Branchenanwendungen
Anwendung
Schleifverfahren für die Bohrungen und die Flächenansätze in Einspritzdüsen (Teil 1)
Falldetails
01 Vorwort
02 Marktwert des Kraftstoffsystems für Verbrennungsmotoren 
03 Produktionsverfahren und -anlagen für Einspritzdüsen
04 Fallbeispiel für Werkzeuge zur Schleiftechnik von Mittelloch-Sitzflächen
4.1 Auswahl der Prozesswerkzeuge
4.2 Prozessmaßnahmen und Randprodukte
4.3 Prozesseffekte
05 Schlusswort
Schlüsselwörter: Automobil, Motor, Einspritzsystem, Schleifverfahren
01 Vorwort
Verbrennungsmotoren sind derzeit die vorherrschende Antriebsart in der Welt der Kraftmaschinen und stellen einen entscheidenden Faktor für die Effizienz der menschlichen Gesellschaft dar; sie sind daher seit jeher ein zentrales Forschungsgebiet von JianShi.
02 Marktwert des Kraftstoffsystems für Verbrennungsmotoren
Im Jahr 2023 betrug die Inlandsproduktion von Verbrennungsmotoren 44,7376 Millionen Einheiten, was einem Anstieg von 2,85 % gegenüber dem Vorjahr entspricht;
Im Jahr 2023 wurden 5,1165 Millionen Dieselmotoren verkauft, was einem Anstieg von 19,36 % gegenüber dem Vorjahr entspricht;
Im Jahr 2023 wurden 39,5847 Millionen Fahrzeuge mit Benzin-Verbrennungsmotoren verkauft, was einem Anstieg von 1,88 % gegenüber dem Vorjahr entspricht.
Wenn wir die Anzahl der Kraftstoffeinspritzdüsen jeweils auf der Grundlage von vier Zylinder pro Verbrennungsmotor und einer Einspritzdüse pro Zylinder berechnen, ergibt sich für die jährliche Produktion von Einspritzdüsen in China folgendes Bild:
1) Markt für neue Motoren ≈ 45 Millionen Einheiten × 4 Düsen pro Einheit = 180 Millionen Kraftstoffeinspritzdüsen;
2) Inlandsnachmarkt ≈ 336 Millionen Einheiten × 4 Stück pro Einheit × Ersatzrate von 5 % = 67 Millionen Stück;
3) Ausländischer Aftermarket ≈ 100.000 Millionen Geräte × 4 Stück pro Gerät × Ersatzrate von 5 % × Durchdringungsrate von 40 % = 80 Millionen Stück;
Die Gesamtzahl der Kraftstoffdüsen beträgt etwa 18.000 + 6.700 + 8.000 = 327 Millionen Stück; dies ist ein äußerst umfangreicher Markt, dessen jährlicher Verbrauch in Hunderten von Millionen gemessen wird – nur übertroffen von den persönlichen langlebigen Konsumgütern, nämlich den Mobiltelefonen (im Jahr 2023 wurden weltweit rund 1,17 Milliarden Mobiltelefone verkauft). Daher ist eine eingehende Untersuchung äußerst notwendig.
03 Produktionsverfahren und -anlagen für Einspritzdüsen
Unter den acht Hauptsubsystemen eines Verbrennungsmotors ist das Kraftstoffversorgungssystem das zentrale Subsystem; dabei stellen Nadelventil, Kolben und Zylinder sowie Auslassventil die drei wichtigsten Paartkomponenten des Kraftstoffsystems dar. Diese Komponenten erfordern äußerst hohe Fertigungsgenauigkeit und weisen eine sehr hohe Schleifschwierigkeit auf – insbesondere die Nadelventilbaugruppe des Einspritzventils, die als Kernkomponente des Kraftstoffeinspritzsystems gilt, bestimmt durch ihre Präzision und Oberflächengüte unmittelbar die Einspritzqualität des Kraftstoffs sowie die Verbrennungseffizienz des Motors.
Wie in der nachstehenden Tabelle dargestellt sind die wichtigsten Prozessschritte (Phasen) sowie die typische Ausrüstungsausstattung für die Ventilkörper von typischen chinesischen Herstellern aufgeführt; die in roten Rahmen eingekreisten Schlüsselprozesse bilden das Thema unserer heutigen Diskussion.
Seriennummer
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Bearbeitungsschritte für das Nadelventilgehäuse
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Definition von Prozessen und Phasen
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Gerät
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Marke
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1
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Rohbohrung
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Durchführung der Grobbearbeitung des Rohlings für das Nadelventilgehäuse, einmalige Spannvorrichtung für die Vierachsen-Bohrmaschine mit Strahldüse, einmalige Formgebung der Mittelbohrung im Einspritzdüsenkörper.
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Vierachsige Gun-Drill-Maschine
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Deutscher TBT
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2
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Lochposition
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Bearbeitung der einzelnen Bohrungen im Nadelventilkörper
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Vertikales Bearbeitungszentrum
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Deutsch SW
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3
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Elektrochemische Elektrolyse-Öltank
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Gewährleistung der Abmessungen des Ölschachts bei gleichzeitiger Sicherstellung, dass keine Grate vorhanden sind.
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Elektrochemische Elektrolyse (ECM)
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Deutsch (Emak)
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4
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Düsenbohrung
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Mikroporen-Elektroerosionsverfahren mit einer Durchflussgenauigkeit von ±1 %.
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Mikroloch-Elektroerosionsbearbeitungsmaschine
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Rui+GF+
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5
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Pressen und Mahlen
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Online-Überwachung des Durchflusses im Kolbenventilkörper; Erreichung der Durchflussnorm mit einer Fehlerbandbreite von ±1 %.
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Extrusionsmahlgerät (AFM)
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USA (leicht tendierend nach oben)
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6
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Durchflussdetektion
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Jeder Düsenkörper wird zu 100 % auf Durchflusskonsistenz geprüft.
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Durchflussmessgerät
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Pekinger Maschinenwissenschaft
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7
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Systemstromdetektion
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Nach dem Einbau des Original-Einspritzventils werden die technischen Parameter in allen Betriebszuständen getestet.
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Common-Rail-Einspritzdüsen-Prüfstand
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Bedeutung
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8
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Mittelloch, Sitzfläche, große Stirnfläche
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CNC-hochpräzise Mittelloch-Sitzflächen-Schleifmaschine. Zur Bearbeitung des Mittellochs, der Sitzfläche und der großen Stirnfläche des Nadelventilkörpers.
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Mittelbohrungs-Sitzflächen-Schleifmaschine
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Rui UVA usw.
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04 Fallbeispiel für Werkzeuge zur Schleiftechnik von Mittelloch-Sitzflächen
Im Produktionsprozess von Einspritzdüsen ist das Schleifverfahren ein entscheidender Schritt, um die Genauigkeit und Oberflächengüte der Düsen zu gewährleisten. Durch die Auswahl geeigneter Schleifscheiben, optimaler Schleifparameter und geeigneter Kühlschmierstoffe sowie die Verwendung präziser Schleifmaschinen und Spannvorrichtungen kann eine hochgenaue Schleifbearbeitung der Einspritzdüsen erreicht werden.
Beispielsweise gewährleistet die präzise Schleifbearbeitung von Einspritzdüsen mit CBN-Schleifscheiben die exakte Einhaltung kritischer Maße wie Düsenbohrungsdurchmesser, Bohrungsgeometrie und Konizität und verbessert zugleich die Oberflächenglattheit sowie die Verschleißfestigkeit der Düsen. Diese Schleiflösung steigert nicht nur die Leistung und Zuverlässigkeit der Einspritzdüsen, sondern senkt auch effektiv die Produktions- und Wartungskosten.
Zwei Fallanalysen
Fall (Case) 1
Werkzeugmaschine: UVA
Schleifscheibenparameter: Mittelloch 1A1W 4×6×2×16,5×M2 CBN
Sitzfläche: 1A1W–Z/60°3,3×11,5×1,5×21,6×M2 CBN 
Schleifscheibendrehzahl:
Mittelloch: 90.000 U/min
Sitzfläche: 60000 U/min
Schleifzugabe:
Mittleres Loch: Ф0,1 mm
Sitzfläche: Ф0,1 mm
Schleifmethode: Diamantgesinterte Walze
Instandhaltungszyklus:
Sitzfläche: 10 Stück/Reparatur
Mittlere Öffnung: 12 Stück/Reparatur
Werkstoff des Werkstücks: 18CrNi8, HRC ≥ 55
Kontrasttestbericht (contrast test report), Tabelle 1
Marke
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Typ
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Rundheit (μm)
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Rauheit (Ra)
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Bearbeitungsgenauigkeit und andere
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Pfeil durch Stein
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Sitzfläche
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0,64 bis 0,84
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0,101 bis 0,126
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Winkel, Abmessungen und Rundheit entsprechen den Anforderungen; Haltbarkeit und Lebensdauer sind mit jenen von Import-Schleifscheiben vergleichbar.
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Mittelloch
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0,36 bis 0,42
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0,072 bis 0,096
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Die Abmessungen und die Konizität entsprechen den Anforderungen; Verschleißfestigkeit und Lebensdauer sind mit jenen von Import-Schleifscheiben vergleichbar.
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Meister
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Sitzfläche
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0,85 bis 0,89
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0,127 bis 0,187
|
\
|
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Mittelloch
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0,35 bis 0,47
|
0,075 bis 0,097
|
\
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Fall (Case) 2
Werkzeugmaschine: BAHMÜLLER ULTRA
Schleifscheiben-Spezifikation:
Mittelbohrung: 1A1W 4×6×2×14,5×M2 CBN
Sitzfläche: 1A1W–Z/60°3,3×9×1,5×23,5×M2 CBN
Schleifscheibendrehzahl:
Mittelloch: 95000 U/min
Sitzfläche: 85.000 U/min
Schleifzugabe:
Mittlere Öffnung: Ф0,02–0,03 mm
Sitzfläche: Ф0,1–0,15 mm
Schleifmethode: Diamantgesinterte Walze
Instandhaltungszyklus:
Mittlere Öffnung: 10 Stück/Reparatur
Sitzfläche: 8 Stück/Reparatur
Werkstoff des Werkstücks: 38CrMoAlA, Härte ≥ HRC 55
Kontrasttestbericht, Tabelle 2
Marke
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Typ
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Rundheit (μm)
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Geradheit (μm)
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Kegelwinkel (μm)
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Rauheit
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Pfeil durch Stein |
Sitzfläche
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0.38
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\
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\
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Ra0.06/Rz0.55
|
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Mittelloch
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0.26
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0,3 bis 0,8
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0,4 bis 1,0
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Ra0.08/Rz0.66
|
A-Schmeier
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Sitzfläche
|
0.36
|
\
|
\
|
Ra0.06/Rz0.55
|
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Mittelloch
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0.45
|
0,4 bis 0,8
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0,6 bis 1,2
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Ra0.12/Rz1.32
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Durch eine sorgfältige Auswahl der Schleifverfahren und -parameter lassen sich hochpräzise, qualitativ hochwertige und äußerst effiziente Bearbeitungsergebnisse erzielen. So werden beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt bei der Schleifbearbeitung von Triebwerksschaufeln äußerst hohe Genauigkeitsanforderungen an die Oberflächenqualität gestellt; durch den Einsatz entsprechender Schleifverfahren kann die Leistung und Lebensdauer der Schaufeln deutlich verbessert werden. Darüber hinaus findet die Schleiftechnik in der Medizintechnik breite Anwendung bei der Fertigung chirurgischer Instrumente, um die Schärfe und Haltbarkeit der Schneidkanten sicherzustellen.
Diese Erfolgsbeispiele belegen erneut die entscheidende Rolle der Schleiftechnologie bei der Verbesserung der Produktqualität und der Senkung der Produktionskosten. Durch die fortlaufende Optimierung von Schleifverfahren und -anlagen wird die verarbeitende Industrie in der Lage sein, den immer anspruchsvolleren Marktanforderungen besser gerecht zu werden und damit den technologischen Fortschritt sowie die Branchenmodernisierung voranzutreiben.
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