摘 要：文章介紹的使用彈簧薄鋼板或者鋸條加工成的特定工具便能比較容易測(cè)得螺紋深度數(shù)值以及螺紋底孔的深度數(shù)值。通常螺紋聯(lián)接形式在發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)零部件中有大量使用，主要是因?yàn)橄嚓P(guān)零件在發(fā)動(dòng)機(jī)裝置工作過程中，可能受到氧化、腐蝕、磨損，甚至可能出現(xiàn)斷裂等現(xiàn)象，導(dǎo)致零件最終出現(xiàn)失效的情況，因此需要及時(shí)更換受損的零件。和其他聯(lián)接相比，螺紋聯(lián)接方式拆裝相對(duì)便捷。一般來講，發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體、缸蓋螺紋是內(nèi)螺紋的形式。

　　關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī);螺紋孔;測(cè)量方法

　　螺紋聯(lián)接的形式在發(fā)動(dòng)機(jī)裝置的零件結(jié)構(gòu)中獲得了比較普遍的應(yīng)用，主要是由于相關(guān)的零部件在發(fā)動(dòng)機(jī)裝置工作過程中，容易受到各類作用的侵蝕，甚至?xí)�發(fā)生斷裂等情況，這時(shí)零部件將會(huì)失效，因此在出現(xiàn)故障的情況下，需要及時(shí)對(duì)損壞的零件進(jìn)行更換。眾所周知，螺紋聯(lián)接的方式，其拆裝過程更加便捷。所以在發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用相對(duì)比較廣泛。

　　1 螺紋孔結(jié)構(gòu)

　　螺紋孔結(jié)構(gòu)指的是采用絲錐進(jìn)行內(nèi)螺紋攻絲前預(yù)制的孔，通常是指被加工零件上內(nèi)置的圓孔，最底部或者是最上面的零件表面處的圓形孔洞，即為螺紋孔結(jié)構(gòu)。在實(shí)際生產(chǎn)加工過程中的螺紋孔不一定是采用鉆孔的方式鉆出來的，也可能是應(yīng)用別的加工方法制造出來的，比如沖壓或者鑄等。在后續(xù)的工藝過程中，如果底孔部位的直徑和內(nèi)螺紋部位的直徑數(shù)值保持一致的話，當(dāng)相關(guān)零件的金屬材料進(jìn)行擴(kuò)張時(shí)就很可能卡住絲錐裝置，這種情況下絲錐就非常容易發(fā)生折斷的情況;如果底孔部位的直徑比內(nèi)螺紋部位的直徑數(shù)值大得過多的話，就會(huì)發(fā)生攻出來的螺紋，其牙型高度數(shù)值不滿足實(shí)際需求進(jìn)而成為廢品的情況。

　　螺紋部分的配合關(guān)系依據(jù)各個(gè)相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，需要具備對(duì)應(yīng)的配合用的公差，有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)設(shè)計(jì)人員可以查閱鉗工手冊(cè)。如果底孔部位屬于沉孔，則還要額外考慮攻絲過程中排屑方面的影響和制約。絲錐裝置在攻螺紋的時(shí)候，其切削刃的操作過程通常是對(duì)金屬進(jìn)行切削，不過同時(shí)還會(huì)有對(duì)金屬進(jìn)行擠壓的效果，所以在此過程中會(huì)形成金屬部位的凸起并且向牙尖部位流動(dòng)的情況，因此車間操作人員在攻螺紋之前，零件鉆削后的孔徑(也就是底孔的直徑)需要大于螺紋孔的內(nèi)徑數(shù)值[1]。

　　2 發(fā)動(dòng)機(jī)裝置發(fā)動(dòng)機(jī)

　　(英文全稱是 engine)指的是一種可以將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的機(jī)器設(shè)備，通常包含內(nèi)燃機(jī)(也就是指往復(fù)式活塞類型的發(fā)動(dòng)機(jī))、外燃機(jī)(也就是常說的斯特林類型的發(fā)動(dòng)機(jī)或者蒸汽機(jī))、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)等。其中的內(nèi)燃機(jī)裝置一般是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。發(fā)動(dòng)機(jī)裝置既指的是動(dòng)力的產(chǎn)生設(shè)備，又指的是包含動(dòng)力設(shè)備和裝置的機(jī)器的整體(比如：汽油或者柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、航空用的發(fā)動(dòng)機(jī)等)。發(fā)動(dòng)機(jī)裝置最初是英國(guó)科學(xué)家發(fā)明的，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)的有關(guān)概念也是英語中的詞匯，它本來的意義指的是一種“生成動(dòng)力源的機(jī)械設(shè)備或裝置”。

　　2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體發(fā)動(dòng)機(jī)

　　裝置的缸體部分屬于發(fā)動(dòng)機(jī)最為基礎(chǔ)性的零件及框架結(jié)構(gòu)，并且也是發(fā)動(dòng)機(jī)裝置進(jìn)行總體裝配過程中的基礎(chǔ)性零部件。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的主要作用是用于支撐與保證活塞部件、連桿部件、曲軸部件等內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的部件，使其能夠在運(yùn)行的時(shí)候維持非常精確的相對(duì)位置。確保發(fā)動(dòng)機(jī)裝置能夠順暢地進(jìn)行換氣、冷卻以及潤(rùn)滑等操作，為各類相關(guān)的輔助系統(tǒng)、零部件及發(fā)動(dòng)機(jī)整體的安裝提供相應(yīng)的支撐。通常來講，汽車工業(yè)領(lǐng)域中的發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，其缸體與上曲軸箱會(huì)在鑄造的過程中實(shí)施一體化操作，可以稱為缸體-曲軸箱裝置。缸體上部的一系列圓柱形的空腔部位被稱為氣缸，下半部分是支撐曲軸所用的曲軸箱部分，其中腔內(nèi)是曲軸裝置進(jìn)行活動(dòng)的空間。一般在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體內(nèi)會(huì)鑄有若干的加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)、冷卻用的水套結(jié)構(gòu)以及潤(rùn)滑油的油道結(jié)構(gòu)等功能性結(jié)構(gòu)[2]。

　　2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋部位

　　通常發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋部件安裝在缸體部件的上方，其可以在上部對(duì)氣缸結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)密封的效果并且形成燃燒室結(jié)構(gòu)。該部位由于需要長(zhǎng)時(shí)間和高溫、高壓的燃?xì)獍l(fā)生接觸，為此需要承受非常大的熱量載荷與機(jī)械載荷。水冷類型的發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，其氣缸蓋部位的內(nèi)部事先鑄有冷卻用的水套結(jié)構(gòu)，缸蓋部件的下端面處的冷卻水孔和發(fā)動(dòng)機(jī)缸體裝置內(nèi)的冷卻水孔相互連通。借助循環(huán)水的流動(dòng)作用來實(shí)現(xiàn)冷卻燃燒室等高溫部件的目的。與此同時(shí)，缸蓋部件上還設(shè)置了進(jìn)氣、排氣門座部件，氣門處設(shè)置了導(dǎo)管孔，該部位是用于安裝進(jìn)氣、排氣門部件的，另外還設(shè)置了進(jìn)氣通道以及排氣通道等結(jié)構(gòu)。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋部件上配置了安裝火花塞裝置的工藝孔，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋部件上方設(shè)置了用于安裝噴油器裝置的工藝孔。

　　3 發(fā)動(dòng)機(jī)裝置中缸體的關(guān)鍵性螺紋的研究

　　3.1 缸體裝置的缸蓋螺紋

　　通常采用內(nèi)螺紋的加工方式發(fā)動(dòng)機(jī)缸體裝置中的缸蓋部件上使用的螺紋通常是采用內(nèi)螺紋的形式來進(jìn)行加工的。內(nèi)螺紋形式需要的相關(guān)測(cè)量指標(biāo)有如下若干種：鉆孔部位的深度數(shù)值、螺紋的深度以及螺紋配合的精度數(shù)值。螺紋配合的精度數(shù)值可以采用同樣精度數(shù)值的螺紋塞規(guī)或者止規(guī)來進(jìn)行測(cè)量，這樣就能控制住內(nèi)螺紋部位的中徑方面的偏差數(shù)值，最終實(shí)現(xiàn)圖紙規(guī)定的要求。螺紋的長(zhǎng)度方面的尺寸數(shù)值以及底孔部位的鉆孔深度的數(shù)值，屬于是自由類型的公差范疇，不過其也不可以對(duì)基準(zhǔn)尺寸發(fā)生過大的偏離程度，不然就會(huì)對(duì)螺拴部件的順利裝配產(chǎn)生不利影響。一般在工藝方面規(guī)定的合理的控制值為±0.575 mm。一般螺紋孔的深度方面的尺寸數(shù)值，需要采用深度尺或者游標(biāo)卡尺等工具來進(jìn)行測(cè)量，不過在實(shí)際操作過程中，此類測(cè)量工作是不能實(shí)現(xiàn)的。

　　3.2 缸體裝置的螺紋孔指標(biāo)的測(cè)量

　　在測(cè)量例如缸體裝置側(cè)面用于安裝發(fā)電機(jī)的支架的螺紋孔的相關(guān)參數(shù)指標(biāo)的時(shí)候，深度尺工具的測(cè)量桿部位大于螺紋的孔直徑的時(shí)候，此時(shí)無法進(jìn)行測(cè)量操作。需要改用多用途的游標(biāo)卡尺工具來進(jìn)行操作，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)裝置的安裝平面和缸體裝置的測(cè)量基準(zhǔn)面在此時(shí)會(huì)形成一定數(shù)值的角度，游標(biāo)卡尺工具的實(shí)際測(cè)量基準(zhǔn)面和螺紋孔的深度基準(zhǔn)面之間可以用于接觸的面積過小，操作時(shí)不夠穩(wěn)定。并且此時(shí)的游標(biāo)卡尺的測(cè)量端和待測(cè)的螺紋孔尾部區(qū)域不能形成有效的接觸，也很難進(jìn)行測(cè)量操作;與此同時(shí)，通過測(cè)量操作得到的底孔部位的鉆孔深度數(shù)值具有比較大的誤差量。

　　3.3 有關(guān)螺紋長(zhǎng)度尺寸的加工過程研究

　　為確保螺紋部位具有合理、有效的旋合長(zhǎng)度數(shù)值，需要對(duì)螺紋的加工長(zhǎng)度進(jìn)行有效的控制，與螺紋部位的長(zhǎng)度數(shù)值相關(guān)聯(lián)的指標(biāo)是螺紋底孔部位的鉆孔深度數(shù)值，螺紋的底孔部位的鉆孔深度尺寸數(shù)值也需要進(jìn)行有效的控制。經(jīng)過數(shù)控加工中心高精度操控系統(tǒng)的操作，能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行 2 項(xiàng)尺寸的精確設(shè)置。不過因?yàn)榈毒叩哪�損、機(jī)床設(shè)備的累積誤差及毛坯工件的硬度可能發(fā)生的各類不確定因素的改變，很可能造成發(fā)動(dòng)機(jī)缸體裝置上的鉆孔深度數(shù)值以及加工螺紋部位的長(zhǎng)度數(shù)值出現(xiàn)不必要的改變，假如無法對(duì)其實(shí)施有效的控制，很可能導(dǎo)致相關(guān)工件出現(xiàn)批量報(bào)廢的嚴(yán)重事故，因此，車間現(xiàn)場(chǎng)的檢驗(yàn)人員以及加工操作人員必須要對(duì)加工的工件實(shí)施定時(shí)的測(cè)量，盡量控制好相關(guān)加工參數(shù)指標(biāo)[3]。

　　4 加工現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量操作加工

　　車間的檢驗(yàn)站內(nèi)的檢驗(yàn)人員經(jīng)過持續(xù)的生產(chǎn)實(shí)踐，開發(fā)出了一系列簡(jiǎn)單易用的測(cè)量工具，并且在實(shí)際操作過程中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，這樣就能比較容易地應(yīng)對(duì)鉆孔深度尺寸數(shù)值與加工螺紋深度數(shù)值在實(shí)際測(cè)量過程中的困難。通常來講，用于螺紋深度數(shù)值與鉆孔深度數(shù)值測(cè)量的工具，其結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，方便進(jìn)行加工制造。尺寸 A 即為螺紋孔的深度尺寸，尺寸 B 即為螺紋底孔的深度。

　　用于測(cè)量螺紋深度以及鉆孔深度數(shù)值所使用的工具。同樣標(biāo)注出了和相互對(duì)應(yīng)的尺寸 A 以及尺寸B，相應(yīng)的檢驗(yàn)工具兩端的斜面為 118°，這個(gè)角度和鉆孔部位的底部的斜面保持相同 (也就是鉆頭工具頂部角度的數(shù)值)，該測(cè)量工具使用 1 mm 厚的彈簧薄鋼板材料進(jìn)行制造，主要使用線切割機(jī)裝置進(jìn)行切割操作，也可以采用報(bào)廢的鋸條在砂輪機(jī)裝置上進(jìn)行手工操作，通過仔細(xì)地打磨得到。需要注意的一點(diǎn)是，此類測(cè)量工具的寬度需要小于螺紋底孔部位的直徑數(shù)值，不然該工具就不能和被測(cè)量的部位相互接觸。因?yàn)殇彈l的材質(zhì)具有一定程度的強(qiáng)度與彈性，因此該類型的測(cè)量工具在車間現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用會(huì)相對(duì)方便一些。

　　4.1 對(duì)于螺紋部位長(zhǎng)度的測(cè)量

　　把相應(yīng)的測(cè)量工具順著螺紋的底孔孔壁向上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，直到相關(guān)的測(cè)量刀口與螺牙部位出現(xiàn)接觸為止，測(cè)量人員通過垂直方向目視相應(yīng)的工具下刻線部位和刀口的距離是否在A±0.515 mm 區(qū)間之內(nèi)，假如發(fā)生超差現(xiàn)象，需要調(diào)整絲錐工具工作的行程參數(shù)。

　　4.2 螺紋底孔部位的鉆孔深度數(shù)值的測(cè)量

　　把檢驗(yàn)用的工具輕放到鉆孔部位的底部，工具端口成 118°的情況下(也就是鉆頭工具頂部角度的數(shù)值)，此時(shí)兩斜面和孔底部的斜面部位處于完全接觸的狀態(tài)，需要注意上刻線和測(cè)量刀口距離數(shù)值是否在 B±0.585 mm 區(qū)間之內(nèi)，假如發(fā)生超差現(xiàn)象，需要調(diào)整鉆頭工作的行程參數(shù)。發(fā)生接觸時(shí)，觀測(cè)者垂直觀察測(cè)量工具上刻線相對(duì)螺紋孔對(duì)于基面發(fā)生的偏移量。需要重點(diǎn)說明的一點(diǎn)是：每種螺紋孔部位僅僅可以對(duì)應(yīng)單一規(guī)格的測(cè)量螺紋部位深度以及鉆孔深度的特定操作工具，這是因?yàn)槊糠N螺紋孔具有的參數(shù)各不相同，因此相關(guān)的測(cè)量工具只能是專用的。

　　5 測(cè)量方案的進(jìn)一步優(yōu)化

　　對(duì)于螺紋孔位置度精確測(cè)繪工作的關(guān)鍵問題即為螺紋孔內(nèi)部中心線部位測(cè)量過程需要保證采集點(diǎn)處的偏差數(shù)值保持相對(duì)較小，如果可能，最好保證采集點(diǎn)位置處中心線與螺紋內(nèi)孔的加工中心線位置保持重合的狀態(tài)，還要注意，操作過程中需要保證螺紋孔測(cè)繪的位置度指標(biāo)的過程中，測(cè)繪點(diǎn)位置盡量選取在相同截面之內(nèi)。從事測(cè)量的工程技術(shù)人員可以進(jìn)一步開發(fā)更為新穎的測(cè)繪模式和方案，以此降低螺紋孔位置度指標(biāo)在測(cè)量過程中出現(xiàn)的偏差，達(dá)到高效測(cè)繪以及較高的精度。

　　下面是經(jīng)過優(yōu)化之后，相關(guān)螺紋孔位置度指標(biāo)的測(cè)繪工作解決方案，此種測(cè)繪方法得到的結(jié)果，其偏差數(shù)值明顯低于傳統(tǒng)的測(cè)繪方法所得的結(jié)果。優(yōu)化之后的測(cè)量方法的主要原理為：采用三坐標(biāo)類型測(cè)量?jī)x器的觸頭部位直接進(jìn)行內(nèi)孔中 3 個(gè)整數(shù)倍螺距部位“模擬圓柱體”處的各類參數(shù)，應(yīng)用這 3 個(gè)模擬的圓柱體部位中心點(diǎn)來創(chuàng)建螺紋孔部位的幾何中心線。之后從這個(gè)模擬圓柱體中截取出 3 個(gè)平面，這 3 個(gè)平面上分別采集出 5 個(gè)點(diǎn)的參數(shù)，各個(gè)面和面間的距離數(shù)據(jù)保持為螺距數(shù)值的整數(shù)倍。應(yīng)用這個(gè)測(cè)量方案進(jìn)行操作之后，螺紋孔結(jié)構(gòu)的中心線偏差數(shù)值將會(huì)明顯小于傳統(tǒng)的測(cè)量模式，之后測(cè)量螺紋內(nèi)孔部位的中心線和絲錐截面部位發(fā)生重合位置的各類參數(shù)指標(biāo)，隨后對(duì)于重合處位置和測(cè)量過程基準(zhǔn)指標(biāo)間位置偏差數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而在達(dá)成待測(cè)量工件上內(nèi)孔位置度指標(biāo)的過程中，保持測(cè)繪點(diǎn)位置始終處于同一平面之中。

　　6 現(xiàn)場(chǎng)使用情況簡(jiǎn)述

　　為了進(jìn)一步驗(yàn)證此優(yōu)化方案的便捷性以及最終測(cè)量結(jié)果是否滿足有關(guān)的要求，將這個(gè)測(cè)量辦法用于某工具頂部螺紋內(nèi)孔中位置度指標(biāo)的相關(guān)測(cè)量工作中。操作過程中應(yīng)用了 2 種不同的測(cè)量方法，之后還進(jìn)行了相應(yīng)結(jié)果的比對(duì)，根據(jù)不同的測(cè)量方法，制訂出了 2種測(cè)量的工藝方案執(zhí)行過程，分別對(duì)于該待測(cè)工具頂部螺紋孔部位進(jìn)行 6 次的測(cè)量操作。經(jīng)過 2 種測(cè)量方法的對(duì)比，得到如下結(jié)果：根據(jù)優(yōu)化之后的測(cè)繪方法對(duì)于相同部位的位置度指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，6 次操作中有 5 次偏離程度明顯小于常規(guī)方法的測(cè)量結(jié)果。

　　7 結(jié)論

　　通過上述分析，可得出如下結(jié)論。(1)優(yōu)化后工件螺紋內(nèi)孔位置度的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)繪方案，確保了孔中心線建模的精準(zhǔn)性，實(shí)現(xiàn)了工件內(nèi)孔位置度“計(jì)算點(diǎn)”維持于相同圓面，此測(cè)繪方案實(shí)現(xiàn)了工件內(nèi)孔位置測(cè)繪誤差<0.03。(2)相同工件上對(duì)應(yīng)工件內(nèi)孔，多次重復(fù)測(cè)量的便捷程度高;大批量相同工件上相同位置工件內(nèi)孔，測(cè)量工藝便捷程度高;相同刀具鉆削的不同工件內(nèi)孔，其位置度測(cè)繪分析數(shù)據(jù)結(jié)果離散性較小。

　　8 結(jié)束語

　　綜上所述，在實(shí)際生產(chǎn)加工的過程中，某些工藝人員思路中相對(duì)復(fù)雜的工程實(shí)際難題，很可能被某些一線工作的操作人員或者檢驗(yàn)人員采用比較簡(jiǎn)單并且實(shí)用的方法化解。因此車間的工藝人員需要多多深入到實(shí)際加工過程中，進(jìn)行思路的擴(kuò)展，這樣有助于解決加工實(shí)踐過程中發(fā)生的難題。

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　　選自期刊：科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2022 年 20 期

　　作者：賀 妍(無錫凱美錫科技有限公司，江蘇 無錫 214000)