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汽车检测技术中倍受关注的一些问题

时间: 2011-06-28 08:00 来源: 作者: 上海大众动力总成(上海)有限公司 朱正德 点击:
本文主要介绍了2010年第十四届全国汽车检测技术年会倍受关注的一些问题,而这些问题折射出了当前汽车企业的一些紧迫的实际需求。

不同于往届年会对汽车检测技术的全景式扫描和展示,2010年第十四届全国汽车检测技术年会凸显出对相热点技术的关注,并折射出当前汽车企业一些紧迫的实际需求。

功能性测试技术倍受关注

制造过程中的功能性测试成为年会的一个关注热点,其中与螺栓连接相关的检测、监控倍受关注。

会上,德国Schatz公司,作了有很强针对性的报告:“实现螺栓可靠性装配的10个步骤”,为企业指引了一条行之有效的途径。该报告一开始就鲜明地指出,确保可靠的螺栓连接的第一要素是“预紧力”(又称“轴向力”或“夹紧力”),然而在实际过程的监控中往往只能通过扭矩间接地进行夹紧力控制。由于摩擦力存在的影响,这种方式有很大误差(见图1)。从图中可见,当摩擦系数不同时,相同的拧紧扭矩对应的实际预紧力差别会相当大。正应为这样,执行正确、规范的装配拧紧工艺和采用合理的检测、监控、评定方法是很重要的。Schatz公司的报告不仅深入浅出地阐述了上述10项实现螺栓可靠性装配的措施,而且结合相关的标准,如VDI2230、ISO16047、ISO2320、VDI2862、VDI2647/2648、DIN51309等,提供了解决方案。


图1摩擦系数对夹紧力的影响

奇瑞汽车试验部提供的论文还就紧固件的实效模式通过实例进行了分析。国家标准件质量监督检验中心则在论文中通过理论分析和实践验证得到了在摩擦系数位于0.1~0.2之间时,其与扭矩系数存在一定的线性关系,但当摩擦系数超出该范围时,误差就相对偏大。

质量意识的深化和延伸

一些反映产品(零部件)状态、性能的参数或指标,长期以来在企业中并未得到重视,有的则根本还没有列入监控范畴。在本届年会上,企业质量意识加强的趋势十分明显。

清洁度是一个“历史悠久”的质量指标。在批量生产的情况下,工件清洗往往是一道必不可少的工序,而清洁度就是检验其效果的评价指标。但延续多年的简陋的试验设备和单一不变的评定指标都表明,其重要性并未得到企业很大的关注。然而,近年来随着对轿车类产品安全性、可靠性以及对环保和节能方面的更高要求,这一状况正迅速发生转变,本次年会上有多篇论文都从不同角度论述了产品清洁度的重要性和控制的复杂性。现今,清洁度指标值的提升和检测项的增加:从过去单一的“残留物质量”,增加为最大颗粒尺寸、残留物物理特性和对颗粒尺寸大小的统计分析等,并且已经成为一种趋势,相应的测试仪器也应运而生。十分令人欣喜的是虽然国外推出的相关试验设备已陆续进入国内,而国内自主研发的相关仪器、设备也越来越多地被用户认可,包括高端的“清洁度残余物分析仪”也成功地在一些主流汽车制造厂获得了应用。

质量意识的深化与延伸体现在几何量检测方面也在增多,对螺旋状微观构造的关注即为一例。由动力机械在工作过程中腔体内的工作介质微量外泄引起的安全问题,经追溯、分析发现了曲轴回转密封面呈螺旋线纹理结构(Twist)这一隐患(见图2)。来自大众动力总成(上海)有限公司的代表,结合企业生产的实践指出,对这一质量特征值的测试、监控,不仅已在产品工艺要求中有了明确规定,并已在近年演化出了规范的标准,建立了相应的检测和评定方法。


图2螺旋线纹理结构的三维形貌

柔性、通用测量模式的发展和强化

伴随着汽车制造业生产工艺与装备的柔性化,发展和强化更通用、更为柔性的测量技术也成为趋势,这一点在本次监测年会上得到了充分的展现。

坐标测量机应用的一项突破

坐标测量机应用于动力总成零部件的检测已十分普遍,尤其是壳、缸体、缸盖一类的箱体类工件。但对少数特殊的部位和参数的应用一直尚是空白,涉及缸盖阀座的测量就是代表性的例子。在这项测量要求中,包括了对细长导管孔的尺寸、形状和位置等一系列参数的检测。对这一既重要又十分棘手的难题,传统的利用(着色)专用量规和带表量具等进行测量的方式,虽然成本低、简易可行,可精度低,难以满足产品的质量要求,故已渐渐淡出。目前采取最多的是专用电子或气电检具,但它们不仅均为进口,而且迄今只有少数几个厂商(如Nieberding公司)能生产这一产品,虽然精度高且稳定,但价格很高。Hexagon(青岛)公司的代表在会上介绍了如何利用通用的、目前在行业占有率很高的Global型等一般的测量机解决上述难题,激起了与会代表们的极大兴趣。整个测量过程分为导管和阀座两个部分,情况相似,都是利用探头在被测部分先行性扫描再利用PC-DMIS软件予以处理。图3所示为阀座的测量案例。


图3阀座及其利用坐标测量机进行检测

用于在线测量的柔性检具日趋受宠

虽然专用检验夹具柔性化在多年前国内外都已有厂商尝试,也有过一些相关产品,但由于种种原因,真正用于生产实际的很少。本次年会上,由留学归国人员创办的“新百利”公司推出的已获得专利技术的柔性检具得到了大家的关注,尤其是基于可调工装和接触式、非接触式传感器的半/自动柔性检具。这类器具多数用于批量生产下的带有自动曲面的工件,如冲压件、玻璃等。

坐标测量技术在机加工工序间检测中的应用日趋扩大

多家知名测量机生产厂商,如FARO、Hexagon和Zeiss等,都强调了坐标测量技术在机加工工序间检测中应用日益扩大这一趋势。FARO公司除了配合“新百利”公司的柔性检具展现自己关节臂测量机产品的应用外,还结合实例着重对他们如何用于机加工在线检测领域作了说明。众所周知,以前这种便携式坐标测量机大多用在整车、覆盖件和大型工装夹具的现场检测,用于精度较高的机加工零件,尤其是复杂的箱体类零件较少。不仅因为产品创新的速度不断加快,而且这类专用检具不仅复杂、制作成本高,而且周期还长,越来越难以适应企业的需要。FARO不断开发的小型、高精度、多功能的测量机就较好地满足了这样一种需求,图5是两个实例,左边的就是以FARO关节臂式测量机为主体的柔性检具,而图中右边是一台用于箱体类零件检测的专用检具。


图4带非接触式传感器的柔性检具


图5柔性检具与传统专用检具的比较

坐标测量机用于机加工工序间检测的另一个方向是把昔日仅在精密测量室里应用的那些测量机配置在上,甚至作为一个工位串接于生产线。上世纪末,上海通用率先在新建的车间里采取了这一方案,但真正渐成趋势还是近几年,这也是与坐标测量机用于生产现场的技术日臻成熟有关的。一般来讲,精密测量室内的仪器能保持很高精度,很重要的前提条件就是“恒温”,多数情况下被要求为20℃±2℃。显然,这一点即使在那些主流企业的“空调”车间也是难以做到的。为此,各设备制造厂商在已有的温度补偿技术的基础上,不断发展更有效、实用和可行的方案,目前Hexagon(青岛)公司已在国内多家企业采用的由PLC控制的机罩系统就是一例。此时,测量机被置于一位于车间、又相对隔绝的小屋(机罩)内,在这个“小环境”中,无论是工件进出“窗”、“门”时的启闭以及内部温度的设定、调节都由PLC逻辑控制。一般来说,其中的温度可保持在与车间环境(温度)相差仅为2℃的水平,通过采用特灵(Trane)空调,连机罩内的温度梯度也可以按要求实现。

品质提升和工艺更新推动检测技术发展

新工艺的不断涌现和对提升产品质量的不懈追求已成为发展检测技术的重要推动力,本次年会上的交流发言和讨论充分证明了这一点。

德国Alicona公司在年会上介绍了不久前才出现的自动变焦三维形貌测量技术及其据此开发的高效仪器,其优于其它光学仪器的重要一点就是既能对工件表面的细微处也能对宏观外形进行精确、快捷的检测。仪器的轴向扫描范围达23mm,最大扫描面积100*100m2,Z轴的分辨率可达10nm。在扫描面积较小时,整个测量过程不到1分钟。图6是用于连杆大头孔激光造型面测量的专用仪器,主要是配有了特殊的载物工作台等机构。从图6左边视图可见,在被测孔内有一个回转的反射棱镜,它在测量期间先后转/停至4个位置,分别对准4个激光造型面,间隔90°。图右边视图是光学系统示意,由此可见仪器对被测表面的逐层扫描乃是通过由物镜透出的光线,经过反射镜水平地投射到工件大头孔内的激光造型表面上的。尽管被测面还不是一般的平面,工作效率仍很高。


图6孔径专用测量仪及其光学示意图

关于为适应用户在提升产品质量要求方面所做出的创新工作,美国Adcole公司以一款用于在凸轮轴测量过程中的FFT震纹分析软件提供了很好的例证。所谓“震纹”,指的是回转面因磨削不当而在其表面形成的一种微观结构。就频率而言,它们介于高频的粗糙度和低频的形状误差之间,属于“波度”范畴,经验表明,此时的频率约在150~350赫兹之间。由凸轮轴凸轮上的震纹给发动机带来的直接问题是汽车启动后,随转速升高而产生的“哨声”和“啸叫”,无疑,当用户层面发现这样的问题,且达到一定比例时,将导致生产厂投入高额的调研、维修费用,甚至引起一次召回行动。

客观地讲,对凸轮表面进行FFT震纹分析属于一种预防性措施,不同于常规的某项参数的检测,因为若单纯地从图纸要求的表面粗糙度(乃至波度)、形状误差和尺寸来判断,一个完全合格的凸轮往往也会存在“震纹”隐患。那么,对震纹的分析和监控又是如何进行的呢?

在通过Adcole测量机检测工件时,利用FFT震纹分析软件的监控一般按如下方式进行:先设定一个滤波的下限值,如150赫兹,然后每隔一定区间产生出一条经滤波后的曲线,图7中其间隔为10赫兹,直至某一设定上限,图中为300赫兹左右。鉴于对不同车型、发动机,由震纹所引起的问题是有所差别的,故根据试验结果和经验可以就设定区间中的某几条震纹曲线进行监控和判断。一般是给曲线的振幅设定一个限定值,譬如1μm,当用户通过FFT震纹分析获得的图谱中发现位于设定的监控曲线(如200赫兹)的振幅值已经超过1μm,见图7(其每格为5μm),就认为此时磨削后的凸轮存在隐患,必须调整相关加工参数改善表面微观结构。当然,以上过程在实施中是自动进行的。


图7凸轮的FFT震纹分析示意

近年来,不仅是欧美的主流汽车厂商,就是日系中的主流企业也已经高度重视对“震纹”的分析、监控,国内少数汽车厂也开始把这一项要求列入对自身产品和相关仪器设备提出的必需要求。(end)

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