磨料浆体射流去毛刺技术在喷油器体台阶孔上的应用

1、磨料浆体射流去毛刺技术在喷油器体台阶孔上的应用Techn0l0gyandTesl工艺与检测磨料浆体射流去毛刺技术在喷油器体台阶孔上的应用柏余杰蔡红霞俞涛李明辉(上海大学机电工程与自动化学院,上海20072)摘要:根据喷油器体本身的结构和特点.提出一种磨料浆体射流去毛刺技术.该技术以磨料,水及添加剂混合物为去除毛刺介质,以高压油泵为动力,以PLC技术进行逻辑控制,符合环保要求,以冷态方式来去除喷油器体台阶孔毛刺.经实际使用,产品质量明显提高.关键词:磨料浆体射流去毛刺喷油器体磨削ApplicationofAbrasiveSuspensionWaterJetonStep-holeofFuelInj

2、ectorDeburringBAIYujie.CAIHongxia.YUTao.LIMinghui(CollegeofMechatronicsEngineeringandAutomation,ShanghaiUniversity,Shanghai200072,CHN)Abstract:Basedonthestructureandfeaturesofthefuelinjector,theabrasivesuspensionwaterjettechnologyisproposedfordeburringinthispaper.Thetechnologyworksbyamixtureofabrasi

3、ve,waterandasortofadditive.Thepowerisappliedbyahighpressureoilpump.PLCtechnologyisusedtocontrolthemachine'Sactions.Thiskindofmachinematchestheenvironmentalrequirements.Afterusedinmanufae-turing,therateofeligibleproductsenhanceddistinctly.Keywords:AbrasiveSuspensionWaterJet;Deburring;StepholeofFu

4、elInjector;Grinding喷油器体是柴油机的关键配件,它直接关系到柴油机的运行状态和寿命.保证喷油器体的正常稳定优质的工作,是保证柴油机节能和环保的重要前提.然而,由于工艺水平和加工水平的限制,喷油器体台阶孔中的毛刺和氧化物总是不能避免,一旦脱落,轻则使油量供应不均,划伤零件,造成浪费或者功率不足;重则堵塞或卡死油路,使生产停止甚至造成事故.人们采用了很多工艺手段来去除这些毛刺,从最简单的毛刷手工去毛刺到电解等去毛刺方法.在不同的场合发挥作用,但对于喷油器体台阶孔去毛刺,或者效率不高,或者精度较低,或者价格昂贵,都不太合适.因此,根据喷油器体台阶孔本身的结构和特点,本文设计了一种磨

5、料浆体射流机床,在保证达到去除毛刺的基础上还兼有环保,高效,成本低廉等优点.1喷油器体去台阶孔毛刺方法探讨1.1需求分析喷油器体形状如图1所示,其中间台阶孔为调压腔,右侧细长孔为高压油道.工作时,调压腔中充油用以调整柴油机针阀体内压力,以开启和关闭针阀的顶针.而燃油从高压油道进入,当针阀的顶针打开时,燃油经针阀喷孔喷出.通过实验发现,在去除高压油道毛刺后,产品质量明显提高,但是,仍有一定的次品率,进一步研究发现是由于台阶孔中毛刺的存在.因为,若台阶孔中存在的毛刺在运行过程中脱落,则会将针阀的顶针卡住,导致针阀不能正常喷雾,其结果是整台设备无法运转.由此可见,喷油器体台阶孔内表面去毛刺是非常重要

6、的.台阶孔图1喷油器体剖面图1.2各种去毛刺工艺压油道?91?工艺与检测Tec0gyand目前,国内外毛刺的处理方法主要有:热力/高温,水喷射,化学,电解,超声波,刷子去毛刺等众多方法原理各异.各种方法的适用场合和弊端的比较见表1.表1各种去毛刺方法比较去除方法适用场合使用弊端刷子精度和效率要求不高废品率高,劳动强度大投资大,有安全问题和热热力/高温表面精度较高应力问题化学效率高,效果较好有污染,工件易二次氧化投资大,控制复杂,污染电解表面精度较高,孔径复杂严重去除力度较弱,工件大小超声波复杂型腔深孔有限制纯水射流深孑L,盲孑L,J,孑L等去除力度较弱根据喷油器体的结构特征及加工工艺限制和加工

7、精度需求,在上述方法中,选择电解和热力/高温法对喷油器体台阶孔进行去毛刺实验,虽然有一定的去毛刺效果,但难以达到需要的加工精度.而且价格昂贵,电解法还残留杂质,带来二次污染问题,热力/高温法有安全问题和热应力问题.为去除台阶孔的毛刺,保证柴油机正常稳定优质的工作,迫切需要一种更符合实际需要的去毛刺加工方法.为此,我们想到采用磨料浆体射流技术进行毛刺去除.2磨料浆体射流技术去毛刺可行性分析磨料浆体射流技术是在磨料水射流的基础上发展起来的.磨料水射流(AwJ,Abrasivewaterjet)是将磨料与水混合并加速至具有加工能力的液固两相射流束.磨料浆体射流(ASWJ,Abrasivesuspen

8、sionwaterjet)在磨料水射流中加入第三方材料,使磨料水射流中的液固两相充分混合,呈悬浮状,并长久保持.浆料通过加料泵注入特制的料罐,再通过高压油泵将其挤压进高压管道,并从喷嘴喷射出来,对工件进行加工.水射流技术,最初是为了切割.纯水射流切割能力极弱,发展到磨料浆体射流时,在一定压力下,已经可以对瓷砖,大理石,不锈钢材料乃至绝大部分材料进行切割.20世纪末,21世纪初,水射流技术研究者逐步意识到适当降低压力,该技术可用于清洗和去毛刺.如美国挤压磨石有限公司研究了采用磨料流研磨复杂内表面,并申请了专利J.该专利使用活塞推动磨料流,其浆料为半固态,粘度大,流速低.当流经工件内孔时,由于粘稠

9、,磨料将挤满整个内孔,又由于磨料的存在,当遇到毛刺时,则会将毛刺剪切下来.戴根村研究了磨料流技术去除交叉孔毛刺的方法.他采用上下两个磨料缸,工件装夹在两缸之间,往复磨削,直到毛刺去除干净.所采用的也是高粘度,流速低的半固态的浆料.这也是目前内孔研磨所采用浆料的主流.这充分肯定磨料射流的磨削和去毛刺能力.但是,台阶孔的去毛刺还是不能直接采用上述方法.因为台阶孑L孔径大,且有变化,呈台阶状.直径最大处约20mm,最小处约4mm.美国挤压磨石公司的方法,其难点在于活塞推动属于动密封.而且磨料只在孔径中心流动,靠近壁面部分基本保持静止,毛刺不会被剪切下来.而如用上下磨料缸往复研磨方式去毛刺,则孔径小的

10、一端磨削效果尚可,而孑L径大的一端则基本没有效果,在出口处会形成喇叭口,破坏工件本身结构和密封性.因此,本文提出了改进方案:采用拥有自主知识产权的双独立循环系统,在一定的压力下将磨料浆体从喷嘴喷出,利用磨料携带很大的动能,对台阶孔内壁毛刺进行磨削和剪切,以达到去除台阶孔内壁毛刺的作用.再将喷嘴调整到合适的距离和角度,射流的剪切作用可以覆盖内壁的每一处,这样就可以有效去除整个内壁的毛刺.该系统不仅解决了动密封的难题,还具有以下优点:(1)环保:加工时不产生毒气,灰尘,热辐射等污染.完全符合环保要求.浆体的成分主要是水,磨料以及非高聚物的粘土,可重复使用.加工过程中浆体处于一个循环中:集料箱料罐工

11、件集料箱,极大地节约了人力,物力和财力.而加工能力有所降低,不再进入循环的浆体经过简单处理即可,不会对环境造成污染.(2)效率高:每一台设备可以拥有两个工作位,可以轮流工作,每个工作位又可以装备多组喷嘴.因此它可以一次加工多组工件,不需要因为装卸工件而使设备处于暂停或空闲状态.在工件加工过程中,设备为完全自动工作,不需要人为干预,大大提高了工作效率.工作介质为液体,本身具有冷却作用,不会使设备本身升温,所以该设备可以每天24h连续工作.(3)副作用小:通过调整各系统参数,射流会将被加工件表面的毛刺和氧化物全部清除,却不会伤及工件本身.由于是冷态加工,所以不像其他加工方法,它不会造成工件的热变形

12、和热影响区.(4)通用性强:该技术不仅在喷油嘴清洗上适用,同样适用其他的清洗和切割需求.根据被加工对象的材料特性,加工要求,对各系统参数进行适当的调整,对电控部分进行适当的改造即可应用于生产.等uu平爿;删TechnoIogyandTesf工艺与检测l一高压料罐;2一排油阀;3一三位四通换向阀;4一球阀;5油箱;6一油泵;7一集料箱;8一工作;9一喷嘴;l0一偏心轮;11-推进气缸;12一回转电机;13一隔膜泵;14一滤网.圈2喷油器体调压腔清洗机床结构原理图3台阶孔去毛刺设备3.1结构设计设备构造如图2所示,其主要结构可分为三部分.第一部分为压力发生机构,主要由油泵6,换向阀3,电磁阀2,料

13、罐1和高压管路组成.第二部分为浆体喷射机构,主要由料罐1,电磁阀4,喷嘴9和连接管路组成.第三部分为磨削执行机构,主要由推进气缸11,往复电动机,偏心轮10,回转电动机12,滑块,皮带轮和工件8组成.清洗时开启油泵和换向阀,使液压油进入工作的高压料罐,转化为磨料浆体的势能,再通过开启的输出电磁阀4将浆料推入喷嘴9,经过喷嘴再次加速后转化为出口的磨料浆体的动能.又由于通过软件控制使工件不停回转,喷嘴作小范围往复平移运动,浆料的扫描区域能覆盖整个台阶孔的所有表面,从而能完整有效地去除台阶孔内表面上的毛刺和氧化物.当一个料罐用完可以利用软件控制自动切换至另一料罐,实现连续工作.结构设计的一个关键技术

14、是动密封问题.在不同介质之间能量传递,国外通常是采用液压缸和活塞进行的.而这种方式对于带有磨料的浆体来说,需要很高的工艺水平和加工水平.高压下,浆料中的磨料粒子本身粒径很小,容易进入活塞与液压缸结合的密封面,又由于运动中,磨料带有磨削效果,其结果往往是将密封面磨出缝隙,失去密封作用.国内工艺水平和加工水平目前还不能达到动密封的水平.这样的关键部件,只能高价从国外进口.为解决动密封问题,必须另辟捷径.笔者将液压缸机构进行改进,用一个囊式结构将液压缸分成两部分.当油压升高时,油挤压囊,排出浆料,而运动的方式由活塞的往复移动变成了囊234的凹凸运动.而各衔接部位不发生运动,从而有效解决了动密封的问题

15、.3.2逻辑控制设计系统加工实现过程依赖于各阀门和电动机能否按要求开启和关闭.将各阀门的状态视为被控变量.这些变量的变化并非完全独立,它们互为条件.为实现加工的自动化,我们采用程序来控制这些变量,中介为电磁阀和交流接触器.即程序用来控制中介,中介再去控制这些变量.为提高生产效率,我们设计了两个料罐轮流工作使加工过程连续,当一个料罐处于加料或待命状态时,另一料罐工作.升压阀,电磁阀,料罐切换和加料泵等变量互相耦合,控制起来比较复杂.而且现场环境恶劣,空气潮湿,噪声干扰大.为了系统稳定长期地工作,系统选取OMRON系列,型号为CPM2AH的PLC可编程逻辑控制器来对各电磁阀和电动机等设备进行逻辑控

16、制.控制的基本流程设计如图3所示.3.3加工介质加工介质即浆料,浆料配制在该去毛刺技术上也是关键之一.为使加工连续无障碍运行,浆料须保持稳定的性质,优越的去毛刺能力和良好的寿命.经过比较和权衡,选择硬度和价位都很理想的棕刚玉作为磨料.浆料的粘度和流动性主要依赖于添加剂.国外所用的添加剂一般为高分子化合物,价格昂贵,其化学键之间的结合力较弱,加工时或长时间放置后容易断裂,从而使浆料变质,性能变差,有的还会腐臭.经过多次试验和不懈的努力,以在我国广泛分布的粘土作为添加剂配制浆料.我们配制出流动陛,悬浮性好,性质均匀的浆料.实际使用中,配制一次,可连续加工3045天工艺与检测Techn010gyan

17、d图3控制基本流程图在使用本技术之前,台阶孔毛刺仅经过简单处理即进入下道工序,质量无法保证.而使用本技术后,用线切割方式剖开,发现内表面的毛刺完全清除,达到应用要求.经实际使用,生产效率和产品合格率得到明显提高.4结语本文提出了采用磨料浆体射流进行毛刺去除的方法,并解决了结构设计中的动密封和浆料配制两个关键技术,使用PLC进行逻辑控制,明显提高产品质量.磨料浆体射流磨削技术的使用给内孔磨削加工技术增加了一个崭新的方法,是对内孑L研磨技术的一个突破,是一种绿色制造技术.它具有环保,高效,副作用小和通用性强的特点,将在未来制造业中发挥其巨大的潜力.参考文献1姚敏茹,万宏强等.机械零件毛刺控制及去除工艺现状.新技术新工艺,2005,(12):2O一222任延华,张研.航空机载设备精密件的去毛刺方法.航空精密制造技