电磁阀工艺技术及车辆稳定控制技术成果

电磁阀总成作为车辆稳控系统中的执行元件，要求具有很高的可靠性及灵敏度，这就对电磁阀零部件的选材及精度提出了很高的要求。整个电磁阀总成共有45种100多个零部件，一些小的加工件，只有赤豆大小，而运动部件间的配合精度一般为H7/f6、H7/g6，表面粗糙度要求＜Ra0.02μm，几何公差在6级左右，正是机械加工行业所惧怕的高精度小件加工。仔细分析了各零部件之间的相互装配关系和尺寸链，结合液压制动调节阀的生产制造经验，制定出各零件的加工工艺方案、装配工艺方案和实验方案。主要零部件工艺方案包括阀体采用铝合金挤出形材作坯料，采用卧式加工中心，进口刀具作六面加工，辅助其他手段作超精加工。具体工艺路线：

增压阀体及减压阀体：用棒料采用小型进口数控车床，引进部分刀具辅以自制特殊刀具加工→热处理→液态研磨→非晶态镀镍。

增压阀座：数控车床加工→热处理→磨削→稳定化处理→研磨→钝化→清洗。

减压阀座：数控车床加工→热处理→研磨→钝化→清洗。

回流泵柱塞：数控车床加工→热处理→磨削→稳定化处理→研磨→清洗。

阀体的深孔精加工、回流泵柱塞的加工、隔磁管的加工和阀座的加工是制造工艺难点。

隔磁管的加工要求是将厚0.3mm的不锈钢板深拉深，成形为内径ϕ7mm、深25mm的管状零件。根据隔磁性能的要求，采用的材料是奥氏体不锈钢板。奥氏体不锈钢有很好的耐蚀性、耐热性和隔磁性，在退火状态下，由于还有少量的碳化物，并非是单相奥氏体，为了获得单相奥氏体，进行了固溶处理，即在1200℃左右加热，使所有的碳化物都溶于奥氏体，然后水淬快冷至室温。这种单相奥氏体组织无磁性，从而保证了良好的隔磁效果。奥氏体不锈钢对加工硬化很敏感，具有较强的冷作硬化特性，但在固溶状态下塑性很好，适于进行各种冷塑性变形，这是它与一般钢的不同之处。利用它的这种特性，即在固溶状态下塑性很好的特性进行拉深加工，利用冷作硬化特性获得加工后的较高强度。根据拉深工艺的要求，编制了加工工艺过程，共进行七步拉深：第一步的拉深系数为0.52～0.55，以后四步每步的拉深系数为0.78～0.81，经过五次拉深内径为ϕ7.1±0.05，基本成形后齐总长，保证总长为25±0.01，最后整形。这样就完成了隔磁管的冷冲压加工过程。

隔磁管成形后的表面粗糙度和尺寸精度要求都很高，其中内径要求ϕ7^+00.022，这就对成形模具的要求非常高，因为：在不变薄拉深中，根据拉深变形规律，上壁和下壁也会发生0.6～1.2t的厚度变化，必然出现口厚底薄；模具间隙过大容易起皱，而且口部的变厚得不到消除，工件出现大的锥度，间隙过小，则会使工件容易拉断；间隙小则模具磨损加剧，使模具寿命降低；间隙小、拉深变形大，拉深力必然增大。面对如此多的加工难题，进行了工艺攻关。经过大量实验后，选用了铜基拉深润滑脂，在拉深过程中增强工件与模具间的润滑程度，减少相互之间的摩擦力，从使用情况来看，效果良好。通过以上一系列的措施，较好地解决了隔磁管这一工件的加工工艺。

如图7-1、图7-2所示，电磁阀的阀座锥面与阀芯上钢球之间的接触配合实现了增减压阀的压力密封。二者之间的线接触配合需要密封20MPa以上的压力，精度要求相当高。如果阀座不能良好密封，车辆稳控系统的功能就会丧失。同时为了提高电磁阀的工作寿命，还要求对阀口进行热处理。经过数百次工艺实验，最终采用高精度的自动车床对阀座进行一次性加工成形，经过真空热处理后，用高精度、高转速（转速达到30万r/min以上）的数控磨床和特制的磨头（由于阀口的锥面最大直径只有ϕ1.2mm，制作难度相当大，为此制作专门的磨头）对阀口的锥面进行磨削加工，最后再进行研磨处理，从而保证了加工精度。

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图7-3 车辆稳控系统压力控制单元柱塞泵

柱塞泵（图7-3）在车辆稳控系统电磁阀中是工艺最复杂且精度要求最高的零件之一。柱塞泵体与柱塞的配合间隙是4～7μm，公差带只有3μm，柱塞要在柱塞泵体内运行灵活，圆柱度要求非常高。为了达到精度要求，制作了专用精密夹具和刀具，编制了合理的工艺，用精密数控车床进行多道工艺加工；采用无氧化热处理；柱塞腔采用专用精密研磨机进行研磨；柱塞用高精密无心磨床进行磨削。柱塞泵在装配前还对柱塞与柱塞腔进行配对研磨。柱塞泵中密封圈的设计和制作也是比较难突破的零件，国外产品一般在密封圈后面加一氟塑料圈，由于氟塑料圈精度要求相当高，在国内制造难度很大，在设计时未采用氟塑料圈，采用了一体化设计的方法。密封圈的形状设计要考虑到密封、耐磨和运行阻力；胶料选择要考虑耐磨、耐温、耐制动液和膨胀系数；过盈大运行阻力大，过盈小会渗漏，所以公差要求很严。X星形三元乙丙橡胶密封圈，达到了密封圈功能和寿命要求。

由于焊接在增减压阀芯上的钢球都是密封件，所以焊接好后钢球的变形不能超过3μm；且电磁阀又是安全件，所以又要求钢球焊接在阀芯上的强度必须足够。这个问题曾请教过国内知名的焊接专家，都没有得到很好的解决。后来通过多次的论证及反复的实验，最后决定制作专用储能焊机，因为储能焊机平时储存能量，在工作的时候瞬间释放出极大的能量，钢球还未受热变形就已经焊接在阀芯上。这样就很好地解决了钢球的焊接变形问题，同时提高了焊接强度。

液压电磁阀本体（图7-4）是电磁阀的关键零件，其质量是否能达到设计要求，将直接影响电磁阀总成的装配及最终的性能。其中增减压阀孔、柱塞泵孔、电动机轴承孔及各细长流道连接孔是否能达到要求是加工中的难点。采用主轴及重复换刀精度都较高的德国产加工中心来加工该本体，保证本体中各个加工部位的尺寸精度和位置精度。

图7-4 电磁阀本体剖视图

增减压阀孔的加工：增减压阀加工的难点在于保证三阶梯孔的同轴度、孔的尺寸精度及表面粗糙度。为了能达到这几项要求，设计了专用的组合刀具，阶梯孔的粗加工和精加工都采用同种结构的刀具来加工，满足其同轴度；刀具的切削刃还具有挤压功能，使孔的加工精度和表面粗糙度达到设计要求。

柱塞孔、电动机轴承孔的加工：除了与增减压阀孔一样采用了专用组合刀具来满足同轴度与尺寸精度的要求外，为了减少装夹和加工引起的变形，在加工顺序上做了较多的实验，最后采用电动机孔与柱塞孔在一次装夹中完成的方式来保证电动机轴承孔与柱塞孔的孔组间的垂直度，并减少轴承孔的变形量。为了保证电动机装配面与轴承孔的垂直度，采用一把刀加工出整个平面的方式来避免换刀引起的刀痕影响平面度从而影响垂直度。

本体细长孔加工：本体的细长孔非常多，加工难点在于这些孔的位置精度和尺寸精度要求高、加工出来的孔不得偏斜，且加工时排屑困难，钻头易折断。采用深排屑槽的钻头，加工时采用步进方式排屑，特别是ϕ3mm斜孔，采用柄部加粗的硬质合金铣刀先加工出平面，然后再加工深孔的方式来避免小孔位置不准或加工出来的孔偏斜。