船用柴油機高壓油管加工質量問題分析及解決方法

王學柏

（昆山肯達歐曼燃油噴射系統有限公司，江蘇昆山 215331）

0 引言

在船用柴油機中，燃油噴射系統由燃油泵、高壓油管及噴油器組成，是整個柴油機的關鍵部件。高壓油管將燃油泵增壓至150 MPa的高壓燃油輸送到噴油器，其質量好壞直接決定了船用柴油機的穩定性?？紤]到高壓油管的高承壓特性，其必須通過頭部硬密封的型式進行密封，這就要求高壓油管的頭部質量及成型后的尺寸精度非常高，若處理不好，極易引起柴油機燃油泄漏的情況。

在高壓油管生產制造的過程中，經常出現因各種原因引起的漏油或防護問題，例如：1）密封面要求粗糙度是Ra0.8 μm，但在實際加工時達不到；2）在運輸周轉的過程中，將密封面碰傷；3）成型管的空間尺寸不易控制，鋼管彎制容易反彈，角度更難控制；4）箱體焊接加工變形導致裝配環境差等。下面將對高壓油管生產過程中存在質量問題的原因和解決方式進行詳細分析和討論。

1 加工質量不合格

1.1 原因分析

在設計高壓油管時，端面的密封型式為硬密封，即高壓油管的端部和配合部位直接接觸，再通過鉗式螺母及法蘭（如圖1）等配件固定在噴油器或燃油泵上，這對高壓油管的密封面加工精度要求較高，須達到Ra0.8 μm，同時螺紋和端面需要一次裝夾加工完成。但由于高壓油管本身的特點，其長度不一，短的為500 mm左右，長管可達5000 mm，采用普通設備加工時，因為管路長，轉速上不去，頭部的粗糙度則達不到要求，如果提高轉速，則鋼管容易在甩動的過程中折彎，甚至折斷。

圖1 高壓油管安裝示意圖

1.2 解決方式

在加工時，需要選用針對性的機床，在加工時提高轉速，尾部還不易甩動，在前期利用公司現有的設備，選用普通的數控車床，將鋼管穿過車床的夾持部分，在鋼管的尾端加裝一個支撐，防止過度甩動。加工的成品質量滿足設計要求，但還需注意采購鋼管時對直線度的要求，不能大于1/1000。若因為沒有合適的設備，零件頭部粗糙度達不到要求，則可以采用后續研磨的方式提高頭部粗糙度，這是不得已的選擇，如果可以，最好一次加工到位。

2 周轉過程碰傷

2.1 原因分析

鋼管頭部的密封面加工后，繼續進行滾螺紋，需要從一家供應商轉到另一家供應商，在此過程中，如果不對頭部進行保護，很容易碰傷，在加工完成后進入廠內，也需要進行多道工序，比如擦拭鋼管表面、鋼管內表面清洗、零部件裝配、彎管、工裝檢測、泵壓等，直到最終的成品包裝，在這些過程中，都存在碰傷的可能（如圖2）。如果密封端面有劃痕，就會影響密封效果，存在泄漏的可能。

圖2 高壓油管密封端面磕傷示意圖

2.2 解決方式

在車床設備加工好后，使用硅膠套保護好（如圖3），在不需要取下的時候決不要取下，若在過程中碰傷了密封面，則需要在完成彎管后對端面進行研磨（如圖4），研磨時必須使用800目以上的研磨膏。在制造導向工裝時，和高壓油管的螺紋間隙盡量小，在最終將導向工裝裝配到高壓油管上時，需要在高壓油管的螺紋處纏繞生膠帶，將導向工裝旋緊至手無法旋轉為止，再使用研磨頭壓藍油，確保研磨頭和高壓油管的密封面充分接觸，若不進行以上操作，會導致在研磨時偏心，反而使頭部質量更差，最終將高壓油管固定，通過改制的自動攻絲機進行自動研磨，每5 min確認一次，研磨至痕跡消除即可。

圖3 硅膠保護套示意圖

圖4 研磨裝配示意圖

3 成型管空間尺寸不易控制

高壓油管的彎管半徑有各種尺寸，小到鋼管直徑的1倍，大到數米的半徑，因為一般的彎管機無法滿足機頭部分承重及空間尺寸，根據一般情況，彎管機的彎管半徑較小，不大于500 mm，對于超大的彎管半徑只能通過滾彎機完成。

3.1 彎管機折彎

1）原因分析。高壓油管在彎管機彎制的過程中，有多個方面能夠影響高壓油管的空間尺寸：第一是彎管機的精度；第二是鋼管的反彈；第三是鋼管的延伸。彎管機的精度主要是主軸的轉角精度、主軸的送料精度及彎曲的旋轉精度，三個軸中的任何一個對成型管的尺寸都有影響，轉角精度影響高壓油管的空間轉角，送料精度影響高壓油管直線段的精度，彎曲的旋轉精度直接影響彎曲的角度。關于鋼管的反彈，我公司彎制的都是高強度的厚壁鋼管，通過計算可以得出其反彈的角度，但還是需要通過多次試驗得出經驗值。在彎制過程中，鋼管長度會整體伸長，其尺寸可以通過計算得出，但算出的尺寸會因為材料的強度、模具的精度等各種參數的影響而不準確，還需通過多次彎曲得出最終的伸長量。對于每批鋼管，只要知道彎曲的半徑及角度，算出弧長，通過比例計算即可得出同樣半徑下不同角度的伸長量。因為高壓油管兩端是加工后再彎曲，對于多出的長度，無法通過切除的方式來完成，只能通過三維模擬將伸長的部分放置在不和其他零件接觸的彎曲處。

2）解決方式。高壓油管的彎制和機械加工不同，機械加工可以通過一次次減料來保證精度，但彎管只能一次成型，每次彎制的結果都不同，對于彎管機的精度，我公司選用整體為伺服控制的彎管機，確保彎管機的精度不影響成型的管路、鋼管的反彈及伸長量。在測量臂檢測數據的基礎上，我公司配備檢測工裝。檢測工裝的設計滿足高壓油管的起點和終點尺寸完全符合高壓油管實際的裝配情況，保證精度在0.1 mm/500 mm以內，即高壓油管的首末端的笛卡爾坐標（X、Y、Z）距離在500 mm以內的，工裝偏差不超過0.1 mm，在滿足裝配效果后，再通過泵壓的方式驗證最終效果，確保出廠的高壓油管100%符合使用要求。

3.2 滾彎機折彎

1）原因分析。一種高壓油管的彎管半徑達1100 mm（如圖5），只有一個折彎過程，整個空間尺寸達到2 m。因為只有一個半徑，在折彎的過程中延伸的尺寸沒有地方可以利用，這樣滾彎出來的高壓油管是不合格的，無法滿足裝配效果。另外，由于空間尺寸過大，我公司的測量臂無法進行測量，這樣質量控制過程存在漏洞，不利于彎管成型。

圖5 大圓弧高壓油管

2）解決方式。首先根據高壓油管的圖樣，使用薄板激光切割一塊靠板（如圖6），作為高壓油管最終成型檢測依據，然后通過滾彎機折彎幾根油管，通過靠板對齊的方式，得出延伸尺寸，最終在加工時將多余的尺寸去掉。在進行最終成品滾彎時，必須確保圓弧及兩端完全貼合在靠板上，再通過泵壓的方式驗證最終效果，確保出廠高壓油管的質量。

圖6 靠板

4 外管泄漏

4.1 原因分析

柴油機使用的高壓油管在設計時都要求是雙壁管結構，保證在內管泄漏、甚至爆破時高壓燃油不會泄漏到外部。但在實際過程中，外管存在泄漏的可能，主要有兩個方面的原因：1）焊接不合格。為了快速釋放可能存在的泄漏，內外管之間有一定的間隙，為方便彎曲，需要在內外管之間加入定位環，起到支撐的作用，但是在裝配定位環時需要在外管上鉆孔，再通過焊接的方式固定在外管上（如圖7），若焊接不合格，則會引起泄漏。2）外管頭部保護不當。高壓油管一般通過法蘭（如圖8）等配件固定在噴油器等部件上，若是在加工或運轉過程中將外管與O形圈接觸處碰傷，則會在此處引起泄漏。

圖7 雙壁管結構示意圖

圖8 雙壁管安裝示意圖

4.2 解決方式

對以上兩個質量問題，除加強質量管控，比如

提高焊接質量、加強外管保護，在最終泵壓時，加一道外管泵壓，可以排除外管泄漏的可能。

5 運輸碰傷及儲存生銹

1）原因分析。在高壓油管發貨時需要充分考慮運輸碰傷的問題，高壓油管是一種高附加值的產品，確保交到客戶手里的是客戶滿意的產品，不能在運輸過程中對高壓油管產生碰傷。船用柴油機的高壓油管對防銹要求特別嚴格，特別是備件產品，產品需要放置在船上幾年的時間，船上的環境濕度高、鹽分大，特別容易生銹。

2）解決方式。為解決運輸碰傷及存儲生銹問題，我公司在高壓油管的外部加一層珍珠棉覆鋁膜保護層（如圖9），既可起到緩沖作用，又不影響美觀。在覆蓋覆鋁膜之前，在外管上涂一層硬膜防銹油，對內管噴入液壓防銹油，同時將兩端套上硅膠套（如圖10），可起到密封并同時保護密封面的作用。

圖9 珍珠棉覆鋁膜保護層示意圖

圖10 硅膠套示意圖

6 裝配結構質量

1）原因分析。有一些高壓油管需要裝配在共軌單元箱體內，多根高壓油管通過分配塊相連，但箱體是由5 mm厚的鋼板焊接而成，而且箱體的長度達5 m以上，在焊接時難免出現箱體整體變形的情況（如圖11），若變形情況嚴重時，高壓油管都無法在自由狀態下完成裝配。

圖11 共軌單元箱體變形示意圖

2）解決方式。在分配塊通過螺釘固定在箱體上時，不要將分配塊完全固定在箱體上，在分配塊上的螺釘每個旋進兩牙即可，再將高壓油管裝配到位，先完成高壓油管的泵壓，在泵壓時如果出現泄漏點，解決對應的問題。在確保完成保壓的情況下，再將分配塊的固定螺紋旋緊，旋緊之后再進行泵壓復驗。此方法有助于在要求嚴格但環境不是很好的情況下進行安裝。

7 結論

通過以上分析，克服了高壓油管在生產制造過程中因疏忽、裝配環境差、加工設備不能滿足而出現的質量問題，加工完成符合要求的高壓油管。