Способ упрочнения коленчатого вала и устройство для его осуществления

 

Использование: обработка металлов давлением, в частности, поверхностное упрочнение с целью повышения износостойкости коленчатых валов. Сущность изобретения: шейку вала устанавливают между инденторами опорного и нажимного блоков, одновременно со стороны указанных блоков прикладывают к ней статическую нагрузку и производят пластическое деформирование шейки в холодном состоянии обжатием попарно расположенными друг против друга инденторами. При упрочнении шейки нагрузки прикладывают последовательно вдоль и по периметру шейки, охватывая всю ее рабочую поверхность. В устройстве для осуществления способа с целью последовательной передачи нагрузки нажимной и опорный блоки выполнены с возможностью попарного изменения расстояния между инденторами вдоль оси вала и с возможностью перемещения инденторов в плоскости, перпендикулярной оси вала, а также с возможностью смены инденторов. 6 ил. 1

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности, к упрочнению, связанному с повышением износостойкости служебных поверхностей шеек валов, например, чугунных коленчатых валов.

Известны обычные способы повышения износостойкости шеек коленчатых валов путем увеличения их поверхностной твердости с помощью применения поверхностной закалки или химико-термической обработки (1).

Однако в известных способах увеличения поверхностной твердости достигается нагревом детали с последующим резким охлаждением (обычно ТВ4) или насыщением ее поверхности, например, азотом при длительном высоком нагреве. Это сопровождается структурными изменениями, нередко вызывающими появление трещин, а также значительными радиальными (биения) и осевыми (укорачивание) деформациями валов и, в частности, коленчатых валов двигателей, достигающих больших величин, порой измеряемых миллиметрами.

Появление указанных дефектов ведет часто к выбраковке деталей или к применению дополнительных исправляющих технологических приемов, таких, как дополнительная горячая правка и др. неспособствующих качественному изготовлению или восстановлению деталей из-за дополнительных термических деформаций, а также к повышение при этом стоимости деталей и, прежде всего, чугунных коленчатых валов.

Возможность увеличения твердости шеек для некоторых типов коленчатых валов и, в частности, чугунных валов автомобильных двигателей, приобретает особое значение также и потому, что существуют определенные трудности внедрения обычных способов повышения твердости. Из-за этого коленчатые валы многих автомобильных двигателей эксплуатируются с "сырыми", незакаленными шейками, имея повышенные износы.

Задачей, решаемой изобретением, является возможность повышения износостойкости шеек вала увеличением их твердости пластическим деформированием путем последовательного обжатия поверхностей шеек инденторами в холодном состоянии.

Установлено, в частности, что при обжатии шейки чугунного коленчатого вала инденторами, твердость на ее поверхности значительно увеличивается. Полученная зависимость изменения твердости под индентором у шейки чугунного коленчатого вала приведена на фиг. 1.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ упрочнения коленчатого вала, осуществляемый для повышения его усталостной прочности (2), при котором шейку вала устанавливают между опорным и нажимными блоками и прикладывают к ней одновременно статическую нагрузку.

Известное устройство для реализации этого способа, т.е. для повышения усталостной прочности вала, содержит идентичные нажимной и опорный блоки с инденторами, устанавливаемыми один против другого и имеющие постоянное определенное расстояние между инденторами.

При этом усилие пресса передается к шейке коленчатого вала одновременно со стороны нажимного и опорного блоков только на участках сопряжения шейки коленчатого вала с гантелями.

С целью повышения износостойкости в описываемом способе упрочнения коленчатого вала, при котором шейку устанавливают между опорным и нажимным блоками и прикладывают к ней одновременно статическую нагрузку со стороны нажимного и опорного блоков, согласно изобретению, упрочнение производится пластическим деформированием шейки в холодном состоянии обжатия инденторами постепенно попарно сопрягающимися вдоль и по периферии с шейкой, охватывая всю рабочую ее поверхность.

В устройстве для упрочнения, содержащем идентичные нажимной и опорный блоки с инденторами, между которыми размещается вал, нажимной и опорный блоки имеют инденторы, расположенные вдоль шейки вала, расстояние между которыми изменяется по длине шейки и которые попарно для передачи нагрузки выдвигаясь, поворачиваясь или смещаясь с шейкой, постепенно вдоль и по периферии, охватывая ее рабочую поверхность.

На фиг. 1 приведена зависимость изменения твердости шейки коленчатого вала из высокопрочного чугуна от прикладываемой на инденторы нагрузки.

На фиг. 2 показана схема действия при способе упрочнения шейки чугунного коленчатого вала для повышения твердости (износостойкости).

На фиг. 3, 4, 5 и 6 указаны варианты конструкции устройств с использованием поворота (фиг. 3), выдвижения клиньями (фиг.4) и кулачками (фиг.5), а также сменой (фиг. 6) инденторов для упрочнения рабочей поверхности шеек валов.

Способ осуществляется следующим образом. Шейку вала 4(фиг.2), начиная со средней части (возможно и иначе) устанавливают на инденторы 3 опорного блока 2, имеющие форму по периферии подобную шейке вала. С противоположной стороны на упрочняемую часть шейки напротив опорного блока 2 устанавливают нажимной блок 1 с аналогичными инденторами 3 по форме и размерам опорного блока 2. К нажимному блоку 1 прикладывают усилия пресса (не показан), соответствующие получению необходимой поверхностной твердости шейки для повышения ее износостойкости (2.300 т). Строго противоположное расположение инденторов 3 опорного и нажимного блоков, находящихся на одинаковом расстоянии вдоль шейки от ее середины, создают при обжатии шейки условия, при которых возникающие реакции в опорном блоке равны и противоположно направлены прикладываемым усилиям, и поэтому получают примерно одинаковую твердость с противоположных сторон шейки. После снятия нагрузки шейку вала 4 поворачивают на необходимый угол, например на 90^o и совершают аналогичные действия. Таким образом получают требуемую твердость на упрочняемом участке по всей периферии шейки.

Далее, для пластического деформирования последующих, более дальних участков от середины шейки вдоль вала, шейка вала сопрягается за пределами уже упрочненного участка с вновь выдвигаемыми или поворачиваемыми инденторами, раздвинутыми на одинаковое расстояние и выполняют описанные действия.

Устройство для упрочнения (повышения твердости) поверхности шеек коленчатых валов, увеличивающего их износостойкость, содержит нажимной блок с инденторами 3, сопрягаемыми своими рабочими поверхностями с валом 4 и опорный блок 2 с инденторами 3, идентичными нажимному блоку. Инденторы 3 нажимного и опорного блоков установлены попарно со смещением вдоль оси вала (фиг.3) или имеют возможность регулируемого выдвижения, перемещения вдоль оси вала, меняя одинаково расстояние (фиг. 4, 5, 6).

Со стороны опорного и нажимного блоков с валом контактируют одновременно по два индентора, которые устанавливаются вначале рядом напротив друг друга.

После приложения усилий пресса и упрочнения противоположно расположенных поверхностей вал поворачивают на определенный угол и указанными инденторами 3 упрочняют поверхности шейки вала по всему периметру.

Для упрочнения рабочей поверхности шейки вала вдоль оси, расположенной за уже упрочненными участком, необходимо одинаково изменить расстояние между инденторами нажимного и опорного блоков на величину их ширины и осуществить описанные выше действия в указанной последовательности.

Вариант устройства, у которого инденторы как у опорного, так и нажимного блоков установлены попарно с разных сторон и с разными расстояниями между собой, охватывающими всю рабочую поверхность по длине и периферии шейки, показан на фиг. 3. Необходимо повернуть нажимной и опорный блоки устройства и шейка вала будет сопрягаться с инденторами, имеющими нужное расстояние. После поворотов устройства и сопряжения шейки с инденторами 3, 3а, 3б и 3в и приложения усилий пресса необходимая рабочая поверхность шейки вала будет упрочнена Устройство с инденторами нажимного и опорного блоков, расположенными в ряд и охватывающими всю длину шейки, приведено на фиг.4. Попарно контакт инденторов, начиная с середины шейки, осуществляется путем выдвижения инденторов перпендикулярно оси шейки вала клиньями брусками 5, подкладываемыми под нужную пару инденторов 3 нажимного 1 и опорного 2 блоков устройства, перед приложением нагрузки. После создания усилий прессом в каждом из положений I, II, III и IV осуществляется упрочнение шейки.

Конструкция устройства с инденторами-кулачками у нажимного и опорного блоков, установленными на отдельных валах-втулках, имеющими возможность поворачиваться, дано на фиг. 5. Вращая валы-втулки 5, 6, 7 и 8 за квадраты ключом, выдвигают попарно инденторы с разными между собой расстояниями и осуществляют сопряжение необходимой пары кулачков-инденторов с упрочняемой шейкой, охватывая всю ее поверхность.

Предлагается и вариант устройства (фиг.6), у которого нажимного и опорного блоков устанавливаются сменные инденторы, имеющие у каждой пары разные расстояния между собой (или имеющие возможность регулировки этого расстояния), позволяющие охватить и упрочнить всю рабочую поверхность шейки.

Устройство работает следующим образом. Шейку вала 4 устанавливают средней частью на сдвинутые инденторы 3 опорного блока 2 (или на пару постоянно установленных инденторов, опорного блока 2 устройства, фиг.3), сопрягают с аналогично собранными инденторами 3 нажимного блока 1 и прикладывают усилия прессом. Происходит пластическое деформирование среднего участка рабочей поверхности и шейки (сверху и снизу), повернув которую после снятия нагрузки на необходимый угол, например 90^o, производят аналогичные действия.

После упрочнения средней части шейки вала ее поверхность сопрягают с инденторами и нажимного блоков устройства, имеющими расстояние большее на величину ширины индентора, путем поворота блоков (фиг.3), выдвижения (фиг.4, 5) или смены инденторов (фиг.6).

Производят упрочнение последующего участка шейки вдоль ее оси за пределами среднего упрочненного участка, совершая описанные выше действия.

Таким образом упрочняется вся рабочая поверхность шейки.

В процессе эксплуатации двигателей имеют место задиры отдельных шеек коленчатых валов, когда в результате нагрева твердость их теряется. Предложенные способ и устройство позволяют достаточно просто и дешево без нагрева восстанавливать износостойкость, а следовательно, и работоспособность как отдельных шеек, так и валов целиком, которые ранее выбраковывались в металлолом.

Формула изобретения

1. Способ упрочнения коленчатого вала, при котором шейку устанавливают между инденторами опорного и нажимного блоков, прикладывают к ней одновременно статическую нагрузку со стороны нажимного и опорного блоков и производят пластическое деформирование шейки в холодном состоянии обжатием попарно расположенными друг против друга инденторами, отличающийся тем, что при упрочнении шейки нагрузку прикладывают последовательно вдоль и по периметру шейки и охватывают всю ее рабочую поверхность.

2. Устройство для упрочнения коленчатого вала, содержащее нажимной и опорный блоки с инденторами, расположенными вдоль оси вала и имеющими идентичное конструктивное выполнение, с расстоянием между инденторами нажимного блока, равным расстоянию между инденторами опорного блока, отличающееся тем, что нажимной и опорный блоки для последовательной передачи нагрузки при упрочнении и охвата всей упрочняемой поверхности шейки вала выполнены с возможностью попарного изменения расстояния между инденторами вдоль оси вала и с возможностью перемещения инденторов в плоскости, перпендикулярной оси вала, а также с возможностью смены инденторов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6