壳体孔直径测头的测点布置分析

关注:1444     发表时间:2016-03-11 16:10:38
孔直径测量合格的零件在装配时出现问题,从而引发了对孔直径测量的探讨.

孔直径测量合格的零件在装配时出现问题,从而引发了对孔直径测量的探讨。本文针对孔直径测量展开讨论,找到了产生问题的原因并解决了问题,探究了2点测量和3点测量的优缺点。

现在孔直径测量已经普及了气动检测技术和电感检测技术,实施专用检具检测。测头上测点的布置沿用了通用量具的方法,最常见的方法有两种:2个测点和3个测点。本文针对孔直径测量展开讨论,探究了2点测量和3点测量的优缺点。通过对这些差异进行探讨,我们找到了产生问题的原因并解决了问题。

问题介绍

2011年6月,在我公司襄阳工厂的变速器装配线上,我们发现有部分差速器轴承外环装入变速器离合器壳体时存在卡滞现象,用手不能转动。产品要求如图所示,产品定义该轴承与孔为小间隙配合,故工艺要求轴承外环装入后能够用手转动。出现以上问题的零件是L1生产线加工的,接触面上有一个通油槽。对故障件进行两个截面的直径检测,测量结果如表1所示。

图中的表面粗糙度为法国标准NF G06-016-78的标注方法。其中R10相当于国标GB1031-83的Ra3.2 mm,AC表示有负载固定配合。该表面粗糙度是以法国标准的标注要求进行评价的。另外,法国标准中的Rx即国标的Rmax,指粗糙轮廓的微观不平度的最大高度。Rx与R的关系为Rx=3R;Wt表示表面波纹度的轮廓的总高度;W表示表面波纹度的平均高度。

背景问题的分析

既然孔的直径是合格的,那么产生问题的可能性就只能来自以下几个方面:轴承外环的直径、孔的表面质量以及孔的形状误差。对于以上问题我们分别进行了验证。

1.轴承外环的直径

轴承外环是标准件,经测量,直径在公差范围内,中值靠上,符合要求。

2.孔的表面质量

孔的表面质量较差,有明显刀纹,与L3生产线加工的零件外观差异比较明显。随机抽取故障件同批次的2个零件和1件L3线的零件与L1的故障件,分别测量表面粗糙度和波纹度并进行对比(见表2)。从数据看,L1线零件的表面粗糙度明显大于L3线的零件,但在合格范围内。

根据表1的数据我们可以看出,虽然故障件表面粗糙度的各个项目几乎都比L3线的零件大,但是,3、4件的表面粗糙度比故障件还要大,却在装配后没有出现卡滞现象。因此表面粗糙度不是要因。但是表面的明显刀纹属于异常现象,对Rx影响较大,要对此进行改善,更换了新刀后,表面粗糙度和刀纹有了一定改善。

3.孔的形状误差

因为图没有标注圆度,圆度的未注公差值为其相应的直径公差值,经过测量故障件与更换刀具后生产的零件圆度测量结果如表3所示,发现故障件有超差现象。随后我们随机从L1线抽取了8个零件分别测量了3个截面的圆度,测量结果(见表4)均合格,又跟踪装配情况,装配后都没有卡滞现象。因此初步判定该问题与圆度有关系。

测点布置的探讨及背景问题处理

1.两种测量方法的结果对比

根据圆度未注公差的定义:“圆度的未注公差值为其相应的直径公差值”,因此,我们认为以线边的孔直径气动测头在被测截面上旋转180°,读取测得直径的最大值和最小值,相减即可得出圆度误差。于是,我们以车间换刀后再次出现刀纹的两个零件进行验证,分别进行了检查,结果如表5所示。检查内容包括表面粗糙度、波纹度、圆度和直径的极差(分别以L1线和L3线的线边检具测量),并跟踪到装配,装配轴承外环后,外环无法转动。

从表5的结果看,表面粗糙度中的Rx较差;特别是以L3线检具测得的孔直径超差;圆度合格。以L1线的检具测得的孔直径极差与圆度差异较大,分别相差9.4 mm和11.95 mm;以L3线的检具测得的孔直径极差与圆度相比较,差异很小。我们基本上可以认定:L1线检具不能测出圆度,L3线检具可以测出圆度。

两条线的测头都是气动测头,L1线的测头上有3个喷气孔,即3个测点;L3线的测头上有2个喷气孔。在通用检具中也有类似的差别:内径百分表是2个测点,而内径螺旋测微器是3个测点。从表5的直径测量结果来看,两种测头的测点布置结果不同,对测量结果影响比较明显。L3线的两点测量结果说明,该孔的作用尺寸已经超差,而L1线的结果却是合格的,理论上两种测量方法都正确,那么哪个更可信呢?

2.差异的原因及影响分析 

1号零件的圆度测量报告显示的孔形状是我们分析的对象孔的普遍现象。这样的孔形状,若以3测点的测头测量直径,3个测点以120°的相邻夹角布置,测出来的直径是3个测点拟合成的一个圆的直径,更接近直径的平均值。这3个测点不会同时处在最大或最小的半径位置上,因此在任意角度都不能测得孔的最大直径和最小直径。若以2个测点的测头测量直径,2个测点对称排布,能够近似地同时处在最大或最小的半径位置上,可以近似的测得孔直径的最大和最小值。

孔的直径与轴或轴承的配合,往往起作用的是最小值或最大值。我们这里所分析的差速器轴孔与轴承外环的配合,孔的作用尺寸就是孔直径的最小值。如果孔直径的加工尺寸需要调整时,那么用来参考的就是直径的平均值。

3.背景问题的处理

圆度误差较大和刀纹的产生主要是刀轴的轴承磨损造成的,据此,由维修人员对刀轴轴承进行更换,并将孔直径的加工参数调整到孔直径公差的中间值。圆度误差降到了15 mm以下后,刀纹基本消除,变速器装配线至今没有出现轴承外环卡滞的现象。

结语

对于类似的壳体类零件,3点法测量测出的孔直径在一定程度上避免了孔的圆度影响,测得的值更能代表实际的加工尺寸,但对孔的形状误差不敏感。在测量没有单独规定圆度误差的孔直径时,难以得到孔的实际作用尺寸。如果采用三个测点的测头,应该根据综合因素考虑增加圆度测量。

而2点法测量则把孔的圆度误差带到了评价结果中,能通过测量孔直径极值得到孔直径的实际作用尺寸,计算极差得到近似的圆度误差,但是受圆度影响大,单次不能准确评价孔的加工尺寸


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