（机械工程专业论文）pw泵柱塞偶件关键工序工艺设计与研究.pdf

摘要 随着环境污染的日益严重，保护环境已成为二十一世纪社会发展的主题。从2 0 0 0 年开始，我国政府开始实施新的排放标准，我国原有的系列燃油喷射系统，技术含量低， 工作能力小，不能满足新的排放法规要求，不再适应市场的要求。威孚公司9 9 年开发 的p w 喷油泵，既能满足新的排放法规的要求，又能满足国内柴油机的装机要求，适 应了目前柴油机向大功率增压中冷的发展趋势，经济性能良好，适合已经实施的排放 法规。 在今后的两、三年内，威孚公司的主导产品a 型泵及i 号泵的市场需求将逐渐缩 减，预计到2 0 0 2 年，a 型泵的需求量将从目前的每年6 0 万台逐渐减少到3 0 万台左右 甚至更低，i 号泵的需求情况也是如此，而减少的这一部分将主要由能满足环保要求的 p w 喷油泵替代。p w 喷油泵的需求量将达到每年2 0 3 0 万台以上，p w 喷油泵的市场 占有率将达到4 0 6 0 。而p w 泵所用柱塞偶件的大批量稳定性生产也就成了至关重 要的问题。本论文将对p w 泵柱塞偶件关键工序工艺进行设计与研究， 本文首先对柱塞偶件在汽车、柴油机、油泵油嘴工业中的地位、国内外柱塞偶件 的制造设备与工艺水平作了较为详细的介绍与比较，然后对p w 泵柱塞偶件结构及其 工艺难点进行了阐述，再对p w 泵柱塞偶件的工艺流程及材料进行了阐述。本论文着 重对影响p w 泵柱塞偶件性能的关键加工工序进行设计与研究。其主要内容有： 在分析p w 泵柱塞套结构特点的基础上，针对其车加工的不同方案进行质量、 经济性的比较，确定了工艺方案并进行工艺设计。 对柱塞套钻进回油孔工序，针对考核专机方案工序能力指数，确定工艺方案。 对柱塞套中孔热处理后的加工进行方案论证，并进行工艺设计 对柱塞斜槽的磨削工序的不同方案从生产上进行方案论证。 对柱塞偶件配磨工序进行了设计与研究。 并设计柱塞套钻进回油孔至肩胛面的距离量具，同时对关键工序进行了实施，并 指出了实施中存在的一些问题。 一 关键词：p w 泵柱塞偶件，加工工艺- 设计，研究 a b s t r a c t e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nh a sb e c o m eam a i nt o p i co fs o c i a ld e v e l o p m e n to f2 l t h c e n t u r ya l o n gw i t hi n c r e a s i n g l y s e v e r e p o l l u t i o n o ft h ee n v i r o m e n t a n dt h en e w e m i s s i o nc o n t r o lr e g u l a t i o nh a sc o m ei n t of o r c ei no u rc o u n t r ys i n c e2 0 0 0 o r i g i n a lf u e l i n j e c t i o ns y s t e ms e r i e sw i 血l o wt e c h n o l o g ya n dc a p a c i t ym a d ei no u rc o u n t r yc a r n o t m e e tt h en e we m i s s i o nc o n t r o lr e g u l a t i o na sw e l la st h em a r k e td e m a n d s p wp u m p ， d e v e l o p e db yw e i f ui n1 9 9 9 c a nm e e tn o to n l yt h ed e m a n d so f t h en e we m i s s i o n c o n t r o lr e g u l a t i o nb u ta l s ot h ed e m a n d so fd o m e s t i cd i e s e le n g i n e s t h e r e f o r ei ti s s u i t a b l ef u rt h ed e v e l o p i n gt r e n do ft h ed i e s e le n g i n ef u rh i g hp o w e ra n di n t e r c o o l i n g w i t l lg o o d e c o n o m y i nt h ec o m i n gt w oo rt h r e ey e a r s t h em a r k e td e m a n df o rp u m paa n dp u m pi w h i c ha r ee x i s t i n gm a i n p r o d u c t so fw e i f u i sb e c o m i n gl e s sa n dl e s s i ti sp r e d i c t e d t h a tt h er e q u i r e m e n tf o re i t h e rp u m pao rp u m p1w i l lg r a d u a l l yd e c r e a s ef r o m p r e s e n t 6 0 0 ，0 0 0t oa b o u t3 0 0 ，0 0 0o re v e nl e s s ，w h i l et h ed e c r e a s e dn u m b e rw i l lb em a i n l y s u b s t i t u t e db yp wp u m pw h i c hc a nm e e tt l l ee n v i r o m e n t a lp r o t e c t i o nd e m a n d t h e r e q u i r e m e n tf o rp wp u m pw i l lr e a c h2 0 0 ，0 0 0 3 0 0 ，0 0 0o r4 0 6 0 m a r k e ts h a r e t h e r e f o r ei ti s i m p o r t a n tt ov o l u m e p r o d u c et h ep l u n g e ru s e df o rp wp u m ps t e a d i l y t h i sp a p e rw i l ld e s i g na n ds t u d yt h ek e y p r o c e d u r ea n dp r o c e s so f t h ep l u n g e r f i r s t l yad e t a i l e di n t r o d u c t i o nt ot h ep o s i t i o no ft h ep l u n g e ri nt h ea u t o m o b i l e d i e s e le n g i n ea n df u e li n j e c t i o ns y s t e mi n d u s t r i e si sg i v e n ，s e c o n d l yi t ss t r u c t u r ea n d p r o c e s sd i f f i c u l t y a n df i n a l l yi t s p r o c e s sf l o wa n dm a t e r i a l a r ee x p o u n d e d a n dt h e d e s i g na n ds t u d yo n i t sk e y m a c h i n i n gp r o c e d u r ea f f e c t i n gt h ep e r f o r m a n c eo f p wp u m p a r ef o c u s e do n t h em a j o rc o n t e n ti sa sf o l l o w s ： b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h es t r u c t u r ef e a t u r eo ft h ep l u n g e rb u s h i n go fp w p u m p c a r r yo u tt h ec o m p a r i s o no fi t sq u a l i t ya n de c o n o m yi na c c o r d a n c ew i t hd i f i e r e n t l a t h em a c h i n i n g w a y sa n d d e t e r m i n ei t sp r o c e s ss c h e m ea n d d e s i g n i t sp r o c e s s d e t e r m i n et h e p r o c e s s e s o ft h ei n l e ta n dr e t u r n p o r t s o ft h e p l u n g e rb u s h i n g a c c o r d i n gt ot h e i rp r o c e d u r ec a p a c i t yi n d e x d e m o n s t r a t et h em a c h i n i n gs c h e m eo ft h ep l u n g e rh o l ea f t e rh e a tt r e a t m e n ta n d d e s i g ni t sp r o c e s s d e m o m s t r a t ev a r i o u sg r i n d i n g p r o c e s s e so f t h ep l u n g e r f l u m ei np r o d u c t i o n d e s i g n a n d s t u d yt h ep l u n g e rm a t c h i n gg r i n d i n gp r o c e s s i na d d i t i o n ，am e a s u r i n gi n p l e m e n tf o rt h ed i s t a n c eb e t w e e nt h ei n l e ta n dr e t u r np o r t s a n dt h es h o u l d e rf a c ei sd e s i g n e d t h ek e yp r o c e d u r ei se x e c u t e da n ds o m ep r o b l e m sa r e p u t f o r w a r d k e yw o r d s ：p l u n g e r ，p l u n g e rb u s h i n g ，p w p u m p ，m a c h i n i n gp r o c e s s ，d e s i g n ，s t u d y 上海交通大学工程硕士专业学位论文第一章绪论 第一章绪论 随着环境污染的日益严重，保护环境已成为二十一世纪社会发展的主题。从2 0 0 0 年开始，我国政府开始实施新的排放标准( 相当于欧洲i 号标准) ，我国原有的系列燃 油喷射系统，技术含量低，工作能力小，不能满足新的排放法规要求，不再适应市场的 要求。因此，开发一种新的符合排放法规要求的高压油泵已成为当务之急。威孚公司 作为国内油泵油嘴生产、开发的排头兵企业，面对这一挑战，率先开发了绿色环保产 品p w 泵。 威孚公司9 9 年开始研制开发的p w 喷油泵，是一种工作能力与p 型泵相当的高压 喷射泵，它既能满足新的排放法规的要求，又能满足国内柴油机装机要求，适应了目 前柴油机向大功率增压中冷发展趋势。另外，经济性能良好，柴油机能降低油耗5 i o g k w h ，适应已经实施的新的排放法规和燃油政策。 随着公路运输的不断发展，柴油机的需求不断上升，中大功率柴油机的增加更加 显著。同时，随着环保法规的执行，在今后的两、三年内，威孚公司的主导产品a 型 泵及i 号泵的市场需求将逐渐缩减，预计到2 0 0 2 年，a 型泵的需求量将从目前的每年 6 0 万台逐渐减少到3 0 万台左右甚至更低，i 号泵的需求情况也将如此，而减少的这 部分将主要由能满足环保要求，低油耗低、功率大的p w 喷油泵所替代。根据预测，p w 喷油泵的年需求量将达到2 0 3 0 万台以上，p w 喷油泵的市场占有率将达到4 0 6 0 。 而p w 泵所用柱塞偶件的大批量稳定性生产也就成了至关重要的问题。 1 1 柱塞偶件在汽车、柴油机、油泵油嘴工业中的地位 众所周知，汽车工业及其相关制造业的水平与发达程度是反映一个国家和地区工 业现代化程度的一个重要指标，汽车工业的发展与振兴在上世纪一直是欧美、日本等 发达国家区别于其他国家和地区的重要标志；柴油机是柴油汽车的动力，柴油机的设 计、制造水平决定了汽车的性能、价格，乃至整个汽车工业及其相关制造业发展的水 平；油泵油嘴是柴油机的心脏部件，柴油机的设计、制造水平的提高与发展直接取决 于油泵油嘴产品设计、制造水平的提高，油泵油嘴产品的性能、质量决定柴油机的主 要性能、指标。三对偶件是油泵油嘴产品的心脏，对整个油泵油嘴工业起举足轻重的 作用。而柱塞偶件是三对偶件之一，其重要性可以从以下几个方面来阐明。 1 1 1 柱塞偶件在油泵油嘴中的重要作用 柱塞偶件是柴油机燃油喷射系统中吸油、泵油的核心元件，柱塞在凸轮轴、柱塞 弹簧的作用下通过往复运动完成吸油、泵油功能。它是建立燃油压力、计算燃油供给 量、喷油定时以及凸轮轴、调速器行程分配的依据，并关系到各缸油量的均匀度、稳 定性、速度特性、喷油特性及发动机的匹配等功能。此外，燃油喷射系统中的其余零 上海交通大学工程硕士专业学位论文第一章绪论 部件如输油泵、提前器、凸轮轴、调速器等也是以配合、满足并保证柱塞偶件及另两 套偶件功能的发挥为设计条件的，故柱塞偶件的质量是决定油泵质量的重要因素之。 1 1 2 柱塞偶件产品设计在油泵油嘴产业中的地位 柱塞偶件产品设计是整个喷油泵系统的核心设计之一，喷油泵产品的选型、总体 结构尺寸、产品档次、成本、价格与市场定位、产品经济性、产品发展前景等均与柱 塞偶件有关，柱塞偶件的设计的完善程度直接决定着油泵产品的实际工作能力，对产 品制造公司乃至全行业的生产设备、工艺、检测手段的发展起着十分重要的作用，关 系到汽车、柴油机行业的进一步发展。 1 13 柱塞偶件产品制造在油泵油嘴产业中的地位 柱塞偶件在柴油机燃油喷射系统的核心地位决定了其产品制造在油泵油嘴产业中 的重要地位。它集中反映了柴油机燃油喷射系统中性能要求高、尺寸加工精度高、产 品质量管理要求严的特点，其大批量生产的特点又决定了生产中必须采用大量高精度、 高效、高性能、高价值的专业化设备，并对生产管理与质量控制提出了较高的要求。 可以说，柱塞偶件的产品质量决定了油泵油嘴产品的质量，它的工艺水平和制造能力 是衡量油泵油嘴工业水平的一个重要标志，也是制约油泵油嘴工业发展的关键环节。 1 1 4 柱塞偶件产品利润较高 通常，产品的密集程度、精度要求、设备投入、生产管理与质量控制水平、批量 特性与劳动力的使用情况决定了产品价值与利润含量，三对偶件的价值与利润还受油 泵油嘴行业的整体价格水平及行业对三对偶件的重视程度的影响。以国内传统产品a 型泵为例，柱塞偶件的价格长期稳定在2 0 元以内，然而就在这种情况下，较大的配件 市场使得三对偶件利润占整个行业利润的5 0 以上。由此可以看出，从整个行业来讲， 柱塞偶件产品利润是相当可观的。 对发达国家的情况也是如此，三对偶件的利润所占整个油泵行业的利润也达一半 以上。 1 2 国内外柱塞偶件的制造设备与工艺水平 最早从事燃料喷射装置的是德国波许公司。1 8 8 6 年，德国人罗伯特波许在斯图 加特创造了一家精密制造机械和电气器械的工场，1 9 2 7 年波许公司研制出波许型柴油 机燃料喷射泵，并投入市场，随后英国、日本、法国、苏联等一些国家几乎都是购买 德国波许公司专利进行生产。随着各国柴油机工业的发展，逐步形成了各自的油泵油 嘴企业。 1 21 柱塞偶件产品的制造设备与工艺的发展 与一般机械零件相比，柱塞偶件制造在设备、工艺与生产管理上提出了较强的专 业性要求，主要体现在加工中所用专用设备多，专用工艺多，如枪钻、珩磨( 包括粗 上海交通大学工程硕士专业学位论文第一章绪论 珩、半精珩、精珩、超精珩) 、高精度强力磨削、中i l 座面磨、工序间的分级、冷热处 理、互研、配磨、清洁度控制及偶件各种性能检测分组等。专业性设备、工艺水平决 定着柱塞偶件的性能、质量、生产效率、成本、价格、利润并影响着柱塞偶件的发展。 柱塞偶件专业性设备的优劣、工艺水平的高低和不同国家、地区的经济水平、油泵油 嘴制造业的发展历程有关。国外的些大企业已由油泵油嘴工业的初级阶段所采用的 互研工艺发展到了中、高级阶段的配磨工艺。 1 21 1 传统互研工艺的特点 传统互研工艺是油泵油嘴工业发展的初级阶段，当时由于油泵油嘴制造行业的先 驱们对三对偶件的认识较浅、油泵油嘴专业设备制造水平有限，以及当时柴油机对油 泵油嘴产品的要求较低，通过实践，只开发出一种适合中、小批量的柱塞偶件的生产 工艺，其主要特点概括如下： 油泵油嘴专业设备的精度、效率均较低，因而单件精度不高，偶件的质量主要取 决于互研工序。 加工流程长、工序环节多、同一工序的质量分散度大( 尤其是互研工序) 、劳动力 密集、现场生产管理困难、批量偶件的质量受到多种人为因素的影响且不易控制。 生产效率低，产量与质量之间存在较大的矛盾。因而批量偶件的产品质量、精度 散差大，只适用于泵端压力和性能要求不高的产品。 产品的质量、精度不高，最终限制了互研工艺的适用范围。 1 2 1 2 偶件目e 磨工艺的特点 偶件配磨工艺是油泵油嘴制造业发展的中、高级阶段。随着油泵油嘴制造行业对 三对偶件认识的不断提高，以及汽车、柴油机对油泵油嘴产品的性能、质量要求的不 断提高，现代油泵油嘴制造业普遍采用技术密集的现代化专用设备。其中用配磨机对 柱塞偶件进行配磨以代替传统的互研工艺就是突出的一例。配磨机集中了数控、自动 检测、自动控制等高新技术，以其高精度、高自动化的特点，确保柱塞偶件高效、高 质量地稳定生产。因而，配磨是一种比互研先进得多的新工艺。 1 2 2 国外柱塞1 禺件产品的制造水平 西德波许公司和日本杰克塞尔公司的产品代表着当今油泵油嘴制造工艺和质量的 先进水平。总结其工艺水平和生产管理方法，特点如下： 1 ) 工艺设备先进，广泛采用数控机床和自动高效高精度机床。 2 ) 普遍采用成组工艺等现代化管理手段。 3 ) 检测设备先进，自动化程度高，重视对生产过程的质量控制，在关键工序上配有性 能可靠的检测仪器进行普检，而圆度、直线度、粗糙度在精密计量室进行。 下面以波许公司为例介绍其柱塞偶件工艺情况。总体来说，波许公司的柱塞偶件 工艺水平很高，主要表现在大量使用自动高效高精度专机和组合机床，并且大部分是 一人多机，工序相当集中。柱塞套单件工时1 0 9 秒且报废率低。其热处理前的加工普 遍采用八轴自动机成形，枪钻中孔：十六工位组合机床加工进回油孔、孔口倒角、钻 斜孔、铣定位槽、镂中孔圈槽等；车加工后余量0 0 4 0 0 6 r a m ，热处理后采用粗珩、 上海交通大学工程硕士专业学位论文第一章绪论 精珩工艺，一般都是采用机械手自动上下料的多轴回转式珩磨机，并带有中孔自动测 量装置，共有4 个测量位置，某个工位加工后测量发现尺寸异常就自动停机。生产效 率很高，粗珩和精珩工时共4 8 秒。柱塞单件工时7 9 5 秒。其外形采用八轴自动机成 形，扁位处的复杂形状采用样板刀加工，再用反爪机构将切断的零件抓住用砂轮把小 凸台磨平。加工精度高，同轴度好。直槽和斜槽在热处理后用直斜槽自动磨床磨出， 由机械手自动上下料，用v 型块夹紧定位，控制轴向尺寸和直斜槽与扁位的位置关系， 1 5 秒完成直斜槽的加工。偶件采用配磨工艺，一次配磨合格率9 0 。 批量产品的尺寸、形位公差的质量主要是由足够的工序能力指数c p 值来保证的。 波许公司对关键尺寸、形位公差的工序能力指数c p 值都严格控制在1 6 7 以上，有的 甚至达到3 4 。国外柱塞偶件的出厂标准一般至少2 0 0 0 小时以上无故障，要求高的达 到4 0 0 0 5 0 0 0 小时。 1 2 3 国内柱摹1 禺件的制造水平 我国油泵油嘴工业是在建国初期的五、六十年代，借鉴前苏联、东欧社会主义国 家的经验而发展起来的，对我国汽车、柴油机工业的建立以及建国初期我国国民经济 的建设、发展起了巨大的推进作用。长期以来，我国油泵油嘴制造工业受设备条件、 整体经济水平、农机产品的价格水平的限制，以及我国柴油机对油泵油嘴产品的要求 较低的影响，工艺水平比较低。 我国现有油泵油嘴生产企业8 0 余家，大多数厂家使用的是国产和工厂自制的较落 后的设备，工序分散，工件多次装夹，不但工效低，而且基本精度难以保证，加上半 人工工序较多，柱塞尺寸分散度大，清洁度超标，产品质量不稳定，经常出现早期磨 损现象。柱塞套中孔普遍采用钻、扩、铰工艺，外形以芯轴定位用普通车床加工，进 回油孔用台钻利用钻模加工：中孔粗研、精研，然后分级、选配、光研。柱塞粗精磨 后，采用互研工艺。近年来一些大中型企业为适应柴油机工业在产量上不断发展的要 求，参照国外七、八十年代互研工艺发展的成功经验，针对互研工艺产量上存在的问 题进行了大量的突破与改进，同时引进了一些先进设备，工艺水平有了一定提高。目 前，无锡威孚公司、上海伊维燃油公司、衡阳油泵厂代表着我国柱塞生产的先进水平。 威孚公司是目前a 型泵国内加工产量最大、质量最稳定的公司，其加工手段为柱 塞套中孔热处理前采用钻、扩、铰，热处理后粗珩、精珩、1 6 轴研磨。柱塞偶件仍保 留互研工序以提高光洁度。 上海伊维燃油公司用数控车床、枪孔钻床的方式完成柱塞套外形和内孔的车加工， 热处理后采用粗珩+ 精珩+ 超精珩工艺；柱塞采用粗磨、精磨工艺；偶件采用配磨工艺。 衡阳油泵厂柱塞套中孔也使用了枪钻设备，热处理后粗精珩，偶件采用磨配工艺 并保留了互研中孔工艺。 1 3 本文主要研究内容 在今后的两、三年内，威孚公司的主导产品a 型泵及i 号泵的需求市场将逐渐缩 减，预计到2 0 0 2 年，a 型泵的年需求量将从目前的6 0 万台逐渐减少到3 0 万台左右甚 4 上海交通大学工程硕士专业学位论文第一章绪论 至更低，i 号泵的需求情况也将如此，而减少的这部分将主要由能满足环保要求、油 耗低、功率大的p w 喷油泵所代替。因此，p w 喷油泵的年需求量将达到2 0 3 0 万台以 上，p w 喷油泵的市场占有率将达到4 0 6 0 。 威孚公司经过市场调查，确定了年产1 0 万台p w 喷油泵的生产纲领。根据1 0 万台 泵的生产纲领需年产柱塞偶件7 8 万副。 根据年产7 8 万副柱塞的生产纲领，在满足生产节拍并保证加工质量的前提下，制 定科学、合理、经济可行的工艺，显得尤为重要。本论文的工艺设计按两班生产。 生产节拍= 生产时间生产纲领= 7 2 2 5 l 3 6 0 0 7 8 0 0 0 0 = 1 7 ( 秒) 式中7 一每天工作时间 2 5 l 一每年工作天数 本论文的主要研究设计内容是在拟订p w 泵柱塞偶件工艺流程的基础上，侧重对影 响偶件性能的关键工序进行研究设计。包括： 1 ) 柱塞套车加工工序( 包括桂塞套的外形、中孔、螺纹孔、圈槽等) 2 ) 柱塞套钻进回油孔工序 3 ) 柱塞套中孔热处理后的加工 4 ) 柱塞斜槽的磨削工序 5 ) 柱塞偶件配对工序 此外，本论文还设计进回油孔与肩胛面间距离尺寸的测量量具一只。 上海交通大学工程硕士专业学位论文第二章p w 泵柱塞偶件结构及工艺难点 第二章p w 泵柱塞偶件结构及工艺难点 2 1 p w 泵柱塞偶件结构、尺寸与形位公差系统 2 1 1 p w 泵柱墨偶件的结构 p w 喷油泵所用柱塞偶件，基本上都采用整体法兰安装，这样加强了柱塞套的刚度 和强度，也有利于油道的密封，柱塞设计采用压力平衡式双斜槽结构，改善了柱塞在 工作过程中的运动状态，有利于减少磨损和改善供、回油性能。p w 泵的柱塞偶件除具 有偶件所共有的特征尺寸及其形位公差群以外，其性能尺寸及其形位公差群和安装结 构有很大的变化。p w 泵柱塞偶件的结构见图2 1 和图2 2 。图中所示柱塞套中孔尺寸d 从口9 5 到口1 2 ，柱塞外径尺寸d 从口9 5 到口1 2 。本论文中如不特别指明，尺寸将以 u 4 4 6 柱塞偶件进行说明。 212p w 泵柱塞偶件尺寸、形位公差系统 从总体上说，柱塞偶件尺寸、形位公差系统可分为三大类，即偶件安装尺寸及 其形位公差、偶件特征尺寸及其形位公差、偶件性能尺寸及其形位公差。 表2 1柱塞偶件安装尺寸及其公差和形位公差 零件名称序号项目公差 1 柱塞尾部2 毫米尺寸上、下表面对柱塞偶件 0 0 2 5 柱 工作表面跳动 o 0 3 2 柱塞总长 8 1 5 一：。 3 柱塞扁位1 0 。0 3 塞 4 柱塞扁位对称度 0 0 4 5 柱塞扁位对量规尺寸位置角度1 5 。3 0 。 1 柱塞套大端面平面度 0 0 0 0 9 2 柱塞套大端面对安装肩胛面的平行度 0 0 2 5 柱 3 进、回油孔等高 o 0 3 4 柱塞套安装肩胛面对中孔跳动 o 0 2 5 柱塞套安装肩胛面对中外圆过渡圆角 o 2 5 塞 6 柱塞套安装肩胛面对中外圆过渡圆角公差 o 1 5 7 柱塞套中、小外圆公差 o 0 1 8 套 8 柱塞套中、小外圆对中孔跳动 o 0 3 6 上海交通大学工程硕士专业学位论文第二章p w 泵柱塞偶件结构及工艺难点 图2 - lp w 泵柱塞套结构 f i g u r e 2 一l t h es t r u c t u r eo ft h ep l u n g e rb u s h i n go fp wp u m p 7 上海交通大学工程硕士专业学位论文第二章p w 泵柱塞偶件结构及工艺难点 图2 - 2p w 泵柱塞结构 f ig u r e 2 2t h es t r u c t u r eo ft h ep l u n g e ro fp wp u m p 8 上海交通大学工程硕士专业学位论文第二章p w 泵柱塞偶件结构及工艺难点 1 ) 偶件安装尺寸及其公差和形位公差 柱塞偶件安装尺寸及其形位公差( 见表2 一1 ) 是偶件正确、可靠安装的保证，也 是偶件性能得以发挥的基本条件，有的偶件安装尺寸及其形位公差同时又是偶件性能 尺寸、形位公差。 2 ) 偶件性能尺寸及其公差和形位公差 柱塞偶件性能尺寸及其形位公差( 见表2 2 ) 是对柴油机燃油喷射系统的性能、 质量起决定作用的部分，也是油泵油嘴生产厂家加工、检测中重点控制的部分。 3 ) 偶件特征尺寸及其公差和形位公差 柱塞偶件特征尺寸及其形位公差( 见表2 3 ) 是偶件区别于其他机械零件的特色 及偶件正常工作的基础，也是油泵油嘴工业专业性设备用以加工和保证的重点。 表2 - 2柱塞偶件性能尺寸及其公差和形位公差 零件名称序号项目公差 1 量规尺寸 4 2 5 0 0 2 5 柱2 斜槽或螺旋槽角度 1 5 3 斜槽深度 2 7 5 o 1 塞 4 直槽深度2 2 5 o 1 5 直槽对扁位中心线角度 3 8 。1 5 7 6 斜槽对柱塞工作表面轴心线倾斜度 o 0 2 1 进、回油孔孔径e3 5 o 0 3 柱2 圈槽位置o 2 塞3 进、回油孔位置度 o 1 套 4 中孔两端喇叭口控制大2 小3 6 径部密封性能按规范分组装泵 7 滑动性及外观检查按规范检查 表2 3柱塞偶件特征尺寸及其公差和形位公差 零件名称序号项目公差 柱 1 柱塞工作表面粗糙度 r z 0 3 2 2 柱塞工作表面圆度 0 0 0 0 5 塞3 柱塞工作表面素线度 0 0 0 0 6 4 柱塞工作表面直线度 o 0 0 1 柱 1 柱塞套工作表面粗糙度 r z o 3 2 塞 2 柱塞套工作表面圆度 0 0 0 0 5 套 3 柱塞套工作表面素线度 0 0 0 0 6 4 柱塞套工作表面直线度 0 0 0 1 9 上海交通大学工程硕士专业学位论文第二章p w 泵柱塞偶件结构及工艺难点 2 2p w 泵柱塞偶件的工艺难点 由上述结构可见： 1 ) p w 泵柱塞套外形复杂，中孔在柱塞导向孔的基础上增加了螺纹孔等三级孔安装出 油阀，头部增加了法兰结构( 见图2 3 ) 。复杂的外形和内腔使得工步增多，增加了加 工难度。 图2 - 3p w 泵柱塞套头部结构 f i g u r e 2 。3 t h en o s e s t r u c t u r eo nt h ep l u n g e rb u s h i n go fp wp u m p 2 ) p w 泵柱塞套的精度要求高。例如：其进回油孔距离肩胛面尺寸公差0 0 5 要求控制等高度0 0 3 ( 见图2 4 ) 。 障辨该二烈 飞 雹澎么： 严 图2 4p w 泵柱塞套进回油孔 f i g u r e 2 4 t h ei n l e ta n dr e t u r np o r t so ft h ep l u n g e rb u s h i n go fp wp u m p 上海交通大学工程硕士专业学位论文第二章p w 泵柱塞偶件结构及工艺难点 柱塞套中孔属于深孔且精度要求高。孔表面粗糙度r z 0 3 2 ，圆度0 0 0 0 5 ，直线度 0 0 0 1 ，素线平行度0 0 0 0 6 ( 详见图2 - i ) 。 3 ) 柱塞套材料2 0 c r m n ，质地较软，属于难加工材料。 4 ) p w 泵柱塞单件精度要求高。要求外径表面粗糙度r z 0 3 2 ，圆度o 0 0 0 5 ，直线度o 0 0 1 ， 素线平行度o 0 0 0 6 ( 详见图2 2 ) ：结构复杂为双斜槽结构并且量规尺寸公差由原来的 o 0 5 压缩到0 0 2 5 。尺寸见图2 5 ，斜槽展开图见图2 6 。 酬a 蕊，兰r z 6 3 图2 - 5p w 泵柱塞斜槽结构 f i g u r e 2 5 t h es t r u c t u r eo nt h ep l u n g e rf l u m eo fp wp u m p 图2 - 6柱塞斜槽展开图 f i g u r e 2 6 t h eo u t s p r e a d d r a w i n go ft h ep l u n g e rf l u m e 4 ) 柱塞偶件的配合性能要求高。配合表面是指柱塞套的中孔与柱塞的外圆。它是对柱 塞偶件的性能、质量起决定作用的部分，不仅关系到偶件的滑动性，而且影响其密封 性能。要求配合表面粗糙度r z 0 3 2 ，圆度0 0 0 0 5 ，直线度0 0 0 1 ，素线平行度0 0 0 0 6 。 偶件的配合间隙0 0 0 2 0 0 0 3 m m ( 见图2 2 ) 。 综上所述，p w 泵柱塞偶件在制造上更难，尤其要生产质量好且形成大批量稳定生 产，其难度是很高的。 上海交通大学工程硕士专业学位论文第三章p w 泵柱塞偶件材料及工艺流程 第三章p w 泵柱塞偶件材料及工艺流程 3 1 p w 泵柱塞偶件材料及毛坯形式 p w 泵柱塞套的材料选用2 0 c r m n ，热处理采用渗碳淬火、冰冷处理及二次回火。渗 碳淬火使表面硬度高而芯部具有较高的韧性。因其结构复杂，根据毛坯精化技术，威 孚公司一般是采用锻件毛坯。钢材经过锻造后使得金属纤维组织均匀致密，提高了抗 拉、抗弯、抗扭强度。目前在中小批量生产条件下多采用自由锻，所需设备简单，但 毛坯精度低、余量高达l o m m ，既浪费材料又浪费工时。采用模锻可以锻造形状复杂的 毛坯，加工余量小，有利于减少机械加工工时。因此p w 泵柱塞套采用模锻方式。柱塞 套的毛坯见图3 1 。 o m 昏 图3 - ip w 泵柱塞套的毛坯 f i g u r e 3 1 t h er o u g h c a s to ft h ep l u n g e rb u s h i n go fp wp u m p p w 泵柱塞的材料选用g c r l 5 ，热处理用淬火、冰冷处理及二次回火。其结构适合 用圆钢加工。由于热轧圆钢表面粗糙，加工余量较大，甚至于有2 m m 左右；冷拉圆钢 表面光洁度好，加工余量小，有利于减少机械加工工时。因此柱塞毛坯采用冷拉圆钢。 上海交通大学工程硕士专业学位论文第三章p w 泵柱塞偶件材料及工艺流程 3 2 p w 泵柱塞偶件工艺流程 p w 泵柱塞偶件工艺流程是在a 型泵柱塞偶件工艺流程的基础上演化而来，修改了 一系列工序，如柱塞套车各级外径成形工序、车大端台阶及螺纹孔成形工序、钻2 8 。 斜孔工序、钻2 2 。斜孔工等：柱塞磨双斜槽工序等。下面分别介绍p w 泵柱塞套、柱塞 和柱塞偶件配对的工艺流程( 分别见表3 一l 、表3 - 2 、表3 3 ) 。 表3 一lp w 泵柱塞套工艺流程 序号内容设备备注 1 0毛坯检验锻件 2 0车大端台阶 c 3 3 6 1 3 0外径成形m l 一1 5 a 或c 3 3 6 4 0大端台阶及螺纹孔成形m l 一1 5 a 或c 3 3 6 5 0中孔成形枪钻或扩镗铰 5 0 j外径及中孔成形检验 6 0铣定位槽卧铣 7 0铣腰形槽 z k 7 6 4 0 8 0除肩胛面毛刺手工 8 0 s清洗 z s x 一0 0 2 9 0镂圈槽 c 3 3 6 1 1 0 0去中孔毛刺去毛专机 1 0 0 s清洗 z s x 0 0 2 1 1 0钻2 8 。斜孔专机 1 2 0去2 8 。斜孔毛刺工作台 1 2 0 s清洗 z s x 一0 0 2 1 3 0钻加工进、回油孔专机 1 4 0去中孔毛刺去毛专机 1 4 0 s清洗 z s x 0 0 2 1 5 0钻2 2 。斜孔台钻z 4 0 0 6 1 6 0去2 2 。斜孔毛刺工作台 1 7 0去中孔毛刺去毛专机 1 7 0 s清洗 z s x 一0 0 2 1 8 0 j综合检验 1 9 0热处理 2 0 0抛丸抛丸机q z r - 9 0 0 2 0 0 s清洗 z s x 一0 0 2 2 1 0粗珩中孔 m b c 1 8 0 4 上海交通大学工程硕士专业学位论文第三章p w 泵柱塞偶件材料及工艺流程 2 1 0 s清洗发生器h 6 6 1 2 1 0 j粗珩中孔检验 气动量仪q f p 一1 0 - 3 2 2 0中孔分级 2 3 0精珩中孔 m b c 一1 8 0 4 2 3 0 s清洗发生器h 6 6 1 2 3 0 j精珩中孔检验 气动量仪q f p 一1 0 - 3 2 4 0中孔分级智能测量仪p e m 一2 2 5 0磨肩胛面外磨m m b l 4 2 0 2 5 0 s清洗 z s x 0 0 2 2 6 0磨各级外径m m b l 4 2 0 2 6 0 s清洗 z s x 0 0 2 2 7 0磁性探伤及退磁 探伤机、退磁机 2 7 0 s清洗 z s x 一0 0 2 2 8 0 j磨外径检验检验台 2 9 0中孔分级智能测量仪 3 0 0精光研中孔z m 0 4 9 3 0 0 s清洗发生器 3 0 0 j中孔检验气动量仪 3 2 0入库 表3 - 2p w 泵柱塞工艺流程 序号内容设备备注 l o轧断 2 0磨两端面 m 7 1 2 0 3 0车外径成形自动车 3 0j外径成形检验 4 0铣扁位 x 6 1 2 0 4 0j铣扁位检验 5 0铣直槽 x 6 1 3 0 6 0去直槽毛刺手工 7 0清洗 z s x 0 0 2 8 0刻钢印专机 9 0 j综合检验 1 0 0热处理 1 0 0 s清洗 z s x 0 0 2 1 1 0水喷砂 s s 一8 a 1 1 0 s清洗 z s x 一0 0 2 1 2 0研中心孔 z 5 1 2 上海交通大学工程硕士专业学位论文第三章p w 泵柱塞偶件材料及工艺流程 1 2 0 s清洗 z s x 。0 0 2 1 3 0粗磨外径 m b l 3 2 0 1 3 0 s清洗 z s x 一0 0 2 1 4 0磨肩胛面及6 0 0 角 m b l 3 1 2 1 4 0 s清洗 z s x 一0 0 2 1 5 0磨扁位 m 7 1 2 0 1 5 0 s清洗 z s x 一0 0 2 1 6 0磨扁位肩胛面及喉部 m b l 3 1 2 1 6 0 s 清洗 z s x 0 0 2 1 7 0 磨尾端面 m 7 1 2 0 1 7 0 s 清洗 z s x 0 0 2 1 8 0 磨总长 m 7 1 2 0 1 8 0 s 清洗 z s x 0 0 2 1 9 0 磨1 7 0 0 角专机 1 9 0 s 清洗 z s x 一0 0 2 2 0 0 半精磨外径 m m b l 3 1 2 2 0 0 s 清洗 z s x 0 0 2 2 1 0 磨双斜槽 2 1 0 s 清洗 z s x 一0 0 2 2 2 0 磁探退磁 2 2 0 s 清洗 z s x 0 0 2 2 3 0 去毛刺探伤机、退磁机 2 3 0 s 清洗 z s x 0 0 2 2 4 0 j 综合检验 2 5 0 精磨外径 m m b l 3 1 2 2 5 0 s 清洗 z s x 0 0 2 2 6 0 去毛刺横研机 2 6 0 s 清洗 z s x 一0 0 2 表3 - 3p w 泵柱塞偶件工艺流程 序号内容设备备注 1 0 柱塞套中孔分级 2 0 柱塞外径分级立式光学仪 2 0 s 配磨外径s 3 0 一1 3 0 柴油清洗及滑动性自检清洗机z e - 3 0 4 0 滑动性及外观检验 5 0 径部密封性试验试验台 6 0 汽油清洗手工 7 0 上油、包装 上海交通大学工程硕士专业学位论文第四章关键工序的工艺设计与研究 第四章p w 泵柱塞偶件搬序的工艺设计与研究 本章将对影响偶件性能的关键工序即柱塞套车削成形工序、钻进回油孔工序、柱 塞套中孔热处理后的加工工序、柱塞斜槽的磨加工工序、柱塞偶件配磨工序进行研究 设计并对柱塞套进回油孔与肩胛面间距离尺寸测量量具进行设计。 4 1 柱塞套车加工工艺方案分析与设计 p w 泵柱塞套车l j i 序主要是车外形和加工内孔，其核心问题是中孔( 深孔) 加工。 4 1 1p i g 泵柱塞套中孔的特点 孔加工是机械加工中常见的加工形式。孔加工分为浅孔加工和深孔加工两类，也 包括介于两者之间的中深孔加工。一般规定孔深l 与孔径d o 之比大于5 时，即l d 0 5 时，称为深孔；l d 0 5 时，称为浅孔。 p w 泵柱塞套的中孔属于深孔加工，其长度8 4 ，中孔孔径从口9 5 到口1 2 。长径比 最大8 5 ，最小7 。这是a 型泵、一号泵柱塞套所没有的。 一般实心料的孔加工，采用标准麻花钻进行钻削。麻花钻的钻头直径d o 、螺旋角 b 、螺旋槽导程p 之间的关系为： p d o = t g b 0 4 在生产中，为保证切屑顺利排出，麻花钻一次到底时的钻孔深度l 规定为不超过螺旋 槽导程p 的3 4 ，即l 3 4 p ，代入上式，得 l d o = 3 4 t g b 一般麻花钻螺旋角b 推荐在2 5 3 0 。之间，由上式可得l d 0 5 0 5 4 0 8 ，因 此麻花钻正常钻孔深度和孔径之比一般不超过5 。而p w 泵柱塞套中孔的长径比接近8 ， 故不宜用麻花钻加工成形。 4 1 11 p w 泵柱摹套中孔加工的特点 p w 泵柱塞套的中孔属于深孔加工。深孔加工是处于封闭或半封闭状态下进行的， 具有如下特点： 1 ) 操作者不能直接观察刀具的切削情况，目前只能凭经验、听声音、看切屑、触 摸震动等外观现象来判断过程是否正常。 2 ) 切削热不易散出。一般切削过程中8 0 的切削热由切屑带走，而深孔加工刀具 本身所占比例大，易过热、扩散迟。经测定刃口的温度可达4 0 0 。c ，一般高速钢材料， 刀具的硬度将下降至h r c 3 0 。 0 4 ，必须采取强制冷却的方式。 3 ) 工艺系统刚性差。因受孔径的限制，不可能有足够刚性的钻杆，孔的长径比较 大，钻杆细而长，易振动，钻孔易走偏，孔的加工精度及表面粗糙度不易保证。 4 ) 切屑不易排出。因为切屑经过的路程长，如遇到阻塞易产生刀具崩刃现象。 上海交通大学工程硕士专业学位论文第四章关键工序的工艺设计与研究 刀具也容易磨损，因此要对切屑的形状加以控制。 41 12p w 泵柱塞套中7 l 加工中所要解决的主要问题 1 ) 冷却、润滑与排屑 由于深孔加工切削热不易排散、切屑不易排出，因此必须采用强制冷却和强制排 屑措施。目前是采用高压将切削液通过钻杆的内部或外部直接送到切削区，起到冷却、 润滑作用，并将切屑由钻杆的内部或外部排出，达到强制冷却和强制排屑的目的。 2 ) 合理导向 由于深i l 长径比大，钻杆细而长，刚性较低，易产生振动，并使钻孔易走偏而影 响加工精度和生产效率，因此深孔加工需要合理的导向。 3 ) 切屑的处理 深孔加工的排屑是一个重要问题，对于p w 泵柱塞套中9 5 中1 2 这样小直径深孔， 排屑空间小，排屑条件更为恶劣。切屑的宽窄、切屑的长短、切屑的形状都会影响排 屑情况。 4 1 2 拟订车加工工艺方案及其质量分析 参照以往a 型泵柱塞偶件的加工经验和国内的水平，p w 泵柱塞套外圆和中孔的加 工拟可采用三种工艺方案。 方案一：用六角车床车外形及钻、扩、铰中孔 方案二：用六角车床和数控车的方式 方案三：用六角车床、数控车和枪钻中孔方式 4 1 2 1 方案一分析 对于方案