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如何解决小于150m的微细孔加工分析

2022-07-29

​新一代缸内直喷技术是汽车发动机领域的主流技术,它将燃油通过喷油器精准地喷入气缸内并与进气充分混合,发挥每一滴燃油的功效。 喷油器上分布着微孔,微孔的直径小于150微米。孔径、表面粗糙度、位置、形状等都会直接影响喷油器的性能,因此都有严苛的加工要求,同时为了达到成本效益,还要求每个微孔的加工时间控制在几秒之内。

新一代缸内直喷技术是汽车发动机领域的主流技术,它将燃油通过喷油器精准地喷入气缸内并与进气充分混合,发挥每一滴燃油的功效。

喷油器上分布着微孔,微孔的直径小于150微米。孔径、表面粗糙度、位置、形状等都会直接影响喷油器的性能,因此都有严苛的加工要求,同时为了达到成本效益,还要求每个微孔的加工时间控制在几秒之内。

喷油器微孔的加工要求已远远超出传统机械钻孔技术的能力


目前常见的喷油器微孔加工方法主要包括机械钻孔、电火花加工、飞秒激光加工三种。


机械钻孔成本最高,由于钻小孔的刀具价格昂贵,加工过程中易磨损且刀具有断裂风险,直接影响微孔加工的一致性和产品良率,且耗材成本高。


电火花加工虽然在尺寸上比机械钻孔稍灵活,但加工效率较低,表面粗糙度不够理想,尤其是加工表面会存在重熔层,同时我们还必须考虑到电极成本以及工艺的稳定性。


而飞秒激光由于在加工过程中不产生热量,加工出的微孔没有重熔层、毛刺,可以获得更清晰的锐边和更优异的表面质量,从而延长喷嘴寿命。以直径150 μm,深度 0.5 mm 的孔为例,对比电火花加工和飞秒激光的加工结果:

飞秒激光与我们常听到的纳秒激光、皮秒激光有什么区别呢?

我们需要先搞清楚时间单位换算:

1ms (毫秒)=0.001秒=10-3秒 

1μs (微秒)=0.000001=10-6秒 

1ns (纳秒)=0.0000000001秒=10-9秒 

1ps (皮秒)=0.0000000000001秒=10-12秒 

1fs (飞秒)=0.000000000000001秒=10-15秒 

搞清楚了时间单位,我们就知道了飞秒激光是一种极其超短脉冲的激光加工,所以只有它才能真正胜任高精密加工。

现今,随着国内外汽车行业排放标准的逐步升级,对于喷油器厂商及其OEM的挑战也越来越大,传统加工的圆孔已经无法满足客户的需求,生产商不断寻求并开发特殊而新颖的喷孔形状来试图达到要求,飞秒激光加工的灵活性及优势就愈发明显。


不仅仅是汽车行业的喷油器微孔,微细小型化是当下的一个明显趋势,迫使各行业的制造商去挑战精密微细零件的生产,并有效控制每个零件的生产成本。


工作空间的极致利用:航空航天应用的理想选择


高成本效益的发动机叶片和燃烧室内衬的钻孔和成型是 Microlution ML-10 的特长领域,该解决方案是根据航空航天业的需求而设计的。其占地面积小,可以大大降低每平方米的生产成本。该机床内嵌光学相干断层成像(OCT)系统,允许非接触式测量、穿透检测/深度跟踪、形状分析和烧蚀实时监测,众多益处触手可得。

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