喷油嘴喷孔加工工艺附应用设备探讨

1、喷油嘴喷孔加工工艺及应用设备探讨作者：机械工业第四设计研究院 任振挡 来源： AI 汽车制造业本文介绍并分析了喷油嘴喷孔各种加工工艺的特点，并对不同加工工艺设备的结构原理、特点及加工精度进行了叙述。 随着国家排放要求的提高，高压共轨技术的应用，喷油嘴也向多孔数、小孔径方向发展。 其加工质量直接影响喷油嘴的雾化特性、油线贯穿度及流量系数，最终影响柴油机的经济 性、动力性和排放指标。目前，国内用于喷油嘴喷孔的主要加工方法有四种：在变频或风动高速台钻上采用手工钻 削；采用数控三轴钻床钻喷孔；采用电火花喷孔机床加工喷孔； 采用激光打孔机加工喷孔。 另外，用于喷孔后续加工的还有喷孔挤压研磨工艺和电解去压

2、力室喷孔毛刺工艺。随着技术的进步，在变频或风动高速台钻上采用手工钻削的工艺已经逐步淘汰；激光打孔 机加工喷孔技术目前尚在试验阶段，还没有应用于实际生产中；电解去压力室喷孔毛刺工 艺，只是对喷孔毛刺有一定的去除作用，不能改变喷孔的直径和粗糙度。在此，本文只介 绍其他的加工方法。数控三轴钻加工喷孔工艺目前，国内生产喷油嘴偶件的大部分制造厂家加工喷油孔的主要设备都是数控三轴钻，常见的设备型号有瑞士 POSALUX公司的PNC-川数控三轴钻和国内鲁南机床厂的ZK9303型数控三轴钻。以上两种型号的机床加工原理基本相同：通过 3个高精度的变频调速电主轴， 进行打中心孔、钻孔和扩孔；电主轴的换位和进给均为

3、伺服电机驱动。工件分度为二维精 度分度的定位机构，采用了传动误差小、空回小、传动效率高的谐波传动减速器及伺服驱 动电机；主轴换位及进给和水平分度轴的轴向移动均采用直线滚动导轨副和滚珠丝杠副等 精密传动部件。通过现场生产的加工零件来看，该种设备加工后喷孔内毛刺较大，反应出来的喷孔流量散 差较大， 手工不易清理喷孔内的毛刺， 对喷油器总成的性能具有一定的影响。最主要的是， 使用该种设备加工直径小于 0.20mm 以下的喷孔时，因钻头的刚性差，造成断钻头现象严 重，且生产效率很低，严重制约着企业的发展。为此，生产企业已逐渐引进电火花加工设 备。电火花加工喷孔工艺 随着柴油机排放要求的提高，喷油嘴喷孔

4、向小孔径、多孔数发展，钻削加工喷孔的工艺将 很难适应喷孔直径越来越小的要求。而电火花加工喷孔则具有可加工直径小、精度高和压 力室无毛刺的特点，并可放在热处理后加工。1.加工原理电火花加工的原理是基于电极和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电蚀现象， 电蚀多余的金属， 达到加工孔的目的。 加工喷孔的电极是利用 300mm 长的杆状金属丝 （经 常使用的有黄铜电丝、碳化钨电丝、紫铜电丝和银电丝，但根据其加工质量和效率以及成 本, 多数情况下选用碳化钨电丝与银电丝） 。此电极丝是通过无心磨床加工，电极丝的圆度 保证在3 m以下，直线度保证在 3 m以下。目前的电火花加工方式主要有两种：一种是加

5、工喷孔时电解丝做轴向进给，另一种是加工 喷孔时电极丝做轴向进给和旋转运动。在加工过程中，总是根据加工零件的不同（材料、 孔径和孔深等）来确定放电参数（脉冲频率、脉冲宽度和放电间隙等） 。2.加工设备及工艺参数行业中使用较多的是瑞士 POSALUX公司的HP4-EDM型数控电火花加工喷孔机床（图 1）。 该机床有 3 个转动轴和 3 位移轴，是六轴自动控制机床；具有单夹紧系统和双夹紧系统两 种加工方法。加工时，以喷油嘴的中孔和座面定位、两个销孔定圆周方向，并通过爪形机 构夹紧（图 2），装卸十分方便。图2 HP4-EDM型数控电火花加工喷孔机床的爪形机构夹紧电极丝的轴向进给分三步进行：电极丝的修

6、整t电极丝加工（电蚀）工件 t对整个喷孔的修整（去除倒锥）。每一分步的进给量都要根据加工孔的孔深来确定，电极丝可自动进给、 自动补偿。经过批量加工试验，该机床加工喷孔的精度为素线平行度6m,直径公差为6m,粗糙度为Ra0.8;孔口能观察到圆角，并可加工直径为$ 0.1mm$ 1mm的喷孔。喷孔各项精度都优于钻削的加工精度，以加工5孔$ 027mm的P系列油嘴为例，具体数据见表1和表2。2电礼榊蚁勺婷伦的福摆US" strW 30!344/ j£!E3UT - 3C195" lla3<«- ie'Lftr141STClC3aa53'

7、5S即4r昨蠶KF 4V3U*関E3§十_列=izr sti»5r +r270'M+* 16'31ITi"斗.近年来，瑞士 AGIE公司生产的AGIE 4HP电火花设备在国内的应用数量呈上升趋势。其加 工原理是靠电解丝的轴向进给（X、Y、Z和W）与旋转定位轴（A、C）共同配合加工工件的，加工精度与瑞士 POSALUX公司的HP4-EDM型电火花机床加工精度不分上下。通过现场加工调试我们发现，AGIE 4HP电火花设备具有如下特点：（1 ）加工时的空载电压高低：喷孔的直径和流量随电压的增加而增大，但增量不大；（2）电极丝三步进给量的大小：进给量的大小

8、影响喷孔的锥度和和压力室圆角的大小，应根据不同的零件来通过试验确定合理的每步进给量；（3）电极丝头部径向偏移量：加大偏移量会使喷孔直径增加，但可以缩短加工时间；正常情况下，每根电极丝可加工 0 0.27mm深度1mm的孔1100左右，每个孔的加工时间约 40s左右。此外，常用的设备还有国内山东鲁南机床公司生产的ZK9306-EDM2数控电火花喷孔加工机床。挤压研磨加工工艺在喷油嘴的加工中，国内的大部分生产厂还都在使用钻孔工艺加工喷孔。这种工艺加工的喷孔，粗糙度差，在压力室中有翻边毛刺，喷油嘴流量系数只有0.50.6。为了满足越来越严格的排放法规要求，柴油机要求喷油嘴流量系数在0.8以上，需要进

9、一步提高其流量系数。目前，国际上普遍采用液体挤压研磨的工艺，例如德国BOSCH日本电装公司等。1加工原理磨粒流挤压研磨工艺是在具有一定粘弹性的高分子材料中掺入硬质颗粒形成半流体状的研磨介质：在机床的压力作用下， 研磨介质从工件的被加工表面流过，从而产生微量切削（图3 ）。由于喷油嘴中孔直径 D与喷孔直径d的比值D/d较大（约20）,其截面面积之比是 D/d 的平方（约400）,因此磨料在喷油嘴中孔和喷孔中的流速相差约100倍。而磨料的切削作用只有在一定速度下才能起到作用，即磨料在高压的作用下，由夹具压头进入喷油嘴中孔，经过喷油嘴压力室，高速通过喷孔；在压力室喷孔产生切削磨粒流，对压力室喷孔边角

10、毛 刺和喷孔进行微量磨削；在喷孔入口处研磨出圆角并使孔壁粗糙度提高，而不会破坏精加 工后喷油嘴中孔、座面的的精度。液偉解科戒怖暦料图3挤压研磨加工原理2加工设备及工艺参数无锡油泵油嘴研究所生产的KYM-H型挤压研磨设备（图 4）。该设备是针对喷油嘴喷孔的挤压研磨设备，不能自动控制流量，加工过程应利用流量检测设备，按研磨-检测-研磨-检测这种逐步逼近法进行加工，直至达到工艺要求。图4无锡油泵油嘴研究所生产的KYM-H型挤压研磨设备在加工过程中，影响喷油嘴喷孔挤压研磨效果的主要因素有：研磨料的工作压力P;加工时间S;研磨料的切削性能；喷孔的成形工艺。由此可见，根据钻孔时钻头的公差及钻通 时的毛刺，

11、钻头的锋利与否都影响喷孔的孔径大小和毛刺的大小。为达到最终相同的喷孔流量，在使用相同研磨料的情况下，就需要调整研磨料的工作压力P或加工的时间 S所以，对不同批次加工的喷油嘴首先应在流量试验台上检测流量，进行分组；根据不同的流 量值来确定研磨料的工作压力 P或加工的时间So试验证明，经过挤压研磨后，可以消除压力室与喷孔处的毛刺，扩大其相贯线处的圆角， 减少高压油的压力损失；降低喷孔表面的粗糙度，增加油的流速，获得良好的雾化效果；可提高喷油嘴的流量系数，使动态喷雾角度和流量趋于一至（表3）,降低了柴油机的油耗和排放指标（表4）条3壤IB辦“喷孔4一朋0.3J拚床餅磨前百流雷D1.701.936L

12、721 931.341. 93r1.761 94LB51.9B8L. 841 961.7B1 949L S31 97L贬1.9S101 791 95表4柴汕机试豔结果（机型41D5TF）口 DEI曰曰15S230024L4260232C2484.11丸23C03. 56023"D2403- 4此外，在流量挤压与检测应用方面，国际上比较先进的设备是美国挤压研磨公司的 microFLOW微孔磨粒流机床（图 5）。该机床为加工小孔设备，尤其适合柴油机喷油嘴的流 量调整。用该设备加工时同时检测喷孔流量，根据检测结果，来自动确定各加工参数（加 工压力和加工时间），可自动控制流量，并将流量散差控

13、制在土 1%内，使用方便、快捷。图5美国挤压研磨公司的 microFLOW微孔磨粒流机床总结目前，国内各油嘴生产厂家执行的工艺主要有两种：数控三轴钻钻喷孔一热处理一电解压力室喷孔毛刺一挤压研磨喷孔（部分企业还未实施） ；热处理一精加工中孔座面一电火花打 喷孔一挤压研磨喷孔。未来，随着欧川、欧"排放标准的执行，以及高压共轨系统的要求，第二种工艺将成为喷 孔的主流加工工艺。微孔加工的在线监控作者：晁刚 译 来源：工具展望内燃机燃油喷嘴所承受的压力高达2000bar,因此对其加工精度提出了极高要求，其中包括机床的制造精度以及对刀具在加工中的状态进行有效而可靠的监控。位于德国 Bamberg

14、 的罗伯特博世公司（ Robert Bosch ）在 20 世纪发明了燃油喷射泵，无 论采用何种增压系统（如泵 / 喷油嘴或柴油机进气喷油系统） ，燃油都必须经压缩后进入喷 管体。喷管体内有一微孔，当各汽缸的工作状态处于压缩行程时，这些微孔将通过喷嘴针 阀被开启或关闭，喷嘴针阀与喷管体之间的间隙公差仅为几个微米。工件经过钻削加工后还需要进行磨削，为了避免磨削细长工件时产生弹性弯曲变形，磨削 加工过程不宜过长，这就要求工件在初加工后，公差就基本达到设计要求，最后只需进行 磨光处理。博世公司在加工喷管体时， 工件在磨削加工之前就在 MiKron 圆盘式节拍自动机床上用钻头 和铰刀对孔进行了初加工。

15、 MiKron 机床（尤其是瑞士式加工机床）为众多精密机床制造商 和用户所熟知。在精密制造行业中，除了加工机床的精度极高以外，所使用的刀具同样具 有制造精度高且几何尺寸极小的特点。多年来，MiKron机床一直采用由 Hu rth公司提供的Nordman刀具监控器。该设备是迄今为 止人们找到的一种可对难以检测部位实施监控 （如对直径小于 0.1mm 微小孔加工过程的监 控）的有效工具。这里，为了实现对工件和刀具在加工过程中所产生声波的测量，是将冷 却润滑介质的射流束作为声波的传导体，由液体传声检波器予以接收。而在测量有功功率 时，则可根据主轴的驱动情况，通过信号总线进行数字测量，或在刀具监控器上

16、进行三相 模拟测量。博世公司主要通过测量加工机床的有功功率来对其进行监控，其原因是，在靠近加工刀具 的位置排列安装了冷却润滑介质喷嘴，在狭小的空间内难以再安装用于刀具监控的其它机 械探头。测得的机床刀具轴的有功功率曲线通常由线性的上极限和下极限（即包络曲线）的形式给 出。下极限一般总是位于锋利刀具测量曲线的下方，而上极限始终在不锋利刀具测量曲线 的上方。在博世公司，人们希望测量曲线始终处于一个较窄的、均匀的区间内。然而，这 并不仅仅取决于刀具是否锋利，在切削加工过程中，刀具出现一些极微小的破损，或其他 一些突变因素，都会引起测量曲线发生变化。由于包络曲线的上、下极限之间有一定的宽 度要求，这就

17、需要对测量曲线中因刀具磨损而发生变化的部分予以补偿。这种补偿值是通 过对 8 个以上工件进行加工时获得的测量曲线取平均值计算得出。此后，工件的测量曲线将用补偿后的包络曲线加以评判。在切削过程中，刀具会不断磨损，因此需要随时对包络 曲线进行补偿，以与刀具的磨损相适应，故通常将这种曲线称为 “滑移曲线 ”。MiKron 圆盘式节拍自动机床的操作工 Otto Halama 这样描述喷管体的制造过程：通常，除 监控钻头破损外，我们还可以通过 Nordman 系统将预加工量控制在 0.02mm 以内，同时还 能检测出钻头的磨损是否均匀。当测量刚开始时，如测量值的分布明显呈分散状态，则意 味着钻头磨损加大

18、，机床刀具轴的轴承存在缺陷。如测量曲线数值的分散度过大，也会导 致包络曲线上、下极限值发生波动。在 MiKron 的 Dico-18 型机床的加工过程中，当更换了新刀具后，刀具监控器的测量曲线会 忽左忽右地摆动，此外，用锋利的新刀具加工时测出的曲线值一般偏低。因此，每当刀具 磨损进行更换后，滑移包络曲线都需要通过重新自学习而设定新的阈值，并随时将采集到 的加工测量数据与通过自学习设定的阈值进行比较，这里，一般会将未更换锋利刀具以前 测得的包络曲线向下调整。对于某个单一的加工工位而言，这种 “自适应学习 ”过程可通过 “菜单 ”来设定，但为了方便起见，在刀具监控器的右侧还设置了带工位数的操作键。当处 于某一加工工位时，可在对已加工孔的测量曲线进行求平均值处理的基础上，一边观测， 一边操作对应工位的按键，即可对包络曲线进行调整和设定，随后再重新启动加工过程。在 MiKron 的 Dico-18 型机床上，通过测量曲线的分散值，也可以观测出加工刀具的磨损状 况。应将有功功率测量曲线的分散值控制在一定范围内，该范围是通过对一定量的工件测 量数据进行处理后得出的，并可在刀具监控器上绘制出趋势图。尽管有功功率测量曲线所设定的包络曲线范围很窄，但偶尔也可能出现这种情