發動機缸體、缸蓋裝配孔位置度過程能力不良常見原因淺析

王睿晟

摘要：本文匯總了發動機缸體、缸蓋裝配孔位置度過程能力不良的幾種典型SPC控制圖表現情況，并針對每種表現類型延伸出對應的可能原因、整改措施以及預防手段，對缸體、缸蓋裝配孔位置度過程能力不良的解決具有借鑒、指導意義。

關鍵詞：缸體;缸蓋;裝配孔位置度;Cp;Cpk;SPC控制圖

0 ?引言

為保證發動機缸體、缸蓋裝配孔加工精度，工廠使用三坐標按規定頻次抽檢裝配孔位置度，測量結果直接上傳QDAS數據平臺，系統自動繪制出SPC控制圖并計算過程能力。每個月車間技術人員會統計裝配孔位置度過程能力，針對過程能力不良的裝配孔位置度進行原因調查并制定相應的解決措施、預防手段，確保裝配孔加工精度，防止出現批量超差問題。

1 ?發動機缸體、缸蓋以及對應裝配孔的功能

發動機是汽車的核心部件，而缸體、缸蓋又是發動機的核心零件（如圖1）。兩者配合組成了發動機燃燒室，為整車提供動力，并且承擔了燃燒室工作過程中的冷卻、潤滑、密封、進氣排氣傳輸等工作。缸體、缸蓋的組合以及兩者與其他零件的組合主要靠裝配孔+螺栓、裝配孔+定位銷的連接方式來實現，并需滿足一定的緊固、密封要求。因此缸體、缸蓋裝配孔加工精度的好壞直接影響整車的動力性能，保證其過程能力良好至關重要。

2 ?裝配孔位置度不良帶來的風險

發動機缸體、缸蓋裝配孔位置度不良直接影響發動機整機裝配效率、質量，后續還會影響到整車的動力性能，使駕駛體驗感大打折扣。短期危害主要表現為：零部件無法正常安裝、運動副內部零部件異常摩損、發動機密封性不良、發動機工作異響等缺陷;長期危害表現為：連接螺栓疲勞斷裂、發動機零部件破損、發動機無法達到額定功率甚至無法啟動等缺陷。

3 ?過程能力不良原因匯總

根據往年工廠統計裝配孔位置度過程能力不良的SPC控制圖，按Cp、Cpk具體測量表現可分為三種異常情況。下面我們一一介紹每種情況的表現形式、問題原因、解決措施：

3.1 Cp良好、Cpk偏低，趨勢圖總體穩定于公差帶偏上限（圖2）

①人為修改機床補償錯誤。可對比調整前、后的機床補償記錄來判斷是否為此問題，并糾正補償即可。日常調整參數時要注意記錄調整前、后的補償值;為了避免調整補償值不當導致批量零件報廢，務必要確認調整的首件裝配孔位置度后方可批量加工。②機床原點偏移。此類情況往往發生于機床經過長時間停機或維修再次啟動后，重新調整機床原點即可。預防措施為機床長時間停機或經過大修后，一定要確認加工首件的裝配孔位置度測量結果再正常生產。③機床定位不當。此原因一般出現在機床維修或換型后，工件的定位位置有所變化。常用的修復方法有：調整機床參數、打磨定位塊、定位塊增加墊片等等。在日常當遇到機床定位發生調整后，要及時確認加工首件，避免批量超差問題發生。

3.2 Cp偏低，Cpk偏低，趨勢圖總體沒有明顯跳動，但從某個時間點后隨時間的推移逐漸上升（圖3）

①機床定位裝置異常，例如：夾爪、定位銷磨損或定位塊松動。此類情況與之前說的機床定位不當的區別在于：前者的定位硬件已發生損壞且影響到定位功能，后者只是位置不當但定位功能是良好的。趨勢圖走向受機床定位裝置的磨損、松動程度的影響較大，位置度上升的越快說明磨損、松動的越厲害。此時調整機床補償只能暫時防止位置度超差，但隨著定位裝置磨損、松動程度加重整個趨勢圖會仍然會上升，如果持續加工下去可能導致機床夾爪、定位銷等定位硬件斷裂。所以發現問題后最好的解決辦法是停機立即更換磨損硬件，在日常機床保養時，如果發現夾爪、定位銷等部件有裂紋、磨損就立即更換，對經常磨損的定位零件，可以要求機床廠家對定位零件提高硬度、耐磨性。②機床反饋信號不良，最常見的是光柵尺、反饋線異常。此類缺陷一般無法通過調整機床補償參數、定位塊來解決，只能停機更換對應的問題部件。根本原因可能是舊的光柵尺可能受到某些雜質污染或者反饋線有所破損導致信號傳輸有誤等等。按照規定的頻次對這些重要部件做好檢查是預防此類問題的手段。③機床伺服傳動裝置異常，例如編碼器異常、絲杠磨損等。通過優化機床參數或調整定位塊也只能暫時性補救，一旦定義為此方面的問題就立即更換問題部件，并在日常做好機床相關的保養。

3.3 Cp偏低、Cpk偏低，趨勢圖跳動大（圖4）

①機床主軸或者加工刀具徑向跳動過大。目前辨別是機床還是刀具跳動過大最快捷、實用的方法就是換刀驗證法：將問題工件對應刀具用另一把確認跳動良好的刀具在同一臺機床代替加工工件。如果問題依然存在則證明是機床問題，一般通過增加配重塊或者更換主軸的手段解決;如果問題消失則證明是刀具問題，可能因素有：刀具某截面跳動不好、導向條存在異常磨損、刀柄夾持面黏附雜質等，需更深一步展開調查。平時定期做好機床主軸的跳動檢查以及刀具的回刀確認可預防此問題發生。②測量數據來自兩臺或兩臺以上的機床，每臺機床加工的位置度差異太大。出現此現象并非某種異常導致，而是不同機床加工裝配孔在XY兩個方向上相對于測量基準間距相差較大引起的。如果把每臺機床的測量數據獨立出來分析會發現是穩定的，此時將幾臺機床加工裝配孔XY兩個方向的間距調整一致后問題即可解決。③測量基準自身位置度（或間距）波動太大。出現這種情況有一個前提條件：測量基準與機床定位基準是完全不同的兩個基準。此時如果測量裝配孔相對于機床定位基準的位置度是穩定的，由于測量基準自身在機床絕對坐標下的位置度（或間距）不好導致裝配孔的位置度不好。這時需要從測量基準上找原因分析，如果測量基準是機床加工出的，可以參考上一條因素分析;如果測量基準是毛坯面，則從鑄造工藝方面著手解決。

4 ?總結

以上是發動機缸體、缸蓋裝配孔位置度過程能力不良的幾種常見表現形式和對應問題原因，但并不包含所有的異常情況。總體來說，解決裝配孔位置度可以圍繞機床參數、定位裝置、進給反饋系統以及毛坯鑄造尺寸幾個維度分析，查找異常因素解決。

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