高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器微小球座面精密電磨削工藝的制作方法
【專利摘要】一種高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器微小球座面的精密電磨削工藝，屬于微細(xì)特種加工【技術(shù)領(lǐng)域】。根據(jù)球座面尺寸，設(shè)計(jì)制作出匹配的導(dǎo)向端為半圓形或弧形的線電極導(dǎo)向片；安裝定位球座面工件和線電極導(dǎo)向片，保證導(dǎo)向片對(duì)稱軸與球座面工件旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸同軸精度；微細(xì)電火花線磨削加工到達(dá)設(shè)定加工深度；微細(xì)電解線磨削去除加工余量和表面拋光，達(dá)到球座面加工技術(shù)要求。該工藝采用同一工具線電極進(jìn)行微細(xì)電火花磨削和微細(xì)電解磨削的在線集成，實(shí)現(xiàn)球座面的最終形狀和表面精度，達(dá)到微小球座面加工技術(shù)要求。此工藝不僅適用于高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中噴油器控制閥上球座面的加工，而且還適用于其它導(dǎo)電材料上高精度的軸對(duì)稱內(nèi)凹曲面加工。
【專利說(shuō)明】高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器微小球座面精密電磨削工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微細(xì)特種加工【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器微小球座面精密電磨削工藝，面向應(yīng)用于金屬合金等導(dǎo)電材料的內(nèi)凹微小球冠面精密加工。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)高噴射壓力(120MPa?200MPa)、準(zhǔn)確高速控制噴油正時(shí)和噴油量，使其成為強(qiáng)勁動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的高性能內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)。它是復(fù)雜的機(jī)電液控集成系統(tǒng)，代表了當(dāng)今的綜合性尖端技術(shù)。高精度零部件也體現(xiàn)了目前機(jī)械制造行業(yè)的最聞加工水平。
[0003]電控噴油器在高壓、高溫和高頻響應(yīng)狀態(tài)下工作，是共軌式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行燃油噴射的關(guān)鍵部件，主要由電磁控制閥、控制活塞和噴油嘴偶件組成。電磁控制閥掌控油路的開(kāi)啟和關(guān)閉，調(diào)整供油量和共軌管內(nèi)油壓，要求反應(yīng)快速、可靠密封和高耐磨性。為達(dá)到高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提高，對(duì)控制閥材料、結(jié)構(gòu)、制造精度提出了更高的設(shè)計(jì)要求。
[0004]控制閥執(zhí)行偶件主要有平面閥、錐面閥和球面閥三種形式。球面閥可實(shí)現(xiàn)無(wú)密封間隙，被期待達(dá)到更好的密封性。但由于球座面設(shè)計(jì)為內(nèi)凹微小球冠面(半徑〈1mm)、高形狀精度(面形公差達(dá)±0.01mm)、高表面精度(<Ra0.08 μ m),這對(duì)精密加工工藝及裝備提出了巨大挑戰(zhàn)。
[0005]采用機(jī)械磨削工藝加工微小球座面，主軸轉(zhuǎn)速需達(dá)到每分鐘十萬(wàn)轉(zhuǎn)量級(jí)。由于機(jī)械切削力、微小砂輪磨損，以及磨削加工熱產(chǎn)生燒傷等問(wèn)題，導(dǎo)致球座面加工精度較難精確控制。因此，機(jī)械磨削方法已難以達(dá)到微小球座面的高精度加工技術(shù)要求。
[0006]基于非接觸式電加工原理，微細(xì)電火花加工和微細(xì)電解加工不受工件材料強(qiáng)度、硬度和韌性的影響，采用微小成型電極一維進(jìn)給復(fù)制成型加工方式，或采用簡(jiǎn)單截面微細(xì)電極三維掃描加工方式，可在高硬度導(dǎo)電材料上加工出三維微小型腔。但由于電火花加工過(guò)程中較嚴(yán)重的電極損耗問(wèn)題，現(xiàn)有的微細(xì)電火花加工工藝還無(wú)法達(dá)到微小球座面的形狀尺寸精度要求；而且因?yàn)殡娀鸹ǚ烹姰a(chǎn)生的微凹坑和熱影響層，也無(wú)法達(dá)到微小球座面的表面加工精度要求。
[0007]微細(xì)電解加工的陽(yáng)極工件材料以離子形式去除，具有實(shí)現(xiàn)無(wú)熱影響層、無(wú)殘余應(yīng)力的納米鏡面加工潛力；但若受到雜散電場(chǎng)影響(電解液內(nèi)電場(chǎng)到達(dá)陽(yáng)極工件，材料即會(huì)被蝕除)，將無(wú)法成型高尺寸精度的三維微小型腔；采用低濃度電解液、低加工電壓、超短脈沖的定域性控制方法，可有效減少或避免雜散電場(chǎng)影響，但造成三維型腔的微細(xì)電解加工效率極低，使其無(wú)法忍受甚至不能完成加工過(guò)程。這使現(xiàn)有微細(xì)電解加工工藝也難于滿足微小球座面的加工技術(shù)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為實(shí)現(xiàn)高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中噴油器控制閥上球座面(內(nèi)凹微小球冠面的精密加工，結(jié)合微細(xì)電火花加工和微細(xì)電解加工技術(shù)優(yōu)勢(shì)，本發(fā)明提出一種高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器微小球座面的精密電磨削工藝。
[0009]此加工工藝主要包括兩個(gè)步驟:
[0010]步驟一，球座面工件球座面(內(nèi)凹微小球冠面)的線電極微細(xì)電火花磨削加工過(guò)程，實(shí)現(xiàn)球座面的精密成形加工，并留有微薄加工余量。
[0011]步驟二，球座面工件球座面的線電極微細(xì)電解磨削加工過(guò)程，去除微薄加工余量并進(jìn)行表面拋光，實(shí)現(xiàn)球座面的最終形狀和表面精度，達(dá)到球座面加工技術(shù)要求。
[0012]具體的工藝流程為:
[0013](I)根據(jù)球座面的形狀尺寸和加工技術(shù)要求，安裝定位與其匹配的導(dǎo)向端為半圓形或弧形曲面的線電極導(dǎo)向片，并使線電極導(dǎo)向片的對(duì)稱軸與球座面工件的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸同軸定位；
[0014](2)在線電極導(dǎo)向片與球座面工件上接通微細(xì)電火花加工用脈沖電源，采用水基或油基工作液作為電介質(zhì)；通過(guò)球座面工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、線電極在線電極導(dǎo)向片上的緩慢進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、線電極導(dǎo)向片與球座面工件沿對(duì)稱軸相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行線電極與球座面工件之間的微細(xì)電火花線磨削過(guò)程；
[0015](3)直到線電極與球座面工件之間的相對(duì)進(jìn)給深度到達(dá)設(shè)定深度，關(guān)閉微細(xì)電火花加工脈沖電源；通過(guò)線電極進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，使線電極導(dǎo)向片上的線電極為一段未使用過(guò)的無(wú)損耗電極；
[0016](4)將線電極導(dǎo)向片與球座面工件上的電源切換為微細(xì)電解加工高頻窄脈沖電源，調(diào)整可以控制加工定域性的相關(guān)條件，通過(guò)球座面工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、線電極導(dǎo)向片與球座面工件沿對(duì)稱軸的微量進(jìn)給，進(jìn)行線電極與球座面工件之間的微細(xì)電解線磨削過(guò)程；
[0017](5)持續(xù)步驟(4)的工藝，直到完全去除預(yù)留的加工余量，并同時(shí)完成表面的拋光，實(shí)現(xiàn)球座面工件的最終形狀和表面精度。
[0018]所述線電極導(dǎo)向片的導(dǎo)向端形狀與球座面工件待加工的內(nèi)凹曲面相匹配。
[0019]所述球座面工件待加工的內(nèi)凹曲面為內(nèi)凹微小球冠面時(shí)，線電極導(dǎo)向片的導(dǎo)向端形狀為半圓形或弧形曲面，安裝定位保證線電極導(dǎo)向片對(duì)稱軸與球座面工件的球座面旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸同軸精度。
[0020]所述步驟(2)的微細(xì)電火花線磨削加工的深度精度和步驟(4)的微細(xì)電解線磨削的深度精度綜合保證高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器微小球座面的磨削深度精度。
[0021]所述步驟(4)中的可以控制加工定域性的相關(guān)條件包括電解液濃度、加工電壓和脈沖寬度。
[0022]所述線電極導(dǎo)向片的導(dǎo)向端半圓形的半徑R2滿足如下條件:R2=Rl-Dl_A+h2，其中，Rl為球座面工件的微小球冠面半徑，Dl為線電極的絲徑，△為微細(xì)電解線磨削加工間隙，h2為線電極沉入線電極導(dǎo)向片的深度。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:
[0024]1.采用無(wú)機(jī)械加工力的特種微細(xì)電磨削方法，從加工原理上適合導(dǎo)電材料球座面微小內(nèi)凹結(jié)構(gòu)加工，可以避免機(jī)械磨削切削力造成的加工誤差和表面燒傷，有利于提高加工精度和效率。[0025]2.采用同一走絲線電極進(jìn)行微細(xì)電火花磨削和微細(xì)電解磨削的在線集成過(guò)程，不僅可兼顧高加工效率、高形狀尺寸和表面精度，而且可以在同一臺(tái)微細(xì)電加工裝備(機(jī)床)上，只需一次的工件裝夾定位，避免工件和工具電極的二次裝夾誤差，可以提高加工精度和節(jié)省工序。
[0026]3.通過(guò)球座面工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、線電極在線電極導(dǎo)向片上進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、線電極導(dǎo)向片與球座面工件相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的電磨削過(guò)程，可以補(bǔ)償微細(xì)電火花線磨削過(guò)程中的線電極損耗，也有利于微細(xì)電解線磨削過(guò)程中的電解液更新，易于排出加工產(chǎn)物和提高有效放電率，而且工具線電極成本較低。
[0027]4.通過(guò)本發(fā)明工藝加工出的球座面(內(nèi)凹微小球冠面)精度高，且無(wú)表面損傷和殘余應(yīng)力，可以改善球面閥偶件的密封效果，提高其在高壓、高溫和高頻響狀態(tài)下的疲勞壽命O
[0028]5.該工藝方法不僅適用于高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中噴油器控制閥上球座面(內(nèi)凹微小球冠面)的加工,而且還適用于其它導(dǎo)電材料上高精度的軸對(duì)稱內(nèi)凹曲面加工。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為本發(fā)明所述工藝的流程示意圖；
[0030]圖2為實(shí)施例中待加工的球座面工件的技術(shù)要求示意圖；
[0031]圖3 Ca)是線電極導(dǎo)向片結(jié)構(gòu)的正向示意圖；
[0032]圖3 (b)為圖3 Ca)的A-A剖面圖；
[0033]圖4 (a)、圖4 (b)和圖4 (C)分別為實(shí)施例中，微小球座面工件的微細(xì)電火花線磨削過(guò)程；
[0034]圖5 (a)、圖5 (b)和圖5 (c)分別為實(shí)施例中，微小球座面工件的微細(xì)電解線磨削過(guò)程；
[0035]圖中標(biāo)號(hào):
[0036]1-球座面工件；2_線電極；3_線電極導(dǎo)向片；4_旋轉(zhuǎn)夾頭；5_導(dǎo)向輪；6_微細(xì)電火花加工脈沖電源；7_水基或油基工作液；8_微細(xì)電解加工高頻窄脈沖電源；9_低濃度電解液。
【具體實(shí)施方式】
[0037]本發(fā)明屬于微細(xì)特種加工【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器微小球座面精密電磨削工藝，下面結(jié)合附圖和實(shí)施實(shí)例，描述本發(fā)明的工藝流程、工藝步驟和工藝條件。
[0038]如圖1所示，高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器微小球座面(內(nèi)凹微小球冠面)精密微細(xì)電磨削工藝流程，主要包括以下步驟:根據(jù)球座面(內(nèi)凹微小球冠面)尺寸，設(shè)計(jì)制作出匹配的導(dǎo)向端為半圓形或弧形的線電極導(dǎo)向片；安裝定位球座面工件和線電極導(dǎo)向片，保證導(dǎo)向片對(duì)稱軸與球座面工件旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸同軸精度；微細(xì)電火花線磨削加工到達(dá)設(shè)定加工深度(留有設(shè)定的微薄加工余量);微細(xì)電解線磨削去除加工余量和表面拋光，達(dá)到球座面加工技術(shù)要求。
[0039]以圖2給出的球座面加工技術(shù)要求為示例，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施過(guò)程如下:
[0040](I)根據(jù)圖2中球座面工件I (內(nèi)凹微小球冠面)的加工技術(shù)要求尺寸范圍,具體為:微小球冠面半徑Rl=0.7mm,深度hl=0.6mm,選擇線電極2的絲徑Dl=0.1mm、微細(xì)電解線磨削加工間隙Δ=0.005mm、線電極沉入導(dǎo)向片深度h2=0.010mm,設(shè)計(jì)線電極導(dǎo)向片3的導(dǎo)向端半圓形的半徑R2為(圖3 (a)所示)R2=Rl-Dl-A+h2=0.605mm ;如圖3 (b)所示，考慮避免線電極導(dǎo)向片3對(duì)內(nèi)凹微曲面加工中的干涉情況，線電極導(dǎo)向片3的厚度根據(jù)內(nèi)凹微球面半徑設(shè)置，本實(shí)例中線電極導(dǎo)向片3的厚度設(shè)計(jì)為0.4mm ;利用現(xiàn)有成熟加工技術(shù)手段(比如，電火花線切割、激光切割等)，先制作出線電極導(dǎo)向片3。
[0041](2)如圖4 (a)所示，將球座面工件I和線電極導(dǎo)向片3安裝定位，使球座面工件I的對(duì)稱軸在旋轉(zhuǎn)夾頭4的旋轉(zhuǎn)中心軸線上，并且使線電極導(dǎo)向片3的對(duì)稱軸與球座面工件I的旋轉(zhuǎn)軸同軸。
[0042](3)如圖4 (b)所示，在線電極導(dǎo)向片3與球座面工件I上接通微細(xì)電火花加工脈沖電源6，采用水基或油基工作液7作為電介質(zhì)；通過(guò)球座面工件I沿對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、線電極2在線電極導(dǎo)向片3上緩慢進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、線電極導(dǎo)向片3沿對(duì)稱軸與球座面工件I相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行線電極2與球座面工件I之間的微細(xì)電火花線磨削過(guò)程。
[0043](4)如圖4 (C)所示，直到球座面工件I的加工深度到達(dá)設(shè)定深度hD=0.5mm (留有深度余量11,=0.1mm)，去除球座面工件I的內(nèi)凹微小球冠的絕大部分型腔材料。
[0044](5)如圖5 (a)所示，關(guān)閉微細(xì)電火花加工脈沖電源6，利用旋轉(zhuǎn)夾頭4將球座面工件I抬起，通過(guò)線電極2的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，使線電極導(dǎo)向片3上的線電極2為一段未使用過(guò)的無(wú)損耗電極。
[0045](6)如圖5 (b)所示，將線電極導(dǎo)向片3與球座面工件I上切換為微細(xì)電解加工用高頻窄脈沖電源8，采用現(xiàn)有成熟的加工定域控制技術(shù)，即采用低濃度電解液9 (0.1?
0.5mol/L)、低加工電壓(5?10V)、超短脈沖(脈沖寬度〈I μ m)等可有效控制加工定域性的工藝參數(shù)，通過(guò)球座面工件I沿對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、線電極導(dǎo)向片3沿對(duì)稱軸與球座面工件I相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)到達(dá)加工區(qū)域，進(jìn)行線電極2與球座面工件I之間的微細(xì)電解線磨削過(guò)程。
[0046](7 )如圖5( c )所示，通過(guò)控制線電極2與球座面工件I之間的微量加工進(jìn)給和加工時(shí)間，完全去除預(yù)留的微薄加工深度余量hj0.1mm,即加工深度到達(dá)預(yù)期深度hl=0.6mm,同時(shí)完成球座面的表面拋光，實(shí)現(xiàn)球座面的最終形狀和表面精度。
【權(quán)利要求】
1.高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器微小球座面精密電磨削工藝，其特征在于，具體采用如下工藝流程: (1)根據(jù)球座面的形狀尺寸和加工技術(shù)要求，安裝定位與其匹配的導(dǎo)向端為半圓形或弧形曲面的線電極導(dǎo)向片，并使線電極導(dǎo)向片的對(duì)稱軸與球座面工件的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸同軸定位； (2)在線電極導(dǎo)向片與球座面工件上接通微細(xì)電火花加工用脈沖電源，采用水基或油基工作液作為電介質(zhì)；通過(guò)球座面工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、線電極在線電極導(dǎo)向片上的緩慢進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、線電極導(dǎo)向片與球座面工件沿對(duì)稱軸相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行線電極與球座面工件之間的微細(xì)電火花線磨削過(guò)程； (3)直到線電極與球座面工件之間的相對(duì)進(jìn)給深度到達(dá)設(shè)定深度，關(guān)閉微細(xì)電火花加工脈沖電源；通過(guò)線電極進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，使線電極導(dǎo)向片上的線電極為一段未使用過(guò)的無(wú)損耗電極； (4)將線電極導(dǎo)向片與球座面工件上的電源切換為微細(xì)電解加工高頻窄脈沖電源，調(diào)整可以控制加工定域性的相關(guān)條件，通過(guò)球座面工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、線電極導(dǎo)向片與球座面工件沿對(duì)稱軸的微量進(jìn)給，進(jìn)行線電極與球座面工件之間的微細(xì)電解線磨削過(guò)程； (5)持續(xù)步驟(4)的工藝，直到完全去除預(yù)留的加工余量，并同時(shí)完成表面的拋光，實(shí)現(xiàn)球座面工件的最終形狀和表面精度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器微小球座面精密電磨削工藝，其特征在于，所述線電極導(dǎo)向片的導(dǎo)向端形狀與球座面工件待加工的內(nèi)凹曲面相匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器微小球座面精密電磨削工藝，其特征在于，所述球座面工件待加工的內(nèi)凹曲面為內(nèi)凹微小球冠面時(shí)，線電極導(dǎo)向片的導(dǎo)向端形狀為半圓形或弧形曲面，安裝定位保證線電極導(dǎo)向片對(duì)稱軸與球座面工件的球座面旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸同軸精度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器微小球座面精密電磨削工藝，其特征在于，所述步驟(2)的微細(xì)電火花線磨削加工的深度精度和步驟(4)的微細(xì)電解線磨削的深度精度綜合保證高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器微小球座面的磨削深度精度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器微小球座面精密電磨削工藝，其特征在于，所述步驟(4)中的可以控制加工定域性的相關(guān)條件包括電解液濃度、加工電壓和脈沖寬度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器微小球座面精密電磨削工藝，其特征在于，所述線電極導(dǎo)向片的導(dǎo)向端半圓形的半徑R2滿足如下條件:R2=Rl-Dl-A+h2，其中，Rl為球座面工件的微小球冠面半徑，Dl為線電極的絲徑，△為微細(xì)電解線磨削加工間隙，h2為線電極沉入線電極導(dǎo)向片的深度。
【文檔編號(hào)】B23H9/00GK103600146SQ201310492789
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】佟浩, 李勇, 張龍, 王志強(qiáng), 李朝將 申請(qǐng)人:清華大學(xué)