發(fā)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(fā)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(xiàn)情況，并針對每種表現(xiàn)類型延伸出對應(yīng)的可能原因、整改措施以及預(yù)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(dǎo)意義。

關(guān)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(fā)動機缸體、缸蓋裝配孔加工精度，工廠使用三坐標按規(guī)定頻次抽檢裝配孔位置度，測量結(jié)果直接上傳QDAS數(shù)據(jù)平臺，系統(tǒng)自動繪制出SPC控制圖并計算過程能力。每個月車間技術(shù)人員會統(tǒng)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(diào)查并制定相應(yīng)的解決措施、預(yù)防手段，確保裝配孔加工精度，防止出現(xiàn)批量超差問題。

1 ?發(fā)動機缸體、缸蓋以及對應(yīng)裝配孔的功能

發(fā)動機是汽車的核心部件，而缸體、缸蓋又是發(fā)動機的核心零件（如圖1）。兩者配合組成了發(fā)動機燃燒室，為整車提供動力，并且承擔(dān)了燃燒室工作過程中的冷卻、潤滑、密封、進氣排氣傳輸?shù)裙ぷ鳌８左w、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(xiàn)，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(guān)重要。

2 ?裝配孔位置度不良帶來的風(fēng)險

發(fā)動機缸體、缸蓋裝配孔位置度不良直接影響發(fā)動機整機裝配效率、質(zhì)量，后續(xù)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(xiàn)為：零部件無法正常安裝、運動副內(nèi)部零部件異常摩損、發(fā)動機密封性不良、發(fā)動機工作異響等缺陷;長期危害表現(xiàn)為：連接螺栓疲勞斷裂、發(fā)動機零部件破損、發(fā)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(jù)往年工廠統(tǒng)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(xiàn)可分為三種異常情況。下面我們一一介紹每種情況的表現(xiàn)形式、問題原因、解決措施：

3.1 Cp良好、Cpk偏低，趨勢圖總體穩(wěn)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(diào)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(diào)整參數(shù)時要注意記錄調(diào)整前、后的補償值;為了避免調(diào)整補償值不當(dāng)導(dǎo)致批量零件報廢，務(wù)必要確認調(diào)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(fā)生于機床經(jīng)過長時間停機或維修再次啟動后，重新調(diào)整機床原點即可。預(yù)防措施為機床長時間停機或經(jīng)過大修后，一定要確認加工首件的裝配孔位置度測量結(jié)果再正常生產(chǎn)。③機床定位不當(dāng)。此原因一般出現(xiàn)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(fù)方法有：調(diào)整機床參數(shù)、打磨定位塊、定位塊增加墊片等等。在日常當(dāng)遇到機床定位發(fā)生調(diào)整后，要及時確認加工首件，避免批量超差問題發(fā)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(dāng)?shù)膮^(qū)別在于：前者的定位硬件已發(fā)生損壞且影響到定位功能，后者只是位置不當(dāng)?shù)ㄎ还δ苁橇己玫?。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(diào)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(xù)加工下去可能導(dǎo)致機床夾爪、定位銷等定位硬件斷裂。所以發(fā)現(xiàn)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(yǎng)時，如果發(fā)現(xiàn)夾爪、定位銷等部件有裂紋、磨損就立即更換，對經(jīng)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(diào)整機床補償參數(shù)、定位塊來解決，只能停機更換對應(yīng)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(zhì)污染或者反饋線有所破損導(dǎo)致信號傳輸有誤等等。按照規(guī)定的頻次對這些重要部件做好檢查是預(yù)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(yōu)化機床參數(shù)或調(diào)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(guān)的保養(yǎng)。

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(yīng)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(dǎo)向條存在異常磨損、刀柄夾持面黏附雜質(zhì)等，需更深一步展開調(diào)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(yù)防此問題發(fā)生。②測量數(shù)據(jù)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(xiàn)此現(xiàn)象并非某種異常導(dǎo)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(shù)據(jù)獨立出來分析會發(fā)現(xiàn)是穩(wěn)定的，此時將幾臺機床加工裝配孔XY兩個方向的間距調(diào)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(xiàn)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(wěn)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(dǎo)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(jié)

以上是發(fā)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(xiàn)形式和對應(yīng)問題原因，但并不包含所有的異常情況?？傮w來說，解決裝配孔位置度可以圍繞機床參數(shù)、定位裝置、進給反饋系統(tǒng)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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