新一代缸內(nèi)直噴技術(shù)是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的主流技術(shù)，它將燃油通過(guò)噴油器精準(zhǔn)地噴入氣缸內(nèi)并與進(jìn)氣充分混合，發(fā)揮每一滴燃油的功效。
從下圖可以看到，噴油器上分布著微孔，微孔的直徑小于150微米?？讖?、表面粗糙度、位置、形狀等都會(huì)直接影響噴油器的性能，因此都有嚴(yán)苛的加工要求，同時(shí)為了達(dá)到成本效益，還要求每個(gè)微孔的加工時(shí)間控制在幾秒之內(nèi)。
那么問(wèn)題來(lái)了，噴油器微孔的加工要求已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)機(jī)械鉆孔技術(shù)的能力，用什么工藝來(lái)精確加工這些微孔呢？
01
傳統(tǒng)加工方法VS創(chuàng)新微孔加工技術(shù)
目前常見(jiàn)的噴油器微孔加工方法主要包括機(jī)械鉆孔、電火花加工、飛秒激光加工三種。
機(jī)械鉆孔成本最高，由于鉆小孔的刀具價(jià)格昂貴，加工過(guò)程中易磨損且刀具有斷裂風(fēng)險(xiǎn)，直接影響微孔加工的一致性和產(chǎn)品良率，且耗材成本高。
電火花加工雖然在尺寸上比機(jī)械鉆孔稍靈活，但加工效率較低，表面粗糙度不夠理想，尤其是加工表面會(huì)存在重熔層，同時(shí)我們還必須考慮到電極成本以及工藝的穩(wěn)定性。
而飛秒激光由于在加工過(guò)程中不產(chǎn)生熱量，加工出的微孔沒(méi)有重熔層、毛刺，可以獲得更清晰的銳邊和更優(yōu)異的表面質(zhì)量，從而延長(zhǎng)噴嘴壽命。
以直徑150 μm，深度 0.5 mm 的孔為例，對(duì)比電火花加工和飛秒激光的加工結(jié)果：
圖左為電火花加工微孔，圖右為飛秒激光加工微孔
值得一提的是，大家對(duì)于激光加工并不陌生。那么，飛秒激光與我們常聽到的納秒激光、皮秒激光有什么區(qū)別呢？
我們先來(lái)搞清楚時(shí)間單位換算：
1ms (毫秒)=0.001秒=10-3秒
1μs (微秒)=0.000001=10-6秒
1ns (納秒)=0.0000000001秒=10-9秒
1ps (皮秒)=0.0000000000001秒=10-12秒
1fs (飛秒)=0.000000000000001秒=10-15秒
搞清楚了時(shí)間單位，我們就知道了飛秒激光是一種極其超短脈沖的激光加工，所以只有它才能真正勝任高精密加工。
分別為納秒激光、皮秒激光、飛秒激光加工的微孔
現(xiàn)今，隨著國(guó)內(nèi)外汽車行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)的逐步升級(jí)，對(duì)于噴油器廠商及其OEM的挑戰(zhàn)也越來(lái)越大，傳統(tǒng)加工的圓孔已經(jīng)無(wú)法滿足客戶的需求，生產(chǎn)商不斷尋求并開發(fā)特殊而新穎的噴孔形狀來(lái)試圖達(dá)到要求，飛秒激光加工的靈活性及優(yōu)勢(shì)就愈發(fā)明顯。
特殊而新穎的噴孔形狀
02
汽車行業(yè)噴油器微孔加工解決方案
GF加工方案旗下的子品牌Microlution開創(chuàng)了全球第一個(gè)工業(yè)級(jí)超快激光微加工平臺(tái)，只需簡(jiǎn)單裝夾即可滿足對(duì)于單個(gè)噴油嘴上多個(gè)不同尺寸噴孔的需求。設(shè)計(jì)人員可以輕松改變各個(gè)孔的直徑來(lái)微調(diào)每個(gè)噴孔所產(chǎn)生的噴霧。擺脫了鉆孔和電火花加工等方法的工藝束縛，從而快速制作噴油器設(shè)計(jì)原型并測(cè)試新的燃燒方案。
全球頂級(jí)GDI噴油嘴廠商多年前就已經(jīng)開始采用GF加工方案的這一先進(jìn)制造方案，并通過(guò)多次檢測(cè)證明通過(guò)此方案生產(chǎn)的噴油嘴流量誤差可以控制在1%以內(nèi)。相較其他加工技術(shù)流量誤差在3%以上，GF加工方案的飛秒激光技術(shù)所帶來(lái)的穩(wěn)定性優(yōu)勢(shì)尤為明顯。
GF加工方案的明星機(jī)型——五軸飛秒激光機(jī)ML-5 正是在2011年特別為GDI噴嘴加工這個(gè)行業(yè)而研發(fā)的，該機(jī)型適合研發(fā)、小批量多品種生產(chǎn)。如今全球裝機(jī)已經(jīng)超過(guò)40臺(tái)。
MLDS 是GF加工方案在2014年研發(fā)成功的批量生產(chǎn)機(jī)型，微孔檢測(cè)+激光鉆噴孔或機(jī)械鉆盲孔+激光鉆噴孔是該機(jī)型的兩款衍生機(jī)型，滿足客戶的各種工藝需求，是專為GDI 大批量生產(chǎn)提供的全自動(dòng)化的交鑰匙解決方案。
目前，這些超快激光微孔加工解決方案正在世界各地的工廠工作，協(xié)助汽車制造商生產(chǎn)出高效的噴油器，提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能，并滿足政府嚴(yán)格的排放要求。
03
應(yīng)對(duì)各行業(yè)的微細(xì)加工挑戰(zhàn)
不僅僅是汽車行業(yè)的噴油器微孔，微細(xì)小型化是當(dāng)下的一個(gè)明顯趨勢(shì)，迫使各行業(yè)的制造商去挑戰(zhàn)精密微細(xì)零件的生產(chǎn)，并有效控制每個(gè)零件的生產(chǎn)成本。
1）工作空間的極致利用：航空航天應(yīng)用的理想選擇
高成本效益的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片和燃燒室內(nèi)襯的鉆孔和成型是 Microlution ML-10 的特長(zhǎng)領(lǐng)域，該解決方案是根據(jù)航空航天業(yè)的需求而設(shè)計(jì)的。其占地面積小，可以大大降低每平方米的生產(chǎn)成本。該機(jī)床內(nèi)嵌光學(xué)相干斷層成像(OCT)系統(tǒng)，允許非接觸式測(cè)量、穿透檢測(cè)/深度跟蹤、形狀分析和燒蝕實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，眾多益處觸手可得。
2）簡(jiǎn)化醫(yī)用管材切割的復(fù)雜加工過(guò)程
使用超快 MLTC 激光管材切割平臺(tái)可以消除大部分甚至所有的后續(xù)加工步驟。這一用于醫(yī)療設(shè)備行業(yè)及其他應(yīng)用的解決方案的特點(diǎn)是能夠以極高的精度快速精準(zhǔn)地加工金屬和聚合物管材。
3）實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的邊緣和表面質(zhì)量以及筆直的側(cè)壁
創(chuàng)造獨(dú)特的形狀，如負(fù)錐度孔、變形孔（包括圓形入口和橢圓形出口）、星形圖案等。由于該解決方案采用五軸掃描測(cè)頭，可以加工出在機(jī)械設(shè)備上不可能實(shí)現(xiàn)的形狀。
