精密噴油嘴微型孔的電火花加工
2014-1-12 來源：Alexandre de Souza 作者：-
電火花加工（EDM）工藝在汽車零部件加工領域已經占有了一席之地。現代各類噴油系統幾乎都是通過EDM工藝實現優化的。
目前，通過EDM工藝技術已經可使微型孔的加工獲得極好的表面質量。在實際工作中，燃油可以實現向發動機燃燒室的精確噴射。同時，尾氣顆粒物污染水平也降到了歐洲標準的下限。針對直徑為90~500μm的常規氣門孔噴嘴和盲孔噴嘴，其規格要視發動機類型而定。一個噴油嘴通常擁有5~14個微型孔。
噴油嘴的功能特征
唯有對所需孔徑加工的參數作出正確的定義和最佳的調節，才能確保噴油嘴的大批量生產和良好的工藝能力指數（Cp和Cpk），即降低次品率。對于特殊類型的噴油嘴，電火花微型孔還要額外接受100bar（1bar=0.1MPa）射流壓力下的油和硼碳化混合物的液力蝕磨（HE磨削）處理。通過這種方式，可以使微型孔內壁表面實現均勻的材料剝離,由此獲得特別光滑的表面和極佳的圓弧度。
在總的質量控制方面，既要檢查內外直徑，也要檢查仰角度和方位角度。噴油嘴微型孔的另一項重要檢驗內容便是液力流量。實際上在所設定的檢驗溫度和100bar壓力條件下可以采用特定的油品對單位流量進行測定。一旦數值超出公差范圍，則表明孔的外形存在著誤差，因此必須對EDM參數進行審核和糾正。
穩定的電極裝置
EDM機床的放電工作方式會產生很高的溫度，從而有利于對材料的切割。放電過程實質上是一種微型閃電，它在電極電壓大于周圍電介質的絕緣特性時即可產生。在Agie Quadraton I系列機床上，電介質是指導電性很低的去離子化水。在設備上，電極在3個線性軸（U、V和W）上均有自由度，而工件則依靠X、Y和Z軸進行運動，最終實現對各種不同形狀的噴油嘴微孔進行加工。
圖1 在硬金屬工件上的微型孔線切割工藝
在加工過程中，處于菱形陶瓷導向上的刀具電極沿著W軸運動。無論是工件還是刀具電極均與EDM機床的發電機相連接。這兩種部件的準確定位則通過各自相應軸上的精密裝卡系統來實現。外形精度和校準質量非常重要，這是因為定位狀況是加工過程中所出現的振動強度的主要決定因素。如果刀具電極振動過大，則會導致微型孔的形狀偏差超大，這不僅會影響到產品的使用功效，而且會造成次品率和成本上升。此外，Agie Quadraton I系列機床通過一種特殊的功能，可以對刀具電極的磨損進行有效補償，同時可以實現在各軸上的磨損程度的最小化。如果微型孔的外形一致的話，該機床設備還可以同時加工4個噴油嘴。
電介質狀況影響加工精度
電介質裝置用于對工作介質進行配備并確保產品的質量。為了達到所需的制造精度，通常采用去離子化的水作為介質。這種介質在15℃溫度條件下可以實現低于0.5mS/cm的導電率。在這種情況下，刀具電極與工件之間的加工間隙即可保持在約50μm的低水平。
為了使工作介質盡可能地保持在穩定的導電率上，可通過封閉的電介質液力循環對過濾功能、通過離子交換器對導電率的正確設定和通過熱交換器對加工過程溫度的控制等特征進行監控。
這種采用合成樹脂材料的離子交換器隨著時間的推移會逐漸聚集加工時所飛濺出來的工件顆粒物，這是造成導電率數值發生偏差的主要原因。故而加工達到飽和度極限時，必須對交換器進行清洗或更換。如果電介質偏離了所需的導電率范圍，則還會出現一個不足：微型孔的加工時間會明顯延長，這是因為一旦導電率上升，電極與工件表面之間的短路情況就會增加。這時，設備控制系統就會強迫電極進行連續的調整動作，從而造成材料切割效率的降低。
圖2 Agie Charmilles公司的Quadraton型EDM機床
工件的熔點和導熱性
Agie Quadraton I系列機床設有一個帶有二極管的松弛發生器，可以調節工件材料切割所需的放電參數。發生器調節的重要數值為刀具電極之間的電壓值和前后兩次放電的間隔時間。這里需要特別關注二極管對放電電流的影響，這是因為二極管是發電機上的一個重要元件，它對材料切割和刀具磨損有著重要的影響。
采用松弛發電機可以實現電極線路電容和工件的精確調節，因此可以達到對放電電能的控制。在大多數情況下，松弛發電機所有參數調節質量與電介質的導電率密切相關，以便獲得所需的精確的工作結果。由Gain和Com流程參數所決定的機床調節單元用于在刀具電極和工件之間保持穩定的間隙（正面加工間隙）。
Com值定義了這個間隙，而Gain值決定了刀具電極在與設定的正面加工間隙值發生偏離時的切入動作的速度，以便持續保持正確的間隙。把Com值從10上調到70的話，就意味著機床把刀具電極與工件之間的間隙調小了。Gain值和Com值兩者之間必須匹配好，以免發生相互影響。
目前，噴油嘴一般由18CrNi8（DIN 1.5920）硬質鋼材制成。對于加工作業來說，18CrNi8鋼的最重要特征便是熔點和導熱性。這兩者決定了材料切割的方式和發電機的參數調節。鋼材微型孔的熱影響區域最大深度僅為幾微米，容易出現孔隙和裂紋，因而會對噴油嘴的機械強度產生不良影響。加工之后的表面硬度主要取決于鋼材的化學成分，其數值影響著孔內表面的摩擦特性。當孔徑小于0.25mm時，刀具電極必須由硬金屬材質制成，因為其較高的熔點可以阻止電極的快速磨損。對直徑大于0.5mm的微孔，可以采用銅質材料，因為銅材具有良好的導熱性能，因此磨損系數較小。
在EDM機床上對電介質的兩種主要液力流徑進行的試驗表明，內流徑變化對內徑會產生影響。電介質內流徑也可以用于對微型孔的特定錐度的加工。微孔錐度會對燃料射流狀態產生影響，繼而影響到發動機的整個燃燒過程。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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