CN104833387A - 喷油嘴磨粒流加工单因子试验分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种喷油嘴磨粒流加工单因子试验分析方法，其具体方法如下：(1)对电火花加工后的喷油嘴喷孔应用磨粒流加工技术进行光整加工；(2)选择碳化硅粉末为磨料，所选取的碳化硅颗粒粒径在4.5～10μm之间；(3)使用自行配置的磨粒流研磨液；(4)对喷油嘴零件的检测采用破坏性检测；(5)在磨料浓度为10％、加工时间为40s的条件下以不同磨粒粒径的磨料对喷油嘴零件进行加工。(6)用不同浓度的磨料进行喷油嘴通道表面精抛；(7)利用光栅扫描仪对喷油嘴通道表面粗糙度Ra和Rz进行检测。本发明通过技术检测，磨粒流加工技术确实使喷油嘴零件表面在品质上有显著提升，且该项技术具有低加工成本及高效率的优点。

Description

喷油嘴磨粒流加工单因子试验分析方法

技术领域

本发明涉及一种喷油嘴磨粒流加工单因子试验分析方法，属于磨粒流加工技术领域。

背景技术

对于磨粒流加工技术，国内学者的当前研究工作主要是针对某些特定条件下的理论研究，对于磨粒流加工过程中的关键工艺参数进行研究的比较少，其成果对磨粒流加工的普遍指导意义是有限的。为研究非直线管磨粒流加工工艺，本发明以喷油嘴零件为对象，进行了磨粒流加工工艺试验，可为生产实际提供重要的技术支持。

发明内容

本发明的目的在于提供一种喷油嘴磨粒流加工单因子试验分析方法，以便为实际生产提供重要技术支持。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种喷油嘴磨粒流加工单因子试验分析方法，其具体方法如下：

(1)对电火花加工后的喷油嘴喷孔应用磨粒流加工技术进行光整加工，使其表面粗糙度Ra进一步提高，管壁的毛刺通过磨粒流加工予以清除，对喷孔和压力室交接处进行倒圆角、去毛刺；所用喷油嘴内部通道原始粗糙度为1.64；所使用的试验装置包括用以提供动力源的液压站、用以提供动力传输的液压缸和用以储存磨料的磨料缸，液压缸与磨料缸形成串联连接，液压缸与磨料缸均为直径28mm、行程400mm的活塞式缸体；磨料缸内部镀有硬铬；启动装置后，液压站工作驱动液压缸做往复运动，液压缸推动磨料缸，将压力传递给磨料缸的活塞，从而使磨料缸内产生压力；磨料缸内的磨料在压力作用下流经被加工件的内部通道，对工件内表面进行光整加工；在喷油嘴磨粒流加工时，夹具是用来确定喷油嘴的位置并将其固定在加工装置上，同时引导磨粒流流经喷油嘴的内部通道，同时防止磨料外泄；夹具由工件座和保护罩两部分组成，并分别均布有四个螺栓通孔，用来与试验装置固定，保护罩与工件座之间及工件座与磨料缸接触端分别设有密封槽，在密封槽内装有O形橡胶密封圈，防止在高压作用下出现磨料泄露的现象；

(2)用于磨粒流加工比较常见的磨料有三氧化二铝、立方氮化硼、碳化硼、碳化硅颗粒，对于加工硬质合金类的零件选用金刚石为磨料，加工铝合金件选择白刚玉，加工淬火零件或电火花加工零件选择碳化硅做为磨料；在选择磨粒粒径时，要综合考虑被加工件的材料、原始表面粗糙度、被加工件的尺寸大小等因素。针对本方法中的喷油嘴，选择碳化硅粉末为磨料，所选取的碳化硅颗粒粒径在4.5～10μm之间；

(3)使用自行配置的磨粒流研磨液，由数量一定的碳化硅磨粒和半固态形状的磨粒载体混合搅拌而成；不同种类的磨料、不同的磨粒粒径及载体粘度都会产生不同的抛光效果；以HL液压油为磨料载体，添加硅胶、三乙醇胺等油脂，再添加不同粒径的碳化硅微粉混合后调制而成的；分别选取22、32、46、68四个牌号的HL液压油为研磨介质；选取的磨料的颗粒粒径为5.5μm、6.5μm、8μm、10μm，配置的磨料浓度为4％、6％、8％、10％。

(4)对喷油嘴零件的检测采用破坏性检测；为了获得磨粒流加工喷油嘴通道的表面形貌，采用线切割机床对喷油嘴零件进行切割，然后利用扫描电境观察切割后的喷油嘴通道表面形貌；在磨粒流加工后，表面轮廓的高低起伏明显的比未加工前平滑精细，喷油嘴表面粗糙度可由原始的电火花放电表面的Ra1.7μm改善至Ra0.6μm左右。

(5)在磨料浓度为10％、加工时间为40s的条件下以不同磨粒粒径的磨料对喷油嘴零件进行加工。在磨粒粒径为6.5μm、加工时间为40s为的条件下，选用不同浓度的磨料对喷油嘴通道进行加工，由于喷油嘴头部喷孔尺寸仅有Φ0.16mm，为了保证磨粒流加工的顺畅并获得良好的表面精修的改善效果，这里选用磨料浓度为4％、6％、8％与10％的磨料进行磨粒流抛光。

(6)用不同浓度的磨料进行喷油嘴通道表面精抛，流道表面的高低起伏会随磨料浓度的增加而逐渐降低。

(7)利用光栅扫描仪对喷油嘴通道表面粗糙度Ra和Rz进行检测；利用不同浓度的磨料进行喷油嘴通道表面精抛，流道表面的高低起伏会随磨料浓度的增加而逐渐降低。当磨料在高浓度时，磨粒流加工后表面的峰值高低和原始加工面有明显的差异。通过比较分析，喷油嘴通道精度有了明显的提升，即表示磨料浓度的含量的多少和表面粗糙度的改善成正比关系。经过磨粒流加工后，通道初始表面的质量得到了改善，表面粗糙度Ra数值随着磨料浓度的升高而逐渐变小，表面粗糙度Rz整体趋势也是随着磨料浓的的升高而逐渐变小。

该发明的有益效果在于：该发明以喷油嘴为对象，采用自行研制的磨粒流研磨液，选取磨料浓度、磨粒粒径、磨料粘度及加工时间四个关键参数，对非直线管磨粒流加工技术进行六西格玛试验研究。结果表明，自行研制的磨粒流抛光液适用于非直线管流道表面精修，可有效的去除流道内毛刺及电火花加工后所产生的坚硬的再铸层。从检测结果可以看出，以磨粒流加工方法与自行研制的磨粒流抛光液对喷油嘴通道表面进行超精密加工，确实可以使通道表面变得细致且光滑，明显的改善了流道表面粗糙度和表面结构，使喷油嘴零件在品质上有显著提升。

通过本发明可以发现，表面粗糙度的改善状况与原始表面形貌有直接关系；对于同一喷油嘴零件，在原始表面连续光滑处，磨粒流加工后的表面精度基本一致，在原始表面有缺陷的地方，磨粒流加工后的表面质量相对较差。

高浓度细粒径的磨料获得了较好的加工效果，这是由于较高浓度和较细粒径的磨料会呈现极佳的粘滞性，喷油嘴通道利用此类磨料在一定压力作用下经过一定时间的磨粒流加工后，可获得较佳的流道表面质量，对通道表面粗糙度改善成效明显。随着加工时间增加，磨粒流加工可降低喷油嘴通道表面的粗糙度，若磨粒流加工超过一定的时间，对于流道表面质量改善状况并不明显。

在磨粒粒径为7μm-10μm、磨料浓度为2.5％-10％、挤压压力为5.2Mpa-7.9Mpa、加工时间为0-30min的本发明实施例条件下对喷油嘴零件进行超精密抛光工艺研究，在磨粒粒径为7μm、磨料浓度为10％、挤压压力为7.9Mpa、加工时间为25分钟的条件下获得了最佳的表面质量，流道的表面粗糙度由Ra1.8μm改善至Ra0.4μm。

本发明以喷油嘴零件为对象进行磨粒流加工技术的研究，对于改善喷油嘴通道内表面的完整性，去除交叉孔的毛刺，减少关键部位应力集中，提高零件工作可靠性和使用寿命有着重要的意义。通过技术检测，磨粒流加工技术确实使喷油嘴零件表面在品质上有显著提升，且该项技术具有低加工成本及高效率的优点，因此磨粒流加工技术是值得发展的需深入研究的关键超精密加工技术。

附图说明

图1是本发明实施例中喷油嘴磨粒流加工工艺路线图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。

实施例

为了使喷油嘴的喷孔雾化效果更好，并且满足排放法规的相关要求，本发明实施例对电火花加工后的喷油嘴喷孔应用磨粒流加工技术进行光整加工，使其表面粗糙度Ra进一步提高，管壁的毛刺通过磨粒流加工予以清除，对喷孔和压力室交接处进行倒圆角、去毛刺。即为了提高喷油嘴压力室及喷孔内表面的光洁度进行光整加工。磨料对工件的切削作用表现为微观滑移去除，磨料和工件的接触面不断地被消耗。本发明实施例主要是以不同磨粒粒径、磨料浓度、磨料粘度及加工时间为关键工艺参数对磨粒流加工喷油嘴通道表面的工艺进行研究和探讨。本发明实施例所用喷油嘴内部通道原始粗糙度为1.64μm，本发明实施例所选取的参数及水平如表1所示。

表4-1 磨粒流加工试验参数表

本发明实施例装置包括动力源——液压站，动力传输装置——液压缸，磨料存储装置——磨料缸，夹具等。液压缸与磨料缸形成串联连接。液压缸与磨料缸直径均为28mm，行程为400mm的活塞式缸体。由于磨料缸在工作过程中，磨料会对缸体产生加工作用，磨料缸的磨损会导致活塞与缸壁之间出现间隙，产生漏油现象，为防止这一现象发生，在磨料缸内部镀有硬铬。启动装置后，液压站工作驱动液压缸做往复运动，液压缸推动磨料缸，将压力传递给磨料缸的活塞，从而使磨料缸内产生压力。磨料缸内的磨料在压力作用下流经被加工件的内部通道，对工件内表面进行光整加工。

在喷油嘴磨粒流加工时，夹具是用来确定喷油嘴的位置并将其固定在加工装置上，同时引导磨粒流流经喷油嘴的内部通道，同时防止磨料外泄。在本次试验中，根据本发明实施例装置及喷油嘴的尺寸，对夹具进行设计并加工。

夹具由工件座和保护罩两部分组成，并分别均布有四个螺栓通孔，用来与本发明实施例装置固定，保护罩与工件座之间及工件座与磨料缸接触端分别设有密封槽，在密封槽内装有O形橡胶密封圈，防止在高压作用下出现磨料泄露的现象。喷油嘴磨粒流加工工艺路线如图1所示。

用于磨粒流加工比较常见的磨料有三氧化二铝、立方氮化硼、碳化硼、碳化硅颗粒，对于加工硬质合金类的零件一般选用金刚石为磨料，加工铝合金件一般选择白刚玉，加工淬火零件或电火花加工零件一般选择碳化硅做为磨料。在选择磨粒粒径时，要综合考虑被加工件的材料、原始表面粗糙度、被加工件的尺寸大小等因素。

本发明实施例选择碳化硅粉末为磨料，由于本发明实施例选取的被加工件为喷油嘴零件，其喷孔直径仅为Φ0.16mm，因此在选择磨粒粒径时，要在合理范围内选择比较小的粒径，保证其不会对被加工通道造成堵塞和磨损破坏，在理论分析和本发明实施例研究的基础上，本次本发明实施例所选取的碳化硅颗粒粒径在4.5～10μm之间。碳化硅颗粒硬度高、热导性好、耐高温、耐腐蚀，且具有天然锋利的形状。

本发明实施例使用自行配置的磨粒流研磨液，由数量一定的碳化硅磨粒和半固态形状的磨粒载体混合搅拌而成。不同种类的磨料、不同的磨粒粒径及载体粘度都会产生不同的抛光效果。本发明实施例中以HL液压油为磨料载体，添加硅胶、三乙醇胺等油脂，再添加不同粒径的碳化硅微粉混合后调制而成的。HL液压油化学稳定性好、并且具有防锈、耐高温的性能，HL液压油按照运动粘度可分为15、22、32、46、68、100六个牌号，为获取不同粘度等级的研磨液，为本次试验分别选取22、32、46、68四个牌号的HL液压油为研磨介质。试验中选取了不同颗粒粒径的碳化硅颗粒并调配出了不同的浓度比例，由于喷油嘴的喷孔尺寸较小，为使所配置的研磨液具有研磨精修的能力又不会对对喷油嘴小孔造成破坏，在进行磨粒流加工过程中应选用尺寸较小的碳化硅颗粒，在理论分析和试验研究的基础上，本发明实施例选取的磨料的颗粒粒径为5.5μm、6.5μm、8μm、10μm，配置的磨料浓度为4％、6％、8％、10％。

本发明实施例用喷油嘴零件，由于检测手段的局限性，对喷油嘴零件的检测采用破坏性检测。为了获得磨粒流加工喷油嘴通道的表面形貌，采用线切割机床对喷油嘴零件进行切割，然后利用扫描电境观察切割后的喷油嘴通道表面形貌。

由于高浓度和细粒径的磨料会呈现极佳的粘滞性，搭配较高粘度等级的磨料载体等加工条件相互作用，会使磨料对喷油嘴的表面材料去除效应更为明显，以获得更好的表面粗糙度。由于磨料不断对喷油嘴流道表面的移除作用，在磨粒流加工后，表面轮廓的高低起伏明显的比未加工前平滑精细，喷油嘴表面粗糙度可由原始的电火花放电表面的Ra1.7μm改善至Ra0.6μm左右。

经磨粒流加工的喷油嘴通道，不仅使得通道壁面的表面质量变的平滑精细，同时在在很到程度上对喷油嘴喷孔与压力室交叉位置起到了倒角的作用。

在磨料浓度为10％、加工时间为40s的条件下以不同磨粒粒径的磨料对喷油嘴零件进行加工。通过检测可知，选用较细的碳化硅颗粒可明显降低表面轮廓的起伏程度，其表面粗糙度明显随磨粒粒径的减小而降低，可有效的改善喷油嘴通道的表面精度。在相同挤压压力和磨料浓度的作用下，磨粒粒径越小，所获得表面粗糙度越好。磨料本身的约束力也在挤压压力的作用下，有效的对材料表面进行移除作用，以获得较好的表面精度。

在磨粒粒径为6.5μm(2000#)，加工时间为40s为的条件下，选用不同浓度的磨料对喷油嘴通道进行加工，由于喷油嘴头部喷孔尺寸仅有Φ0.16mm，为了保证磨粒流加工的顺畅并获得良好的表面精修的改善效果，这里选用磨料浓度为4％、6％、8％与10％的磨料进行磨粒流抛光。

随着磨料浓度的提升，喷油嘴通道内腔表面被磨粒所刮除的痕迹明显增多。当磨料浓度为4％时，流道表面被磨粒所刮削的加工痕迹仅有几处稍微可见，但当浓度增至10％时，非直线管流道表面被加工过的痕迹明显可见且分布刮削痕迹更为均匀。通过分析可知，磨粒流加工获得的良好表面粗糙度改善是由于切削移除机制所造成的，喷油嘴通道的表面精度随磨料浓度的增加逐步获得改善。但本发明实施例研究发现当选用过大浓度的磨粒流进行加工时，喷油嘴头部喷孔出现扩孔现象，因此进行磨粒流加工时应选择相对小的磨料浓度的磨料进行磨粒流加工。

用不同浓度的磨料进行喷油嘴通道表面精抛，流道表面的高低起伏会随磨料浓度的增加而逐渐降低。当磨料在高浓度时，磨粒流加工后表面的峰值高低和原始加工面有明显的差异。通过比较分析，非直线通道精度有了明显的提升，即表示磨料浓度的含量的多少和表面粗糙度的改善成正比关系。

为了更加直观的表达不同磨料浓度磨粒流加工喷油嘴通道后的表面形质量改善情况，这里利用光栅扫描仪对喷油嘴通道表面粗糙度Ra和Rz进行检测。利用不同浓度的磨料进行喷油嘴通道表面精抛，流道表面的高低起伏会随磨料浓度的增加而逐渐降低。当磨料在高浓度时，磨粒流加工后表面的峰值高低和原始加工面有明显的差异。通过比较分析，喷油嘴通道精度有了明显的提升，即表示磨料浓度的含量的多少和表面粗糙度的改善成正比关系。经过磨粒流加工后，通道初始表面的质量得到了改善，表面粗糙度Ra数值随着磨料浓度的升高而逐渐变小，表面粗糙度Rz整体趋势也是随着磨料浓的的升高而逐渐变小。

此外，不同粘度等级的液相载体对固体颗粒的携带作用也不一样，因此磨料的粘度也会直接影响固体颗粒在喷油嘴通道内的运动情况。液相载体的粘度越大对固体颗粒的携带作用也越大，就会在更大程度上削弱颗粒的沉降效果，使更多的磨粒悬浮于介质中，同时高粘度液体的流动带动颗粒的运动，使颗粒的移动性增大，对工件的切削加工增强，因此在较高的粘度研磨液加工下加工效果更明显。这里所述的较高粘度指在合理的范围内，粘度过高的同时会导致磨粒流流动性变差，而喷油嘴零件的喷孔孔径又非常小，反而可能影响正常的加工过程。磨粒流在加工喷油嘴的过程中，当粘度较小时，颗粒对壁面的切削作用较弱，且随机性较大，对喷油嘴壁面的加工作用不明显，随着磨粒流粘度的增大，颗粒对壁面的划痕增多，切削作用增强，说明随着粘度的增高磨粒流对喷油嘴通道的加工作用变的更明显。值得注意的是喷油嘴通道经磨粒流加工后，磨粒对壁面的刮痕的多少意味着切削作用的强弱，并不能完全代表加工后表面质量的好坏。为获得较好的表面质量，较低的表面粗糙度数值，还取决于颗粒粒径、加工时间、磨料浓度等多方面因素。

表面粗糙度的改善不但和磨粒粒径粗细、磨料浓度高低、磨料粘度的大小成正比关系，也可随着加工时间的增加而获得良好的表面改善效果，随着时间的增加喷油嘴通道表面的质量逐步获得改善，内孔表面越来越光滑。在加工时间为80秒时，获得了最佳的表面形貌。随着加工时间的增加喷油嘴通道表面形貌由原来的峰谷高低起伏改善得平缓而致密。加工20秒以后仍可见喷油嘴通道的表面起伏状态，随着时间的推移，其表面被磨粒切削的痕迹也会随着逐渐增多，当加工40秒以后非直线管流道表面变得平缓，当加工时间为60秒时喷油嘴通道表面被研磨的痕迹明显易见且分布的切痕更加均匀，当加工至80秒时，非直线管流道的表面形貌未获得明显改善，因此认定在加工80秒时获得最佳表面结构。

为了更加准确的表述不同加工时间下喷油嘴通道后的表面形质量改善情况，这里利用光栅扫描仪对喷油嘴通道表面粗糙度Ra和Rz进行检测，经过磨粒流加工后，通道初始表面的质量得到了改善，表面粗糙度Ra数值随着加工时间的变长而逐渐变小，表面粗糙度Rz整体趋势也是随着加工时间的变长的而逐渐变小。

由本发明实施例结果可知，若想获得良好的表面质量，就必须在细粒径和高浓度及高粘度条件下来喷油嘴表面通道的精抛加工。选用恰当的加工参数，经过一定时间的磨粒流超精密加工作用后，喷油嘴通道表面形貌由原来的峰谷高低起伏状况得到改善，变得平缓而致密。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种喷油嘴磨粒流加工单因子试验分析方法，其具体方法如下：

(1)对电火花加工后的喷油嘴喷孔应用磨粒流加工技术进行光整加工，使其表面粗糙度Ra进一步提高，管壁的毛刺通过磨粒流加工予以清除，对喷孔和压力室交接处进行倒圆角、去毛刺；所用喷油嘴内部通道原始粗糙度为1.64；所使用的试验装置包括用以提供动力源的液压站、用以提供动力传输的液压缸和用以储存磨料的磨料缸，液压缸与磨料缸形成串联连接，液压缸与磨料缸均为直径28mm、行程400mm的活塞式缸体；磨料缸内部镀有硬铬；启动装置后，液压站工作驱动液压缸做往复运动，液压缸推动磨料缸，将压力传递给磨料缸的活塞，从而使磨料缸内产生压力；磨料缸内的磨料在压力作用下流经被加工件的内部通道，对工件内表面进行光整加工；在喷油嘴磨粒流加工时，夹具是用来确定喷油嘴的位置并将其固定在加工装置上，同时引导磨粒流流经喷油嘴的内部通道，同时防止磨料外泄；夹具由工件座和保护罩两部分组成，并分别均布有四个螺栓通孔，用来与试验装置固定，保护罩与工件座之间及工件座与磨料缸接触端分别设有密封槽，在密封槽内装有O形橡胶密封圈，防止在高压作用下出现磨料泄露的现象；

(2)针对本方法中的喷油嘴，选择碳化硅粉末为磨料，所选取的碳化硅颗粒粒径在4.5～10μm之间；

(3)使用自行配置的磨粒流研磨液，由数量一定的碳化硅磨粒和半固态形状的磨粒载体混合搅拌而成；不同种类的磨料、不同的磨粒粒径及载体粘度都会产生不同的抛光效果；以HL液压油为磨料载体，添加硅胶、三乙醇胺等油脂，再添加不同粒径的碳化硅微粉混合后调制而成的；分别选取22、32、46、68四个牌号的HL液压油为研磨介质；选取的磨料的颗粒粒径为5.5μm、6.5μm、8μm、10μm，配置的磨料浓度为4％、6％、8％、10％；

(4)对喷油嘴零件的检测采用破坏性检测；为了获得磨粒流加工喷油嘴通道的表面形貌，采用线切割机床对喷油嘴零件进行切割，然后利用扫描电境观察切割后的喷油嘴通道表面形貌；在磨粒流加工后，表面轮廓的高低起伏明显的比未加工前平滑精细，喷油嘴表面粗糙度可由原始的电火花放电表面的Ra1.7μm改善至Ra0.6μm左右；

(5)在磨料浓度为10％、加工时间为40s的条件下以不同磨粒粒径的磨料对喷油嘴零件进行加工；在磨粒粒径为6.5μm、加工时间为40s为的条件下，选用不同浓度的磨料对喷油嘴通道进行加工，由于喷油嘴头部喷孔尺寸仅有Φ0.16mm，为了保证磨粒流加工的顺畅并获得良好的表面精修的改善效果，这里选用磨料浓度为4％、6％、8％与10％的磨料进行磨粒流抛光；

(6)用不同浓度的磨料进行喷油嘴通道表面精抛，流道表面的高低起伏会随磨料浓度的增加而逐渐降低；

(7)利用光栅扫描仪对喷油嘴通道表面粗糙度Ra和Rz进行检测；利用不同浓度的磨料进行喷油嘴通道表面精抛，流道表面的高低起伏会随磨料浓度的增加而逐渐降低；当磨料在高浓度时，磨粒流加工后表面的峰值高低和原始加工面有明显的差异；通过比较分析，喷油嘴通道精度有了明显的提升，即表示磨料浓度的含量的多少和表面粗糙度的改善成正比关系；经过磨粒流加工后，通道初始表面的质量得到了改善，表面粗糙度Ra数值随着磨料浓度的升高而逐渐变小，表面粗糙度Rz整体趋势也是随着磨料浓的的升高而逐渐变小。