| 噴油嘴噴孔加工工藝及應用設備探討 | | 作者：任振擋 … 文章來源：機械工業第四設計研究院 一拖（洛陽）燃油噴射有限公司 點擊數：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備的結構原理、特點及加工精度進行了敘述。
0 U y+ @( M& M8 |4 T隨著國家排放要求的提高，高壓共軌技術的應用，噴油嘴也向多孔數、小孔徑方向發展。其加工質量直接影響噴油嘴的霧化特性、油線貫穿度及流量系數，最終影響柴油機的經濟性、動力性和排放指標。( h7 Y3 F, X2 J2 J9 `- C
目前，國內用于噴油嘴噴孔的主要加工方法有四種：在變頻或風動高速臺鉆上采用手工鉆削；采用數控三軸鉆床鉆噴孔；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。; ~6 k2 {' }" q. ~2 X
隨著技術的進步，在變頻或風動高速臺鉆上采用手工鉆削的工藝已經逐步淘汰；激光打孔機加工噴孔技術目前尚在試驗階段，還沒有應用于實際生產中；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。
) V+ T6 Y0 Q6 C7 K3 T+ i數控三軸鉆加工噴孔工藝
# a* g! \8 a6 m. F7 z& F( A目前，國內生產噴油嘴偶件的大部分制造廠家加工噴油孔的主要設備都是數控三軸鉆，常見的設備型號有瑞士POSALUX公司的PNC-Ⅲ數控三軸鉆和國內魯南機床廠的ZK9303型數控三軸鉆。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動。工件分度為二維精度分度的定位機構，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軌副和滾珠絲杠副等精密傳動部件。+ h ` }. d) `+ r/ K1 n2 V8 O
通過現場生產的加工零件來看，該種設備加工后噴孔內毛刺較大，反應出來的噴孔流量散差較大，手工不易清理噴孔內的毛刺，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，造成斷鉆頭現象嚴重，且生產效率很低，嚴重制約著企業的發展。為此，生產企業已逐漸引進電火花加工設備。9 J9 |* Q4 {1 L" A0 R
電火花加工噴孔工藝
) j" Q' L( D! d# n& r- a隨著柴油機排放要求的提高，噴油嘴噴孔向小孔徑、多孔數發展，鉆削加工噴孔的工藝將很難適應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。
7 z1 \; ]0 U2 S* ?+ M1.加工原理
( G, G% C8 f, C8 c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，但根據其加工質量和效率以及成本, 多數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。
9 W8 x! F3 K, o* L! a( l" l! ]! H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運動。在加工過程中，總是根據加工零件的不同（材料、孔徑和孔深等）來確定放電參數（脈沖頻率、脈沖寬度和放電間隙等）。
$ I k* P6 @- U' N9 ] ?. M2.加工設備及工藝參數 K; V( s T( e
行業中使用較多的是瑞士POSALUX公司的HP4-EDM型數控電火花加工噴孔機床（圖1）。該機床有3個轉動軸和3位移軸，是六軸自動控制機床；具有單夾緊系統和雙夾緊系統兩種加工方法。加工時，以噴油嘴的中孔和座面定位、兩個銷孔定圓周方向，并通過爪形機構夾緊（圖2），裝卸十分方便。% g* p9 O$ d3 j9 p3 `) g. H- ?
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: n( K. S3 H/ u( j圖2 HP4-EDM型數控電火花加工噴孔機床的爪形機構夾緊
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加工孔的孔深來確定，電極絲可自動進給、自動補償。經過批量加工試驗，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，具體數據見表1和表2。# ]" e$ U5 m0 H
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! i& t* \- @* A: X: j/ r 近年來，瑞士AGIE公司生產的AGIE 4HP電火花設備在國內的應用數量呈上升趨勢。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。- t6 ?% t7 D+ B* T9 @; q5 q; V( p
通過現場加工調試我們發現，AGIE 4HP電火花設備具有如下特點：% d$ v/ {5 o4 V( E2 O: H
（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；
! n3 S5 W# _# V, ]（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，應根據不同的零件來通過試驗確定合理的每步進給量；# L8 I% P2 ~' C7 e
（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；
& L4 ~: ]) f$ ]$ [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 ?1 X6 H( s/ l" z此外，常用的設備還有國內山東魯南機床公司生產的ZK9306—EDM2數控電火花噴孔加工機床。
s, {+ f7 ~7 |$ _" Z$ W擠壓研磨加工工藝& V R" v) S- W' v/ X# K, g8 {
在噴油嘴的加工中，國內的大部分生產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，噴油嘴流量系數只有0.5～0.6。為了滿足越來越嚴格的排放法規要求，柴油機要求噴油嘴流量系數在0.8以上，需要進一步提高其流量系數。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。4 G9 R! {* d8 B2 L& _ {# U+ C
1.加工原理' [$ R/ M7 h: X) V' I, L% c. d
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顆粒形成半流體狀的研磨介質：在機床的壓力作用下，研磨介質從工件的被加工表面流過，從而產生微量切削（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，經過噴油嘴壓力室，高速通過噴孔；在壓力室噴孔產生切削磨粒流，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。1 H5 G2 r$ C/ B) ?
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2.加工設備及工藝參數
! r4 d5 N* b Y/ r% w |9 P無錫油泵油嘴研究所生產的KYM－Ⅱ型擠壓研磨設備（圖4）。該設備是針對噴油嘴噴孔的擠壓研磨設備，不能自動控制流量，加工過程應利用流量檢測設備，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。6 V& O" ^' K' A: k& L2 a9 ?' i
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; s. w% R; \7 ^. x& G4 p v0 [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在流量試驗臺上檢測流量，進行分組；根據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。
: k/ o$ j$ z6 ~: `試驗證明，經過擠壓研磨后，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，使動態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）
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" U8 F% \# Z0 a1 x9 J7 V: Z; _此外，在流量擠壓與檢測應用方面，國際上比較先進的設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備，尤其適合柴油機噴油嘴的流量調整。用該設備加工時同時檢測噴孔流量，根據檢測結果，來自動確定各加工參數（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，使用方便、快捷。2 ~/ D2 H! h! G! x7 Q+ m
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( ?, u; c* @6 p! q總結
( E8 L) |& ^6 O6 i目前，國內各油嘴生產廠家執行的工藝主要有兩種：數控三軸鉆鉆噴孔—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。% v2 H: x- i7 t2 a! @ A; q; }& m
未來，隨著歐Ⅲ、歐Ⅳ排放標準的執行，以及高壓共軌系統的要求，第二種工藝將成為噴孔的主流加工工藝。 * x# K7 {1 @6 Z0 Q/ J
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發表于 2008-7-19 20:25:21
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