柴油机燃油系统产品主要零部件的制造工艺

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0.00050.052.内圆工作表面的轴线直线度0.0013.内圆工作表面的素线平行度+0.0015-0.00054.密封锥面对内圆工作表面的斜向圆跳动0.0040.405.密封端面的平面度0.00090.206.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0.00030.052.导向工作表面的轴线直线度0.00053.导向工作表面的素线平行度0.00054.密封锥面的圆度0.0010.205.密封锥面对导向工作表面的斜向圆跳动0.00156.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19.62.配合表面密封值MPa降到17.64MPa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0.00050.042.圆柱工作表面的轴线直线度0.0013.圆柱工作表面的素线平行度20：0.00064.控制斜槽的线轮廓度0.04柱塞套1.内圆柱工作表面圆度0.00050.042.内圆柱工作表面的轴线直线度0.0013.内圆柱工作表面的素线平行度20：0.00064.密封端面的平面度0.00090.16偶件配合表面密封值＞φ6.5~φ8.511~26秒19.60±0.245Mpa等压试验配合表面密封值＞φ8.5~φ129~22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%出炉炉冷却至小时氮化排气零件装炉℃℃℃18035525—180—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0.04mmb：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（510.0~07.0414.0~10.0317.0~15.0欧欧欧）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0.0009mmRa0.09mme：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Ra0.08μml：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