СПОСОБ ЗАКАЛКИ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК C21D9/30 

Изобретение относится к термической обработке и может быть использовано для закалки с индукционным нагревом шеек с галтелями, например, чугунных коленчатых валов дизельных автомобильных двигателей.

Известен способ закалки шеек коленчатых валов в стационарном индукторе (Рыскин С.И. и др. Оборудование для индукционной термообработки. М.-Л. Машиностроение, 1966, с. 105-106, рис.50).

Этот способ не обеспечивает стабильного зазора между индуктором и закаливаемой поверхностью, и поэтому не обеспечивает требуемого качества закалки.

Известен способ закалки коленчатых валов в плавающем индукторе, включающий установку коленчатого вала перед закалкой, вращение коленчатого вала, закалку шейки, расположенной между двумя щеками закалку однотипной шейки, у которой одна из щек отсутствует (Рыскин С.Е. и др. Оборудование для индукционной термообработки. М.-Л. Машиностроение, 1966, с. 106-107, рис.51).

В таком способе базирование индуктора происходит непосредственно по поверхностям закаливаемого изделия, что обеспечивает качественную закалку, как цилиндрических поверхностей, так и галтелей шеек коленчатых валов.

Так, для обеспечения стабильного зазора между индуктором и галтелями шайки, расположенной между двумя щеками, базирование индуктора происходит по торцевым поверхностям указанных щек, т.е. индуктор размещается между щеками, и его перемещение вдоль оси шейки ограничивается в пределах технологического зазора между индуктором и щеками. За счет точности выполнения расстояния между торцевыми поверхностями щек и точности выполнения индуктора получают требуемые минимальные и стабильные зазоры между индуктором и галтелью, необходимые для качественной закалки коленчатых валов, а особенно для чугунных с узким интервалом закалочных температур.

При этом режимы нагрева (частота тока, мощность и время нагрева) назначаются с учетом теплоотвода, осуществляемого щеками, прилегающими к закаливаемой шейке коленчатого вала. Однако в случае закалки однотипной шейки, к которой прилегает щека с одной стороны, указанный теплоотвод с противоположной стороны шейки отсутствует. Поэтому при закалке этой шейки индуктором, предназначенным для закалки шейки, расположенной между двумя щеками. имеет место перегрев вплоть до оплавления шейки со стороны, где отсутствует щека. Кроме того, отсутствие двух щек, охватывающих индуктор, затрудняет базирование индуктора, не обеспечивает стабильного зазора между индуктором и галтелью и снижает качество закалки галтели. Применение для закалки этой шейки специального зауженного индуктора устраняет указанный перегрев, однако не устраняет некачественную закалку галтели, а также усложняет осуществление способа за счет увеличения номенклатуры, применяемых индукторов.

Целью изобретения является улучшение качества закалки коленчатого вала за счет устранения перегрева шейки со стороны, где отсутствует щека, и за счет качественной закалки галтели этой шейки, а также упрощение способа за счет уменьшения номенклатуры применяемых индукторов.

Это достигается тем, что в способе закалки коленчатых валов в плавающем индукторе, включающем установку коленчатого вала перед закалкой, его вращение, закалку шейки, расположенной между двумя щеками, и закалку однотипной шейки, у которой одна из щек отсутствует, при установке коленчатого вала перед закалкой со стороны шейки с отсутствующей щекой размещают металлический элемент, имитирующий отсутствующую щеку, причем элемент устанавливают от противолежащей щеки на расстоянии, равном расстоянию между щеками, охватывающими шейку с двух сторон.

На фиг. 1 показана закалка шейки, расположенная между двумя щеками; на фиг. 2 то же, для шейки, у которой одна из щек отсутствует.

Способ осуществляется следующим образом: коленчатый вал 1, подлежащий закалке, имеет шейку 2, расположенную между двумя щеками 3. Эта шейка имеет галтели 4. Расстояние между щеками 3 l₁. Коленчатый вал 1 имеет также однотипную шейку 5, к которой прилегает только одна щека 6. Эта щека имеет галтель 7 и торец 8. Расстояние от щеки 6 до торца 8 l₂. Перед закалкой коленвал 1 устанавливается между центрами 9 и 10. При этом между центром 10 и торцем 8 шейки 5 на хвостовик 11 коленчатого вала устанавливается металлический, например, из меди или немагнитной стали, элемент 12, имитирующий отсутствующую щеку. Расстояние между щекой 6 и элементом 12 l₃. При этом l₁ l₃. Далее осуществляется закалка, включающая индукционный нагрев и охлаждение спрейерованием шайки 2 в плавающем индукторе 13, имеющем индуктирующий виток 14 и изолированные от витка 14 шипы 15 (конструкция индуктора показана схематически, спрейер не показан). При закалке коленчатый вал вращается. При этом шипы 15 базируют индуктор по щекам 3 и обеспечивают стабильный зазор между индуктором и галтелью 4. Далее аналогично осуществляется закалка шейки 5 в том же индукторе 13. обеспечивают стабильный зазор между индуктором и галтелью 7. В процессе нагрева элемент 12 отводит индуктируемое в шейке 5 тепло и препятствует перегреву шейки со стороны, где отсутствует щека. При охлаждении шейки 5 охлаждается также и элемент 12. Изготовление элемента 12 из меди или немагнитной стали имеет следующие преимущества. Элемент 12 незначительно нагревается в индукционном поле и будучи более холодным по отношению к нагреваемой шейке, эффективно отбирает от нее тепло; незначительный нагрев элемента 12 обеспечивает его долговечность в условиях многократных нагревов; элемент 12 не корродирует.

Пример. Закалке подвергали коренные шейки коленчатого вала четырехцилиндрового дизельного автомобильного двигателя. Материал коленчатого вала высокопрочный чугун ВЧ 70-2 ГОСТ 7293-85. Диаметр шеек 7,6 мм, расстояние между щеками l₁ 39,45 мм, расстояние от щеки до торца шейки l₂ 41 мм, радиус галтели 3 мм. Индуктор петлевой, плавающий с шипами из твердого сплава и со спрейером для водяного охлаждения. Суммарный торцевой зазор индуктора по шипам 0.6 мм. Суммарный торцевой зазор индуктора по индуктирующему витку 1 мм. Радиальный зазор индуктора по индуктирующему витку 0,5 мм. Частота тока 10 кГц. Мощность для нагрева одной шейки 90 кВт. Время нагрева 26 с. Время охлаждения 17 с. Давление воды 4 кгс/см². Частота вращения 45 об/мин.

При нагреве коренной шейки с l₂ 41 мм согласно прототипу имел место перегрев шейки вплоть до оплавления со стороны, где отсутствует щека. Кроме того, получили заниженную глубину закаленного слоя галтели.

При нагреве коренной шейки по предлагаемому изобретению с медным элементом в виде кольца с наружным диаметром 100 мм и l₁ l₃ 39,45 мм получили качество закалки согласно требованиям чертежа при отсутствии перегрева и оплавления шейки со стороны, где отсутствует щека (после шлифовки глубина закаленного слоя шейки 5 мм, твердость НRС_э не менее 46, глубина закаленного слоя галтели 0,8-1,5 мм, твердость НRС_э не менее 46).

Применением металлического элемента, имитирующего отсутствующую щеку, обеспечивает в процессе нагрева теплоотвод, исключающий перегрев шейки. Это улучшает качество закалки коленчатого вала. Кроме этого, обеспечивается стабильный зазор между индуктором и галтелью за счет размещения индуктора между щекой и элементом и ограничения его перемещения вдоль оси шейки в пределах технологического зазора. Это обеспечивает требуемые параметры закалки галтели и также улучшает качество закалки коленчатого вала. При этом создается возможность закалки однотипных шеек одним и тем же индуктором, уменьшается номенклатура индукторов и упрощается осуществление способа.

Использование: изобретение относится к термической обработке и может быть использовано для закалки с индукционного нагрева шеек с галтелями, например чугунных коленчатых валов дизельных автомобильных двигателей. Технический результат - улучшение качества закалки коленчатого вала за счет устранения перегрева шейки со стороны, где отсутствует щека, а также упрощение способа за счет уменьшения номенклатуры, применяемых индукторов. Сущность: способ включает установку коленчатого вала перед закалкой, его вращение, закалку шейки, расположенной между двумя щеками, и закалку однотипной шейки. у которой одна из щек отсутствует. При установке коленвала перед закалкой со стороны шейки с отсутствующей щекой размещают металлический элемент, имитирующий прилегающую к шейке отсутствующую щеку. Элемент устанавливают от противолежащей щеки на расстоянии, равном расстоянию между щеками, охватывающими шейку с двух сторон. 2 ил.

Способ закалки коленчатых валов, включающий индукционный нагрев и охлаждение шейки, расположенной между двумя щеками, и однотипной шейки с хвостовиком, не имеющей с одной стороны щеки, при одновременном вращении вала и экранирование части вала с помощью металлического элемента, отличающийся тем, что экранирование торца однотипной шейки вала осуществляют путем размещения на ее хвостовике с возможностью охвата торца шейки металлического элемента, имитирующего отсутствующую щеку, на расстоянии от противолежащей щеки, равном расстоянию шейки между двумя щеками вала.