内燃机润滑油喷嘴的设计与加工技术研究.pdf

SECIAL FORMIN特种成形
文章编号:1672-0121(2012)05-0069-03
内燃机润滑油喷嘴的设计与加工技术研究
席洪艳,张新国,吴越
(濰柴重机股份有限公司,山东潍坊261001)
摘要:介绍了内冷油道喷嘴的结构形式,并根据小直径管的缩口、压弯的基本理论,结合实际生产经验
对喷嘴加工方法所需的缩口模、压弯模的设计进行了闻述,着重介绍了缩口模和压弯模的组成特点,明确了
成形模不同变径夹角、挤压カ、变形量、压缩行程工艺参数的功用和具体工艺参数的选择。
关键词:机械制造;喷嘴;管端缩口;弯曲;工艺参数;模具设计
中图分类号:TG386.43文献标识码:A
引言
则:喷嘴的出口直径d取决于射流的流量与压力,是
由于国际社会对环保的重视,内燃机排放标准设计喷嘴的原始数据。要优选的几何参数有:收缩
更趋严格。在2000年初,潍柴就与国际上著名的内角a和长径比ld
燃机AVL公司合作研发重型汽车用欧三排放内燃
机,以WP12、WP10为代表的蓝擎系列柴油机是根3喷嘴各参数对流体运行影的定性研究
据国际欧三排放标准设计研发的,适用于各种重型
1)喷嘴喷射孔的直径d是喷嘴设计时首先要
货车、大型客车、公交车等各种机型,具有广周的发选定的重要参数,也是确定其他参数的依据。同样压
展空间和良好的市场前景。该机型从研发到投入市力情况下,喷射孔直径的大小主要是考虑喷射油的
场仅用了8年,对企业的技术支持和经济效益提高流速与流量。孔径大,喷射油的流速小,流量大,喷射
具有十分重要的意义。
油集中度高;孔径小,喷射油的流速大,流量小,喷射
内燃机润滑油喷嘴是欧三柴油机润滑系统中不油发散大集中度小。综合上述两个方面,在设计时,
可缺少的组件,它决定着整台内燃机的可靠性、适应孔径的选择通常以降低发散量为主,取较小值。
性和使用性。采用内循环润滑的内燃机对喷嘴的喷
(2)喷嘴喷射孔的直径与喷射孔的长径比ld是
油量和集中度要求较高,为确保内燃机润滑系统的影响喷射状态的另一个重要参数,它直接影响到喷
运行可靠,研发了一种变径系数大、加工工艺简单的嘴的流动阻力、流量系数等。它的大小决定了喷射孔
润滑油冷却喷嘴。
属薄壁孔还是细长孔,从而使流经喷射孔的油具有
不同的流动状态。根据流体力学原理,细长孔具有较
2喷嘴的结构形式
高的流量系数,压力能与速度能的转换效率较高。本
内燃机润滑一般采用直管喷嘴或变径喷嘴。本文选用细长孔形状的喷嘴。
文主要研究变径喷嘴对润滑效果的影响。喷嘴的形
(3)喷嘴变径部分的收缩角a是决定喷射流动
状如图1所示。
方向的主要因素。收缩角小将使喷射油发散,集中度
喷嘴的几何参数
低射程短;收缩角大喷射油出口阻力大,在喷射过程
主要有喷嘴的收缩角
中将产生一定的附壁现象,对喷嘴喷射油有一-定程
o,出口直径d,长径比
度的扰动,因而射流的不稳定性增加,但喷射油集中
ld,喷嘴长度L,内表
度高射程远
面粗糙度,入口和出口
图1变径喷嘴的尺寸
过渡形状及倒角的曲率半径等。前苏联学者C.P.
内燃机喷嘴直管变径模型设计
长
Nikonov通过大量实验提出目前喷嘴设计的基本原
本论文使用Fe模拟喷嘴管在不同加工情况
下做出的喷嘴,在同样条件下产生出的结果与实际
收稿日期:2012-05-02
生产结果进行比较。分析过程中,喷嘴的加工方式发「
作者简介:席洪艳(1973-)2女,工程师,从事冲压模具设计与制造
生变化,而流体初始条件不变,输人喷嘴结构数据,
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特种成形 SRECIAL FORMIN
方便建模分析。
有因喷嘴头脱落造成内燃机润滑性能下降导致机器
基础条件:设定一种润滑油在15W40的粘度及报废
4.0bar压力下,喷嘴总流量3520t400g/min。管大径
第三种为普通缩径加工,又分为旋压和挤压两
D=6mm,管小径d=84.2m;长径比ld=2;收缩角种方法。
x=23°;长度L=50mm
旋压成形方法是一种特殊成形「艺,它是将板
建模型一:喷嘴通过车削加工内腔与外形,小端料或空心零件的毛坯固定在旋压机上(或供旋压用
倒角为a'=0.2x45°。如图2所示。
的车床上),在毛坯随机旋转的同时,用简单具(钢
板或旋轮)使毛坯逐渐成形。旋压又分为不变薄旋压
和变薄旋压。旋压过程中材料的硬化程度比在压力
机上拉深或缩径时要大得多,故经几个多次后续中
间退火。旋压成形可以完成旋转体零件的拉深、翻
边、编口、张形、弯边、叠缝等不同的工序,其优点是
图2车削加工喷嘴变径直管
机动性好,能用最简单的设备和模具制造出形状复
建模型二:喷嘴经过缩径加工,缩径后小端扩孔
杂的零件,生产周期短;缺点是若用手工操作,劳动
后齐头保持锐角。如图3所示。
强度大,技术水平要求高,质量不稳定,适用于小批
量生产及制造有四、凸形状的空心零件。由于旋压方
法使坯料在环向存在压缩变形行为,变形过程中易
产生失稳起皱,从而导致后续成形过程无法进行
一次成形缩径量受到限制,而且这种缩径方法一般
图3缩径加工喷嘴变径直管
适用大直径管的加工,本论文涉及的内燃机喷嘴,是
通过分析,可知变径处采用缩口工艺,小直径内零件小,管壁薄,这种方法用在薄壁细管上易造成缩
孔采用扩孔齐头,小直径管端保持尖锐;其他参数保径管端口变薄开裂,造成喷射管喷油发散,并且喷嘴
持不变的同等条件下,喷嘴内部的压力变化要小復生产批量大,因此不适合采用旋压方法。
多,而且更加均匀,润滑油喷出直管小端压力和速度
挤压成形法是根据金属塑性成形原理,将冷态
更加均匀。不出现建模一中的漩涡和小直径端喷出的金属毛坯管件装在压力机上的模具型腔内,在强
闰滑油呈发散状的情况
大的压力和一定的速度作用下,迫使金属从模具型
通过分析,可知变径处采用缩口工艺,小直径内腔中挤出,从而获得所要求的尺寸、形状和一定机械
孔采用护孔齐头,小直径管端保持尖锐;其他参数保性能的加工方法。它是根据设计要求靠模具来控制
持不变的同等条件下,喷嘴内部的压力变化要小很金属流动,靠金属体积的转移来实现管端成形的。它
多,而且更加均匀,润滑油喷出直管小端压力和速度适合于零件的大批量生产。因此本文采用挤压成形
更加均匀。不出现建模一中的漩涡和小直径端喷出工艺方法来加工内燃机喷嘴的缩口工序。通过工艺
润滑油呈发散状的情况。
优化生产出一种喷射油量大,喷射油发散小的内燃
机冷却喷嘴.
5内燃机变径喷嘴的加工方法
在确定缩口工序数量时,必须做到使管坯内部
目前国内喷嘴的加工方法有以下儿种:
应力既不超过材料强度,而且还能够充分利用材料
种采用厚壁管车削成变径管的工艺,该种制的塑性,在每一次的缩口工序中,管坯的变形程度均
造方法复杂,加工内孔变径部分需专用锥形刀具,加在应力允许条件下,采用尽可能大的变形程度。管端
工易造成内台阶或穿透,而且因加工后管壁的车削缩径过程中变径系数m>~0.8时采取多次缩口,来
纹使喷射管在弯管时易开裂或椭圆度≥10%。这种达到零件要求的尺寸
し方法加工出的喷射管表面粗糙度大,若提高内壁表
缩口工序中缩口系数越大,每次缩口变形程度