柴油机燃油系统产品主要零部件的制造工艺.docx

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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

0.0005

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。