| 噴油嘴噴孔加工工藝及應(yīng)用設(shè)備探討 | | 作者：任振擋 … 文章來源：機械工業(yè)第四設(shè)計研究院 一拖（洛陽）燃油噴射有限公司 點擊數(shù)：136 更新時間：2008-8-7 | 本文介紹并分析了噴油嘴噴孔各種加工工藝的特點，并對不同加工工藝設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理、特點及加工精度進行了敘述。
& e$ O' t2 a, E8 S r4 p! ?0 Z隨著國家排放要求的提高，高壓共軌技術(shù)的應(yīng)用，噴油嘴也向多孔數(shù)、小孔徑方向發(fā)展。其加工質(zhì)量直接影響噴油嘴的霧化特性、油線貫穿度及流量系數(shù)，最終影響柴油機的經(jīng)濟性、動力性和排放指標。
: z8 l6 t+ u( V目前，國內(nèi)用于噴油嘴噴孔的主要加工方法有四種：在變頻或風(fēng)動高速臺鉆上采用手工鉆削；采用數(shù)控三軸鉆床鉆噴孔；采用電火花噴孔機床加工噴孔；采用激光打孔機加工噴孔。另外，用于噴孔后續(xù)加工的還有噴孔擠壓研磨工藝和電解去壓力室噴孔毛刺工藝。
3 A0 E% W2 w$ ~隨著技術(shù)的進步，在變頻或風(fēng)動高速臺鉆上采用手工鉆削的工藝已經(jīng)逐步淘汰；激光打孔機加工噴孔技術(shù)目前尚在試驗階段，還沒有應(yīng)用于實際生產(chǎn)中；電解去壓力室噴孔毛刺工藝，只是對噴孔毛刺有一定的去除作用，不能改變噴孔的直徑和粗糙度。在此，本文只介紹其他的加工方法。# i- q6 [7 U1 R; A6 V
數(shù)控三軸鉆加工噴孔工藝
& d" f( ^! h( ?目前，國內(nèi)生產(chǎn)噴油嘴偶件的大部分制造廠家加工噴油孔的主要設(shè)備都是數(shù)控三軸鉆，常見的設(shè)備型號有瑞士POSALUX公司的PNC-Ⅲ數(shù)控三軸鉆和國內(nèi)魯南機床廠的ZK9303型數(shù)控三軸鉆。以上兩種型號的機床加工原理基本相同：通過3個高精度的變頻調(diào)速電主軸，進行打中心孔、鉆孔和擴孔；電主軸的換位和進給均為伺服電機驅(qū)動。工件分度為二維精度分度的定位機構(gòu)，采用了傳動誤差小、空回小、傳動效率高的諧波傳動減速器及伺服驅(qū)動電機；主軸換位及進給和水平分度軸的軸向移動均采用直線滾動導(dǎo)軌副和滾珠絲杠副等精密傳動部件。
4 }/ i/ U. @5 R, E. r! g2 F. _通過現(xiàn)場生產(chǎn)的加工零件來看，該種設(shè)備加工后噴孔內(nèi)毛刺較大，反應(yīng)出來的噴孔流量散差較大，手工不易清理噴孔內(nèi)的毛刺，對噴油器總成的性能具有一定的影響。最主要的是，使用該種設(shè)備加工直徑小于0.20mm以下的噴孔時，因鉆頭的剛性差，造成斷鉆頭現(xiàn)象嚴重，且生產(chǎn)效率很低，嚴重制約著企業(yè)的發(fā)展。為此，生產(chǎn)企業(yè)已逐漸引進電火花加工設(shè)備。: s7 `. b# ^4 W7 F6 [$ _8 O
電火花加工噴孔工藝
5 f5 g8 j- f% X0 g隨著柴油機排放要求的提高，噴油嘴噴孔向小孔徑、多孔數(shù)發(fā)展，鉆削加工噴孔的工藝將很難適應(yīng)噴孔直徑越來越小的要求。而電火花加工噴孔則具有可加工直徑小、精度高和壓力室無毛刺的特點，并可放在熱處理后加工。) ^. v% r( H7 \+ Z7 w0 _7 I
1.加工原理
5 i6 Q F% s/ ~9 o* i0 k" e# s電火花加工的原理是基于電極和工件（正、負電極）之間脈沖性火花放電時的電蝕現(xiàn)象，電蝕多余的金屬，達到加工孔的目的。加工噴孔的電極是利用300mm長的桿狀金屬絲（經(jīng)常使用的有黃銅電絲、碳化鎢電絲、紫銅電絲和銀電絲，但根據(jù)其加工質(zhì)量和效率以及成本, 多數(shù)情況下選用碳化鎢電絲與銀電絲）。此電極絲是通過無心磨床加工，電極絲的圓度保證在3μm以下，直線度保證在3μm以下。
! t2 S1 Z5 M% n9 L目前的電火花加工方式主要有兩種：一種是加工噴孔時電解絲做軸向進給，另一種是加工噴孔時電極絲做軸向進給和旋轉(zhuǎn)運動。在加工過程中，總是根據(jù)加工零件的不同（材料、孔徑和孔深等）來確定放電參數(shù)（脈沖頻率、脈沖寬度和放電間隙等）。; h' u b. V2 f" f0 n$ H
2.加工設(shè)備及工藝參數(shù)+ [# T& V R7 T2 T$ u& O$ C
行業(yè)中使用較多的是瑞士POSALUX公司的HP4-EDM型數(shù)控電火花加工噴孔機床（圖1）。該機床有3個轉(zhuǎn)動軸和3位移軸，是六軸自動控制機床；具有單夾緊系統(tǒng)和雙夾緊系統(tǒng)兩種加工方法。加工時，以噴油嘴的中孔和座面定位、兩個銷孔定圓周方向，并通過爪形機構(gòu)夾緊（圖2），裝卸十分方便。
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圖2 HP4-EDM型數(shù)控電火花加工噴孔機床的爪形機構(gòu)夾緊
) ` `3 O" t: q8 N電極絲的軸向進給分三步進行：電極絲的修整→電極絲加工（電蝕）工件→對整個噴孔的修整（去除倒錐）。每一分步的進給量都要根據(jù)加工孔的孔深來確定，電極絲可自動進給、自動補償。經(jīng)過批量加工試驗，該機床加工噴孔的精度為素線平行度6μm，直徑公差為6μm，粗糙度為Ra0.8；孔口能觀察到圓角，并可加工直徑為φ0.1mm～φ1mm的噴孔。噴孔各項精度都優(yōu)于鉆削的加工精度，以加工5孔φ0.27mm的P系列油嘴為例，具體數(shù)據(jù)見表1和表2。& g$ w; Q d" m# M
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( V+ Y" [" \4 M( C6 V! y: \0 j 近年來，瑞士AGIE公司生產(chǎn)的AGIE 4HP電火花設(shè)備在國內(nèi)的應(yīng)用數(shù)量呈上升趨勢。其加工原理是靠電解絲的軸向進給（X、Y、Z和W）與旋轉(zhuǎn)定位軸（A、C）共同配合加工工件的，加工精度與瑞士POSALUX公司的HP4-EDM型電火花機床加工精度不分上下。
4 ^3 @, N; j5 }. @5 h! I& h6 v通過現(xiàn)場加工調(diào)試我們發(fā)現(xiàn)，AGIE 4HP電火花設(shè)備具有如下特點：
7 O9 r/ l" `5 S4 Y. f" [. ?% f0 T（1）加工時的空載電壓高低：噴孔的直徑和流量隨電壓的增加而增大，但增量不大；
$ ?- X+ U2 q- J) K: z3 Z p（2）電極絲三步進給量的大小：進給量的大小影響噴孔的錐度和和壓力室圓角的大小，應(yīng)根據(jù)不同的零件來通過試驗確定合理的每步進給量；0 d& N7 u% s6 r) ~
（3）電極絲頭部徑向偏移量：加大偏移量會使噴孔直徑增加，但可以縮短加工時間；- i$ E N' K, R# |' y- B
正常情況下，每根電極絲可加工φ0.27mm深度1mm的孔1100左右，每個孔的加工時間約40s左右。
2 L, o1 ~3 u1 |/ | i+ ?此外，常用的設(shè)備還有國內(nèi)山東魯南機床公司生產(chǎn)的ZK9306—EDM2數(shù)控電火花噴孔加工機床。
$ [1 `7 E6 {* K9 H5 I擠壓研磨加工工藝
, g4 x9 K3 e3 x/ u在噴油嘴的加工中，國內(nèi)的大部分生產(chǎn)廠還都在使用鉆孔工藝加工噴孔。這種工藝加工的噴孔，粗糙度差，在壓力室中有翻邊毛刺，噴油嘴流量系數(shù)只有0.5～0.6。為了滿足越來越嚴格的排放法規(guī)要求，柴油機要求噴油嘴流量系數(shù)在0.8以上，需要進一步提高其流量系數(shù)。目前，國際上普遍采用液體擠壓研磨的工藝，例如德國BOSCH、日本電裝公司等。
9 @& W1 I# ]2 _8 ^7 z3 o: w1.加工原理. N; O% z8 k$ u! x4 @
磨粒流擠壓研磨工藝是在具有一定粘彈性的高分子材料中摻入硬質(zhì)顆粒形成半流體狀的研磨介質(zhì)：在機床的壓力作用下，研磨介質(zhì)從工件的被加工表面流過，從而產(chǎn)生微量切削（圖3）。由于噴油嘴中孔直徑D與噴孔直徑d的比值D/d較大（約20），其截面面積之比是D/d的平方（約400），因此磨料在噴油嘴中孔和噴孔中的流速相差約100倍。而磨料的切削作用只有在一定速度下才能起到作用，即磨料在高壓的作用下，由夾具壓頭進入噴油嘴中孔，經(jīng)過噴油嘴壓力室，高速通過噴孔；在壓力室噴孔產(chǎn)生切削磨粒流，對壓力室噴孔邊角毛刺和噴孔進行微量磨削；在噴孔入口處研磨出圓角并使孔壁粗糙度提高，而不會破壞精加工后噴油嘴中孔、座面的的精度。
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6 N) I% F- Y, t' e E, I2.加工設(shè)備及工藝參數(shù)
! `8 V0 ?+ P+ W1 W無錫油泵油嘴研究所生產(chǎn)的KYM－Ⅱ型擠壓研磨設(shè)備（圖4）。該設(shè)備是針對噴油嘴噴孔的擠壓研磨設(shè)備，不能自動控制流量，加工過程應(yīng)利用流量檢測設(shè)備，按研磨－檢測－研磨－檢測這種逐步逼近法進行加工，直至達到工藝要求。, q- g: S8 B1 ]1 q2 T
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在加工過程中，影響噴油嘴噴孔擠壓研磨效果的主要因素有：研磨料的工作壓力P；加工時間S；研磨料的切削性能；噴孔的成形工藝。由此可見，根據(jù)鉆孔時鉆頭的公差及鉆通時的毛刺，鉆頭的鋒利與否都影響噴孔的孔徑大小和毛刺的大小。為達到最終相同的噴孔流量，在使用相同研磨料的情況下，就需要調(diào)整研磨料的工作壓力P或加工的時間S。所以，對不同批次加工的噴油嘴首先應(yīng)在流量試驗臺上檢測流量，進行分組；根據(jù)不同的流量值來確定研磨料的工作壓力P或加工的時間S。
3 ^3 h! S' p% M. p4 \" E試驗證明，經(jīng)過擠壓研磨后，可以消除壓力室與噴孔處的毛刺，擴大其相貫線處的圓角，減少高壓油的壓力損失；降低噴孔表面的粗糙度，增加油的流速，獲得良好的霧化效果；可提高噴油嘴的流量系數(shù)，使動態(tài)噴霧角度和流量趨于一至（表3），降低了柴油機的油耗和排放指標（表4）- I8 s" a5 L/ {$ K/ f; O/ W
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$ e# X1 ^3 A' S: R5 q此外，在流量擠壓與檢測應(yīng)用方面，國際上比較先進的設(shè)備是美國擠壓研磨公司的microFLOW 微孔磨粒流機床（圖5）。該機床為加工小孔設(shè)備，尤其適合柴油機噴油嘴的流量調(diào)整。用該設(shè)備加工時同時檢測噴孔流量，根據(jù)檢測結(jié)果，來自動確定各加工參數(shù)（加工壓力和加工時間），可自動控制流量，并將流量散差控制在±1%內(nèi)，使用方便、快捷。
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- W+ _2 d* ]' c4 l3 ^! I4 j總結(jié)9 }. v% G: k" I. l- D
目前，國內(nèi)各油嘴生產(chǎn)廠家執(zhí)行的工藝主要有兩種：數(shù)控三軸鉆鉆噴孔—熱處理—電解壓力室噴孔毛刺—擠壓研磨噴孔（部分企業(yè)還未實施）；熱處理—精加工中孔座面—電火花打噴孔—擠壓研磨噴孔。- ^2 R6 ]6 v6 F* U- r
未來，隨著歐Ⅲ、歐Ⅳ排放標準的執(zhí)行，以及高壓共軌系統(tǒng)的要求，第二種工藝將成為噴孔的主流加工工藝。
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發(fā)表于 2008-7-19 20:25:21
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