。

        關鍵詞:發動機;螺紋孔;測量方法

      發動機論文

        螺紋聯接的形式在發動機裝置的零件結構中獲得了比較普遍的應用,主要是由于相關的零部件在發動機裝置工作過程中,容易受到各類作用的侵蝕,甚至會發生斷裂等情況,這時零部件將會失效,因此在出現故障的情況下,需要及時對損壞的零件進行更換。眾所周知,螺紋聯接的方式,其拆裝過程更加便捷。所以在發動機零部件的結構中,應用相對比較廣泛。

        1 螺紋孔結構

        螺紋孔結構指的是采用絲錐進行內螺紋攻絲前預制的孔,通常是指被加工零件上內置的圓孔,最底部或者是最上面的零件表面處的圓形孔洞,即為螺紋孔結構。在實際生產加工過程中的螺紋孔不一定是采用鉆孔的方式鉆出來的,也可能是應用別的加工方法制造出來的,比如沖壓或者鑄等。在后續的工藝過程中,如果底孔部位的直徑和內螺紋部位的直徑數值保持一致的話,當相關零件的金屬材料進行擴張時就很可能卡住絲錐裝置,這種情況下絲錐就非常容易發生折斷的情況;如果底孔部位的直徑比內螺紋部位的直徑數值大得過多的話,就會發生攻出來的螺紋,其牙型高度數值不滿足實際需求進而成為廢品的情況。

        螺紋部分的配合關系依據各個相關的國際標準的規定,需要具備對應的配合用的公差,有關的標準相關設計人員可以查閱鉗工手冊。如果底孔部位屬于沉孔,則還要額外考慮攻絲過程中排屑方面的影響和制約。絲錐裝置在攻螺紋的時候,其切削刃的操作過程通常是對金屬進行切削,不過同時還會有對金屬進行擠壓的效果,所以在此過程中會形成金屬部位的凸起并且向牙尖部位流動的情況,因此車間操作人員在攻螺紋之前,零件鉆削后的孔徑(也就是底孔的直徑)需要大于螺紋孔的內徑數值[1]。

        2 發動機裝置發動機

        (英文全稱是 engine)指的是一種可以將其他形式的能量轉換成機械能的機器設備,通常包含內燃機(也就是指往復式活塞類型的發動機)、外燃機(也就是常說的斯特林類型的發動機或者蒸汽機)、噴氣式發動機、電動發動機等。其中的內燃機裝置一般是將化學能轉換成機械能。發動機裝置既指的是動力的產生設備,又指的是包含動力設備和裝置的機器的整體(比如:汽油或者柴油發動機、航空用的發動機等)。發動機裝置最初是英國科學家發明的,因此,發動機的有關概念也是英語中的詞匯,它本來的意義指的是一種“生成動力源的機械設備或裝置”。

        2.1 發動機的缸體發動機

        裝置的缸體部分屬于發動機最為基礎性的零件及框架結構,并且也是發動機裝置進行總體裝配過程中的基礎性零部件。發動機缸體的主要作用是用于支撐與保證活塞部件、連桿部件、曲軸部件等內部運動的部件,使其能夠在運行的時候維持非常精確的相對位置。確保發動機裝置能夠順暢地進行換氣、冷卻以及潤滑等操作,為各類相關的輔助系統、零部件及發動機整體的安裝提供相應的支撐。通常來講,汽車工業領域中的發動機裝置,其缸體與上曲軸箱會在鑄造的過程中實施一體化操作,可以稱為缸體-曲軸箱裝置。缸體上部的一系列圓柱形的空腔部位被稱為氣缸,下半部分是支撐曲軸所用的曲軸箱部分,其中腔內是曲軸裝置進行活動的空間。一般在汽車發動機的缸體內會鑄有若干的加強筋結構、冷卻用的水套結構以及潤滑油的油道結構等功能性結構[2]。

        2.2 發動機的缸蓋部位

        通常發動機的缸蓋部件安裝在缸體部件的上方,其可以在上部對氣缸結構實現密封的效果并且形成燃燒室結構。該部位由于需要長時間和高溫、高壓的燃氣發生接觸,為此需要承受非常大的熱量載荷與機械載荷。水冷類型的發動機裝置,其氣缸蓋部位的內部事先鑄有冷卻用的水套結構,缸蓋部件的下端面處的冷卻水孔和發動機缸體裝置內的冷卻水孔相互連通。借助循環水的流動作用來實現冷卻燃燒室等高溫部件的目的。與此同時,缸蓋部件上還設置了進氣、排氣門座部件,氣門處設置了導管孔,該部位是用于安裝進氣、排氣門部件的,另外還設置了進氣通道以及排氣通道等結構。汽油發動機的氣缸蓋部件上配置了安裝火花塞裝置的工藝孔,柴油發動機的氣缸蓋部件上方設置了用于安裝噴油器裝置的工藝孔。

        3 發動機裝置中缸體的關鍵性螺紋的研究

        3.1 缸體裝置的缸蓋螺紋

        通常采用內螺紋的加工方式發動機缸體裝置中的缸蓋部件上使用的螺紋通常是采用內螺紋的形式來進行加工的。內螺紋形式需要的相關測量指標有如下若干種:鉆孔部位的深度數值、螺紋的深度以及螺紋配合的精度數值。螺紋配合的精度數值可以采用同樣精度數值的螺紋塞規或者止規來進行測量,這樣就能控制住內螺紋部位的中徑方面的偏差數值,最終實現圖紙規定的要求。螺紋的長度方面的尺寸數值以及底孔部位的鉆孔深度的數值,屬于是自由類型的公差范疇,不過其也不可以對基準尺寸發生過大的偏離程度,不然就會對螺拴部件的順利裝配產生不利影響。一般在工藝方面規定的合理的控制值為±0.575 mm。一般螺紋孔的深度方面的尺寸數值,需要采用深度尺或者游標卡尺等工具來進行測量,不過在實際操作過程中,此類測量工作是不能實現的。

        3.2 缸體裝置的螺紋孔指標的測量

        在測量例如缸體裝置側面用于安裝發電機的支架的螺紋孔的相關參數指標的時候,深度尺工具的測量桿部位大于螺紋的孔直徑的時候,此時無法進行測量操作。需要改用多用途的游標卡尺工具來進行操作,因為發電機裝置的安裝平面和缸體裝置的測量基準面在此時會形成一定數值的角度,游標卡尺工具的實際測量基準面和螺紋孔的深度基準面之間可以用于接觸的面積過小,操作時不夠穩定。并且此時的游標卡尺的測量端和待測的螺紋孔尾部區域不能形成有效的接觸,也很難進行測量操作;與此同時,通過測量操作得到的底孔部位的鉆孔深度數值具有比較大的誤差量。

        3.3 有關螺紋長度尺寸的加工過程研究

        為確保螺紋部位具有合理、有效的旋合長度數值,需要對螺紋的加工長度進行有效的控制,與螺紋部位的長度數值相關聯的指標是螺紋底孔部位的鉆孔深度數值,螺紋的底孔部位的鉆孔深度尺寸數值也需要進行有效的控制。經過數控加工中心高精度操控系統的操作,能夠準確地進行 2 項尺寸的精確設置。不過因為刀具的磨損、機床設備的累積誤差及毛坯工件的硬度可能發生的各類不確定因素的改變,很可能造成發動機缸體裝置上的鉆孔深度數值以及加工螺紋部位的長度數值出現不必要的改變,假如無法對其實施有效的控制,很可能導致相關工件出現批量報廢的嚴重事故,因此,車間現場的檢驗人員以及加工操作人員必須要對加工的工件實施定時的測量,盡量控制好相關加工參數指標[3]。

        4 加工現場的測量操作加工

        車間的檢驗站內的檢驗人員經過持續的生產實踐,開發出了一系列簡單易用的測量工具,并且在實際操作過程中進行現場驗證,這樣就能比較容易地應對鉆孔深度尺寸數值與加工螺紋深度數值在實際測量過程中的困難。通常來講,用于螺紋深度數值與鉆孔深度數值測量的工具,其結構相對比較簡單,方便進行加工制造。尺寸 A 即為螺紋孔的深度尺寸,尺寸 B 即為螺紋底孔的深度。

        用于測量螺紋深度以及鉆孔深度數值所使用的工具。同樣標注出了和相互對應的尺寸 A 以及尺寸B,相應的檢驗工具兩端的斜面為 118°,這個角度和鉆孔部位的底部的斜面保持相同 (也就是鉆頭工具頂部角度的數值),該測量工具使用 1 mm 厚的彈簧薄鋼板材料進行制造,主要使用線切割機裝置進行切割操作,也可以采用報廢的鋸條在砂輪機裝置上進行手工操作,通過仔細地打磨得到。需要注意的一點是,此類測量工具的寬度需要小于螺紋底孔部位的直徑數值,不然該工具就不能和被測量的部位相互接觸。因為鋸條的材質具有一定程度的強度與彈性,因此該類型的測量工具在車間現場的實際應用會相對方便一些。

        4.1 對于螺紋部位長度的測量

        把相應的測量工具順著螺紋的底孔孔壁向上進行運動,直到相關的測量刀口與螺牙部位出現接觸為止,測量人員通過垂直方向目視相應的工具下刻線部位和刀口的距離是否在A±0.515 mm 區間之內,假如發生超差現象,需要調整絲錐工具工作的行程參數。

        4.2 螺紋底孔部位的鉆孔深度數值的測量

        把檢驗用的工具輕放到鉆孔部位的底部,工具端口成 118°的情況下(也就是鉆頭工具頂部角度的數值),此時兩斜面和孔底部的斜面部位處于完全接觸的狀態,需要注意上刻線和測量刀口距離數值是否在 B±0.585 mm 區間之內,假如發生超差現象,需要調整鉆頭工作的行程參數。發生接觸時,觀測者垂直觀察測量工具上刻線相對螺紋孔對于基面發生的偏移量。需要重點說明的一點是:每種螺紋孔部位僅僅可以對應單一規格的測量螺紋部位深度以及鉆孔深度的特定操作工具,這是因為每種螺紋孔具有的參數各不相同,因此相關的測量工具只能是專用的。

        5 測量方案的進一步優化

        對于螺紋孔位置度精確測繪工作的關鍵問題即為螺紋孔內部中心線部位測量過程需要保證采集點處的偏差數值保持相對較小,如果可能,最好保證采集點位置處中心線與螺紋內孔的加工中心線位置保持重合的狀態,還要注意,操作過程中需要保證螺紋孔測繪的位置度指標的過程中,測繪點位置盡量選取在相同截面之內。從事測量的工程技術人員可以進一步開發更為新穎的測繪模式和方案,以此降低螺紋孔位置度指標在測量過程中出現的偏差,達到高效測繪以及較高的精度。

        下面是經過優化之后,相關螺紋孔位置度指標的測繪工作解決方案,此種測繪方法得到的結果,其偏差數值明顯低于傳統的測繪方法所得的結果。優化之后的測量方法的主要原理為:采用三坐標類型測量儀器的觸頭部位直接進行內孔中 3 個整數倍螺距部位“模擬圓柱體”處的各類參數,應用這 3 個模擬的圓柱體部位中心點來創建螺紋孔部位的幾何中心線。之后從這個模擬圓柱體中截取出 3 個平面,這 3 個平面上分別采集出 5 個點的參數,各個面和面間的距離數據保持為螺距數值的整數倍。應用這個測量方案進行操作之后,螺紋孔結構的中心線偏差數值將會明顯小于傳統的測量模式,之后測量螺紋內孔部位的中心線和絲錐截面部位發生重合位置的各類參數指標,隨后對于重合處位置和測量過程基準指標間位置偏差數值進行計算,進而在達成待測量工件上內孔位置度指標的過程中,保持測繪點位置始終處于同一平面之中。

        6 現場使用情況簡述

        為了進一步驗證此優化方案的便捷性以及最終測量結果是否滿足有關的要求,將這個測量辦法用于某工具頂部螺紋內孔中位置度指標的相關測量工作中。操作過程中應用了 2 種不同的測量方法,之后還進行了相應結果的比對,根據不同的測量方法,制訂出了 2種測量的工藝方案執行過程,分別對于該待測工具頂部螺紋孔部位進行 6 次的測量操作。經過 2 種測量方法的對比,得到如下結果:根據優化之后的測繪方法對于相同部位的位置度指標進行測量,6 次操作中有 5 次偏離程度明顯小于常規方法的測量結果。

        7 結論

        通過上述分析,可得出如下結論。(1)優化后工件螺紋內孔位置度的三坐標測量機測繪方案,確保了孔中心線建模的精準性,實現了工件內孔位置度“計算點”維持于相同圓面,此測繪方案實現了工件內孔位置測繪誤差<0.03。(2)相同工件上對應工件內孔,多次重復測量的便捷程度高;大批量相同工件上相同位置工件內孔,測量工藝便捷程度高;相同刀具鉆削的不同工件內孔,其位置度測繪分析數據結果離散性較小。

        8 結束語

        綜上所述,在實際生產加工的過程中,某些工藝人員思路中相對復雜的工程實際難題,很可能被某些一線工作的操作人員或者檢驗人員采用比較簡單并且實用的方法化解。因此車間的工藝人員需要多多深入到實際加工過程中,進行思路的擴展,這樣有助于解決加工實踐過程中發生的難題。

        參考文獻:

        [1]諸剛.螺紋孔測量方法的研究[J].電子制作,2015(2):36.

        [2]金延安.發動機零部件螺紋孔快捷測量[J].汽車工藝師,2016(1):55-56.

        [3]王磊.孔軸類工件關鍵幾何量測量新方法研究[D].天津:天津大學,2018.

        選自期刊:科技創新與應用 2022 年 20 期

        作者:賀 妍(無錫凱美錫科技有限公司,江蘇 無錫 214000)

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