СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ВТУЛКИ ПЛУНЖЕРНОЙ ПАРЫ ТОПЛИВНОГО НАСОСА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ДИЗЕЛЕЙ Российский патент 1999 года по МПК B23P6/02 C21D1/78 

Изобретение относится к термической обработке стальных изделий, в частности к способам термопластического деформирования металла, и может быть использовано в машиностроении и ремонте машин для восстановления плунжерных пар топливных насосов высокого давления.

Известен способ упрочнения плунжерных пар топливных насосов высокого давления дизельных двигателей, включающий нагрев ТВЧ, закалку и низкий отпуск, причем нагреву подвергают плунжерную пару в сборе в области впускного и выпускного окон до температуры 800 - 830^oC, и при этом плунжеру сообщают осциллирующее движение вдоль его оси, плунжер и втулку дополнительно подвергают сульфохроматированию (авт. св. СССР 1310438, C 21 D 1/78, БИ N 18, 1987).

Однако известный способ не позволяет избежать заклинивания при осцилляции.

Известны также способы восстановления плунжерных пар топливных насосов высокого давления дизелей, направленные на увеличение наружного диаметра плунжера в двух поясках выше и ниже спиральной канавки с последующей притиркой плунжерной пары (авт. св. СССР 1715864, "Способ восстановления плунжерных пар топливных насосов высокого давления дизелей." Алянчиков В.Н., Вашковец В.В., Хромов В.Н., Котин А.А., Шлянский В.Ю., Черкасов Г.А. Опубл. в БИ N 8, 1992; патент РФ 2064380, "Способ восстановления плунжерной пары." Мулин Ю.И., Хромов В.Н. Опубл. БИ N 21, 1996).

Однако известные способы восстанавливают лишь локальные поверхности, которые в процессе эксплуатации быстро истираются и значительно снижают послеремонтный ресурс восстановленного соединения.

Известен способ восстановления полых цилиндрических деталей, включающий нагрев ТВЧ полой цилиндрической детали в матрице (авт.св. СССР 753582, "Способ восстановления полых цилиндрических деталей." Бовбас В.И., Воловик Е.Л., Костюков Ю.Л., Федингин А.И. Опубл. БИ N 29, 1980).

Однако известный способ рассчитан на детали с цилиндрической поверхностью с большим радиусом кривизны. Деталь устанавливается с зазором между внутренней цилиндрической поверхностью матрицы и наружной цилиндрической поверхностью восстанавливаемой детали, что недопустимо при восстановлении плунжерных пар.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по совокупности признаков является способ восстановления цилиндрических поверхностей большой кривизны корпусных стальных деталей, например втулок плунжерных пар, способом равномерного объемного нагрева плунжерной втулки в жесткой охлаждаемой матрице с последующим охлаждением на воздухе (патент РФ 2026370, "Способ восстановления цилиндрических поверхностей большой кривизны корпусных стальных деталей." Гурмаза А.А., Бугаев В.Н., Семененко А.И. и др. Опубл. БИ N 1, 1995).

Однако известный способ не позволяет восстанавливать одновременно внутреннюю и наружную цилиндрические поверхности. Твердость и износостойкость восстановленной внутренней цилиндрической поверхности ниже, чем у новых деталей.

Задачей изобретения является повышение качества восстановления плунжерного соединения и повышение производительности за счет одновременного восстановления внутренней и наружной цилиндрической поверхности.

Поставленная задача достигается тем, что в способе восстановления плунжерных пар ТНВД дизелей, включающий нагрев ТВЧ, закалку втулки, имеющей посадочное место плунжерной пары в охлаждаемой матрице.

Согласно изобретению на внутренней цилиндрической поверхности разъемно-подпружиненной матрицы образована канавка на уровне посадочного места плунжерной втулки, равная по высоте размеру посадочного места плунжерной втулки. Детали разъемной матрицы выполняют из материала с коэффициентом термического расширения меньшим, чем восстанавливаемая плунжерная втулка. Разъемно-подпружиненная матрица выполнена с углом конуса наружной поверхности 10 - 30^o. Наружная и внутренняя цилиндрические втулки разъемно-подпружиненной матрицы выполнены разрезными с продольным зазором величиной 0,5 - 1,5 мм. Канавка образована внутренней втулкой с закругленным торцом, радиусом 0,5 - 1,5 мм.

Способ осуществляется в разъемной матрице с углом конуса наружной поверхности 10 - 30^o.

При угле конуса менее 10^o значительно возрастает ход матрицы в водоохлаждаемом корпусе, что снижает количество типоразмеров восстанавливаемых деталей.

При угле конуса более 30^o возникает опасность выдавливания матрицы из корпуса за счет сил, возникающих от расширения металла втулки плунжера при нагреве.

Способ осуществляют в разъемной матрице с соосно установленными в ней наружной и внутренней цилиндрическими втулками, имеющими продольный разрез шириной 0,5 - 1,5 мм.

При разрезе менее 0,5 мм не всегда удается выбрать весь разброс допусков на наружные диаметры плунжерной втулки.

При разрезе более 1,5 мм возникает опасность деформирования металла восстанавливаемой детали в этот разрез.

Способ осуществляют в разъемной матрице с внутренней цилиндрической втулкой, имеющей закругление внутренней торцевой поверхности радиусом 0,5 - 1,5 мм.

При закруглении менее 0,5 мм возникает опасность образования концентратора напряжений на острие внутренней втулки при деформировании металла восстанавливаемой детали и последующее развитие трещины.

При закруглении более 1,5 мм неэффективно используется перераспределение металла.

Способ восстановления плунжерных пар топливных насосов высокого давления дизелей, включающий нагрев ТВЧ, закалку втулки плунжерной пары в охлаждаемой разъемно-подпружиненной матрице с канавкой на внутренней цилиндрической поверхности, выполненной на уровне посадочного места плунжерной втулки, равной по высоте размеру посадочного места плунжерной втулки, детали разъемной матрицы выполняют из материала с коэффициентом термического расширения меньшим, чем восстанавливаемая плунжерная втулка, разъемно-подпружиненная матрица выполнена с углом конуса наружной поверхности 10 - 30^o, наружная и внутренняя цилиндрические втулки разъемно-подпружиненной матрицы выполнены разрезными с продольным разрезом шириной 0,5 - 1,5 мм, канавка имеет закругление внутренней поверхности радиусом 0,5 - 1,5 мм, а затем осуществляют механическую обработку восстановленных поверхностей втулки и плунжера до устранения следов износа и их последующую притирку, что позволяет восстановить как герметичность плужерной пары, так и наружной цилиндрической поверхности посадочного места втулки, повысить антифрикционные свойства восстановленного соединения за счет топливного тупикового канала, являющегося отстойником для сбора мелких абразивных частиц, попадающих в соединение деталей вместе с топливом.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлено приспособление с индуктором ТВЧ для восстановления втулки плунжерной пары термопластическим деформированием (аксонометрия с вырезом четверти).

На фиг. 2 изображен продольный разрез водоохлаждаемого корпуса, индуктора, разъемно-подпружиненной матрицы с углом конуса наружной поверхности и установленной в ней плунжерной втулки.

На фиг. 3 изображены наружная и внутренняя цилиндрические втулки с продольными разрезами шириной 0,5 - 1,5 мм в сборе.

На фиг. 4 изображены наружная и внутренняя цилиндрические втулки с радиусом закругления внутренней поверхности 0,5 - 1,5 мм, установленной в них плунжерной втулкой с пунктирной линией, обозначающей остаточное формоизменение поверхностей.

На фиг. 5 показана соединительная пластина с пазами для винтов крепления разъемной матрицы.

На фиг. 6 изображено соединение двух секций разъемно-подпружиненной матрицы.

Приняты следующие обозначения: 1 - плунжерная втулка; 2 - пустотелый, водоохлаждаемый корпус; 3 - разъемно-подпружиненная матрица с наружным конусом (состоит из четырех равных частей); 5 - наружная разрезная цилиндрическая втулка; 4 - внутренняя разрезная цилиндрическая втулка; 6 - индуктор ТВЧ, выполненный в виде медной водоохлаждаемой трубки, соединенной с контактными пластинами установки ТВЧ; 7 - подпружиненный соединительный элемент; 8 - соединительная пластина.

Способ осуществляется следующим образом.

Изношенную плунжерную втулку 4УТНМ - 1111425-01 ТНВД дизелей, изготовленную из стали ХВГ или ШХ15 с отверстием втулки диаметром 9 мм, устанавливают в разъемную подпружиненную матрицу, как показано на фиг. 1 и 2, вставляют через отверстие плунжерной втулки индуктор в виде медной водоохлаждаемой трубки диаметром 6 - 7 мм установки ТВЧ мощностью 50 - 100 кВт с частотой лампового генератора 10 - 66 кГц, что обеспечивает глубину проникновения тока около 3 мм в металл при температуре закалки, то есть на толщину стенки плунжерной втулки (Головин Г.Ф., Замятнин М.М. Высокочастотная термическая обработка: Вопросы металловедения и технологии. 3-е изд. - Л.: Машиностроение, 1990, 239 с.). Нагрев осуществляли по всей длине втулки до температуры Ас₁ + 20 ... 50^oC (830 - 860^oC). За счет расширения металла и снижения предела текучести стали - σ_т при нагреве, а также стесняющего действия охлаждаемой матрицы, плунжерная втулка претерпевает упругопластическое деформирование, показанное пунктирной линией на фиг. 4. Металл осаживается вовнутрь по всей длине, кроме участка матрицы с канавкой, выполненной на уровне посадочного места плунжерной втулки, где формоизменение идет наружу. Таким образом, за один прием удается компенсировать износы как внутренней, так и наружной цилиндрических поверхностей плунжерной втулки. Охлаждение плунжерной втулки после деформирования осуществляется за счет теплоотвода в охлаждаемую матрицу. Скорость охлаждения находится в пределах величин, равных охлаждению детали после нагрева в масло (30 град./с), что является достаточным для закалки изделия на мартенсит. Распределение остаточных напряжений на внутренней (рабочей) цилиндрической поверхности является более благоприятным, чем при закалке новых втулок, так как при охлаждении изделия только с наружной цилиндрической поверхности формирования мартенсита осуществляется снаружи вовнутрь и заканчивается на внутренней поверхности, вызывая на этой поверхности увеличение объема и, следовательно, остаточных напряжений сжатия.

После термопластического деформирования и закалки плунжерной втулки ее подвергают обработке холодом при температуре минус 60 - 70^oC в течение 3 - 4 мин, а затем отпуску при температуре 140 - 160^oC 10 - 12 мин (Бахтиаров Н.И. , Логинов В.Е. Производство и эксплуатация прецизионных пар. - М.: Машиностроение, 1979, 205 с.; Бугаев В.Н. Восстановление деталей и повышение ресурса топливной аппаратуры тракторных и комбайновых дизелей диффузионной металлизацией. Автореф. дис.... д.т.н. - М., 1987, 32 с.).

Таким образом, предлагаемый способ выгодно отличается от прототипа.

После уменьшения внутреннего диаметра и увеличения наружного диаметра посадочного пояска плунжерной втулки осуществляют механическую обработку поверхностей до необходимого размера. Удаляют следы износа плунжера финишной обработкой, а затем осуществляют притирку плунжерной пары.

Восстановленные указанным способом плунжерные пары устанавливают на топливный насос высокого давления и испытывают на стенде "STAR-12".

Сравнительные результаты режимов обработки приведены в таблице.

В результате проведения анализа данных таблицы можно сделать вывод, что заявляемый способ с точки зрения получения необходимых остаточных перемещений металла и улучшения физико-механических свойств стали является лучшим.

Изобретение относится к способам термопластического деформирования металла и может быть использовано в машиностроении и ремонте машин для восстановления плунжерных пар. Способ включает нагрев токами высокой частоты и закалку втулки плунжерной пары в охлаждаемой разъемно-подпружиненной матрице, выполненной с углом конуса наружной поверхности 10 - 30^o. На внутренней цилиндрической поверхности матрицы образована канавка на уровне посадочного места плунжерной втулки, равная по высоте размеру посадочного места. Детали матрицы выполняют из материала с коэффициентом термического расширения меньшим, чем восстановленная плунжерная втулка. Наружная и внутренняя цилиндрические втулки разъемной матрицы выполняют разрезанными с продольным разрезом шириной 0,5 - 1,5 мм. Торец внутренней цилиндрической втулки выполняют закругленным, радиусом 0,5 - 1,5 мм. В результате обеспечивается повышение качества восстановленной плунжерной пары и производительности. 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 ил.

1. Способ восстановления втулки плунжерной пары топливного насоса высокого давления дизелей, включающий нагрев втулки, имеющей посадочное место, токами высокой частоты, ее закалку в охлаждаемой матрице, отличающийся тем, что в качестве охлаждаемой матрицы используют разъемно-подпружиненную матрицу и соосно установленные в ее полости имеющие продольный разрез внутреннюю и наружную цилиндрические втулки, формирующие ее внутреннюю поверхность, на которой на уровне посадочного места восстанавливаемой втулки образуют посредством упомянутых разрезных цилиндрических втулок и наружной поверхности восстанавливаемой втулки канавку шириной, равной высоте посадочного места восстанавливаемой втулки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что разъемно-подпружиненную матрицу выполняют из материала с коэффициентом термического расширения меньшим, чем восстанавливаемая втулка. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что наружную поверхность разъемно-подпружиненной матрицы выполняют конусной, угол конусности которой равен 10 - 30^o. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что ширину продольного разреза каждой из упомянутых цилиндрических втулок выполняют равной 0,5 - 1,5 мм. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для образования канавки используют внутреннюю цилиндрическую втулку с закругленным торцом, радиус закругления которого равен 0,5 - 1,5 мм.