提高氣門挺柱選配合格率的方法研究

王 波

（柳州五菱柳機動力有限公司，廣西 柳州545005）

0 引言

氣門間隙是在發(fā)動機裝配時氣門及其傳動件之間預(yù)留的間隙，用于消除熱機狀態(tài)下氣門及其傳動件因受熱膨脹引起氣門關(guān)閉不嚴的不良現(xiàn)象。氣門間隙過小，熱機狀態(tài)下可能發(fā)生漏氣，導致功率下降甚至氣門燒壞；氣門間隙過大，則氣門開啟持續(xù)時間減少，進氣、排氣情況變壞，氣門及氣門座之間產(chǎn)生撞擊異響，加速零件磨損。本文旨在結(jié)合生產(chǎn)實際問題，通過人、機、料、法、環(huán)及質(zhì)量七鉆分析，獲取氣門挺柱選配合格率的影響因素，進而找到提高氣門間隙合格率的方法。

1 挺柱選配及氣門間隙測量工藝

1.1 挺柱選配

目前氣門挺柱選配設(shè)備主要采用marposs提供的選配機，主要分缸蓋測量站、凸輪軸測量站、智能料架選配站。缸蓋分裝至鎖夾狀態(tài)，先經(jīng)過缸蓋測量站測量每個氣門頂?shù)礁咨w凸輪軸孔底面的距離，然后再測量凸輪軸相關(guān)尺寸，通過兩個站點測量的尺寸，系統(tǒng)計算需要選配的挺柱，人工從智能料架上按亮燈順序取挺柱安裝至缸蓋對應(yīng)的氣門上，完成挺柱選配工作。

1.2 氣門間隙測量

挺柱選配完成后，按工藝擰緊凸輪軸蓋至規(guī)定扭力。然后用測量工具檢測氣門間隙。測量工具一般有兩種，一種是最簡單的塞尺（厚薄規(guī)），一種是專用卡鉗（目前馬波斯品牌比較常用），前者成本低，測量精度低一些，且與測量者的手感有關(guān)（差0.01～0.02 mm左右），但也基本能滿足間隙測量要求；后者精度高，與手感無關(guān)，且數(shù)據(jù)可以電子化儲存及追溯，但成本高。

若氣門間隙測量不合格，則需要返修，即須重新選配挺柱，直至氣門間隙合格為止。

1.3 挺柱選配及間隙測量的工藝布置方式對選配合格率的影響

（1）布置缸蓋線：挺柱選配機布置在缸蓋分裝線上，即缸蓋測量、凸輪軸測量、挺柱選配。在缸蓋分裝線完成。此布置的優(yōu)點是生產(chǎn)異常時應(yīng)對比較靈活，能在一定程度上減少因挺柱選配系統(tǒng)故障造成的主線停線時間。缺點是在缸蓋線已檢測合格的氣門間隙，在總裝線通過缸蓋擰緊后會有一定的變化，對最終的氣門間隙合格率有一些影響。此工藝布置方式需要花更多的生產(chǎn)驗證找出變化規(guī)律進行設(shè)備補償設(shè)置，以彌補因缸蓋擰緊帶來的氣門間隙變化量。

（2）布置總裝線：挺柱選配機布置在總裝線上，即缸蓋測量、凸輪軸測量、挺柱選配在總裝線上在線完成，測量時，缸蓋已經(jīng)安裝到缸體上，且缸蓋螺栓已按工藝要求擰緊到規(guī)定扭矩。此布置工藝的優(yōu)點是，消除了缸蓋擰緊帶來的氣門間隙變化量，挺柱選配合格率更容易提升。缺點是，若挺柱選配系統(tǒng)故障，容易造成主線停線，生產(chǎn)異常應(yīng)對的靈活性不高。

選擇哪種布置方式，更多的由產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點、場地布置條件等因素確定，本作者優(yōu)先推薦布置在總裝線上，對提升氣門間隙合格率更加有利。

2 挺柱選配機原理

通過缸蓋測量站測量并計算缸蓋凸輪軸孔底面與氣門桿頂面之間的距離C；凸輪軸測量站測量并計算凸輪軸基圓到凸輪軸軸頸的距離（B-R），挺柱厚度按計算式得出，如圖1所示。

圖1 挺柱厚度計算關(guān)系圖

實際在調(diào)試過程中，實際的挺柱組別號D1還需考慮進油膜間隙（E）及經(jīng)驗調(diào)整參數(shù)（F），

即D1=C-（B-R）-A+E+F，其中F可根據(jù)積累參數(shù)值調(diào)整選配正確率（即補償系數(shù)）。

3 提升挺柱選配合格率的方法

Marposs氣門挺柱選配系統(tǒng)剛投入使用時，一般都會經(jīng)歷一次合格率偏低的生產(chǎn)階段。這是因為選配系統(tǒng)要通過一定數(shù)量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)支持，才能分析出合理的補償值，挺柱選配合格率才能根據(jù)產(chǎn)品實際尺寸數(shù)據(jù)不斷改善。補償值就是考慮設(shè)備誤差、零件一致性情況等因素來進行優(yōu)化的選配系數(shù)。

期間，如果找不到合理的補償值或者找到補償值后，合格率還是偏低，沒有得到有效提升，這也是經(jīng)常遇到的難題。對此，下文通過人機料法環(huán)結(jié)合質(zhì)量七鉆分析法，闡述提升挺柱選配合格率的方法，供讀者參考。

3.1 人的因素

對應(yīng)質(zhì)量七鉆分析法的第一鉆：是否應(yīng)用了正確的操作過程，即可以系統(tǒng)地檢查一下是否安正確的工藝流程、工藝方法、作業(yè)標準來作業(yè)。正常情況下，此因素出現(xiàn)概率比較小。但是，每個人的操作及檢測作業(yè)或多或少存在一定的細微差異，其產(chǎn)生的結(jié)果也會有差異，此時就要看此差異是否在可接受范圍內(nèi)。

針對本課題，如果整個過程測量氣門間隙要用到厚薄規(guī)（塞尺），則更多地要關(guān)注各氣門間隙檢測工位的操作者使用厚薄規(guī)檢測氣門間隙而帶來的差異情況，一般可以通過3人使用厚薄規(guī)檢測氣門間隙的雙R分析來驗證影響情況，若雙R分析在可接受的判定標準內(nèi)，則認為人的因素影響比較小，若超出可接受范圍，則可能人測量的誤差偏大造成檢測結(jié)果不合，需要對人重新培訓考核，直至合格為止。

3.2 機的因素

對應(yīng)質(zhì)量七鉆分析法的第二鉆：工具、設(shè)備是否正確。這也是本課題重點研究的方向。選配系統(tǒng)及氣門間隙合格率，所涉及到的設(shè)備、工具有：缸蓋測量站、凸輪軸測量站、挺柱智能料架、卡鉗站（或塞尺）、凸輪軸蓋擰緊工具。合格率不高時，需要對這些設(shè)備、工具、量具進行驗證，驗證其有效性、正確性、準確性。一般從以下幾個方面進行驗證：

（1）首先驗證檢查設(shè)備的部分基本功能工作是否正常，主要關(guān)注設(shè)備機械定位到位

情況、機型識別情況、顯示提示情況等基本功能要正常。

A.缸蓋測量站的舉升托盤定位機構(gòu)、測量頭定位夾緊機構(gòu)等要定位準確、平整、到位。氣檢裝置能檢出定位不到位的異常情況并報警。

B.缸蓋測量站測量系統(tǒng)在自動模式下，將不同機型的缸蓋自動流入缸蓋站，測試設(shè)備自動識別缸蓋類型并自動選擇對應(yīng)的程序來完成測量。

C.凸輪軸測量站測量系統(tǒng)自動識別凸輪軸的類別，當類別與缸蓋不符、凸輪軸放反、防錯時，設(shè)備自動報警。

D.智能挺柱選配料架能正確的提示所選挺柱，當未按提示進行取料時，設(shè)備報警提示。

E.卡鉗裝置能卡到位，無異常。

F.各站點的顯示屏幕數(shù)據(jù)要與實物測量位置一一對應(yīng)。

（2）對缸蓋測量站、凸輪軸測量站、卡鉗站進行重復檢測精度驗證。按設(shè)備的技術(shù)要求，驗證凸輪軸測量裝置重復檢測精度≤3μm、氣缸蓋測量裝置重復檢測精度≤6μm、卡鉗測量裝置重復檢測精度≤6 μm是否在設(shè)計要求范圍內(nèi)。

（3）對缸蓋測量站、凸輪軸測量站、卡鉗站進行測量系統(tǒng)的測量能力驗證。按設(shè)備的技術(shù)要求，要求Cg ≥ 2.0。

（4）對缸蓋測量站、凸輪軸測量站、卡鉗站進行測量系統(tǒng)的重復性和再現(xiàn)性：GRR≤20%。

（5）對標準件的正確性進行驗證。缸蓋測量站、凸輪軸測量站、卡鉗站，在設(shè)備出廠時都會自帶標準件及相應(yīng)的檢驗報告，用于各測量設(shè)備的定期校準。若合格率一直無法改善，建議有必要再次對標準件進行檢測，若標準件檢測出來的實際尺寸未在設(shè)計公差范圍內(nèi)，要么重新更換標準件，要么根據(jù)偏差調(diào)整設(shè)備相關(guān)系數(shù)，以彌補偏差帶來的影響。

（6）對選配系統(tǒng)（設(shè)備）的內(nèi)置程序進行排查，保證符合工藝要求。這項工作專業(yè)性比較強，一般需要供應(yīng)商專業(yè)熟練的工程師支持完成。主要排查以下內(nèi)容：

A.是否按圖紙尺寸鏈的相關(guān)尺寸寫入程序。

B.是否進排氣的測試數(shù)據(jù)與實際工件弄反。

C.是否氣門的測試數(shù)據(jù)與實際氣門順序弄反。

D.缸蓋站、凸輪軸站、挺柱選配料架站的數(shù)據(jù)匹配是否是同一臺的數(shù)據(jù)，有沒有與上、下臺的數(shù)據(jù)混淆，比如數(shù)據(jù)滯后等。

E.K值補償對應(yīng)的氣門順序是否與實際工件一致。

F.設(shè)備測量時的取值時間是否合適，取值過于短促，數(shù)值記錄不準確，根據(jù)經(jīng)驗，一般取值時間在1 s以上。

設(shè)備程序供應(yīng)商一般不會編錯，但是在實際使用中就會遇到不一樣的情況。如果設(shè)備相關(guān)內(nèi)置程序于實際工藝不符，大方向錯了，整個驗證將無法找出規(guī)律，其他驗證都是徒勞，合格率將無法提升。

（7）對凸輪軸蓋擰緊設(shè)備/工具進行驗證。凸輪軸蓋擰緊扭力精度及一致性低，如果間隙小會差0.01～0.02 mm，如果間隙大就會差0.03 mm以上。若影響在不可接受范圍內(nèi)，則需要考慮調(diào)整擰緊設(shè)備/工具或擰緊工藝方法。按以往的生產(chǎn)經(jīng)驗，一般采用多軸擰緊機同時擰緊，且擰緊軸精度比較高，擰緊力矩一致性高，氣門間隙變化比較小。若不是多軸擰緊機擰緊，甚至采用一般的扭力扳手來擰緊，則需對認真地對擰緊工具的精度、扭矩符合性、擰緊順序進行反復驗證，找到最合適、影響最小、能接受的擰緊工藝方法。

（8）對卡鉗測量的數(shù)據(jù)與厚薄規(guī)測量數(shù)據(jù)進行驗證。使用的量檢具（厚薄規(guī)、卡鉗）首次使用要進行校準或第三方檢測，要符合測量公差要求。此驗證的目的是互相檢查對方的符合性，不能差異太大，數(shù)據(jù)應(yīng)在可接受的測量誤差范圍內(nèi)。如果差異大（前提是卡鉗、厚薄規(guī)都做過雙R分析），則需要對卡鉗和厚薄規(guī)再次進行校準或第三方檢測。

3.3 料的因素

對應(yīng)質(zhì)量七鉆分析法的第三、四鉆：正確的零件以及合格的零件。正確的零件是指要裝配對的零件，比如機型狀態(tài)是否是所需要裝配或檢測的零件。合格的零件是指零件質(zhì)量是合格的，零件質(zhì)量一致性要好。不合格的零件，是影響選配合格率最大的因素，也是一下子比較難解決、難提升的因素。若人機因素（前2鉆）的因素驗證沒有問題，則很大可能是零件的質(zhì)量一致性低，導致合格率偏低。此因素一般可以從以下幾個方面進行驗證確認：

（1）檢測缸蓋組裝的一致性：用三坐標或馬波斯缸蓋測量站測量缸蓋臺階尺寸（如上圖1尺寸C），計算CPK，PPK，分析控制圖，判定一致性情況。

（2）檢測凸輪軸的一致性：用三坐標、馬波斯凸輪軸測量站測量凸輪軸臺階尺寸（如上圖1尺寸BR），計算CPK，PPK，分析控制圖，判定一致性情況。

如果缸蓋組裝或凸輪軸的一致性不好，首先排查各零件是否來源不同批次、不同供應(yīng)商，若因不同批次、不同供應(yīng)商的零件導致合格率變化明顯，則有必要檢測該批次的缸蓋、氣門組裝的相關(guān)尺寸（比如垂直度等）以及各零件相關(guān)尺寸的符合性，找到根源后，要求供應(yīng)商進行整改，提高零件質(zhì)量的一致性。

零件一致性好，各氣門間隙數(shù)據(jù)穩(wěn)定，偏差也有規(guī)律，補償系數(shù)也好確定；零件一致性差，無規(guī)律可循，補償系數(shù)難確定，影響氣門間隙合格率的提升；而且很大程度上，因零件一致性因素導致合格率偏低，需要大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)支持，才有條件找出合適的補充值，合格率才有辦法提升。

3.4 法的因素

對應(yīng)質(zhì)量七鉆分析法的第五、六鉆：工藝方法是否正確/是否需要更改、技術(shù)要求是否正確/產(chǎn)品是否需要更改。此因素主要研究2個方面：

（1）裝配工藝方法是否正確：包括前工序的裝配工藝方法，本工序的擰緊工藝方法是否對選配系統(tǒng)、氣門間隙有影響。前工序裝配工藝主要關(guān)注鎖夾壓裝、氣門拍打等，即要確認氣門鎖夾要裝到位、拍打不能損壞氣門等。擰緊工藝方法主要確認凸輪軸蓋螺栓擰緊的順序帶來的影響，要找到最合適的擰緊順序。

（2）技術(shù)要求是否正確，主要關(guān)注確認尺寸鏈計算是否正確，需技術(shù)部門、設(shè)備相關(guān)技術(shù)工程師再次核對各相關(guān)尺寸公差計算是否正確。

3.5 環(huán)的因素

對應(yīng)質(zhì)量七鉆分析法的第七鉆：復雜的問題。比如清潔問題、溫度、濕度等帶來的影響。主要從以下幾個方面分析：

（1）確認馬波斯缸蓋站、凸輪軸站、卡鉗等各測頭是否保持清潔。

（2）確認各標準件表面是否保持清潔。

（3）確認缸蓋托盤定位裝置、夾具壓緊定位裝置、凸輪軸料架等與工件接觸的表面是否清潔。

（4）確認驗證過程中，溫度、濕度環(huán)境不能有比較大的變化。

生產(chǎn)線上可采取以下措施，消除雜質(zhì)對設(shè)備測量的影響：

1）測量站每小時標定，標定前使用干凈的無紡布、酒精對傳感器（測頭）、標準件進行清潔；

2）在前工位擦拭氣門桿頂部油污、雜質(zhì)等，測量站前配置吸塵工位，清除雜質(zhì)；

3）規(guī)范零件擺放方式，定期清潔托盤、夾具、工位器具，避免測量面接觸托盤、工裝夾具，零件安裝前確認表面無雜質(zhì)。

4 總結(jié)

通過以下魚骨圖2，概括了提高氣門挺柱選配合格率的研究方向。

圖2 氣門挺柱選配合格率原因分析魚骨圖

氣門挺柱選配合格率提升課題，基本上從以上幾個方向去研究分析。找到根源后，消除異常情況，就可以通過設(shè)定合理的補償系數(shù)，來彌補系統(tǒng)誤差，氣門間隙合格率就會不斷提升。但是為使補償值能夠適應(yīng)不同零件的裝配情況，必須要求各零件的加工狀態(tài)相對穩(wěn)定，就是前面提到的零件質(zhì)量一致性。

就本作者參與的某產(chǎn)品氣門挺柱選配合格率提升攻關(guān)案例來說，通過以上研究方向，把異常因素找出并消除，同時通過數(shù)據(jù)支持完善K值補償系數(shù)，氣門間隙一次下線合格率從原來的50%提升到95%左右，返修數(shù)量顯著減少，生產(chǎn)效率得到有效的提升。

5 結(jié)束語

發(fā)動機冷態(tài)裝配時，氣門間隙的控制情況對發(fā)動機性能有重要影響。在生產(chǎn)現(xiàn)場，可通過控制零件加工尺寸、維護設(shè)備測量準確性、控制零件清潔度和設(shè)置合理的補償值等方式提高氣門挺柱選配合格率，從而提高氣門間隙一次下線合格率，保證裝配質(zhì)量的同時，也可獲得良好的生產(chǎn)效率。希望能通過本文的闡述，能對該行業(yè)的技術(shù)人員帶來一定的參考，同時希望今后對該課題進行更加深入的研究。