汽車發動機缸蓋品質控制方法探討
——以缸蓋閥座跳動校準件的測量為例

文 /錢笑臨 潘 華 陳彥杰

為保證發動機的品質，目前，對于發動機核心零部件的加工，汽車行業各大主機廠主要通過采購粗加工零件，在動力總成實施關鍵部位精加工的方法，如：發動機缸體的缸孔、汽缸蓋的排氣孔和曲軸主軸頸等。其中，在缸蓋閥座的加工過程中，廣泛采用在線檢具測量缸蓋閥座的跳動和寬度等參數，種類包括：閥座座圈寬度校準件、閥座座圈跳動校準件、閥座座圈角度校準件和閥座座圈深度校準件等。

跳動檢具是通過測量缸蓋閥座的圓度和跳動來評價閥座精加工的質量。閥座檢具使用對應標準件進行標定。通常，對于這類標準件的測量，使用者和第三方實驗室均缺乏針對性測試標準依據。另外，使用者與制造商在交接的過程中也缺少必要的相關檢測說明信息，故，即使在按照圖紙標注要求測量的情況下，仍然會因測量方式不同而導致結果不同，對用戶企業的計量管理、制造商的銷售和使用方在線加工等過程產生影響。

本文從缸蓋閥座跳動檢具的應用展開，以坐標測量機為基本測量手段，選擇典型規格的標準件為檢測對象，討論缸蓋閥座標準件的測量方法。

一、缸蓋閥座跳動檢具的特點

1. 閥座跳動檢具結構

缸蓋閥座跳動檢具（圖1）的主要結構為測頭、手持柄、氣源輸入接頭和數據輸出端。其為手持操作，操作員快速在線檢測汽缸蓋進、排氣門閥座座圈的跳動與圓度值，評價精加工可靠性和分析數據變化趨勢。

2. 閥座跳動檢具的工作特點

在跳動檢具使用前，將定位板（圖2）置于缸蓋氣門上方，通過角度補償（定位板的角度設計與缸蓋規格匹配）使定位板上端面平行于地面，以保證檢測時檢具的垂直放置。跳動檢具的測頭導桿伸入缸蓋產品的進、排氣門導管，同時，測頭圓錐部分與缸蓋閥座配合，以完成定位。以氣門導管為基準，評價缸蓋進、排氣門閥座的跳動，同時輸出圓度結果。

3. 閥座跳動檢具的校準

跳動檢具在實施測量前，需置于閥座跳動校準件（圖3）上進行校準。閥座跳動校準件的結構模擬缸蓋進、排氣門以及氣門導管孔的結構，根據不同規格的缸蓋產品調整理論密封線大小和高度、氣門導管孔的直徑及相對（定位塊）位置。因此，閥座校準件的關鍵參數為：理論密封線處節圓的圓度值和相對標準導管孔的跳動。

二、閥座跳動校準件的測量

1. 測量系統

閥座跳動校準件的測量使用Zeiss Prismo坐標測量機，設備不確定度等級為（0.9+L/400）μm，滿足跳動校準件標準圓度值（一般約為0.015 mm）和標準跳動值（約為0.060 mm）的要求。測量系統軟件對連續掃描的參數進行設置，在采樣充分的情況下能夠準確獲得圓度、跳動等回轉參數的結果，測量系統滿足缸蓋閥座校準件的技術要求。

2. 閥座跳動校準件的測量

某規格的跳動校準件（見圖4）用于測量時，以校準件定位塊上端面引入口（INTAKE）所在端面為第一基準和Z向零點，定位塊外圓為中心建立基本坐標系。以導管孔ME2和ME3兩處節圓擬合的軸線為評價跳動值（理論密封線所在圓的直徑為28.2 mm）的參考基準K1。

在最大范圍（覆蓋測量對象）內測量理論密封線所在圓錐，測量策略為在均布圓錐的三個節圓上分別以50 upr的濾波進行連續掃描，每個節圓的采樣點為500個。構成圓錐1，用于初步計算理論密封線（根據標稱密封線所在節圓的直徑）在基本坐標系中的高度。

使用測量軟件Calypso的圓錐計算功能，獲得圓錐1上理論密封線的高度H。為了精確計算該H高度對應的直徑，采取在高度H上下1 mm處以連續掃描方式測量兩處節圓并構成圓錐2。該圓錐是計算理論密封線直徑D所需的被測元素。

圓度的計算則基于直徑D所在圓的高度，直接以連續掃描測量，測量策略設置為500個采樣點，50 upr濾波，以最小二乘法得出圓度結果。另，由于跳動校準件設計了準跳動值，在特定區域（圓錐面上）中加工標準凹槽。因此，計算圓度時取樣角度應為270°，避開該處凹槽，輸出至特性列表。

跳動值的計算基于直徑D所在圓的高度，取樣角度為360°，測量策略為500個測點，不設置濾波。將得到的節圓進行跳動評價，參考基準為校準件圖紙標注的兩處氣門導管孔所在高度的兩個標準圓構成的圓柱中心線。

3. 閥座跳動校準件的測量結果

以理論密封線直徑Φ28.2、標準圓錐全角90°、氣門導管孔深度66.27 mm、95.27 mm規格為測量對象，與合作實驗室進行量值比對，獲得2組各10次測量結果（見表1）。其中，結果1為本所實驗室的測量結果，結果2為參考實驗室的測量結果。兩組數據均通過三坐標測量后獲得。

圖1 閥座跳動檢具

圖2 缸蓋氣門定位板

圖3 閥座跳動校準件

圖4 跳動校準件的技術要求

表1 閥座跳動校準件測量結果 mm

雙方實驗室采用相同檢測方法對同一樣品進行檢測。檢測完畢后，兩組檢測結果進行比對。根據雙方實驗室的測量不確定度和檢測結果中的最大差值，計算出En（實驗室間比對試驗的比率值），并對比對結果進行評判。

判斷方法：|En|不大于1（越接近0越好），則認為比對結果為滿意；|En|大于1，則認為不滿意。

根據比對雙方的測量結果和計算公式得到：

結論：此次比對結果為滿意。

三、總 結

汽車發動機缸蓋生產過程中使用的跳動檢具通過配套的跳動校準件進行快速標定，將可接受的標定輸入到在線檢測設備進行傳感器輸出補償。因此，校準件的加工水平和檢測要求（精度）不同于普通的裝配和結構類零部件（或檢具）。評價測試方法的正確性不是單一地取決于測量設備某一輸出參數的不確定度。對于缸蓋閥座專用校準件的關鍵參數的獲得，在測量操作上使用了理論密封線逐步計算接近等方法，減小了接觸式測量方式上微小傾斜范圍內的測量誤差，同時與檢具標定的實際情況相一致。希望此方式的研究結果能為完善相關標準提供借鑒。