УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОФИКСАЦИИ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ В ПАКЕТЕ Российский патент 2007 года по МПК C21D9/40 B23P15/06 

Изобретение относится к термической обработке, в частности к термофиксации поршневых колец в пакете, и может быть использовано для получения различного распределения радиального давления и упругости при изготовлении разрезанных круглых поршневых и уплотнительных колец с параллельными торцовыми поверхностями.

Известно устройство для термофиксации поршневых колец в пакете, содержащее трубу соответствующего диаметра, на которую предварительно надевают кольца с разведением замков до определенной величины для получения упругости и требуемой формы в свободном состоянии (Энглиш К. Поршневые кольца. - М.: 1962, т.1, с.365) (аналог).

К недостаткам такого устройства для термофиксации следует отнести получение колец с очень большой овальностью и повышенным давлением в спинке и на концах кольца. В других зонах кольца возможны просветы в контрольном калибре. На данном устройстве невозможно получение поршневых колец с равномерным и пониженным в зоне замка радиальным давлением.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является устройство для термофиксации поршневых колец в пакете, состоящее из разводящей вставки (сухаря) для разведения замков колец, позволяющей получать радиальное давление, близкое к равномерному, и приспособления для осевого сжатия пакета по торцам для исключения коробления (Гинцбурга Б.Я. Теория поршневых колец. - М.: Машиностроение, 1979, с.226, рис.124, а) (прототип).

К недостаткам такого устройства для термофиксации колец следует отнести невозможность получения равномерного радиального давления, поскольку торцовые поверхности кольца в замке при разведении его концов и установки между ними разводящей вставки располагаются под острым углом к оси симметрии кольца, проходящей через его замок и спинку, что вызывает условия нагружения, отличные от тех, которые позволяют получать равномерное радиальное давление (наблюдается пониженное давление в зоне замка, что подтверждается рис.125 в книге Гинцбурга Б.Я. Теория поршневых колец. - М.: Машиностроение, 1979 на с.227), а также невозможность получения поршневых колец с повышенным радиальным давлением в зоне замка, что часто требуется условиями долговечной эксплуатации узла уплотнения.

Технической задачей изобретения является осуществление возможности получать поршневые кольца при их термофиксации с различными распределениями радиального давления (равномерным, повышенным и пониженным давлением в зоне замка).

Задача достигается путем использования устройства для термофиксации поршневых колец в пакете, содержащего разводящую вставку с внутренней и наружной поверхностями, выполненную с возможностью размещения в замке поршневых колец, и средство осевого сжатия пакета поршневых колец в виде фланца, установленного с возможностью передвижения, и неподвижного фланца, связанных посредством цилиндрического стержня с резьбой и гайки, отличающегося тем, что оно снабжено средством радиального деформирования пакета поршневых колец по оси замок-спинка, выполненного в виде двух крайних и средней направляющих пластин, в которые установлены болты, и жестко связанных с упомянутыми направляющими пластинами опор с внутренней и наружной поверхностями для деформирования поршневых колец посредством болтов. Опоры средства радиального деформирования пакета поршневых колец установлены с возможностью касания их наружных поверхностей внутренних поверхностей колец и внутренней поверхности разводящей вставки для повышения радиального давления в зоне замка. Опоры средства радиального деформирования пакета поршневых колец установлены с возможностью касания их внутренних поверхностей наружных поверхностей поршневых колец и наружной поверхности разводящей вставки для понижения радиального давления в зоне замка.

Оригинальность в выборе решения заключается в том, что, используя предлагаемое устройство для термофиксации, можно получать поршневые кольца с различной формой в свободном состоянии и естественно с различными эпюрами радиального давления.

Предложенное решение отличается от прототипа тем, что при термофиксации поршневых колец в пакете дополнительно используется средство радиального деформирования пакета поршневых колец, позволяющее сжимать или растягивать поршневые кольца по оси замок-спинка с помощью опор посредством болтов, перемещающих две крайние и среднюю направляющие пластины, что дает возможность получать требуемую форму колец в свободном состоянии, соответствующую равномерному давлению, повышенному или пониженному радиальному давлению в зоне замка.

На фиг.1 приведено устройство для термофиксации поршневых колец (фронтальная проекция), на фиг.2 - устройство для термофиксации поршневых колец (вертикальная проекция), на фиг.3 - средство радиального сжатия пакета поршневых колец, на фиг.4 - вид А средства радиального сжатия пакета поршневых колец, на фиг.5 - зависимость степени коррекции (z) от овальности (О) уплотнительных колец диаметром 115 мм, термофиксированных предлагаемым устройством.

Устройство состоит из неподвижного фланца 1, цилиндрического стержня 2, снабженного резьбой для осуществления осевой стяжки пакета поршневых колец 3 гайкой 4, подвижного фланца 5 и разводящей вставки 6 (фиг.1, 2). Средство радиального сжатия пакета поршневых колец состоит из болта 7, с помощью которого растягивают пакет поршневых колец (увеличивают овальность, степень коррекции и давление в зоне замка колец), из болта 8, с помощью которого сжимают пакет поршневых колец (уменьшают овальность, степень коррекции и давление в зоне замка колец), из средней направляющей пластины 9, двух крайних направляющих пластин 10, из болта 11, с помощью которого фиксируется положение направляющих пластин 9 и 10 (фиг.3, 4). Пакет поршневых колец 3 деформируют с помощью двух опор 12 и 13.

Для термофиксации поршневые кольца 3 (фиг.1) набираются в пакет на неподвижном фланце 1, в замки колец устанавливается разводящая вставка 6. С помощью микрометра измеряют диаметры колец по оси замок-спинка (D₁) и по оси, расположенной под 90° к ней (D₂), и определяют овальность кольца: О=D₁-D₂. После чего в зависимости от того, с какой овальностью О (степенью коррекции z) необходимо получить поршневые кольца, пакет деформируют средством радиального сжатия до положительной овальности, отрицательной овальности или овальности, равной нулю. В этих случаях после термофиксации поршневых колец эпюра будет соответственно с повышенным давлением в зоне замка (z>1), с пониженным давлением в зоне замка (z<1) и равномерная (z=1). Для этого опоры 12 и 13 средства радиального сжатия (фиг.3) устанавливают в пазы подвижного фланца 5 (фиг.1, 2) так, чтобы в первом случае наружные поверхности опор касались внутренних поверхностей колец, во втором случае внутренние поверхности опор касались наружных поверхностей колец, а в третьем случае возможны первые два варианта в зависимости от того, какая овальность колец была до деформации, и деформируют (растягивают или сжимают) пакет колец до требуемой овальности. После чего фиксируют пакет колец между подвижным 5 и неподвижным 1 фланцами затягиванием гайки 4 (фиг.1). Набранный таким образом пакет колец подвергается термообработке. Режим термообработки колец должен обеспечить снятие внутренних напряжений в материале и зафиксировать заданную форму колец в свободном состоянии.

С помощью предлагаемого устройства проведена термофиксация трех партий уплотнительных колец диаметром 115 мм, высотой 3 мм, радиальной толщиной 5 мм для коробок перемены передач тракторов из специального серого чугуна с модулем упругости 85·10⁹ Па. Предварительно уплотнительные кольца набираются в пакет, в их замки устанавливается разводящая вставка. Затем для первой партии колец опоры средства радиального деформирования устанавливаются с возможностью касания их наружных поверхностей внутренних поверхностей колец и внутренней поверхности разводящей вставки и производят деформирование пакета до положительной овальности, равной 0,2 мм. После чего пакет уплотнительных колец сжимают в осевом направлении гайкой посредством подвижного и неподвижного фланцев, связанных цилиндрическим стержнем с резьбой, и термофиксируют.

Для второй партии колец опоры средства радиального деформирования пакета колец устанавливаются с возможностью касания их внутренних поверхностей наружных поверхностей поршневых колец и наружной поверхности разводящей вставки. Деформируется пакет до отрицательной овальности, равной 0,2 мм, и термофиксируется.

Для третьей партии колец предварительная деформация пакета не потребовалась, поскольку овальность колец была равна нулю. После термофиксации замерялась форма колец в свободном состоянии, по ней рассчитывалась эпюра радиальных давлений и определялась степень коррекции. По результатам расчета построена линейная зависимость, связывающая степень коррекции (z) и овальность (О) уплотнительных колец (фиг.5). Используя аналогичные зависимости для других типоразмеров колец, можно подобрать в зависимости от требуемой степени коррекции необходимую овальность колец и задать ее с помощью предлагаемого устройства для термофиксации.

Технико-экономический эффект предлагаемого устройства заключается в том, что имеется возможность изготовить поршневые и уплотнительные кольца с необходимым радиальным давлением, что повысит их долговечность и надежность работы в узлах уплотнения по сравнению с кольцами, изготовленными с помощью существующих устройств для термофиксации.

Изобретение относится к области термической обработки, а именно к термофиксации поршневых колец в пакете. Устройство содержит разводящую вставку с внутренней и наружной поверхностями, средство осевого сжатия пакета поршневых колец, средство радиального деформирования пакета поршневых колец по оси замок-спинка и опоры. Средство осевого сжатия пакета поршневых колец выполнено в виде подвижного и неподвижного фланцев. Указанные фланцы связаны посредством цилиндрического стержня с резьбой и гайки. Средство радиального деформирования пакета поршневых колец по оси замок-спинка выполнено в виде двух крайних и средней направляющих пластин, в которые установлены болты. Опоры выполнены с внутренней и наружной поверхностями и жестко связаны с упомянутыми направляющими пластинами. В результате обеспечивается возможность получения поршневых колец с различным радиальным давлением. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для термофиксации поршневых колец в пакете, содержащее разводящую вставку с внутренней и наружной поверхностями, выполненную с возможностью размещения в замке поршневых колец, и средство осевого сжатия пакета поршневых колец в виде фланца, установленного с возможностью передвижения, и неподвижного фланца, связанных посредством цилиндрического стержня с резьбой и гайки, отличающееся тем, что оно снабжено средством радиального деформирования пакета поршневых колец по оси замок-спинка, выполненным в виде двух крайних и средней направляющих пластин, в которые установлены болты, и жестко связанных с упомянутыми направляющими пластинами опор с внутренней и наружной поверхностями для деформирования поршневых колец посредством болтов.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что опоры средства радиального деформирования пакета поршневых колец установлены с возможностью касания их наружных поверхностей внутренних поверхностей поршневых колец и внутренней поверхности разводящей вставки для повышения радиального давления в зоне замка.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что опоры средства радиального деформирования пакета поршневых колец установлены с возможностью касания их внутренних поверхностей наружных поверхностей поршневых колец и наружной поверхности разводящей вставки для понижения радиального давления в зоне замка.