СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИЛЬЗЫ ЦИЛИНДРА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02F1/18 F16J10/04 

Изобретение относится к технологическим процессам изготовления деталей машин и, в частности, к способам изготовления гильзы цилиндра двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому является способ изготовления гильзы цилиндра ДВС, состоящий в том, что производят предварительную механическую и термическую обработку заготовки гильзы [1]
Однако известный способ не обеспечивает высокой износостойкости пары "гильза-поршневое кольцо" вследствие того, что образующийся при реализации этого способа на внутренней поверхности гильзы "эпсилон-слой" обладает высокой твердостью и хрупкостью. Это приводит в процессе приработки указанной пары к выкрашиванию хрупких и твердых фаз и к повышенному износу деталей пары. Кроме того, этот способ не позволяет достигнуть высокой производительности при изготовлении гильзы в силу длительности процесса термообработки 2-4 ч.

Техническим результатом, на достижение которого направлен заявляемый способ, является повышение износостойкости пары "гильза-поршневое кольцо" вследствие того, что при реализации заявляемого способа на поверхности гильзы не образуется "эпсилон-слой" высокой твердости и хрупкости, а формируются путем лазерной обработки закалочные структуры мартенсита, тростита и остаточного аустенита, обеспечивающие получение высокой степени приработки указанной пары и износостойкости в процессе работы. Кроме того, поскольку процесс лазерной обработки гильзы длится всего 1-5 мин. существенно повышается производительность труда и уменьшается деформация гильзы вследствие незначительного количества подводимого тепла и малого времени воздействия.

Для достижения указанного технического результата в известном способе изготовления гильзы цилиндра ДВС, состоящем в том, что производят предварительную механическую и термическую обработку заготовки гильзы, последнюю производят путем нагрева для закалки участка ее нарузной поверхности на длине ее контакта с рубашкой охлаждения и участка ее внутренней поверхности на длине ее контакта с поршнем, причем перед нагревом указанных участков на каждый из них наносят поглощающее покрытие, высушивают указанное покрытие и охлаждают гильзу до температуры 20-30 ^oC, а нагрев производят пучком лазерного излучения, воздействующим на указанные участки гильзы при относительном поступательном и вращательном перемещении пучка и гильзы для образования на указанных участках гильзы спиральных зон нагрева, а затем удаляют с указанных участков гильзы поглощающее покрытие и производят их окончательную обработку.

На фиг.1 изображена схема термической обработки гильзы цилиндра ДВС.

На фиг.2 изображена схема расположения зон нагрева при одном направлении относительного вращения гильзы и пучка лазерного излучения.

На фиг. 3 изображена схема расположения зон нагрева при относительном вращении гильзы и пучка лазерного излучения во взаимно противоположных направлениях.

На фиг. 1 показаны: источник лазерного излучения 1, создающий пучок 2 лазерного излучения, зеркало 3 для поворота пучка 2 и направления его параллельно образующей гильзы 4, зеркало 5 для поворота пучка 2 и направления его перпендикулярно образующей гильзы 4. На фиг.2 показаны спиральные зоны нагрева 6 гильзы при вращении ее или пучка в одном направлении, показанном стрелкой 7 /фиг.1/, и одновременном перемещении гильзы или пучка в направлении, показанном стрелкой 8 /фиг.1/, или соответственно в направлениях, показанных стрелками 9 и 10. На фиг.3 показаны спиральные зоны нагрева 11 и 12 гильзы при вращении ее или пучка в направлении, показанном стрелкой 7, и одновременном перемещении в направлениях, показанных стрелками 8,10, или при вращении в направлении, показанном стрелкой 9, и перемещении в направлениях, показанных стрелками 8,10.

Для осуществления способа после предварительной механической обработки гильзы производят ее термическую обработку. Последнюю выполнят путем ее нагрева для закалки. Для этого пред нагревом гильзы на участок 13 ее внутренней поверхности длиной l₁, соответствующий зоне контакта гильзы с поршнем, и на участок 14 ее наружной поверхности диной l₂, соответствующий зоне контакта гильзы с рубашкой охлаждения, наносят поглощающее покрытие на основе окислов металлов. Это покрытие предназначено для увеличения коэффициента поглощения лазерного излучения поверхностью гильзы. Затем указанное покрытие высушивают путем подачи на него горячего воздуха и охлаждают гильзу до температуры 20-30 ^oC. После этого нагревают участок 13 гильзы. Для этого от источника 1 направляют пучок 2 лазерного излучения на зеркало 3, находящееся в положении I и отражающее этот пучок параллельно образующей гильзы 4 на зеркало 5, расположенное внутри гильзы и предназначенное для поворота пучка лазерного излучения и направления его на участок 13 перпендикулярно ему. При этом гильзу или пучок одновременно перемещают в направлениях, показанных стрелками 8,10, и вращают в направлениях, показанных стрелками 7,9, для получения необходимого расположения зон нагрева. После проведения термической обработки внутренней поверхности гильзы зеркала 3 и 5 перемещают из положения II в положение II и производят нагрев участка 14 наружной поверхности гильзы пучком лазерного излучения, перемещая и вращая гильзу или пучок аналогично тому, как было указано, для обработки ее внутренней поверхности. После термической обработки с внутренней и наружной поверхностей гильзы удаляют поглощающее покрытие и производят окончательную механическую обработку гильзы. Для получения оптимальных характеристик износостойкости при минимальных деформациях выбирают схему расположения спиральных зон нагрева /триботехнический рисунок/, регулируя степень заполнения поверхности гильзы зонами нагрева.

Пример конкретного выполнения способа.

Для осуществления способа изготовления гильзы цилиндров двигателя автомобиля КамАЗ осуществляют после предварительной механической обработки заготовки гильзы ее термическую обработку под закалку путем нагрева ее наружной поверхности на длине ее контакта с рубашкой охлаждения, составляющей 140 мм, и внутренней поверхности на длине, соответствующей зоне контакта гильзы с поршнем, составляющей 180 мм. Перед нагревом на указанные поверхности наносят поглощающее покрытие, высушивают это покрытие при температуре 90 ^oC и охлаждают гильзу до температуры 20-30^oC. Нагрев производят пучком лазерного излучения выходной мощностью 2 кВт. Гильзу перемещают со скоростью 1 м/с и вращают со скоростью 2 об/с После окончания термической обработки гильзы с ее наружной и внутренней поверхностей удаляют поглощающее покрытие и производят окончательную механическую обработку этих поверхностей.

Использование: в технологических процессах изготовления деталей машин, в частности гильз цилиндров ДВС. Сущность изобретения: после предварительной механической обработки гильзы производят ее термическую обработку. Последнюю выполняют путем ее нагрева для закалки. Для этого перед нагревом гильзы на участок 13 ее внутренней поверхности длиной l₁, соответствующей зоне контакта гильзы с поршнем, и на участке 14 ее наружной поверхности длиной l₂, соответствующей зоне контакта гильзы с рубашкой охлаждения, наносят поглощающее покрытие, которое затем высушивают, и охлаждают гильзу до температуры 20-30 ^oC. После этого нагревают участок 13 гильзы, для чего от источника 1 направляют пучок 2 лазерного излучения на зеркало 3, находящееся в положении 1 и отражающее этот пучок параллельно образующей гильзы 4 на зеркало 5, расположенное внутри гильзы и предназначенное для поворота пучка лазерного излучения и направления его на участок 13 перпендикулярно ему. При этом гильзу или пучок одновременно перемещают продольно и вращают для получения необходимых зон нагрева. После проведения термической обработки внутренней поверхности гильзы зеркала 3 и 5 перемещают из положения 1 в положение 2 и производят нагрев участка 14 наружной поверхности гильзы пучков лазерного излучения, перемещая и/или вращая гильзу или пучок аналогично тому, как это было указано для обработки с внутренней и наружной поверхности. После термической обработки с внутренней и наружной поверхностей гильзы удаляют поглощающее покрытие и производят окончательную механическую обработку. 3 ил.

Способ изготовления гильзы цилиндра двигателя внутреннего сгорания, состоящий в том, что производят предварительную механическую и термическую обработку заготовки гильзы, отличающийся тем, что термическую обработку гильзы производят путем нагрева для закалки участка ее наружной поверхности на дне ее контакта с рубашкой охлаждения и участка ее внутренней поверхности на длине ее контакта с поршнем, причем перед нагревом указанных участков на каждый из них наносят поглощающее покрытие, высушивают указанное покрытие и охлаждают гильзу до температуры 20 30^oС, а нагрев производят пучком лазерного излучения, воздействующим на указанные участки гильзы при относительном поступательном и вращательном перемещении пучка и гильзы для образования на указанных участках гильзы спиральных зон нагрева, а затем удаляют с указанных участков гильзы поглощающее покрытие и производят их окончательную механическую обработку.