氮化硅陶瓷柱塞套油孔的超声振动加工.pdf

　２２　　　材料工程／２０１３年３期　　氮化硅陶瓷柱塞套油孑Ｌ的超声振动加工　　　　　　　　ＴｈｅＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＶｉｂｒａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆＯｉｌＨｏｌｅｓｉｎ　　　　　ＳｉｌｉｃｏｎＮｉｔｒｉｄｅＣｅｒａｍｉｃＰｌｕｎｇｅｒＳｌｅｅｖｅ　　　　　郭唠，张保国，田欣利，王健全，李富强，毛亚涛　　　　　　　　　　　（装甲兵工程学院再制造技术重点实验室，北京１０００７２）　　　—　　ＧＵＯＦａｎｇ，ＺＨＡＮＧＢａｏｇｕｏ，ＴＩＡＮＸｉｎ－ｌｉ，　　—　—　　—　ＷＡＮＧＪｉａｎｑｕａｎ，ＬＩＦｕｑｉａｎｇ，ＭＡＯＹａｔａｏ　　　　　　（ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎＲｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ａｃａｄｅｍｙ　　　　　ｏｆＡｒｍｏｒｅｄＦｏｒｃｅｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７２，Ｃｈｉｎａ）　　　　　　　　　　　　　　摘要：有限元分析表明，与金属柱塞偶件相比，性能良好的热压烧结氮化硅陶瓷柱塞偶件具有十分优异的性能，能够有　　　　　　　　　　效地提高发动机油泵的性能，然而陶瓷材料的高硬度和脆性使其加工特别困难，特别是ｄｑＬ的加工更加困难。在综合分　　　　　　　　　　　　　　　析小孔加工方法的基础之上，选用超声振动加工技术对氮化硅陶瓷柱塞套油孑Ｌ进行加工，制定了柱塞套的加工工艺规　　　　　　　　　　　　　程，设计了专用夹具和加工工具，对进出油孔和润滑油孔的加工进行了详细介绍。通过数码显微镜观察发现，超声振动　　　　　　　　加工得到的陶瓷柱塞套油孔质量非常好，与金属柱塞套油孔相比，陶瓷柱塞套油孑Ｌ的人口质量更好。　　　　　　关键词：氮化硅陶瓷；柱塞偶件；超声振动加工；有限元分析—　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１４３８１．２０１３．０３．００Ｓ　　中图分类号：ＴＢ３２１　　文献标识码：Ａ　———　文章编号：１００１４３８１（２０ｉ３）０３００２２０５　　　　　　—　　　　　　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｈｏｔｐｒｅｓｓｓｉｎｔｅｒｅｄｓｉｌｉｃｏｎｎｉｔｒｉｄｅｃｅｒａｍｉｃｐｌｕｎｇｅｒｐａｒｔｓ，　　　　　　　　　　　　　　　—　ｗｈｉｃｈｗｉｔｈｇｏｏｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ，ｃｏｕｌｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｅｎｇｉｎｅｏｉｌｐｕｍｐｃｏｍ　　　　　　　　　　　　　　　ｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｍｅｔａｌｐｌｕｎｇｅｒ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｈｉｇｈｈａｒｄｎｅｓｓａｎｄｂｒｉｔｔｌｅｎｅｓｓｏｆｃｅｒａｍｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓｍａｄｅｉｔ　　　　　　　　　　　　　ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｐｒｏｃｅｓｓｃｅｒａｍｉｃｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆｈｏｌｅｓ．Ｂａｓｅｄｏｎａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｆｈｏｌｅｓ，ｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｐｒｏｃｅｓｓｈｏｌｅｓ　　　　　　　　　　　　　ｉｎｓｉｌｉｃｏｎｎｉｔｒｉｄｅｃｅｒａｍｉｃｐｌｕｎｇｅｒｓｌｅｅｖｅ，ｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｐｌａｎｎｉｎｇｏｆｓｌｅｅｖｅ，ｄｅｓｉｇｎｅｄｔｈｅｓｐｅｃｉａｌ　　　　　　　　　　　　　　　　ｆｉｘｔｕｒｅｓａｎｄｔｏｏｌｓ．ａｎｄｔｈｅｎｄｅｓｃｒｉｂｅｄｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆｉｎｌｅｔａｎｄｏｕｔｌｅｔｏｉ１ｈｏｌｅｓａｎｄ１ｕｂｒｉｃａｔｉｏｎｈｏｌｅｓ　　　　　　　　　　　　—　ｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｏｂｓｅｒｖｅｄｂｙｄｉｇｉｔａｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｈｏｌｅｓｍａｃｈｉｎｅｄｂｙｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎｐｒｏ　　　　　　　　　　　　　　ｃｅｓｓｉｎｇｉｓｖｅｒｙｐｅｒｆｅｃｔｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｈｏｌｅｓｉｎｍｅｔａｌｐｌｕｎｇｅｒｓｌｅｅｖｅ．　　　　　　　　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｉｌｉｃｏｎｎｉｔｒｉｄｅｃｅｒａｍｉｃ；ｐｌｕｎｇｅｒｐａｒｔ；ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ　　喷油泵柱塞偶件是柴油机的三副精密偶件之一，　　　由于它是在高速、高压和非常温的环境下工作，所以其　　　质量的好坏将直接影响柴油机的经济性、动力性和可　　　　　　　　　　　　　　靠性。可以说，柱塞偶件的质量决定了油泵油嘴的质　　量，它的工艺水平和制造能力是衡量油泵油嘴工业水　　　平的一个重要标志，也是制约油泵油嘴工业发展的关　　键环节＿】］。实际使用情况表明，由柱塞偶件的磨损和　　　　　　　　　　　柱塞咬死所引起的柱塞失效要占总失效柱塞数的　　　３０９／６，而偶件丧失工作能力的主要原因是柱塞和柱塞　　套发生变形，柱塞偶件的径向间隙产生变化致使柱塞　　咬死，并引起配合表面磨损剥蚀＿２］。　　　　为改善发动机柱塞偶件的性能，具有抗腐蚀、耐磨　　　损、密度小等优异性能的工程陶瓷柱塞偶件受到诸多　　发动机设计人员的青睐＿３］。本工作以柴油机喷油泵　　　出油阀双螺旋槽柱塞偶件为研究对象，通过有限元分　　　　　　　　　　　析对比了金属和陶瓷柱塞偶件工作时应力和变形分布　　　　　　　　　　　　　　　　规律，得出陶瓷柱塞偶件性能远远优于金属柱塞偶件　　　　　　　　　　　　后，设计了陶瓷柱塞套的加工工艺规程，并着重研究了　氮化硅陶瓷柱塞套表面油孔（进出油孔和润滑油孔）的　精密加工技术。　　１有限元分析　　　柴油机喷油泵的出油阀柱塞偶件为精密偶件，加　　　　工精度非常高。通常柱塞和柱塞套经过精加工后，成　　　对选配并进行研磨而成，不同偶件的柱塞套或柱塞不