柴油机燃油系统产品主要零部件的制造工艺解析.docx
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柴油机燃油系统产品主要零部件的制造工艺解析
柴油机燃油系统产品主要零部件的制造工艺
一.概述:
柴油机燃油系统主要零部件包括喷油泵,喷油器总成,喷油嘴,柱塞偶件,出油阀偶件等精密零部件。
其制造过程,包括铸造,锻造,冲压,冷挤压和金属切削加工等热处理前的软加工成形技术。
热处理后还要经过磨、珩、研以及电火花、电解等加工方法进行精加工,完成了零件的加工之后,还要按规定的程序进行装配和性能试验。
合格后才能作为成品出厂。
因此如何制定合理的工艺过程,采用先进加工设备(当然根据具体条件),成为机械工艺工程师的重要任务。
我国油泵油嘴厂数量多而分散,不少工厂采用通用设备,工序分散,手工操作多,生产方式也落后,产品质量不稳定。
改革开放以来国内部分厂家投入大量资金,引进了许多国外先进设备,在关键工序上把好质量关,引进了部分的先进制造技术,如瑞士Mikron的DR-12喷油嘴体内腔成型组合机床,瑞典UVA中孔座面磨床,Stude配磨磨床和A型泵、Pw泵、S系列喷油嘴加工技术等一批先进加工设备和技术。
引进了世界最大的燃油喷射系统制造商BOSCH公司的生产制造技术。
使国内的柴油机燃油系统产品的制造技术有了很大的提高,产品质量有明显的改善,但总体技术与国外还有较大差别。
国外油泵油嘴零件的加工和装配试验已达到很高的自动化程度,采用专用高效设备组成CAM自动线加工零件。
油泵油嘴总成的装配,实现了信息化CAPP→PDM的自动化管理,由于加工过程的自动化和科学的质量管理体系(6Σ质量认证的质量管理方法),所以生产效率高,产品质量稳定。
二.柴油机燃油系统精密偶件的主要加工工艺和技术要求:
图〈1〉为喷油嘴偶件。
2.1柴油机燃油系统精密偶件的主要技术要求:
柴油机油泵油嘴精密偶件主要有三对,喷油嘴偶件,柱塞偶件和出油阀偶件。
JB/T7296—2004柴油机喷油嘴偶件技术条件,
JB/T7174.1—2004柴油机出油阀偶件技术条件,
JB/T7173.1—2004柴油机喷柱塞偶件技术条件。
表一:
喷油嘴偶件的主要技术要求
零件名称
偏差名称
精度mm
粗糙度μm
针阀体
1.内圆工作表面圆度
0.0005
0.05
2.内圆工作表面的轴线直线度
0.001
3.内圆工作表面的素线平行度
+0.0015-0.0005
4.密封锥面对内圆工作表面的斜向圆跳动
0.004
0.40
5.密封端面的平面度
0.0009
0.20
6.喷孔轴心线与针阀体轴心线的角度差
±3°(孔式)
7.圆周上各喷孔轴心线的角度偏差
±3°(孔式)
8.喷孔对内圆工作表面的圆跳动
0.003(轴针式)
针阀
1.导向工作表面的圆度
0.0003
0.05
2.导向工作表面的轴线直线度
0.0005
3.导向工作表面的素线平行度
0.0005
4.密封锥面的圆度
0.001
0.20
5.密封锥面对导向工作表面的斜向圆跳动
0.0015
6.针阀轴针对导向工作表面的圆跳动
0.002(轴针式)
偶件
1.升程偏差
6~14秒
降压法19.6MPa降到17.64MPa
2.配合表面密封值
表二:
柱塞偶件的主要技术要求
零件名称
偏差名称
精度mm
粗糙度μm
柱塞
1.圆柱工作表面圆度
0.0005
0.04
2.圆柱工作表面的轴线直线度
0.001
3.圆柱工作表面的素线平行度
20:
0.0006
4.控制斜槽的线轮廓度
0.04
柱塞套
1.内圆柱工作表面圆度
0.0005
0.04
2.内圆柱工作表面的轴线直线度
0.001
3.内圆柱工作表面的素线平行度
20:
0.0006
4.密封端面的平面度
0.0009
0.16
偶件
配合表面密封值>φ6.5~φ8.5
11~26秒
19.60±0.245Mpa等压试验
配合表面密封值>φ8.5~φ12
9~22秒
表三:
出油阀偶件的主要技术指标(略)
2.2精密偶件的材料及热处理;
2.21精密偶件的材料选择;
精密偶件的材料除了要求热处理后应具有较高的硬度和耐磨性,有较高的抗回火性和尺寸稳定性,有较好的抗腐蚀能力和接触疲劳强度,以及小的线膨胀系数外,还应具有良好的机械加工性能。
〈1〉喷油嘴偶件的常用材料;
轴针式喷油嘴偶件较多的采用GCr15,热处理后硬度为HRC60~64。
长型孔式喷油嘴偶件的针阀体则采用合金渗碳钢,针阀为高速钢。
针阀体材料有18Cr2Ni4WA,25SiCrMoV,18CrNi2,20CrMoS,20CrNi,GCr15等。
大功率柴油机喷油嘴的针阀体采用27SiMn2MoV合金渗碳钢或38CrMoAl氮化钢等材料。
采用合金渗碳钢热处理的针阀体,其渗碳层深度为0.4~0.9mm,硬度≥HRC57,采用38CrMoAl氮化钢热处理的针阀体,其渗碳层深度为0.3~0.4mm,硬度HV≥950。
针阀采用高速钢W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2制造,其硬度为HRC62~65。
〈2〉柱塞偶件大多采用GCr15,其硬度为HRC60~64,也有用CrWMn或20CrMo等材料的。
〈3〉出油阀偶件的材料和技术要求:
出油阀偶件以采用GCr15为多,也有用20CrMo,CrWMn的,其硬度为HRC60~63,当采用20CrMo时硬度≥HRC58,当偶件承受较大冲击载荷时,常采用38CrMoAl或27SiMn2MoV等材料。
2.2.2精密偶件的热处理:
1.轴承钢;
a:
氰盐炉加热淬火:
简单,防脱碳,极毒,污染。
b:
气体保护气氛加热淬火:
(氨分解,滴注式两种)
节能,减轻劳动强度,生态保护好,推广应用。
氨分解气的成分:
NH3650℃H2(75%)+N2(25%)
滴注式有直接滴注和间接滴注两种。
直接滴注是1:
2丙酮和乙醇直接滴入加热炉内分解。
间接滴注是甲醛和乙醇3:
7混合滴入裂解炉内900℃分解,
推杆炉,多用炉
推杆炉操作:
加热850℃-10℃(推料10分钟)---冷却160—190℃(10#机械油<80℃
检验---冷处理60℃(1小时)---回火190℃±10℃(4小时)-130±10℃
c:
井式渗碳炉加热淬火
2.渗碳钢:
a:
18Cr2NiWA针阀体的固体渗碳:
一般用箱式炉式井式渗碳炉
中孔塞碳棒---装罐---渗碳炉880—900℃(5-5.5小时)出炉室冷---检查渗碳层深度---开罐筛碳---冷处理-60℃(60—90分)---清洗---回火160℃±10℃(4小时)
b:
20CrMoS针阀体的固体渗碳
3.38CrMoAl针阀体的气体氮化
氮化前调质处理,硬度为HRC31~35,再做半精加工,再氮化。
可用改造的井式炉,NH3的分解率为18~40%
4.高速钢的热处理
a:
W18Cr4V高速钢的盐溶处理;
b:
W18Cr4V高速钢的真空热处理;
真空炉:
第一次预热550℃~600℃→保温t1=30+(1.5~2)D;
第二次预热850℃~900℃→保温t2=30+(1.5~2)D;
第三次预热1260℃~1280℃→保温t1=20+(0.25~0.5)D;
预冷至1000℃进入油淬火。
三:
精密偶件的加工工艺及制造技术(喷油嘴偶件)
〔一〕针阀偶件的热处理前软加工:
1.针阀的软加工:
针阀的毛坯加工如图1:
针阀毛坯图
针阀毛坯加工——单轴自动车、数控车床,也可用专用设备加工。
图2是数控车床加工针阀简图
加工结果:
切削表面对导向表面的跳动应不大于0.08mm,并为热处理后的硬加工留有0.3~0.5mm的余量。
毛坯在经过检验之后入库进行热处理。
2.针阀体的软加工:
针阀体毛坯如图3:
针阀毛坯加工——多轴自动车、数控车床
图4六角车加工简图,图5组合机床加工过程
针阀体的软加工:
a:
枪孔钻床打二级中孔,二级中孔同轴度0.02mm,对外圆跳动0.04mm
b:
数控车床(六角车床)→麻花钻→粗铰→精铰(或硬质合金双级铰刀)对外园跳动0.08mm,二级中孔同轴度0.04mm。
c:
以二级中孔为基准加工;——座面→压力室
座面用冷挤压,如图6,(可保证0.006mm跳动)
压力室以二级中孔定位钻加工(可保证压力室对中孔跳动0.08mm)
盛油槽加工有电解成型和机械刀挖,如图7
定位孔和进油孔可用组合机床加工,也可用台钻和钻模加工。
钻喷孔、球头要精车或粗磨,为保证球头壁厚公差,加工时要以压力室低部定长,喷孔可用喷孔钻床加工。
图9针阀体软加工工艺过程,图10喷孔钻床(
)
流量检测和喷孔角度检测图11流量试验台
〔二〕精密偶件的硬加工:
精密偶件零件的硬加工,指热处理之后的切削加工,其加工质量决定了精密偶件的产品质量,由于精密偶件的加工精度很高,所以在硬加工过程中往往要经过多次粗精磨削和珩磨等工序,逐次提高加工精度,才能达到图纸要求。
为了减少磨削过程中的磨削应力,在精磨之前要进行第二次时效,为保证零件材质,要对零件100%作磁性探伤,经磁性探伤后要进行退磁,保证零件的剩磁不超过5高斯。
1.针阀偶件的硬加工:
图12是针阀体硬加工主要工艺过程
a:
经热处理后零件,去压力室毛刺,清洗。
b:
磨工艺角,纠正热处理变形,减小座面磨削余量,跳动<0.02mm,加工方法如图13,磨工艺角示意图。
c:
磨两级外圆及球头。
以中孔孔口和座面量规尺寸φ3mm定位。
成型砂轮磨削全部外表面:
精度高,效率高,定位以中孔孔口和座面φ3mm定位。
可达到外圆对中孔跳动<0.02mm,球头壁厚差<±0.05mm,易保证球心位置。
图14成型砂轮磨削。
d:
磨大端面。
平面度0.0009mmRa0.09mm
e:
去喷孔毛刺及测流量,流量散差±3%。
图15液体挤压研磨机床
f:
磨中孔座面
图16UVA80中孔座面磨床,图17磨中孔座面的夹持方法
图18W042中孔座面磨床,图19小风磨
UVA80中孔座面磨床可达到:
中孔:
圆度0.0005mm,素线平行度<0.001mm,粗糙度Ra0.1μm
座面:
圆度0.0008mm,对中孔跳动≤0.003mm,粗糙度Ra0.2μm,座面角度分差±10′。
g:
研磨中孔:
主要用于改善中孔的表面粗糙度,使粗糙度达到Ra0.05μm(对于W042,小风磨加工的中孔最好用珩磨)。
h:
研磨面:
(研磨面主要是用以改善表面粗糙度)。
i:
研大端面:
(超精磨大端面)使大端面平面度达到0.0006mm,Ra0.05mm。
图20(TLHS)
2.针阀的硬加工:
a:
针阀热处理后的硬加工,通常工作大外圆用无芯磨床磨削。
图21针阀成型无芯磨床加工示意图。
也可用外圆磨床来加工。
此时应以工作大外圆做定位基准,支承在V型夹具上,由压轮带动工件旋转完成磨削加工,这就要求工作大外圆有极高的精度,以保证座面和各级外圆的加工精度和同轴度。
图21的加工结果工作外圆可达到圆度0.002mm的精度。
b:
磨尾杆。
可用4-001用大外圆和前尖定位。
c:
通磨外圆:
使用M80高精度无芯磨床,使大外圆度提高到0.0008mm,切削余量至0.02mm,素线平行度≤0.015mm。
d:
磨针尖:
以提高精度的大外圆进一步磨针尖,使针尖圆度达到0.0008μm。
e:
磨45°,通常用J4-012斜切磨床。
f:
精磨外圆:
使用高精度无芯磨床,使大外圆圆度提高到0.0005μm,素线平行度≤0.001mm,Ra0.1μm。
g:
无芯研磨外圆:
无芯研磨机
h:
粗研外圆:
双盘研磨机
i:
精磨尾杆:
J4-012斜切磨床
j:
精磨45°,StudevS21圆度≤0.0003μm,粗糙度Ra0.08μm
图21StudevS21磨床
k:
精磨座面:
StudevS21圆度≤0.0003μm,粗糙度Ra0.08μm
l:
精研外圆:
双盘研磨机精研大外圆,Ra0.05μm。
3.精密偶件的配付和性能试验:
加工好的单件成品需要装配成偶件,叫插配。
精密偶件的插配配付有相当严格的要求,在相关的国家标准中都有明确的规定。
由于在大量的生产过程中精密零件的加工精度还不能实现100%的配付成功,因此配付过程中还需要采取各种措施来提高配付合格率,偶件要100%进行试验合格才能出厂。
喷油嘴偶件的配付和试验检查:
机械部标准JB/T7297-2004柴油机喷油嘴偶件性能要求中规定,针阀在针阀体内应具有良好的滑动性,两个工作表面间应具有一定的径向间隙;径向间隙以油压法试验的径部密封值评定。
试验用油为20℃时,运动粘度10.2~10.7cat的混合油;对喷雾质量的要求是,喷出的燃油应成雾化状,不应有油粒飞溅。
喷油开始前和终了后喷孔口不允许有渗油现象。
喷油结束后只允许针阀体头部有轻微湿润,喷油嘴流量偏差要在规定的范围内,该标准同时规定了试验方法。
插配配付的工序是:
表5,图22空气量仪图23电感比较仪
a:
针阀和针阀体分级:
空气量仪或电感比较仪按0.0005mm一级
b:
选配:
保证配合间隙,滑动性良好。
(圆外配磨)
c:
径部密封试验。
(圆外配磨)图24MAPROYS量仪
d:
配磨升程,在外圆磨床保证升程公差,当小于0.4mm时偏差为±0.03mm。
e:
清洗,流量检查:
高压液体流量试验台,10MPa±0.1Mpa,40℃±2℃。
f:
喷雾和座面密封试验性能试验台
g:
外观和滑动性检查。
以上项目其中任何一项满足不了规定要求,都要进行返修。
如经选配后的偶件,径部间隙超差,则要拔了重新插配,若选配后升程小于偏差则要返修肩胛面或修磨针阀体端面。
密封座面泄漏则要互研座面或更换针阀或针阀体重新插配。
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