溫度差下控制活塞外圓精加工尺寸大小的方法

濱州學(xué)院 張寶國(guó)

1 概述

隨著環(huán)保意識(shí)的提高，對(duì)內(nèi)燃機(jī)排放有了更高的要求，活塞作為內(nèi)燃機(jī)的關(guān)鍵零件，其外圓形線越來(lái)越復(fù)雜，外圓直徑加工精度要求也越來(lái)越高。鋁合金活塞的外圓直徑的檢測(cè)應(yīng)在恒溫20℃條件下進(jìn)行，由于一年四季氣候的變化，晝夜溫差較大等原因，在沒(méi)有恒溫車間的條件下，給活塞精車外圓工序的外圓直徑尺寸控制造成一定困難。例如某些機(jī)型活塞（如圖1所示）體積小、壁薄，尺寸公差要求嚴(yán)格，DN點(diǎn)直徑?D-0.025-0.055，以公差0.01mm為一組，分為三組，而主機(jī)廠供貨要求外圓Ⅰ組即?D-0.025-0.035的占70%以上。操作人員發(fā)現(xiàn)在車間溫度(約25℃)時(shí)加工出的該機(jī)型活塞，在恒溫(20℃)下測(cè)量時(shí)變化約0.006mm，而且隨著車間氣溫的逐漸升高，這一矛盾會(huì)十分突出。如何消除溫差對(duì)外圓尺寸的影響，使最終檢測(cè)尺寸接近于實(shí)際值，是急需解決的問(wèn)題。

在實(shí)際生產(chǎn)中，許多中小企業(yè)由于自身?xiàng)l件的限制，在無(wú)法更換高精尖設(shè)備的情況下，摸索出一些比較實(shí)用的方法來(lái)消除溫差對(duì)活塞直徑測(cè)量的影響。

2 同材質(zhì)對(duì)規(guī)測(cè)量法

在大批量、連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中，為提高測(cè)量效率，活塞外圓直徑的測(cè)量不是用千分尺直接測(cè)量，而是用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)量?jī)x與之比對(duì)測(cè)量，此種方法就是以對(duì)規(guī)（如圖2所示）為基準(zhǔn)，測(cè)量活塞與對(duì)規(guī)直徑的差值。為使室溫偏離標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí)，對(duì)規(guī)與被測(cè)工件尺寸變化量基本一致，最好對(duì)規(guī)與被測(cè)工件材料相同、結(jié)構(gòu)近似。測(cè)量時(shí)應(yīng)將對(duì)規(guī)、被測(cè)活塞樣件和測(cè)量?jī)x器置于同一環(huán)境溫度下恒定一段時(shí)間后進(jìn)行。圖示薄壁活塞結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對(duì)規(guī)不可能與其結(jié)構(gòu)相同或相似，只能要求對(duì)規(guī)的壁厚要與活塞裙部平均壁厚基本相同，這樣可以消除活塞與對(duì)規(guī)在溫度差下的膨脹差值。對(duì)規(guī)的材料要與活塞的材料相同，采用一樣材料，避免了不同材料的線膨脹差不同的問(wèn)題，活塞的材料一般是ZL109，材料特性是硬度低、不耐磨，為提高對(duì)規(guī)的耐磨性和使用時(shí)間，在對(duì)規(guī)外圓上鍍上一層鉻或作其他硬化處理，缺點(diǎn)是制作工藝復(fù)雜、成本高。

圖1 活塞

圖2 對(duì)規(guī)

3 公式修正法

鋼制對(duì)規(guī)熱處理后硬度高、耐磨性好、使用壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是鋼制材料對(duì)規(guī)與活塞鋁合金的線膨脹系數(shù)差別較大，在室溫偏離標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí)，活塞與對(duì)規(guī)的尺寸變化量相差很大，如果不進(jìn)行校正，可能使生產(chǎn)線操作工、檢驗(yàn)員的判斷出現(xiàn)較大偏差，造成誤判、錯(cuò)判，甚至引起顧客抱怨。采用鋼制對(duì)規(guī)比對(duì)測(cè)量時(shí)的誤差校正，需要技術(shù)人員采集不同溫度下的數(shù)據(jù)，利用Minitab軟件處理數(shù)據(jù)，找出活塞、對(duì)規(guī)直徑差值的變化規(guī)律，比較費(fèi)時(shí)。Minitab軟件是一款專用的統(tǒng)計(jì)技術(shù)數(shù)據(jù)處理軟件，它的核心功能就是數(shù)據(jù)分析和圖形分析以及趨勢(shì)預(yù)測(cè)。下面我們利用此款統(tǒng)計(jì)分析軟件，找出活塞與對(duì)規(guī)的直徑差值隨溫度變化的規(guī)律。表1是某型號(hào)活塞與其對(duì)規(guī)在不同溫度下直徑的差值。

表1 某型號(hào)活塞測(cè)量數(shù)據(jù) (單位：mm)

把表1中的與20℃的溫度差(X)、直徑差值(Y)兩列數(shù)據(jù)輸入Minitab16軟件工作表中，點(diǎn)擊Minitab16中菜單：統(tǒng)計(jì)→回歸→擬合曲線圖，得出以下統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和擬合曲線圖（如圖3所示）。

從圖3所示可以看出：直徑差值隨溫度的變化基本接近線形變化，其變化規(guī)律即回歸方程：差值=0.000315+0.000945*溫度差，根據(jù)回歸方程與外圓對(duì)規(guī)的膨脹系數(shù)，我們就可以修正非標(biāo)準(zhǔn)溫度下活塞直徑的測(cè)量誤差。

在非標(biāo)準(zhǔn)溫度下（標(biāo)準(zhǔn)溫度指20℃），因熱脹冷縮會(huì)導(dǎo)致不同材質(zhì)之間比對(duì)測(cè)量產(chǎn)生測(cè)量誤差，為了減小測(cè)量誤差，需針對(duì)每個(gè)活塞品種，經(jīng)試驗(yàn)得到相應(yīng)的修正系數(shù)，建立數(shù)據(jù)庫(kù)備查，通過(guò)手工修正或相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)修正。由于以上試驗(yàn)需要采集的數(shù)據(jù)較多，恒溫時(shí)間也比較長(zhǎng)，一般只對(duì)批量大，長(zhǎng)時(shí)間在線加工的品種進(jìn)行。小批量的品種，根據(jù)我們已做過(guò)的其它品種的試驗(yàn)，其修正值近似的按以下通用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行修正（注意正負(fù)號(hào)，高于20℃為負(fù)值，低于20℃為正值）：

圖3 擬合線圖

修正值=7.98×10-6×被測(cè)直徑×(20℃－實(shí)際溫度) (單位mm)

4 結(jié)論

活塞在非標(biāo)準(zhǔn)溫度下控制測(cè)量誤差的方法，一是采用同材質(zhì)的測(cè)量對(duì)規(guī)，此種方法簡(jiǎn)單、成本低，缺點(diǎn)是對(duì)規(guī)制造成本高；二是采用鋼制對(duì)規(guī)，通過(guò)Minitab軟件找出鋼制對(duì)規(guī)在不同溫度差下與活塞直徑差的變化規(guī)律，通過(guò)公式來(lái)修正，采用此種方法需要采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)較多，大批量加工時(shí)適合使用。企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程，要根據(jù)加工條件、批量大小，采用簡(jiǎn)單、可靠的控制方法。

引文

①?gòu)埰G花等.Minitab軟件在計(jì)量數(shù)據(jù)管理中的應(yīng)用[J].計(jì)量技術(shù),2010(8):66-68.

②劉立明.活塞銷孔和外圓直徑檢測(cè)在非恒溫條件下的校正[J].內(nèi)燃機(jī)配件,2005,12(2):47-48.

③孟淑琴.高溫差下活塞外圓精加工尺寸控制[J].內(nèi)燃機(jī)配件,2005,13(4):15-16.

④朱愛(ài)民,張建志.測(cè)量不確定度的實(shí)際應(yīng)用[J].計(jì)量技術(shù),2005(5):49-52.

⑤王蔚晨等.高精度活塞直徑測(cè)量的新進(jìn)展[J].計(jì)量學(xué)報(bào),2006(9):77-79.