上海浦東伊維燃油噴射有限公司 肖飛來
摘要：本文通過對國外與國內(nèi)的柱塞偶件的精度，可靠性對比，從國內(nèi)偶件的材料，硬度，清潔度，機加工工藝等相關(guān)要素采取排除法分析，得出了取消光研工序是解決柱塞偶件“早期磨損”問題的關(guān)鍵所在，并提出了如何從珩磨設(shè)備及工具上來保證加工中孔的關(guān)鍵因素---圓柱度。進而引申到油泵油嘴行業(yè)的三對偶件的同樣問題的解決辦法。
關(guān)鍵詞：柱塞偶件 早期磨損 研磨 圓柱度 網(wǎng)紋珩磨
1 前言
高壓燃油噴射油泵的國產(chǎn)柱塞偶件無論是A型泵，B型泵，還是引進國外專利的P系列泵，都易出現(xiàn)“早期磨損”的問題，通俗的說：在工況下，柴油機運行時間在小于2000小時內(nèi)，泵端噴嘴壓力下降，造成燃油噴射霧化效果變差，燃油在發(fā)動機的缸體內(nèi)燃燒就不是很充分，且噴射出的燃油量變少，從而達不到柴油機標(biāo)定功率，影響柴油機的綜合性能。國外工業(yè)發(fā)達國家的同類型的柱塞偶件的出廠標(biāo)準(zhǔn)一般至少在2000小時以上，要求高的要達到4000-5000小時，如卡特彼勒的柴油機柱塞偶件的出廠標(biāo)準(zhǔn)是4000小時無故障。若出現(xiàn)“早期磨損”現(xiàn)象，大多數(shù)情況下，必須更換柱塞偶件。
2 國產(chǎn)與進口柱塞偶件實際加工精度對比
如上海浦東伊維公司引進生產(chǎn)的FM公司的P7泵柱塞偶件，與FM公司提供的作為標(biāo)準(zhǔn)樣品的柱塞偶件機加工工藝精度要求對比如下表1：
表1
單位：um
|
類別\ 參數(shù) \ 內(nèi)容 |
國產(chǎn)柱塞偶件 |
進口柱塞偶件 |
||
|
柱塞 |
柱塞套 |
柱塞 |
柱塞套 |
|
|
圓度 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
|
直線度 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
錐度 |
01 |
1 |
無要求 |
|
|
粗糙度 |
Ra:0.063 |
Ra:0.063 |
Ra:0.08 |
Ra:0.08 |
|
靜態(tài)回油密封秒數(shù) |
5-12秒 |
1.5-4秒 |
||
從加工精度而言，國產(chǎn)的柱塞偶件要比進口的偶件粗糙度要求高，有錐度要求，而進口的無論柱塞還是柱塞套并無嚴格的錐度控制；國產(chǎn)偶件回油密封秒數(shù)高，配合間隙小。但實際的使用情況卻恰恰相反，進口的柱塞偶件看似粗糙，配合間隙大于2um，卻經(jīng)久耐用，幾乎不存在“早期磨損”現(xiàn)象。
3 相關(guān)要素分析
材料是一樣的，柱塞套是16MnCr5，柱塞是GCr15。是材料的硬度不夠嗎？經(jīng)過我們的實驗表明，相比較進口的偶件，我們的柱塞偶件的淬火硬度提高了1-2HRC，卻不能根本解決“早期磨損”；是由于孔口及沉割槽的毛刺未去盡嗎?無論采取何種辦法去毛刺：電解去毛刺，熱燒去毛刺，手工去毛刺，都不能大幅度降低“早期磨損”現(xiàn)象的發(fā)生。
4 從工藝流程分析找出最主要原因
國內(nèi)大部分油泵油嘴廠家目前的柱塞套的中孔機加工工藝為：槍鉆中孔?熱處理?粗磨中孔（粗珩中孔）?精珩中孔?研磨中孔?清洗?配磨柱塞。國外的機加工工藝是：槍鉆中孔?熱處理?粗珩中孔?精珩中孔?清洗?選配磨柱塞。
從機加工工藝來看：國內(nèi)的柱塞套的工藝繁雜，還有研磨工序，采取單件配磨柱塞，效率很慢，不能充分使用STUDER外圓磨床；而國外的柱塞套的機加工工藝簡單，取消了研磨工序，采取選配法磨柱塞，效率很高，尺寸分散度小，能充分發(fā)揮STUDER外圓磨床的作用。
研磨的目的是提高中孔的粗糙度，修整中孔的圓柱度。但研磨中孔后的缺點也顯而易見：
1尺寸分散度變大，中孔的幾何形狀精度與操作者的實際操作經(jīng)驗有很大的關(guān)系，即加工精度不穩(wěn)定。
2研磨后在中孔的表面形成一層鑲嵌膜，這層膜主要由上道精珩后的金屬網(wǎng)紋峰尖作為膜本體,研磨切屑微粒及研磨膏嵌入金屬網(wǎng)紋峰谷作為嵌入體,如下圖1：
這樣，就形成了一層鑲嵌層。經(jīng)過超聲波清洗，再用棉紗布擦干凈，人眼對光觀察，中孔泛光很亮，用粗糙度儀檢驗，其粗糙度確實很好，能達到Ra：0.05um左右。在保證中孔圓柱度為1um內(nèi)，用STUDER外圓磨床配磨柱塞，偶件的間隙可以做到很小，譬如為1um，這樣，在靜態(tài)測量偶件的密封回油秒數(shù)時，其回油時間可以達到很高的秒數(shù)，如5-12秒。而在工況下，柱塞在柱塞套的中孔中不停的作往返運動，間或作旋轉(zhuǎn)運動；燃油在柱塞套孔內(nèi)作非常復(fù)雜的運動，沖洗柱塞套孔壁；正是由于這兩種運動的反作用力的原因，造成鑲嵌層不斷剝落，而剝落的微粒在孔內(nèi)又相當(dāng)于加入了一層研磨膏，柱塞與柱塞套在不停的相互研磨，當(dāng)然在工作一定時間后，間隙變大，漏油，導(dǎo)致噴油壓力下降，燃油經(jīng)噴油嘴噴射后霧化效果變差，燃燒不充分，造成柴油機達不到標(biāo)定功率，冒黑煙。
所以，采取研磨工序是造成“早期磨損”現(xiàn)象的主要原因。油泵的三對偶件的套筒類零件大多數(shù)生產(chǎn)廠家都是采取研磨作為最后一道機加工工序，都存在一樣的問題。
5 解決辦法
取消研磨工序是唯一切實可行的辦法。也就是說必須靠精珩工序來保證機加工精度，即用高精度的珩磨系統(tǒng)設(shè)備來保證。而國內(nèi)油泵油嘴行業(yè)目前絕大多數(shù)生產(chǎn)廠家采取美國SUNNEN公司的MBC-1804，MBC-1805，及德國GERHING公司的珩磨機床。這種類型的機床都是楔片式進給機構(gòu)，珩磨油石在旋轉(zhuǎn)運動及往復(fù)運動的同時，油石在作連續(xù)的或脈沖式進給漲出，從而達到珩磨出一定孔徑及一定精度的孔。
1 珩磨工具修整的好壞，調(diào)整的好壞，都直接影響珩磨精度的高低；
2單個油石在孔內(nèi)作線珩磨或微小圓弧面珩磨，油石又是通過楔片漲出，在孔內(nèi)作往復(fù)沖程時，油石上的每一部分的受力都不同，造成油石在孔內(nèi)有輕微顫動；
正是這兩點原因，造成經(jīng)過楔片式進給珩磨系統(tǒng)加工的柱塞套無論其測量精度多高，都很難完全取消研磨。因為在已加工的孔內(nèi)總有測量不到的高低點存在，柱塞配入柱塞套時相當(dāng)于一根高精度的量棒插入要測量的孔內(nèi)，其孔的圓柱度好壞立即反映出來。所以，采取此類珩磨機床加工后，一般都必須再光研2-3um余量才好配磨，滑動性和密封性的手感才會很好。
研磨推拔棒的加工原理給了我們最好的啟發(fā)。比如M4515橫研機床，驅(qū)動研磨棒旋轉(zhuǎn)運動，在人手工操作下，工件作直線往復(fù)運動，間歇敲擊研磨棒芯軸，使之漲出，由于研磨膏的作用，從而切削內(nèi)孔，達到研磨的效果。若利用通用珩磨機床的驅(qū)動及控制系統(tǒng)再加上如下圖2所示的工具組件，就能夠很好的達到網(wǎng)紋珩磨的目的。
圖2
起珩磨作用的是一個開有螺旋槽的磨粒套圓柱，在磨粒套做旋轉(zhuǎn)及直線往復(fù)運動的同時，磨粒套孔內(nèi)的圓柱楔子作連續(xù)式或間歇式進給，漲出磨粒套，從而達到珩磨孔的目的。磨粒套必須滿足以下兩點，才能獲得很好的網(wǎng)紋內(nèi)孔。
1 磨粒套本身的制造精度必須相當(dāng)高，各點漲出的速率一樣。
2 要經(jīng)久耐用，幾乎不磨損，如用金鋼石制造。
美國SUNNEN產(chǎn)品公司的CGM-5000網(wǎng)紋珩磨機床正好屬于此類型的系統(tǒng)，在我們運用CGT14-432-D00的工具網(wǎng)紋珩磨實驗過程中，她能充分保證加工孔的幾何精度的良好性及一致性，測量結(jié)果如表2；也就是說保證選配磨柱塞，從而達到取消光研的目的，中孔予留網(wǎng)紋，6套偶件超負荷冷拖實驗證明了確實能大大提高偶件的使用壽命。
表2
單位：um
|
類別\序號\內(nèi)容 |
柱塞套精度測量參數(shù) |
|||
|
圓度 |
直線度 |
錐度 |
粗糙度 |
|
|
1 |
0.23 |
0.8 |
0.7 |
0.05 |
|
2 |
0.23 |
0.7 |
0.7 |
0.05 |
|
3 |
0.24 |
0.6 |
0.9 |
0.04 |
|
4 |
0.28 |
0.8 |
0.8 |
0.05 |
|
5 |
0.25 |
0.8 |
0.8 |
0.05 |
|
6 |
0.25 |
0.8 |
0.7 |
0.05 |
經(jīng)過CGM-5000機床加工的柱塞套孔仍有網(wǎng)紋存在，如下圖3；
在工況下，網(wǎng)紋中含有的燃油微粒不僅起到潤滑作用，而且還起到冷卻作用，有利于柱塞套偶件的經(jīng)久耐用，防止“早期磨損”的發(fā)生。在油泵出廠之前的校油調(diào)試過程中，這層網(wǎng)紋的峰頂已被磨掉，所以，在出廠之后的工況下，柱塞偶件打出來的燃油噴射壓力就會一直恒定，發(fā)動機的綜合性能就會處于良好的穩(wěn)定工作狀態(tài)。國外工業(yè)發(fā)達國家的柱塞偶件的機加工精度及實際使用結(jié)果就充分說明了這一點。
6 小結(jié)
簡言之：要想大幅度提高我國油泵油嘴行業(yè)柱塞.出油閥.噴油嘴偶件的使用壽命及綜合性能，解決柴油機冒黑煙，達到國家越來越嚴格的排放標(biāo)準(zhǔn)，就必須從機加工工藝著手，取消光研工序，從設(shè)備來保證三對偶件的制造精度，可靠性，及一致性。也衷心希望國內(nèi)的機床生產(chǎn)廠家盡快開發(fā)出此類型的網(wǎng)紋珩磨系統(tǒng)。
致金奇編輯:
您好，我是貴刊的忠實讀者，這也是我第一次投稿貴刊。我從事油泵油嘴行業(yè)的偶件的機械加工工藝已有三余年的時間；在工作中，一直在作柱塞偶件的“早期磨損”的工藝攻關(guān)工作，深感設(shè)備的重要性。故在一系列實驗后，寫下此文，希望對油泵行業(yè)的發(fā)展有所裨益。
本人大學(xué)文化，曾在上海柴油機股份有限公司98年度的科技論文大賽中獲得二等獎。
我現(xiàn)在在上海善能機械有限公司從事珩磨設(shè)備的銷售及技術(shù)服務(wù)工作。本文如若發(fā)表，工作單位仍然寫上海浦東伊維燃油噴射有限公司，因為這一系列工作都是我在伊維公司所完成的。
此致
敬禮
上海善能機械有限公司：肖飛來
99．5．29
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