CN102240835B - 一种柴油发动机喷油嘴喷孔的电解加工方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柴油发动机喷油嘴喷孔的电解加工方法及装置，包括以下步骤：1)预先在喷油嘴工件上加工一圆柱形或正锥形通孔；2)将所述喷油嘴工件设置在一电解液循环装置内，将一工具电极装卡在一电极进给机构上，将一电解加工电源的正极连接所述喷油嘴工件，负极连接所述工具电极，将所述电解加工电源、电极进给机构和电解液循环装置的液泵通过驱动电路连接一工控机；3)启动液泵向喷油嘴工件的通孔内注入电解液，电解液从液槽流回电解液容器，形成电解液循环；4)开启电解加工电源，由工控机控制电极进给机构带动工具电极作进给运动，同时控制电源的电信号参数，对通孔进行电解加工，直至将通孔加工成具有圆弧过渡区的倒锥形喷孔；5)关闭电解加工电源和液泵，工具电极复位。本发明可以广泛应用于多种形状喷孔的加工中。
Description
技术领域
本发明涉及一种柴油发动机喷油嘴喷孔的加工方法及装置，特别是关于一种柴油发动机喷油嘴喷孔的电解加工方法及装置。
背景技术
能源危机和环境污染是当今世界面临的重大问题，发动机作为人类目前使用的重要动力来源，消耗大量燃油并排放大量有害气体。因此，提高柴油发动机的燃油利用率，减少有害气体排放，具有十分重要的意义。柴油发动机的燃油喷射系统的喷雾效果直接影响着燃油利用率和有害气体的排放量，喷油嘴作为燃油喷射系统的核心部件，其喷孔的结构形状对燃油的雾化有着非常重要的影响。大量的理论和试验研究表明：喷孔采用倒锥形状(即喷孔内口直径大于外口直径)，在喷孔内壁的内口处加工出圆弧过渡区，并设法降低喷孔内壁的表面粗糙度，均有助于提高喷油嘴的流量系数和雾化效果。随着各国对机动车尾气排放标准的日益提高和对高压共轨技术的广泛运用，喷油嘴喷孔的直径已经减小到200μm以下。如何在微小的喷孔内加工出有助于燃油雾化的结构，成为亟待解决的一个技术难点。
目前，喷油嘴喷孔普遍采用的加工方法是：首先采用电火花加工方法，通过电极偏摆机构加工倒锥形喷孔。然后采用磨粒流加工(也称为挤压研磨或挤压珩磨)方法对喷孔内壁进行抛光，并在喷孔内口处加工出圆弧过渡区。但是电火花加工倒锥形喷孔的机构复杂、孔壁粗糙度较高、且电极存在损耗。磨粒流加工成本较高，加工出的喷孔内口圆弧过渡半径较小，且难以控制圆弧形状和圆弧半径。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种流量系数大、喷雾效果好的柴油发动机喷油嘴喷孔的电解加工方法及装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种柴油发动机喷油嘴喷孔的电解加工方法，包括以下步骤：1)预先在喷油嘴工件上加工一圆柱形或正锥形通孔；2)将所述喷油嘴工件设置在一电解液循环装置内，将一工具电极装卡在一电极进给机构上，将一电解加工电源的正极连接所述喷油嘴工件，负极连接所述工具电极，将所述电解加工电源、电极进给机构和电解液循环装置的液泵通过驱动电路连接一工控机；3)启动液泵向喷油嘴工件的通孔内注入电解液，电解液从液槽流回电解液容器，形成电解液循环；4)开启电解加工电源，由工控机控制电极进给机构带动工具电极作进给运动，同时控制电源的电信号参数，对通孔进行电解加工，直至将通孔加工成具有圆弧过渡区的倒锥形喷孔；5)关闭电解加工电源和液泵，通过电极进给机构带动工具电极恢复原位。
所述步骤4)中，电解加工电源的脉冲宽度、脉冲间距和脉冲幅值在加工过程中保持恒定，由工控机控制电极进给机构带动工具电极从通孔外口向内口减速进给，且当工具电极的端面到达所述通孔内口时，停止工具电极的进给运动，继续电解加工通孔一段时间，直至将内口加工成一圆弧过渡区。
所述步骤4)中，电解加工电源的脉冲宽度、脉冲间距在加工过程中保持恒定，但脉冲幅值随着工具电极的逐渐进给而逐渐升高，由工控机控制电极进给机构带动工具电极从通孔的外口向内口匀速进给。
所述步骤1)中在喷油嘴工件上的通孔是一个不具有圆弧过渡区的倒锥形喷孔；所述步骤4)中电解加工电源的脉冲宽度、脉冲间距和脉冲幅值在加工过程中保持恒定，由工控机控制电极进给机构带动工具电极从通孔的外口向内口匀速进给，通过电解液对不具有圆弧过渡区的倒锥形喷孔内壁进行抛光处理；所述步骤5)中当工具电极的端面到达通孔内口时，停止工具电极的进给运动，继续加工通孔一段时间，加工出圆弧过渡区。
所述步骤4)中电解加工电源的脉冲宽度、脉冲间距和脉冲幅值在加工过程中保持不变，由工控机控制电极进给机构带动工具电极伸入通孔的内口停留一端时间，通过电解液对通孔的圆弧过渡区进行加工；所述步骤5)中由工控机控制电极进给机构带动工具电极从通孔的内口向外口加速进给。
所述步骤4)中电解加工电源的脉冲宽度、脉冲间距和脉冲幅值在加工过程中保持不变，由工控机控制电极进给机构带动工具电极在通孔的内口通过电解液对通孔的圆弧过渡区加工一段时间；所述步骤5)中由工控机控制电极进给机构带动工具电极从通孔的内口向外口匀速进给，同时随着工具电极的逐渐提升，脉冲幅值逐渐降低。
实现上述方法的一种柴油发动机喷油嘴喷孔的电解加工装置，其特征在于：它包括电解加工电源、工具电极、电极进给机构、工控机、电解液循环装置和被加工的喷油嘴工件，所述喷油嘴工件上设置有一通孔；所述电解加工电源的正极连接所述喷油嘴工件，负极连接所述工具电极；所述电极进给机构包括一驱动装置，所述驱动装置的输出端连接所述工具电极；所述电解液循环装置包括一电解液容器，所述电解液容器内设置有一液泵，液泵通过一液泵出液管连通所述喷油嘴工件的通孔顶部，所述喷油嘴工件设置在一液槽内，所述液槽底部设置有一伸入所述电解液容器内的液泵出液管，所述电解液容器和液槽内设置有电解液；所述工控机分别连接所述电解加工电源、电极进给机构和液泵。
所述电解加工电源采用高频脉冲电源、直流电源和脉冲电源的一种。
所述工具电极包括圆柱形电极丝和覆盖在所述电极丝周向的绝缘层，所述工具电极的头部通过工具打磨平整。
所述电极进给机构中的驱动装置输出端连接有一支架，所述支架上固定连接一电机，所述电机的输出端连接所述工具电极。
所述驱动装置为一直线运动电机。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用控制工具电极运动的方式、或者控制电解加工电源的电信号参数变化的方式、或者同时控制工具电极运动和电解加工电源的电信号参数变化的方式，可以实现多种形状喷孔的加工，且可以大大提高喷孔流量系数和喷雾效果。2、本发明采用的电解加工由于以离子的形式去除材料，因而使得加工表面粗糙度低。3、本发明的电解加工装置采用脉冲电源和侧壁绝缘的工具电极，可以有效地控制加工范围，得到较高的加工精度。4、本发明采用的电解加工方法加工倒锥形喷孔时，只需要使工具电极沿轴向运动，不需要电火花加工方法中复杂的电极偏摆机构。5、本发明采用的电解加工方法可以抛光喷孔内壁，省去后续的磨粒流加工工序。6、本发明采用的工具电极在电解加工中没有损耗，可以长久使用，从而避免电火花加工中电极损耗对加工精度的影响。本发明可以加工流量系数大、喷雾效果好的喷油嘴喷孔，可以广泛应用于柴油发动机喷油嘴喷孔内壁结构的加工中。
附图说明
图1是本发明电解加工装置的结构示意图
图2是图1中工具电极结构示意图
图3a～f是本发明依次加工倒锥形喷孔和圆弧过渡区的流程示意图
图4a～f是本发明依次加工圆弧过渡区和倒锥形喷孔的流程示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明装置包括电解加工电源1、工具电极2、电极进给机构3、工控机4、电解液循环装置5和被加工的喷油嘴工件6，喷油嘴工件6上预先钻削或电火花加工有一圆柱形或正锥形(即外口直径大于内口直径)通孔61。
本发明的电解加工电源1采用直流电源或者脉冲电源，最好采用高频脉冲电源(脉冲宽度在微秒量级)，高频脉冲电源的电信号参数如脉冲幅值、脉冲宽度、脉冲间距等均可以通过工控机4控制调节。电解加工电源1的正极与喷油嘴工件6连接，负极与工具电极2连接。
如图2所示，本发明工具电极2包括圆柱形电极丝21和覆盖在电极丝21周向的绝缘层22，电极丝21可以采用钨丝或者铜合金丝制作而成，工具电极2的头部通过打磨工具打磨平整，以保证工具电极2的端面23没有被绝缘层22覆盖，同时保证被加工的喷油嘴工件6的通孔61的圆整度。
如图1所示，本发明的电极进给机构3包括一直线电机(图中未示出)，在直线电机的输出端连接一支架31，在支架31上固定连接有一电机32，电机32的输出端连接工具电极2的尾部；直线电机可以驱动支架31上、下移动带动工具电极2作直线运动，电机32的转动可以带动工具电极2作旋转运动。电极进给机构3也可以只设置一直线电机，由直线电机直接带动工具电极2只作直线运动。电极进给机构3还可以采取其它结构形式，作为驱动装置的直线电机，也可以采用其它具有同样驱动功能的装置代替。
本发明的电解液循环装置5包括一电解液容器51和一液槽52，电解液容器51内设置有一液泵53，液泵53连接一液泵出液管54，液泵出液管54的出口连通被加工的喷油嘴工件6的通孔顶部，喷油嘴工件6设置在一支撑架55上，支撑架固定在液槽52内，电解液容器51和液槽52内设置有配置好的电解液56，液槽52可以起缓冲电解液，防止外流的作用。液槽52底部连接一液槽出液管57，液槽出液管57的另一端伸入电解液容器51的电解液中。
本发明的工控机4分别通过驱动电路连接电解加工电源1、驱动电极进给机构3和液泵53，并发送指令。工控机4内设置有电解加工电源1的启停和信号参数变化的控制程序、驱动电极进给机构3作直线或旋转运动的控制程序，以及液泵53的开关程序，这些程序的设计对于本领域普通技术人员来说，可以根据需要自行设计。
下面详细描述本发明发动机喷油嘴喷孔的电解加工方法。
实施例1：
如图3a～3f所示，本实施例包括以下电解加工步骤：
1)预先在喷油嘴工件6上钻削或电火花加工一圆柱形或正锥形(即外口直径大于内口直径)通孔61；
2)将喷油嘴工件6装卡在支撑架55上，将工具电极2装卡在电极进给机构3上，移动喷油嘴工件6使得其上通孔61的中心轴线与工具电极2的中心轴线重合，移动工具电极2使得其端面23位于喷油嘴工件6上通孔61的外口62上方；
3)启动液泵53向通孔61内注入电解液56，电解液56从液槽52流回电解液容器51，形成电解液循环，电解液56可以选用NaNO3、NaClO3等常用电解液；
4)开启电解加工电源1，电解加工电源1的脉冲宽度、脉冲间距、脉冲幅值在加工过程中保持不变，由工控机4控制电极进给机构3带动工具电极2进入通孔61，从通孔61的外口62向内口63方向减速进给，通过电解液56对通孔61进行加工；其中电解加工电源1的电信号参数和工具电极的进给速度根据需要的孔形和尺寸，由电化学成型规律和加工经验确定，工具电极的进给速度通常的调整范围在几微米/秒到几百微米/秒；
5)当工具电极2的端面23到达通孔61内口63时，停止工具电极2的进给运动，加工通孔61一段时间，直至将通孔61加工成具有圆弧过渡区64的倒锥形喷孔65；工具电极2在内口63处停留的时间，可以根据所需要圆弧过渡区的大小，由电化学成型规律和加工经验确定，一般在10秒以内；
6)关闭电解加工电源1和液泵53，通过电极进给机构3将工具电极2从喷油嘴工件6的倒锥形喷孔65中移出恢复原位，至此完成全部加工过程。
实施例2：
本实施例的电解加工方法的步骤与实施例1的步骤基本相同，两者的区别仅在于步骤4)，本实施例的步骤4)表示如下：
4)开启电解加工电源1，电解加工电源1的脉冲宽度、脉冲间距在加工过程中保持恒定，由工控机4控制电极进给机构3带动工具电极2进入通孔61，从通孔61的外口62向内口63方向匀速进给，通过电解液56对通孔61进行加工，同时随着工具电极2的逐渐进给，脉冲幅值逐渐升高，脉冲幅值的大小根据需要的孔形和尺寸，由电化学成型规律和加工经验确定，选用范围一般在几伏至十几伏；
实施例3：
本实施例是对已经加工成倒锥形状的喷油嘴工件6的还不具有圆弧过渡区64的倒锥形喷孔65进行抛光处理，并加工出圆弧过渡区64，其电解加工的步骤与实施例1的步骤基本相同，两者的区别仅在于步骤1)、步骤4)和步骤5)，本实施例的步骤1)、步骤4)和步骤5)表示如下：
1)在喷油嘴工件6上通过电火花方法加工好一个不具有圆弧过渡区64的倒锥形喷孔65；
4)开启电解加工电源1，电解加工电源1的脉冲宽度、脉冲间距、脉冲幅值在加工过程中保持不变，由工控机4控制电极进给机构3带动工具电极2进入通孔61，从通孔61的外口62向内口63方向匀速进给，通过电解液56对具有圆弧过渡区64的倒锥形喷孔65内壁进行抛光处理；
5)当工具电极2的端面23到达通孔61内口63时，停止工具电极2的进给运动，继续加工通孔61一段时间，以加工出圆弧过渡区64，直至将通孔61加工成具有圆弧过渡区64的倒锥形喷孔65，工具电极2在内口63处停留的时间根据所需要圆弧过渡区的大小，由电化学成型规律和加工经验确定，一般在10秒以内。
实施例4：
如图4a～4f所示，本实施例包括以下电解加工步骤：
1)预先在喷油嘴工件6上钻削或电火花加工一圆柱形或正锥形(即外口直径大于内口直径)通孔61；
2)将喷油嘴工件6装卡在支撑架55上，将工具电极2装卡在电极进给机构3上，移动喷油嘴工件6使得其上通孔61的中心轴线与工具电极2的中心轴线重合，通过电极进给机构3移动工具电极2使得其端面23位于喷油嘴工件6的通孔61的内口63处；
3)启动液泵53向喷油嘴工件6的通孔61内注入电解液56，电解液56从液槽52流回电解液容器51，形成电解液循环，电解液56可以选用NaNO3、NaClO3等常用电解液；
4)开启电解加工电源1，电解加工电源1的脉冲宽度、脉冲间距、脉冲幅值在加工过程中保持不变；由工控机4控制电极进给机构3带动工具电极2伸入通孔61的内口63处停留一段时间，以为通孔61加工出圆弧过渡区64，停留时间根据所需要圆弧过渡区的大小，由电化学成型规律和加工经验确定，一般在10秒以内；
5)由工控机4控制电极进给机构3带动工具电极2从通孔61的内口63向外口62方向加速提升，将通孔61加工成具有圆弧过渡区64的倒锥形喷孔65，加工速度根据需要的孔形和尺寸，由电化学成型规律和加工经验确定，通常的调整范围在几微米/秒到几百微米/秒；
6)关闭电解加工电源1，停止电解液56的注入，由工控机4控制电极进给机构3带动工具电极2回复原位，至此完成全部加工过程。
实施例5
本实施例中的步骤与实施例4的步骤基本相同，其区别仅在于步骤5)，本实施例的步骤5)表示如下：
5)由工控机4控制电极进给机构3带动工具电极2从通孔61的内口63向外口62方向匀速进给，同时随着工具电极2向通孔61的外口62方向逐渐提升，脉冲幅值逐渐降低，直至将通孔61加工成具有圆弧过渡区64的倒锥形喷孔65，脉冲幅值的大小根据需要的孔形和尺寸，由电化学成型规律和加工经验确定，选用范围一般在几伏至十几伏。
上述实施例4、实施5所描述的方法，也可以考虑对已经加工出不具有圆弧过渡区64的倒锥形孔，进行圆弧过渡区64的电解加工和抛光操作。
上述各实施例中，如果在控制电极进给机构3带动工具电极2进行直线进给运动的同时，电机32带动工具电极2作旋转运动，电解加工的效果会更均匀，光滑度更好。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和加工工艺等都是可以有所变化的，采用本发明方法可以实现多种形状喷孔的加工，并不局限于加工倒锥形的孔，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (11)
1.一种柴油发动机喷油嘴喷孔的电解加工方法，包括以下步骤：
1）预先在喷油嘴工件上加工一圆柱形或正锥形通孔；
2）将所述喷油嘴工件设置在一电解液循环装置内，将一工具电极装卡在一电极进给机构上，所述工具电极包括圆柱形电极丝和覆盖在所述电极丝周向的绝缘层，所述工具电极的头部端面通过工具打磨平整；移动所述喷油嘴工件使得其上通孔的中心轴线与所述工具电极的中心轴线重合，移动所述工具电极使得其头部端面位于所述喷油嘴工件上通孔的外口上方；将一电解加工电源的正极连接所述喷油嘴工件，负极连接所述工具电极，将所述电解加工电源、电极进给机构和电解液循环装置的液泵通过驱动电路连接一工控机；
3）启动液泵向所述喷油嘴工件的通孔内注入电解液，电解液从液槽流回电解液容器，形成电解液循环；
4）开启所述电解加工电源，由所述工控机控制所述电极进给机构带动所述工具电极从所述通孔外口向内口做进给运动，对所述通孔进行电解加工，且当所述工具电极的头部端面到达所述通孔内口时，停止所述工具电极的进给运动，继续电解加工所述通孔一段时间，直至将所述通孔加工成具有圆弧过渡区的倒锥形喷孔，倒锥形喷孔指喷孔内口直径大于外口直径；
5）关闭所述电解加工电源和液泵，通过所述电极进给机构带动所述工具电极恢复原位。
2.如权利要求1所述的一种柴油发动机喷油嘴喷孔的电解加工方法，其特征在于：所述步骤4）中，所述电解加工电源的脉冲宽度、脉冲间距和脉冲幅值在加工过程中保持恒定，所述工具电极从所述通孔外口向内口减速进给。
3.如权利要求1所述的一种柴油发动机喷油嘴喷孔的电解加工方法，其特征在于：所述步骤4）中，所述电解加工电源的脉冲宽度、脉冲间距在加工过程中保持恒定，但脉冲幅值随着所述工具电极的逐渐进给而逐渐升高，所述工具电极从所述通孔的外口向内口匀速进给。
4.如权利要求1所述的一种柴油发动机喷油嘴喷孔的电解加工方法，其特征在于：所述步骤1）中在喷油嘴工件上的通孔是一个不具有圆弧过渡区的倒锥形喷孔；所述步骤4）中电解加工电源的脉冲宽度、脉冲间距和脉冲幅值在加工过程中保持恒定，所述工具电极从所述通孔的外口向内口匀速进给，通过电解液对不具有圆弧过渡区的倒锥形喷孔内壁进行抛光处理所述步骤5）中当工具电极的端面到达通孔内口时，停止工具电极的进给运动，继续加工通孔一段时间，加工出圆弧过渡区。
5.一种柴油发动机喷油嘴喷孔的电解加工方法，包括以下步骤：
1）预先在喷油嘴工件上加工一圆柱形或正锥形通孔；
2）将所述喷油嘴工件设置在一电解液循环装置内，将一工具电极装卡在一电极进给机构上，所述工具电极包括圆柱形电极丝和覆盖在所述电极丝周向的绝缘层，所述工具电极的头部端面通过工具打磨平整；移动所述喷油嘴工件使得其上通孔的中心轴线与所述工具电极的中心轴线重合，移动所述工具电极使得其头部端面位于所述喷油嘴工件上通孔的内口处；将一电解加工电源的正极连接所述喷油嘴工件，负极连接所述工具电极，将所述电解加工电源、电极进给机构和电解液循环装置的液泵通过驱动电路连接一工控机；
3）启动液泵向所述喷油嘴工件的通孔内注入电解液，电解液从液槽流回电解液容器，形成电解液循环；
4）开启所述电解加工电源，使所述工具电极在所述通孔的内口处停留一段时间，当为所述通孔加工出圆弧过渡区后，由所述工控机控制所述电极进给机构带动所述工具电极从所述通孔的内口向外口方向做提升运动，直至将所述通孔加工成具有圆弧过渡区的倒锥形喷孔；
5）关闭所述电解加工电源和液泵，通过所述电极进给机构带动所述工具电极恢复原位。
6.如权利要求5所述的一种柴油发动机喷油嘴喷孔的电解加工方法，其特征在于：所述步骤4）中电解加工电源的脉冲宽度、脉冲间距和脉冲幅值在加工过程中保持不变，所述工具电极从所述通孔的内口向外口加速进给。
7.如权利要求5所述的一种柴油发动机喷油嘴喷孔的电解加工方法，其特征在于：所述步骤4）中电解加工电源的脉冲宽度、脉冲间距和脉冲幅值在加工过程中保持不变，所述工具电极从所述通孔的内口向外口匀速进给，同时随着所述工具电极的逐渐提升，脉冲幅值逐渐降低。
8.一种实现如权利要求1～7任一项所述的电解加工方法的电解加工装置，其特征在于：它包括电解加工电源、工具电极、电极进给机构、工控机、电解液循环装置和被加工的喷油嘴工件，所述喷油嘴工件上设置有一通孔；所述电解加工电源的正极连接所述喷油嘴工件，负极连接所述工具电极；所述工具电极包括圆柱形电极丝和覆盖在所述电极丝周向的绝缘层，所述工具电极的头部端面通过工具打磨平整；所述电极进给机构包括一驱动装置，所述驱动装置的输出端连接所述工具电极；所述电解液循环装置包括一电解液容器，所述电解液容器内设置有一液泵，液泵通过一液泵出液管连通所述喷油嘴工件的通孔顶部，所述喷油嘴工件设置在一液槽内，所述液槽底部设置有一伸入所述电解液容器内的液泵出液管，所述电解液容器和液槽内设置有电解液；所述工控机分别连接控制所述电解加工电源、电极进给机构和液泵。
9.如权利要求8所述的一种柴油发动机喷油嘴喷孔的电解加工装置，其特征在于：所述电解加工电源采用直流电源和脉冲电源的一种。
10.如权利要求8或9所述的一种柴油发动机喷油嘴喷孔的电解加工装置，其特征在于：所述电极进给机构中的驱动装置输出端连接有一支架，所述支架上固定连接一电机，所述电机的输出端连接所述工具电极。
11.如权利要求10所述的一种柴油发动机喷油嘴喷孔的电解加工装置，其特征在于：所述驱动装置为一直线运动电机。
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