喷油嘴偶件是柴油机供油系统的重要组成部分,喷孔的几何尺寸是喷油嘴偶件的重要性能参数之一,它对燃烧室内的雾化性能,油束性能及各喷孔的流量均匀度等都会产生重要影响。挤压研磨加工可以改善喷孔壁的粗糙度,增大喷孔燃油的流速,提高喷油嘴的流量系数。因此,目前液体挤压研磨已成为喷油嘴喷孔加工的主流技术。
液体挤压研磨
液体挤压研磨工艺是指在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,在相对固定的空间内,借助机床的压力作用,研磨介质从工件的被加工表面流过,从而起到磨削、抛光、去毛刺的作用。国外主要喷油嘴生产企业在其生产工艺中已采用液体挤压研磨新技术,以改善喷孔孔壁的粗糙度,减少喷孔进口处的压力损失,增大喷孔燃油的流速,在不增加喷孔压力的前提下,提高喷油嘴的流量系数,达到改善排放的效果,并以此作为喷油嘴生产工艺中的关键技术。
只要工作压力调整得合适,在磨削过程中就不会破坏中孔原已加工好的部位,也不会引起压力室和喷孔部位的金属晶格破裂和球头部位的挠曲变形,且能够消除工件的残余应力和表面毛刺,同时在喷孔压力室相贯处可获得一定的圆角,消除了喷孔表面的微观不平度,也提高了喷油嘴的液体流量系数。
实践证明,通过高压磨削,喷油嘴喷孔与压力室之间的相贯线处变得圆滑,减小了液体在高压状况下流动造成的穴蚀,同时改善了喷孔表面的粗糙度,提高了喷油嘴的高压液体流量系数,获得良好的燃油雾化效果,改进柴油机的性能。
高压研磨前后喷油孔形状的改善如图 1 和图 2 所示
高压研磨的主要改善点:
a. 喷油嘴内孔和压力室间的相贯线变得圆滑,有效提高喷孔流量系数。
b. 改善了喷孔表面粗糙度,经过高压研磨后,粗糙度从Ra0.8-3.2 μm( 数值因喷孔电火花加工所选用的电极丝不同而不同) ,提高到Ra0.01μm。
双排喷孔
为了柴油机有良好的燃烧性能,希望能够在极短时间内使油、气在气缸内得到良好混合,这就不仅要求喷油嘴雾化性能良好,而且要求各喷孔的油束能符合燃烧室的设计要求,各油束的贯穿度均匀恰当,要求各缸所用的喷油嘴总流量一致,也要求孔式喷油嘴各喷孔的流量均匀。同时在高喷射压力和短喷射持续期的直喷式柴油机上,要求喷射系统设计中尽量减少油路阻力,尤其要减少通过最小截面的喷孔时所产生的流通阻力,以减小压力损失,实现良好的雾化,所以希望喷孔的流量系数高一些。当前喷油嘴喷孔发展的趋势是工作压力越来越高,喷孔孔径越来越小,喷孔孔数在增多,在保证外孔孔径样的前提下,尽量提高流量系数,喷油嘴喷孔形状逐步向带有倒锥的 K 系数喷孔发展。
为了满足喷油嘴大流量和小孔径的要求,设计出了带大锥度 K 的双排喷孔( K = 1. 5) 采用双排孔设计的主要原因是在空间狭小的喷油嘴球头上,考虑到球头部位的强度和耐磨性等原因,使用单排排列所有喷孔很困难或不可能。这时通常采用喷孔 两排交错分布的布局,即奇数孔与偶数孔的 A 尺寸不同,如图 3 和图 4 所示
影响喷油嘴喷孔液体挤压研磨效果的因素有:挤压研磨的工作压力; 磨料的粘滞阻力及其磨粒的加工性能; 挤压研磨的时间; 加工工件喷孔成型工艺等。在实际加工工程中,一般更换研磨介质需要 2~3 个小时。为了提高生产率和降低成本,通常是在保证喷油嘴加工质量的前提下,尽量保持研磨的介质不变,通过调整挤压研磨工作压力和改变挤压研磨时间来完成加工。