微细倒锥喷孔精密成形与光整电解加工工艺

A micro ECM process is presented to machine reverse tapered spray holes for high standards fuel jet nozzles. In this process, the electrolyte flows through the side insulated electrode tube towards the work piece and the high frequency pulsed current is applied to the electrodes. Then by controlling the pulse parameters and the feeding speed of tool electrode simultaneously, reverse tapered holes for fuel jet nozzles can be machined. The research content of micro ECM includes the gas suppressing and dissolve promoting mechanism, the establishment of mathematical model and simulation, precisely monitoring of the machining gap and localized machining, and machining experiments of nozzles. Through the above researches, the basic mechanism of micro ECM may be more revealed, and achieve a precise mathematical model and a simulation system. Further the erosion model for reverse tapered hole machining is set up in the condition that the electrolyte flows through the side insulated electrode tube. Finally a basic process technology for high standards spray holes machining is developed. The precise shaping and surface polishing of the spray hole could be done in one step, so it is promising to take place of the existing hybrid process which does precise shaping and surface polishing respectively by EDM and AFM. The research results will promote the spray hole machining level and be expanded to other precise micro hole drilling applications. There is a great significance especially in energy saving and emission reduction of automobiles.

面向高端发动机燃油喷射用倒锥形微细喷孔加工，提出采用侧壁绝缘电极中空冲液，高频脉冲电流，以及在线实时调节控制加工电参数和电极伺服进给速度的微细电解加工方法，实现变截面、高深宽比微细倒锥形喷孔的精密加工。主要研究内容包括微细电解加工的抑气促溶机理研究，变截面微细孔高精度成形电解加工仿真，微细倒锥孔电解加工蚀除模型的建立，加工间隙检测与高精度定域加工控制，以及喷油嘴微细倒锥喷孔加工工艺研究。从界面电化学行为揭示微细电解加工机理，开发高精度成形电解加工仿真系统，并建立侧壁绝缘电极中空冲液条件下的倒锥孔加工蚀除模型，形成微细喷孔电解加工的基本工艺。有望集精密成形和表面光整加工于一体，替代高端柴油发动机微细喷孔的电火花加工和磨粒流加工的组合工艺，并延伸应用于各种精密微细喷孔的加工。特别对提升燃油喷孔的制造水平，减少机动车废气污染具有重要作用。

面向高端柴油发动机燃油喷射用倒锥形微细喷孔加工，提出采用侧壁绝缘电极中空冲液，高频脉冲电流，以及在线实时调节控制加工电参数和电极伺服进给速度的微细电解加工工艺路线。首先，在分析工件表面钝化膜增厚过程的基础上，研究了基于界面加酸的抑气促溶微细电解加工机理，通过具有脉间输出功能的三电极高频-超短脉冲电源的研制和应用有效提高了加工效率和工件表面质量，达到了抑制氧气产生和促进被加工金属材料选择性溶解的效果。其次，分析并仿真了工具/溶液界面处双电层电容值与加工间隙的关系，提出了基于双电层电容的微细电解加工间隙检测方法。综合考虑电场、流场、电化学微观作用等多种影响因素，建立了微细倒锥孔电解加工成形理论。利用fluent软件仿真了微细倒锥孔的成形过程。再次，通过实验研究优化得到了针对被加工材料18CrNi8的最优电解液为1.0mol/ L NaClO3+0.01mol/L葡萄糖酸钠，优化了不同加工深度下电解液中空冲液压力，确定了实现高深宽比微细孔稳定加工的基本条件；利用正交试验法建立了微细孔直径与加工电压、脉冲宽度、进给速度等参数间的倒锥孔电解材料蚀除模型，确定了具体的加工参数。最后，在设计的倒锥孔电解加工实验系统和制备得到的侧壁绝缘微细中空电极的基础上，在厚度为1.0mm的18CrNi8工件上加工得到了入口直径为152.6μm，锥度为1.02°，圆角直径为50μm的微细倒锥孔。微细孔侧壁的表面粗糙度Ra约为440nm，满足了欧4标准的柴油发动机喷油孔的加工要求，验证了微细倒锥孔电解加工工艺的可行性和有效性。