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精（jīng）密噴油嘴微型孔的電火花加工（gōng）

2014-1-12 來源：Alexandre de Souza 作者：-

電火花加工（EDM）工藝（yì）在汽車（chē）零部件加工領域已（yǐ）經占（zhàn）有了一席之地。現代各類噴油係（xì）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（wēi）型孔的加工獲得極好的表麵質量。在實際工作（zuò）中，燃油可以實（shí）現向發（fā）動機（jī）燃（rán）燒室的精確噴射。同時，尾氣顆粒物汙染水平也降到了歐（ōu）洲標準的下限。針（zhēn）對直徑為90~500μm的常規氣門孔噴嘴和盲孔噴嘴，其規格要（yào）視發動機類型而定。一個噴油嘴（zuǐ）通常擁有5~14個微型孔。

噴油（yóu）嘴的功能特征（zhēng）

唯有對（duì）所需孔徑加工的參數作出正確的定義和最佳的調節（jiē），才能確保噴油嘴的（de）大批量生產和良（liáng）好的工藝能力指數（Cp和Cpk），即降低次（cì）品率。對於特殊（shū）類（lèi）型的噴（pēn）油嘴（zuǐ），電（diàn）火花微型孔還要額外接受100bar（1bar=0.1MPa）射流（liú）壓力下的油和硼碳（tàn）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麵實現均勻的材料剝離（lí）,由此獲得特別光滑的表麵和極佳的圓（yuán）弧度（dù）。

在總的質量控製方（fāng）麵，既要檢查內外直徑，也要檢查仰角度和方位角度。噴油嘴微（wēi）型（xíng）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（hé）100bar壓力條件（jiàn）下可（kě）以采用特定的油（yóu）品對單位流量進行測定。一旦數值超出公差範圍，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（cóng）而有利於對材料的切割。放電過程實質（zhì）上是一種微型閃電，它在電（diàn）極電壓大於周圍電介質的絕緣特性時即可產生。在Agie Quadraton I係列（liè）機床上，電介質是指導電性（xìng）很低的去離子（zǐ）化水。在（zài）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（zé）依靠X、Y和Z軸進行運動，最終實現對（duì）各種不（bú）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（xíng）孔線切割工藝

在加工（gōng）過程（chéng）中，處於菱形陶瓷導向上的刀具電極沿著W軸運動。無論是工件（jiàn）還（hái）是刀具電極均（jun1）與EDM機床的發電機相連接（jiē）。這兩種部件的準確（què）定位則通過各自相（xiàng）應軸上的精密裝卡係統來實現。外形精度和校準質量非常（cháng）重要，這是因為定位（wèi）狀況（kuàng）是（shì）加工（gōng）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（guò）大，則會導致微（wēi）型孔（kǒng）的形狀偏差超大，這不僅會影（yǐng）響到（dào）產品的使用功（gōng）效，而且（qiě）會造（zào）成次品率和成本上升。此外，Agie Quadraton I係列（liè）機床通過一種特（tè）殊的功能，可以對刀具電（diàn）極的磨損進行有（yǒu）效補償，同時可以（yǐ）實現（xiàn）在（zài）各軸上的磨損程度的（de）最小化。如果微型孔的外形一致的話，該機床設（shè）備（bèi）還可以同（tóng）時加工4個噴油嘴（zuǐ）。

電介質狀況影響加（jiā）工精（jīng）度（dù）

電介質裝置用於（yú）對工作介質進行配備並確保產品的質量。為了（le）達到所需的製造精度，通常采用去離子化的水（shuǐ）作為介質（zhì）。這種介（jiè）質在15℃溫度條件下可以實現低於0.5mS/cm的（de）導電率（lǜ）。在（zài）這種情況下，刀具（jù）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（néng）地保持在穩（wěn）定的導電（diàn）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（zhèng）確設定和通過熱交換器（qì）對（duì）加工過（guò）程溫度的控（kòng）製等特征進行（háng）監控。

這種采用合成樹（shù）脂材料的離子交換器隨（suí）著時間的推（tuī）移會逐漸聚集加（jiā）工時所飛濺出來（lái）的工件顆粒物，這是造成導電率數值（zhí）發（fā）生偏差的主要原因。故而加工達到飽和度極限時（shí），必須對交換器進（jìn）行清洗（xǐ）或更換。如果電介質偏離（lí）了所需的導電率範圍，則還會出現一個不足：微（wēi）型孔的加工時間會明顯延長（zhǎng），這是因為一旦導電率上升（shēng），電極與工件表麵之間的短路情（qíng）況就會增加。這時，設備控製係統（tǒng）就會強迫電極進行連續（xù）的調整動作，從（cóng）而造成材料切割效率的降低。

圖（tú）2 Agie Charmilles公司的Quadraton型EDM機床

工件的熔點和導熱性

Agie Quadraton I係列機床設有一個帶有二極管的鬆弛發生器，可（kě）以調節工件材料切割所需的放電參數。發（fā）生器調（diào）節（jiē）的重要數值為刀具電極之間的電（diàn）壓值和前後兩次放電的（de）間隔時（shí）間。這裏（lǐ）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（shì）發電機上的一個重要（yào）元件（jiàn），它對材（cái）料切割和（hé）刀具磨損有著重要的（de）影響。

采用鬆弛發電機可以實現（xiàn）電極線路電容和工件的（de）精（jīng）確調節，因此可以達到對放電電（diàn）能的控製。在大多數情況下，鬆弛發電（diàn）機所有參數（shù）調節質量與（yǔ）電介質的導電率（lǜ）密切（qiē）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於（yú）在刀具電極和工（gōng）件之間保持穩定的間隙（正（zhèng）麵加（jiā）工間隙）。

Com值定義了這個間隙，而Gain值決定了刀具電（diàn）極在與設定（dìng）的正麵加工間隙值發生（shēng）偏離時的（de）切（qiē）入動作的速度，以便持續保（bǎo）持正確的間隙。把Com值從10上調到70的話，就意（yì）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（zhī）間必須匹配好，以免發生相互影響。

目前，噴油嘴一（yī）般（bān）由18CrNi8（DIN 1.5920）硬（yìng）質鋼材製成。對（duì）於加工作業來說，18CrNi8鋼的最重要特征便（biàn）是熔點和導熱性。這（zhè）兩者決定了材料切割的方式和發電機的參（cān）數調節。鋼材微型孔的熱影響區域最大深度僅為幾（jǐ）微米，容易（yì）出現孔隙和裂紋，因而會對噴油嘴的（de）機（jī）械強（qiáng）度產生（shēng）不良影響。加工之後的表麵硬度主要取決於鋼材（cái）的化（huà）學成分，其數值影響著孔內表麵的摩擦特性。當孔（kǒng）徑小於0.25mm時（shí），刀具電極必須由硬金屬材質製成，因為（wéi）其較高的熔點可以（yǐ）阻止電極的快（kuài）速（sù）磨損。對直徑大於0.5mm的微孔，可以采用銅（tóng）質材料，因為銅材具（jù）有良好的導熱性能，因此磨損係數較小。

在EDM機床上對電介質的兩種主要液力流徑進行的試驗表（biǎo）明，內流徑變化（huà）對（duì）內徑會產生影響。電介質內流徑也可以用於對微型孔的（de）特定錐度的加工。微孔錐度會（huì）對燃料射流狀態產（chǎn）生影響，繼而影響到發動機的整個燃燒過程。

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