柴油机油量控制套筒粉末冶金成形技术的研究.pdf

第 3 3卷第 5期 2 01 5年 1 O月 粉末 冶金 技术 Po wde r M e t a l l ur g y Te c hnol o gy Vo 1 ． 3 3． NO ． 5 0e t ． 201 5 柴油机油量控制套筒粉末冶金成形技术的研究 白才艳 何 育嘉 项涛涛 申小平 一 1 南京理 工大学 机械工程学院 2南京理工 大学 材料科学与工程学院 3南京理工 大学 工程训练中心 江苏 南京 2 1 0 0 9 4 摘要 柴油机油量 控制套筒是柴油机运作 中控制油量 大小 的关键 部件 ， 对柴油 机的速度 及功率进行 精确 的调 节。其外 表面形状特殊 ， 内表面分布若干台 阶且具有 较高 的配合精度要 求。以传统 的车 、 铣 方法加 工油 量控 制套 筒效率过低 ， 成本过高。本项 目是 以粉末冶金技 术研究油 量控制套 筒的先进制 造方法 ， 以实现 其对 精度 、 密度 、 性能的要求 ， 达到降低成本 ， 提 高生 产率的 目的。 关键词 油量 控制套筒 ； 粉末 冶金 P／M Fo r m i n g t e c h ni q ue f o r f ue l c o n t r o l s l e e v e o f di e s e l e n g i n e B a i C a i y a n ，He Y u j i a ， X i a n g T a o t a o 。 ， S h e n X i a o p i n g 1 Na n j i n g u n i v e r s i t y o f s c i e n c e a n d t e c h n o l o g y i n s t i t u t e o f me c h a n i c a l e n g i n e e r i n g 2 Na n j i n g u n i v e r s i t y o f s c i e n c e a n d t e c h n o l o g y c o l l e g e o f ma t e r i a l s s c i e n c e a n d e n g i n e e r i n g 3 Na n j i n g u n i v e r s i t y o f s c i e n c e a n d t e c h n o l o g y e n g i n e e r i n g t r a i n i n g c e n t e r ．Na n j i n g 2 1 0 0 9 4， c h i n a Ab s t r a c t T h e f u e l c o n t r o l s l e e v e o f d i e s e l e n g i n e i s a c r i t i c a l c o mp o n e n t e n a b l i n g t h e p r e c i s e a d j u s t me n t o f s p e e d a n d po we r b y c o n t r o l l i n g f ue l q ua n t i t y i n n o r ma l o p e r a t i o n o f di e s e l e n g i ne ． I t s o u t s i d e s ur f a c e ha s s pe c i a l s h a p e，wh i l e i t s i n t e r n a l s u rfa c e c on s i s t s o f s e v e r a l s t e ps a n d ha s hi g h fit t i ng p r e c i s i o n r e qu i r e me nt s ．Tr a di t i o n a l p r o c e s s i ng me t h o d s c h a r a c t e r i z e d b y t u r n i n g p r o c e s s i n g a n d mi l l i n g p r o c e s s i n g h a v e h i g h c o s t s a n d l o w e f f i c i e n c y ．T h i s p r o j e c t i s t o fi n d o u t an a d v a n c e d ma nu f a c t u r i ng me t h o d o f f u e l c o n t r o l s l e e v e b y me a ns o f po wd e r me t a l l ur g y t e c h no l o g y r e s e a r c h ． I t c a n me e t f ue l c o n t r o l s l e e v e’ S r e qu i r e me nt s f o r pr ec i s i o n，d e ns i t y a nd p e rfo r ma nc e，a c h i e v i n g t h e g o a l o f r e d u c i n g c o s t s a n d i mp r o v i ng t he y i e l d ． K e y w o r dsFu e l c o n t r o l s l e e v e，Po wd e r me t a l l u r g y 数据显示 ， 2 0 1 4年全年车用柴油机 的年产量为 3 5 6 ． 3万台。此数据也间接表 明了柴油机油量控制 套 筒 每年 需求 量 之 大 。在 柴 油 机 的喷 油泵 中 ， 油 量 控 制套 筒 是控 制油 量 大小 的关键 部 件 。图 1为油 量 控制套筒 的结构图 ， 套筒上端 面由左 向外伸 出一个 前 端 为半 圆弧 的 长条形 的台 阶。此 台 阶的末 尾 固连 一 小球柱， 且在其上端面设有钢针。当柴油机工作 时 ， 套筒 外部 的拉 杆 水平来 回移动 ， 拨 动油量 控 制套 筒上 的钢球来 回移 动 ， 从 而 带 动 油 量控 制 套 筒 的转 动 ， 再带 动套 筒下 面 的柱 塞转 动对 油量 进行 分配 ， 从 而调节油量的大小 I 4 。台阶上的钢针则是用以与 指针配合 ， 在整个套筒 的运动 中起到指 示 的作用。 柴油机的正常工作与油量控制 密切相关。同时， 在 使用中对零件的精度也有较高要求。 柴 油 机 油量 控 制 套筒 形 状 特 殊 ， 套 筒 内表 面 分 布有两个台阶 ， 且非 由大至小的顺序排布。同时 ， 其 上端面外伸的长条形 台阶与球柱使得整体形状略显 复杂 。 目前 国内普 遍用两 种 工艺来 生 产这种 油 量控 制套筒 ， 一 是切 削加 工 ， 二是 粉末 冶金 。考 虑到 切削 加工的局限性 ， 采用此种工艺需将整个零件拆分成 若干个 更 小 的零件 ， 首先 分别 对套 筒 ， 长条形 台阶和 球柱分别进行加工 ， 然后在通过焊接或孔轴 紧配合 ’ 白才 艳 1 9 9 4一女 ， 本科生 。E m a i l 1 3 0 4 0 3 0 4 2 1 q q ． e o m 一 通讯作者 申小平 1 9 6 3一 女 ， 高级工程师。E m a i l x p s h e n l 7 1 1 6 3 ． c o m 收稿 日期 2 0 1 5 0 4 3 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 6 8 粉末冶金技术 2 0 1 5年 1 0月 的安全距离 、 开档高 度 和模架 的定 位 高度 、 安装 高度 等实际因素。考虑到轴向尺寸计算较为复杂 ， 且在压 制中可根据实际情况进行灵活调节 ， 故在此不做详细 说明 ， 在 图 6和 图 7中给出了部分零 件 的轴 向尺寸供 参考 。由于径 向尺寸制定后难 以修 改 ， 且直 接影 响成 品零件与其他零件的配合， 在此进行详细介绍。 表 2 油量控制套筒模 具设计 工艺参数 Ta b l e 2 Te c h n o l o g i c a l p a r a me t e r s o f di e d e s i g n o f f u e l c o nt r o l s l e e v e 项 目 设计参数 此零 件模 具径 向尺寸 主要 需要考 虑烧 结收 缩率 和压制回弹率 ， 由于此零件采用可控气氛连续式热 处理方式 ， 通常热处理后外径尺寸胀大 0 ． 0 1 m m左 右 ， 内径 尺寸 基本 不 变 。具 体见 表 3的成 型模 具 尺 寸 计算 式 ， 代 人数据 可 计 算 得 到表 4压 型模 的 主要 尺 寸 ， 如图 6和 图 7所示 为 阴模 与 上 内 冲 芯 棒 在 径 向所 需 的设 计尺 寸 。 表 3 成 形模具径 向尺寸计算公式 Ta b l e 3 De s i g n f o r mu l a s f o r r a di a l di me n s i o n o f for mi n g di e 表 4各径向尺寸值 Ta b l e 4 Va r i o u s r a di a l d i me ns i o n v a l u e s 图 6阴模 Fi g ． 6 F e ma l e d i e 图 7 上 内 中 Fi g ．7 Up pu nc h 3模具调试 、 存在 问题及解 决措 施 3 ． 1模具 调试 考虑到油量控制套筒模具结构为上二下二及模 腔带 台， 且零件 高度高 ， 移粉距 离长等 因素 ， 选择 6 0 T机械压机 。油量控制套筒的成制工艺如下 1 装 料 按 装填 系数 C 2 ， 调整 装料位 置 。 2 压 制 压 制速 度 6～1 2件／ 分 钟 ； 根 据模 具 零 件高度调整脱模位置； 按零件高度要求 ， 调整成形位 置； 浮动模冲及模腔可实现浮动， 压制方式近似于双 向压 制 。 3 脱模 采 用 拉 下 式 脱 模 。脱 模 时 ， 上 模 冲轻 压于工件上面 ， 起保护作用。脱出下部分后 ， 再脱上 模部 分 。 3 ． 2存在 问题及 原 因分析 在压 制 调试 过 程 中 ， 压 制 成 品 出现 如 图 8所 示 的损 坏 ， 对 损坏 零件 进 行 分 析发 现 主 要存 在 以下 问 题 1 密度均匀性 。从外观看 ， 有亮有暗， 色泽不 均匀 。通过分段密度测试可 知 ， 暗处 和亮处密 度相差 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 3卷第 5期 J o h n L ．J o h n s o n等 双金属注射成形 的刚性／ 耐耐磨零件 3 8 7 6 结 论 添加 0 ． 5 ％ 质量 分数 硼可强化 3 1 6 L不锈钢 的烧结 ， 以使之具有和 M 2工具钢相似的致密化性 状 。3 1 6 L - O ． 5 B于 1 2 4 5℃ 下烧 结 后 ， 强 度 、 密 度 及 硬度 都 比于 1 3 3 0℃下 烧结 的 3 1 6 L有 所 改进 ， 韧 性 虽减小到了 1 5 ％，但这仍然是许多应用可接受 的。 于 1 2 4 5℃下 烧结 的 M 2表 明 强 度高 与 热 处 理 后硬 度可达到 5 9 HR C 。M2与 3 1 6 L - 0 ． 5 B共 同烧结 时产 生的圆周应力没有超过材料的原位强度 ， 从而证 明 用 B i ． M I M工艺可制造具有独特 的耐磨性与韧性相 结合的双金属零件 。 参 考 文 献 [ 1 ]T a n L K， B a u mg a r t e r R， G e r m a n R M． “ P o w e r I n j e c t i o n M o l d i n g o f B i Me t a l Co mp o n e n t s ， ”Ad v a n c e s i n P o w e r Me t a l l u r g y a n d P a r t i c u l a t e Ma t e r i a l s ，v o 1 ．4，c o mp i l e d b y W ．B．E i s e n a n d S． Ka s s a m ， Me t a l P o we r I n d u s t r i e s F e d e r a t i o n， P r i n c e t o n， NJ ， 2 0 0 1， 1 91 一 l 9 8 [ 2 ]L i m K L， T a n L K， T a n E S a n d B a u m g a r t n e r R ． “ M e t h o d t o F r o m Mu l t i Ma t e r i a l Co mp o n e n t s ”， U． S ． P a t e n t No ， 6， 4 6 1， 5 6 3 [ 3 ]He a n e y D F， S u r i P， G e r m a n R M． “ T w o C o l o r I n j e c t i o n M o l d i n g o f Ha r d a n d S o f t Me t a l Al l o y s ， ”P r o c e e d i n g s o f t h e 2 0 0 2 I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n Fu n c t i o n a l l y Gr a d e d Ma t e r i a l s T e c h n o l o gy L e v e r a g e d Ap p l i c a t i o n s，c o mp i l e d b y R． G． F o r d a n d R． H． He e r s h b e r g e r ， Me t a l P o wd e r I n d u s t r i e s F e d e r a t i o n， P r i n c e t o n， NJ ， 2 0 0 2， 1 0 51 1 5 [ 4 ]“ S i n t e r i n g Me c h a n i s m s i n V a c u u m S i n t e r e d M2 a n d T 1 5 Hi g h S p e e d S t e e l P o w d e r s ， ” Me t a l P o w d e r R e p o rt ， 1 9 8 8 ， 4 3 3 1 7 71 8 4 [ 5 ]My e r s N S ， G e rma n R M． “ S u p e r s o l i d u s L i q u i d P h a s e S i n t e r i n g o f I n j e c t i o n Mo l d e d M2 T o o l S t e e 1 ． ”I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f P o w d e r Me t a l l u r g y ， 1 9 9 9 ， 3 5 6 4 55 1 [ 6 ]T a n d o n R， G e r ma n R M． “ S i n t e r i n g a n d Me c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f a Bo r o n Do pe d Au s t e n i t i c S t a i n l e s s S t e e l ， ’ ’I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f P o w d e r Me t a l l u r g y ， 1 9 9 8， 3 4 1 4 0 4 9 [ 7 ]x u X， L u P ， G e r ma n R M． “ D e n s i fi c a t i o n a n d s t r e n g t h E v o l u t i o n i n S o l i d S t a t e S i n t e fin g Pa rt I I， ”J ．o f Ma t e r ． S c i ．， 2 0 0 2， 3 7 U7 1 2 6 [ 8 ]B i e k f o r d W B ． A d v a n c e d Me c h a n i c s o f M a t e r i a l s ， A d d i s o n We s l e y ， Me n l o Pa r k， CA， 1 9 9 8 韩凤辟译 上接 第 3 6 9页 [ 3 ]高 书堂 ； 高 国强 柴油机燃油系统 和匹配 北 京 北京理 工大学 出 版杜 2 0 0 5 ． 4 5 8 6 2 [ 4]徐 家龙 柴油机 电控喷油技 术 第 二版 北京 人民交通 出版社 2 0 1 1 ． 7 3 3 73 4 2 [ 5 ]陈振华 现代粉末冶金技术 北京 化学工业 出版社 ，2 0 0 7 ． 7 4 2 1 4 2 3 [ 6 ]黄乃瑜 ； 万仁芳 ； 董选 中国模具工程 大典第 8卷 铸造 工艺装备 设计 北京 电子工业 出版社 ．2 0 0 7 ． 8 ， 2 3 6 2 3 8 [ 7 ]田光辉 ； 林 红旗 ．模 具设 计 与制 造 ．北京 北 京 大学 出 版社 2 0 0 9 ． 9 1 9 0 1 9 5 [ 8 ]周作平 ， 申小平 粉末冶金机械零件使用技术 北京 化学工业 出 版社 ， 2 0 0 5 1 9 4 2 5 0 上 接 第 3 8 1页 [ 2 2 ]焦启刚 ， 寇朝 霞，翟亚 ， 等 ．不同粒径镍锌铁 氧体纳米材 料的 磁性研究 ．化工 时刊 ， 2 0 0 8 ， 2 2 6 2 1 2 4 [ 2 3 ]贾敬 国．钛掺杂钡铁氧体 的制备及吸波性能研究 ．浙江大学 ， 2 0l 3 [ 2 4 ]熊征 ，刘棱 ， 胡辉 ， 等 ．离子掺 杂对 w 型钡铁氧体 电磁特性的 影 响 ．材料科学与工程学报 ， 2 0 1 3 ， 3 1 5 6 6 4 6 6 7 [ 2 5 ]高海涛 ，王建江 ，赵志宁 ， 等 ．铁氧体 吸波材料吸 波性 能影响 因素研究进展 ．磁性材料及器件 ， 2 0 1 4，1 6 8 7 3 [ 2 6 ]张晏清 ．纳米钡铁氧体 的柠檬 酸盐 法制备与 吸波性 能 ．同济 大学学报自然科学版 ， 2 0 0 4 ， 3 2 2 2 0 82 1 2 [ 2 7 ]熊 国宣 ，黄海清 ，张志宾 ， 等 ．纳米棒 状钡铁氧体 的制 备与吸 波性能 ．建筑材料学报 ， 2 0 1 1 ，1 4 5 6 4 5 6 4 8 [ 2 8 ]黄啸谷 ，陈娇 ，王丽熙 ， 等 ． Z n 。 ， C o D ． 7 - W 型钡铁氧体 电磁 特性及吸波性能 ．电子元件与材料 ， 2 0 1 0， 2 9 3 5 45 6， 6 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m