隨著技術(shù)的進(jìn)步,在變頻或風(fēng)動(dòng)高速臺(tái)鉆上采用手工鉆削的工藝已經(jīng)逐步淘汰;激光打孔機(jī)加工噴孔技術(shù)目前尚在試驗(yàn)階段,還沒有應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中;電解去壓力室噴孔毛刺工藝,只是對(duì)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。
數(shù)控三軸鉆加工噴孔工藝
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(hào)有瑞士POSALUX公司的PNC-Ⅲ數(shù)控三軸鉆和國內(nèi)魯南機(jī)床廠的ZK9303型數(shù)控三軸鉆。以上兩種型號(hào)的機(jī)床加工原理基本相同:通過3個(gè)高精度的變頻調(diào)速電主軸,進(jìn)行打中心孔、鉆孔和擴(kuò)孔;電主軸的換位和進(jìn)給均為伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。工件分度為二維精度分度的定位機(jī)構(gòu),采用了傳動(dòng)誤差小、空回小、傳動(dòng)效率高的諧波傳動(dòng)減速器及伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī);主軸換位及進(jìn)給和水平分度軸的軸向移動(dòng)均采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副和滾珠絲杠副等精密傳動(dòng)部件。
通過現(xiàn)場(chǎng)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(duì)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(shí),因鉆頭的剛性差,造成斷鉆頭現(xiàn)象嚴(yán)重,且生產(chǎn)效率很低,嚴(yán)重制約著企業(yè)的發(fā)展。為此,生產(chǎn)企業(yè)已逐漸引進(jìn)電火花加工設(shè)備。
電火花加工噴孔工藝
隨著柴油機(jī)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(diǎn),并可放在熱處理后加工。
1.加工原理
電火花加工的原理是基于電極和工件(正、負(fù)電極)之間脈沖性火花放電時(shí)的電蝕現(xiàn)象,電蝕多余的金屬,達(dá)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。
目前的電火花加工方式主要有兩種:一種是加工噴孔時(shí)電解絲做軸向進(jìn)給,另一種是加工噴孔時(shí)電極絲做軸向進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。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)。
2.加工設(shè)備及工藝參數(shù)
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(jī)床(圖1)。該機(jī)床有3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸和3位移軸,是六軸自動(dòng)控制機(jī)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(shí),以噴油嘴的中孔和座面定位、兩個(gè)銷孔定圓周方向,并通過爪形機(jī)構(gòu)夾緊(圖2),裝卸十分方便。

圖1 瑞士POSALUX公司的HP4-EDM型數(shù)控電火花加工噴孔機(jī)床

圖2 HP4-EDM型數(shù)控電火花加工噴孔機(jī)床的爪形機(jī)構(gòu)夾緊
電極絲的軸向進(jìn)給分三步進(jìn)行:電極絲的修整→電極絲加工(電蝕)工件→對(duì)整個(gè)噴孔的修整(去除倒錐)。每一分步的進(jìn)給量都要根據(jù)加工孔的孔深來確定,電極絲可自動(dòng)進(jìn)給、自動(dòng)補(bǔ)償。經(jīng)過批量加工試驗(yàn),該機(jī)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(xiàng)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。


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(shì)。其加工原理是靠電解絲的軸向進(jìn)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(jī)床加工精度不分上下。
通過現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn):
(1)加工時(shí)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;
(2)電極絲三步進(jìn)給量的大小:進(jìn)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(yàn)確定合理的每步進(jìn)給量;
(3)電極絲頭部徑向偏移量:加大偏移量會(huì)使噴孔直徑增加,但可以縮短加工時(shí)間;
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(gè)孔的加工時(shí)間約40s左右。
此外,常用的設(shè)備還有國內(nèi)山東魯南機(jī)床公司生產(chǎn)的ZK9306—EDM2數(shù)控電火花噴孔加工機(jī)床。
擠壓研磨加工工藝
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(yán)格的排放法規(guī)要求,柴油機(jī)要求噴油嘴流量系數(shù)在0.8以上,需要進(jìn)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。
1.加工原理
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(jī)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(jìn)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(duì)壓力室噴孔邊角毛刺和噴孔進(jìn)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(huì)破壞精加工后噴油嘴中孔、座面的的精度。

圖3 擠壓研磨加工原理
2.加工設(shè)備及工藝參數(shù)
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(duì)噴油嘴噴孔的擠壓研磨設(shè)備,不能自動(dòng)控制流量,加工過程應(yīng)利用流量檢測(cè)設(shè)備,按研磨-檢測(cè)-研磨-檢測(cè)這種逐步逼近法進(jìn)行加工,直至達(dá)到工藝要求。

圖4 無錫油泵油嘴研究所生產(chǎn)的KYM-Ⅱ型擠壓研磨設(shè)備
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(shí)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(shí)鉆頭的公差及鉆通時(shí)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(dá)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(shí)間S。所以,對(duì)不同批次加工的噴油嘴首先應(yīng)在流量試驗(yàn)臺(tái)上檢測(cè)流量,進(jìn)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(shí)間S。