气缸盖座圈锥度极限量规的应用

本文介绍的锥度极限量规由于采用导管孔定位，可以基本解决操作手法难以把握的问题。尽管其相对可读数的测量仪来说存在着许多不足，但操作简单，成本优势突出。

柴油机气缸盖进排气座圈都有起密封作用的内圆锥结构，锥度要求通常为(120°±20′)或(90°±20′)，该结构十分常见，与气门外圆锥面形成密闭配合。该圆锥面的环带宽度非常窄，仅2～3mm左右，用三坐标测量仪检测十分困难。

以前，我们在现场通常采用一种由计算机控制的电动轮廓测量仪检测。该轮廓测量仪带有丝杠、导轨和传感器，以导管孔定位，可沿座圈内圆锥和标准件母线扫描。检测时，先用轮廓测量仪检测经过校准的标准件，再用它检测被测座圈的内圆锥，最后由计算机通过比较计算出实测值。这种办法可以直接检测出座圈锥度数值，还可以计算母线直线度，使用效果很好。

后来，由于电动轮廓测量仪和计算机出现故障，因其结构复杂难以进行修复。于是，我们通过实践总结制定了一套使用圆锥锥度极限量规的检测方法，该方法操作简单，成本优势突出。

量规结构和原理

我们设计制造的圆锥锥度极限量规外形类似气门，其前端心轴以导管孔定位，后端外圆锥面与被测座圈内圆锥面旋转研合，通过观察接触点的位置来判断座圈锥度是否合格。

在此，以(120°±20′)圆锥锥度为例，我们知道：凡是在公差范围内的锥度，当采用上差锥角的量规(120°20′)与之接触，则被测圆锥面的大径与之接触;当采用下差锥角的量规(119°40′)与之接触，则被测圆锥面的小径与之接触。如果锥度超差，则会出现两个量规的接触点一致的情况，即都为大(小)径接触。所以这种量规必须成对使用，如图1所示，一个上差量规和一个下差量规，类似于圆柱光滑塞规。

如果能清晰地观察到一对极限量规接触点的位置，我们就可以判断出被测锥面的角度处于什么范围，即是否合格。最常见的观察方法是涂色法，在量规锥面上涂很薄的一层颜色，再使量规与被测工件的座圈锥面旋转研合，接触点的圆周截面的颜色将会被蹭掉，形成环形划痕或亮带。通过观察两个量规环形划痕或亮带的位置来进行判断，而在座圈内圆锥上涂色不易观察。由于座圈内圆锥相对导管孔多少有些跳动误差，量规座在座圈内圆锥面上时，严格地说仅有最高的一点接触，即使在量规旋转时这一点仍不变，因其跳动近似为零，所以仅能有最高点的颜色被蹭掉而非一圈。如此非常不易观察接触点，因此不在座圈内圆锥涂色。

经过多次试验，我们发现油性颜料效果不好，水性荧光笔可以作为不错的显示颜料。在量规锥面涂上水性颜色，晾干后插入导管孔内并与座圈内圆锥旋转研合。

因座圈锥面很窄，大径和小径差距不大，为了更方便地对比两个量规划痕或亮带的位置，两个量规的外径做成相同的。这样观察时可以参考两个量规划痕或亮带距离外圆的远近来判断接触位置，即：如果划痕或亮带靠近外圆，说明被测锥面的大径与量规接触;如果划痕或亮带远离外圆，说明被测锥面的小径与量规接触。如图2所示，左边的量规属于小径接触，右边的为大径接触，其亮带不是很细的线，大致有1～1.5mm的宽度，说明颜色有一定厚度;右边亮带比左边宽些，说明锥度更接近右边量规。

操作要领

在量规投入使用时，我们对操作要领做了如下规定：

1.用水性颜色笔(颜色越薄越好)在量规锥面上两个互成180°的对称位置沿母线方向涂抹两条纵向带，带宽5～10mm左右，晾干。

2. 气缸盖要求按座圈向上的姿态摆放，将座圈圆锥擦拭干净，不要有水、油及铁屑等。

3.将上下差极限量规插入座圈孔内，只利用量规自重使内外圆锥锥面接触，不要下压，轻轻转动量规。抽出量规观察量规锥面所涂颜色的划痕位置和大小，可判断接触位置，根据上下差量规与座圈接触情况判断座圈锥度合格与否，所得结果的评定方法如表所示。

检测误差分析

经分析，检测误差的来源主要有如下几个方面：

1.量规制造误差，大约有2′左右，这个误差可人为向公差内控制，减少检测风险。

2.量规锥面和座圈锥面跳动产生的检测误差。该量规的设计是建立在保证座圈锥面相对导管孔位置度为零的基础上，因为需要以导管孔定位才能稳定可靠地旋转研合，避免旋转时量规晃动使研合结果不准确。如果座圈锥面相对导管孔轴线产生偏斜，则量规锥面与座圈锥面接触时两边不对称，只会有一点接触，实际上检测的是不对称的半角而非锥度，从而可能导致判断失误。如果锥面出现0.01/3的偏斜，对角度的影响在10′以上，所以这是决定该方案成败的关键点。由于我公司气缸盖的座圈锥面和导管孔是同一把刀具加工出来的，如非打刀或机床主轴故障，相互位置将非常准确，几乎没有偏斜，实测一般在0.005/80以内;而量规也是以两段面同一对中心孔为基准一起磨出来的，跳动也很小，所以在应用时没有出现失误。

3.导管孔和量规之间有0.01～0.02mm的间隙，在旋转研合时可能有晃动产生，因导管长度约50mm，对角度的影响仅有2′左右。这时在操作时利用量规自重使之均匀地落在座圈锥面上，旋转时尽量不用径向力，以减少可能的晃动。

4.量规磨损是不可避免的，所以研合时不要下压量规，以减缓量规磨损。同时，还要及时对量规进行计量，以及时发现问题，并进行修复。

量规计量方法

1.角度可在万能工具显微镜下检测

用端面两个中心孔夹紧量规，对好焦距后，调节目镜内的同一米字虚线分别与两个锥度母线重合，计算两次重合的角度差即为实测锥度值。

2.圆锥面相对心轴的跳动应用圆度仪检测

用三爪卡盘夹住量规手柄置于圆度仪转台上，按心轴找正，并检测心轴建立基准，再变换测头探测角度检测圆锥面，评价跳动。

结语

圆锥锥度极限量规和圆柱直径极限量规的基本理念是相同的，只是前者的操作性不好，不仅要涂色，还需要合理的、稳定的操作手法。在研合时很难避免的晃动，是限制其应用的最大瓶颈。

本文介绍的锥度极限量规由于采用导管孔定位，可以基本解决操作手法难以把握的问题。尽管其相对可读数的测量仪来说存在着许多不足，但至少成本优势是可读数的测量仪无法比拟的。该检测方法尤其适用于导管孔和座圈锥面加工工艺合理稳定的过程控制中。