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[摘 要]燃油气动喷嘴是航空发动机的关键、重要件，其作用是可将燃油雾化，使燃烧更加充分、稳定。因此，作为必备件被广泛应用于军、民用飞机和导弹等现代化高性能航空飞行器和武器装备的燃烧室中。
[关键词]本文针对燃油气动喷嘴组件的结构、加工工艺的难点，通过分析、研究并总结经验，偿试找出提高燃油气动喷嘴加工质量的内在规律和解决方法。
中图分类号：TF762.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）20-0072-02
一、 工艺难点分析
1.工艺难点
此燃油气动喷嘴由20多个单件组合而成（见图1），具有以下特点：（1）各单件尺寸小，尺寸公差和光度要求高；（2）加工时，装夹面小，定位准确性差；（3）组件结构复杂，装配精度要求高。因此，整个组件加工难度大，喷嘴的各项性能试验合格率低。试验时经常会遇到喷油流量与雾化锥角不稳定，同时与不同时地偏大或偏小；雾锥中心与喷嘴中心不同心或有夹角；雾化质量不好，雾锥变形，雾面有油道；喷油量分布不均匀度超标以及喷嘴密封不好的问题。
2.难点分析
（1）结构与原理
燃油气动喷嘴主要由中心压力雾化喷嘴和雾化空气流通道两部分组成。其雾化原理为：燃油在压力作用下沿切线方向槽进入喷雾器的内腔，在离心力的作用下产生高速的旋转流，使其从喷口喷出雾化为油膜，再经高速气流的冲击与摩擦，破碎成更加细小的雾滴群。由此可知燃油气动喷嘴与压力喷嘴的雾化过程相似，仅是加强了四周气流的作用，并不能改变其喷油流量及雾化锥角的大小；因此决定喷嘴性能的是喷雾器，它是燃油气动喷嘴中的核心结构件和关键件。
（2）影响喷嘴性能及喷雾质量的因素分析
喷嘴要求的性能指标包括流量q，即在规定供油压力下，喷嘴在单位时间内喷出的燃油量；雾化锥角α，即在规定供油压力下，喷嘴喷出的油雾锥夹角；分布不均匀度δ，即将距离喷嘴端面50mm处的横截面，沿圆周等分为12个扇形区域，在同一压力、同一时间段内，收集各区域内的喷油量。通过公式δ=（V最大- V最小）/ V平均的计算，检查雾化燃油沿周向在各区域内的分布程度。目视检验喷雾质量为雾锥无畸形、雾面无油道；雾锥中心对喷嘴中心不偏移。喷嘴密封性要求，在燃油压力为5-6倍的工作压力下，喷嘴应保持密封一段时间（4分钟），无渗漏。
其影响因素有燃油特性、零件结构尺寸、零件加工质量和试验时的工作参数四个方面。这里只从工艺制造角度出发，研究和分析，当喷雾器设计结构尺寸一定时，其加工误差与加工质量对喷嘴性能指标产生的影响。
①当切向槽宽、深尺寸中任何一项变大，即进油的横截面增大，喷嘴流量q增大，但进油速度降低，使旋流减弱，雾化锥角α减小，雾滴直径变小，雾化质量降低。
②当切向槽长度变长或旋流半径变大时，即增大了进油阻力，喷嘴流量q减小；同时切向速度增加，旋流增强，雾化锥角α增大，雾化质量提高。
③当旋流室锥角变大或喷口长度变长时，即旋流室变短，旋流减弱，同时喷口变长，也增加了出油的阻力，因此喷嘴流量q减小，雾化锥角α减小，雾滴直径变大，雾化质量降低。
④当喷口直径变大时，喷口面积增大，喷油阻力减小，喷嘴流量q增大；同时旋流增强，雾化锥角α增大，雾滴直径变小，雾化质量提高。
⑤通过定义可知，分布不均匀度δ主要受喷雾器的几何均匀性影响。即切向槽尺寸（宽、深）的一致性，6槽自身的位置度和周向的均布度、旋流室与喷口同轴度等形位误差的影响。其次是燃油流经表面的粗糙度的影响。
⑥当喷雾器两端面不平行度增大，各装配面光度不良时，喷嘴密封性变差。
二、關键件加工工艺优化
经上述分析，不难发现，只有提高喷雾器加工质量，才是保证喷嘴性能和喷雾质量的关键和前提。那么，如何使用合理的工艺方法加工出高品质的喷雾器呢？
1.工艺设计及加工质量要求
关键件喷雾器采用的是合金工具钢材料1Cr12MoV，硬度要求HRC62以上。此材料特点是具有高淬透性，淬火后硬度可达到HRC55-65，使其在燃烧室高温中保持良好的硬度和耐磨性，从而承受高速、高压燃料的冲击。此喷雾器结构紧凑，集切向槽（进油通道）、旋流室（锥形收敛通道）与喷口为一体；其功能是可产生旋流，雾化燃油。
因此，对喷雾器的要求是，外形尺寸很小，最大直径φ7.6mm，长度仅为6.3mm；尺寸精度高，喷口直径公差为0.02，外径定位误差最小0.01（见图2）。切向槽尺寸一致性好，位置均布，旋流半径相等；切向槽、旋流室和喷口三者应高度同心，即同轴度0.01-0.02；为保证雾化质量，切向槽和喷口边缘M处应打光毛刺，保持锐边；凡燃油流经表面光度要好，达到Ra0.1-Ra0.2，以减少阻力，保证喷雾质量。为保证密封性，喷雾器两端面的平行度应在0.02之内，着色检查结合面和封严面的密接度为100%，粗糙度为Ra0.1。
2.喷雾器加工工艺优化
（1）设备的选择与优化：
由于喷雾器6均布切向槽宽尺寸0.45-0.03（见图3）的限制，只能采用可装配锯片铣刀的小型万能铣床配以角度转台进行加工。但现有转台角度的分度误差较大，导致切向槽均布不合格，燃油分布不均匀度超差。
通过改进，可使用主轴精度高的机床，提高6槽尺寸的一致性；改用精密转台分度加工，提高6槽均布合格率。
（2）刀具的使用与优化：
原切槽使用的锯片铣刀为高速钢材料，改进后选用了硬度更高的硬质合金材料刀具进行切削，克服了原刀具加工零件中出现的切削抗力大，光度差的问题。
（3）工艺加工方法和路线的优化：
a）为保证喷雾器旋流室与喷口的同心要求，应使用专用工具一次研磨完成。但零件淬、回火后硬度很高，一次研磨无法实现。改进后，先粗研旋流室内腔，再以此为基准用电火花方法半精加工喷口，最后精研旋流室与喷口。
b）喷雾器尺寸很小，刀具切削后只用砂布或成形油石抛光，无法达到光度要求。改进为使用铸铁材料的研磨棒配合研磨膏进行研磨，提高了内腔和喷口的光度，可达到Ra0.1-Ra0.2。
c）原有工艺路线安排工序是先铣切向槽再平磨两端面、外径等精加工，现改为先平磨两端面保证平行度后，再铣切向槽。这样加工基准好，便于保证切向槽的相对位置。
d）改进后，在淬火、回火工序之前增加了镀铜工序，防止小尺寸零件在高温中表层脱碳，造成碳含量流失、零件硬度降低。
综合上述改进，优化后的喷雾器工艺路线如下：
下料-车外圆基准和内腔-去毛刺-平磨右端面-车切向槽外径-去毛刺-平磨左端面-研磨左端面-铣6均布切向槽-以内腔定位车外形-研磨内腔型面-去除尖边毛刺-镀铜-淬火、回火-研磨内腔型面-电火花加工喷孔-磨外圆-磨外锥面-平磨右端面-去除零件毛刺-清洗零件-磁粉检验-清洗零件-研磨左、右端面-研磨内腔型面-清洗零件-尺寸检验-交库。
三、喷嘴性能调试的工艺方法
喷嘴经过组合、装配后，要对其性能进行检测和调试。根据前面的分析，推出反之规律，通过人为并规律性地调整结构件尺寸，提高喷嘴性能和雾化质量：
1.流量和锥角都偏小时，可研磨加大喷口直径。通过增大喷口面积，使流量增加。并使旋流增强，增大锥角。
2.流量偏小，锥角偏大时，可增大切向槽尺寸。以减小燃油阻力，增大入口燃油量，提高流量。同时，入口旋流速度减小，旋流减弱，锥角减小。
3.锥角偏小时，可研磨喷口端面。以缩短喷口长度，减小喷油阻力，使锥角明显增大。
4.喷嘴燃油分布不均匀度，是通过前面所述的提高喷雾器整体加工质量来改善，并不能简单地通过人工调整尺寸而改善。
四、结语
零件经过合理工艺路线和加工方法的调整，喷嘴性能试验的合格率得到了大幅提高。并通过研究和实践获得了有效而且宝贵的加工经验，具有较高的参考借鉴性，可在同类产品中进行推广。
[关键词]本文针对燃油气动喷嘴组件的结构、加工工艺的难点，通过分析、研究并总结经验，偿试找出提高燃油气动喷嘴加工质量的内在规律和解决方法。
中图分类号：TF762.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）20-0072-02
一、 工艺难点分析
1.工艺难点
此燃油气动喷嘴由20多个单件组合而成（见图1），具有以下特点：（1）各单件尺寸小，尺寸公差和光度要求高；（2）加工时，装夹面小，定位准确性差；（3）组件结构复杂，装配精度要求高。因此，整个组件加工难度大，喷嘴的各项性能试验合格率低。试验时经常会遇到喷油流量与雾化锥角不稳定，同时与不同时地偏大或偏小；雾锥中心与喷嘴中心不同心或有夹角；雾化质量不好，雾锥变形，雾面有油道；喷油量分布不均匀度超标以及喷嘴密封不好的问题。
2.难点分析
（1）结构与原理
燃油气动喷嘴主要由中心压力雾化喷嘴和雾化空气流通道两部分组成。其雾化原理为：燃油在压力作用下沿切线方向槽进入喷雾器的内腔，在离心力的作用下产生高速的旋转流，使其从喷口喷出雾化为油膜，再经高速气流的冲击与摩擦，破碎成更加细小的雾滴群。由此可知燃油气动喷嘴与压力喷嘴的雾化过程相似，仅是加强了四周气流的作用，并不能改变其喷油流量及雾化锥角的大小；因此决定喷嘴性能的是喷雾器，它是燃油气动喷嘴中的核心结构件和关键件。
（2）影响喷嘴性能及喷雾质量的因素分析
喷嘴要求的性能指标包括流量q，即在规定供油压力下，喷嘴在单位时间内喷出的燃油量；雾化锥角α，即在规定供油压力下，喷嘴喷出的油雾锥夹角；分布不均匀度δ，即将距离喷嘴端面50mm处的横截面，沿圆周等分为12个扇形区域，在同一压力、同一时间段内，收集各区域内的喷油量。通过公式δ=（V最大- V最小）/ V平均的计算，检查雾化燃油沿周向在各区域内的分布程度。目视检验喷雾质量为雾锥无畸形、雾面无油道；雾锥中心对喷嘴中心不偏移。喷嘴密封性要求，在燃油压力为5-6倍的工作压力下，喷嘴应保持密封一段时间（4分钟），无渗漏。
其影响因素有燃油特性、零件结构尺寸、零件加工质量和试验时的工作参数四个方面。这里只从工艺制造角度出发，研究和分析，当喷雾器设计结构尺寸一定时，其加工误差与加工质量对喷嘴性能指标产生的影响。
①当切向槽宽、深尺寸中任何一项变大，即进油的横截面增大，喷嘴流量q增大，但进油速度降低，使旋流减弱，雾化锥角α减小，雾滴直径变小，雾化质量降低。
②当切向槽长度变长或旋流半径变大时，即增大了进油阻力，喷嘴流量q减小；同时切向速度增加，旋流增强，雾化锥角α增大，雾化质量提高。
③当旋流室锥角变大或喷口长度变长时，即旋流室变短，旋流减弱，同时喷口变长，也增加了出油的阻力，因此喷嘴流量q减小，雾化锥角α减小，雾滴直径变大，雾化质量降低。
④当喷口直径变大时，喷口面积增大，喷油阻力减小，喷嘴流量q增大；同时旋流增强，雾化锥角α增大，雾滴直径变小，雾化质量提高。
⑤通过定义可知，分布不均匀度δ主要受喷雾器的几何均匀性影响。即切向槽尺寸（宽、深）的一致性，6槽自身的位置度和周向的均布度、旋流室与喷口同轴度等形位误差的影响。其次是燃油流经表面的粗糙度的影响。
⑥当喷雾器两端面不平行度增大，各装配面光度不良时，喷嘴密封性变差。
二、關键件加工工艺优化
经上述分析，不难发现，只有提高喷雾器加工质量，才是保证喷嘴性能和喷雾质量的关键和前提。那么，如何使用合理的工艺方法加工出高品质的喷雾器呢？
1.工艺设计及加工质量要求
关键件喷雾器采用的是合金工具钢材料1Cr12MoV，硬度要求HRC62以上。此材料特点是具有高淬透性，淬火后硬度可达到HRC55-65，使其在燃烧室高温中保持良好的硬度和耐磨性，从而承受高速、高压燃料的冲击。此喷雾器结构紧凑，集切向槽（进油通道）、旋流室（锥形收敛通道）与喷口为一体；其功能是可产生旋流，雾化燃油。
因此，对喷雾器的要求是，外形尺寸很小，最大直径φ7.6mm，长度仅为6.3mm；尺寸精度高，喷口直径公差为0.02，外径定位误差最小0.01（见图2）。切向槽尺寸一致性好，位置均布，旋流半径相等；切向槽、旋流室和喷口三者应高度同心，即同轴度0.01-0.02；为保证雾化质量，切向槽和喷口边缘M处应打光毛刺，保持锐边；凡燃油流经表面光度要好，达到Ra0.1-Ra0.2，以减少阻力，保证喷雾质量。为保证密封性，喷雾器两端面的平行度应在0.02之内，着色检查结合面和封严面的密接度为100%，粗糙度为Ra0.1。
2.喷雾器加工工艺优化
（1）设备的选择与优化：
由于喷雾器6均布切向槽宽尺寸0.45-0.03（见图3）的限制，只能采用可装配锯片铣刀的小型万能铣床配以角度转台进行加工。但现有转台角度的分度误差较大，导致切向槽均布不合格，燃油分布不均匀度超差。
通过改进，可使用主轴精度高的机床，提高6槽尺寸的一致性；改用精密转台分度加工，提高6槽均布合格率。
（2）刀具的使用与优化：
原切槽使用的锯片铣刀为高速钢材料，改进后选用了硬度更高的硬质合金材料刀具进行切削，克服了原刀具加工零件中出现的切削抗力大，光度差的问题。
（3）工艺加工方法和路线的优化：
a）为保证喷雾器旋流室与喷口的同心要求，应使用专用工具一次研磨完成。但零件淬、回火后硬度很高，一次研磨无法实现。改进后，先粗研旋流室内腔，再以此为基准用电火花方法半精加工喷口，最后精研旋流室与喷口。
b）喷雾器尺寸很小，刀具切削后只用砂布或成形油石抛光，无法达到光度要求。改进为使用铸铁材料的研磨棒配合研磨膏进行研磨，提高了内腔和喷口的光度，可达到Ra0.1-Ra0.2。
c）原有工艺路线安排工序是先铣切向槽再平磨两端面、外径等精加工，现改为先平磨两端面保证平行度后，再铣切向槽。这样加工基准好，便于保证切向槽的相对位置。
d）改进后，在淬火、回火工序之前增加了镀铜工序，防止小尺寸零件在高温中表层脱碳，造成碳含量流失、零件硬度降低。
综合上述改进，优化后的喷雾器工艺路线如下：
下料-车外圆基准和内腔-去毛刺-平磨右端面-车切向槽外径-去毛刺-平磨左端面-研磨左端面-铣6均布切向槽-以内腔定位车外形-研磨内腔型面-去除尖边毛刺-镀铜-淬火、回火-研磨内腔型面-电火花加工喷孔-磨外圆-磨外锥面-平磨右端面-去除零件毛刺-清洗零件-磁粉检验-清洗零件-研磨左、右端面-研磨内腔型面-清洗零件-尺寸检验-交库。
三、喷嘴性能调试的工艺方法
喷嘴经过组合、装配后，要对其性能进行检测和调试。根据前面的分析，推出反之规律，通过人为并规律性地调整结构件尺寸，提高喷嘴性能和雾化质量：
1.流量和锥角都偏小时，可研磨加大喷口直径。通过增大喷口面积，使流量增加。并使旋流增强，增大锥角。
2.流量偏小，锥角偏大时，可增大切向槽尺寸。以减小燃油阻力，增大入口燃油量，提高流量。同时，入口旋流速度减小，旋流减弱，锥角减小。
3.锥角偏小时，可研磨喷口端面。以缩短喷口长度，减小喷油阻力，使锥角明显增大。
4.喷嘴燃油分布不均匀度，是通过前面所述的提高喷雾器整体加工质量来改善，并不能简单地通过人工调整尺寸而改善。
四、结语
零件经过合理工艺路线和加工方法的调整，喷嘴性能试验的合格率得到了大幅提高。并通过研究和实践获得了有效而且宝贵的加工经验，具有较高的参考借鉴性，可在同类产品中进行推广。