СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ КАНАВОК ПОРШНЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2009 года по МПК B23H9/00 B23H1/02 C23C26/00 

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к технологии упрочнения канавок поршня методом искрового упрочнения, и может быть использовано для упрочнения канавок алюминиевых поршней двигателей внутреннего сгорания.

Известен способ упрочнения канавок поршней, изготовленных из силуминов, заключающийся в том, что в месте будущей кольцевой канавки заготовки поршня изготавливают конусный паз, располагают в нем порошковый присадочный материал, на который воздействуют давлением с пропусканием сварочного тока через электрод. В результате происходит наплавление порошкового материала на торцевые поверхности канавки, вследствие чего происходит их упрочнение. Затем в наплавленном металле протачивают канавку для обеспечения необходимых геометрических размеров поршневой канавки [Авторское свидетельство СССР №585006, М. Кл². В23К 11/06, 1978].

Известен способ упрочнения зон кольцевых канавок поршней сжатой дугой, при котором заготовку поршня двигателя внутреннего сгорания предварительно подогревают, расплавляют зону канавки сжатой дугой и в жидкую ванну расплавленного металла вводят легирующий металл в виде порошка, причем порошок подают в зону активного катодного пятна сжатой дуги. В результате на поверхности поршня образуется упрочненный слой, который снижает износ и разбивку поршневой канавки [Патент РФ №2060124, С1, 6 В23К 9/04, 1996].

Недостатками вышеописанных способов упрочнения поршневых канавок являются сложность химического состава легирующего компонента и соответственно его высокая стоимость. К тому же технология упрочнения связана с расплавлением материала, что обычно характеризуется низкой адгезией наплавляемого материала к подложке.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ упрочнения зон кольцевых канавок двигателя внутреннего сгорания методом электронно-лучевой наплавки в вакууме, при котором на упрочняемой зоне кольцевой канавки заготовки поршня производят расплавление электронным лучом в вакууме материала поршня с одновременным добавлением в расплавленный материал поршня присадочного материала. В качестве присадочного материала используют медь в количестве 1,5-2,0% от объема расплавленного материала поршня, необходимого для выполнения кольцевой канавки в упрочненной зоне, или нихром в количестве 3,5-4,0% от указанного объема. Поршень при этом выполняется из заэвтектического силумина [Патент №2148750, С1, 7 F16J 1/02, В23К 15/00, В23Р 6/02, 2000].

Недостатками способа, выбранного в качестве прототипа, являются узкая область применения этого способа - обработке подвергаются только поршни, изготовленные из заэвтектического силумина. Кроме того, для реализации этого способа упрочнения необходима вакуумная камера, что безусловно существенно повышает стоимость процесса обработки. К тому же после нанесения упрочненного слоя возникает необходимость в дальнейшей механической обработке поверхности поршневой канавки, что приводит к повышенной трудоемкости осуществления этого способа.

Задача изобретения: повышение моторесурса и эксплуатационной надежности поршней, изготовленных из алюминиевых сплавов, а также снижение трудоемкости осуществления способа.

Поставленная задача достигается тем, что в способе упрочнения канавок поршня двигателя внутреннего сгорания, при котором осуществляют локальное воздействие на зону упрочняемой канавки поршня искровым разрядом, в газовой среде в отличие от прототипа искровой разряд формируют при атмосферном давлении с частотой импульсов 7 Гц а энергией искрового разряда 0,1 мДж.

Толщина упрочненного слоя, формируемого методом искрового упрочнения, может составлять несколько сот микрометров (до 300 мкм), имеет высокую адгезию к подложке и характеризуется высокой твердостью - до 24 ГПа [Патент №2176682, С23С 8/12, C25D 11/02, 2001].

Пример конкретной реализации способа

Упрочнение канавок проводят на поршне двигателя внутреннего сгорания ЭМ-100, диаметр которого составляет 42 мм. В качестве материала поршня используют алюминий марки АК5М7 по ГОСТ 1583-93.

Предлагаемый способ упрочнения канавок поршня двигателя внутреннего сгорания реализуется с использованием установки искрового упрочнения, создающей на электродах искровой разряд с заданными параметрами. Поршень зафиксирован в патроне и вращается с постоянной скоростью относительно неподвижных электродов, которые располагаются в поршневых канавках.

Технологические параметры:

- межэлектродный зазор - 0,25-0,35 мм;

- скорость вращения поршня относительно электрода - 1 об/мин;

- рабочая среда - воздух;

- энергия искрового разряда - 0,1 мДж;

- частота импульсов - 7 Гц;

- количество одновременно обрабатывающих электродов - 3;

- материал электрода - АПВ 1,8.

Результаты сравнительных исследований и испытаний на износ для однотипных поршней сведены соответственно в табл.1, табл.2.

Как видно из табл.1, после 100 часов обработки канавки поршня методом искрового упрочнения можно сформировать слой, твердость которого в 18,5 раз выше, чем твердость необработанного образца.

Как видно из табл.2, износ канавки поршня, обработанного методом искрового упрочнения, уменьшился в 6 раз по сравнению с необработанным образцом.

Предложенный способ легирования зоны канавки алюминиевого поршня имеет по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

- высокая твердость (износостойкость);

- высокая адгезия к подложке;

- высокая технологичность способа.

Таблица 1 № поршня Время обработки, τ, ч Н_µ, ГПа Глубина УС, мкм 1 0 0,9 0 2 50 10,7 8,7 3 100 17,5 15,7 Таблица 2 № поршня/время обработки Начальная средняя высота канавки, мм Конечная средняя высота канавки, мм Разность между начальной и конечной высотой, мм 1/0 ч 1,74 1,86 0,12 2/100 ч 1,76 1,78 0,02

Использование: изобретение относится к области двигателестроения, а именно к технологии упрочнения канавок поршня методом искрового упрочнения, и может быть использовано для упрочнения канавок алюминиевых поршней двигателей внутреннего сгорания. Технический результат: повышение эксплуатационной надежности поршней. Способ упрочнения канавок поршня двигателя внутреннего сгорания осуществляют путем термического воздействия на локальную зону упрочняемой канавки поршня искровым разрядом, который формируют при атмосферном давлении с частотой импульсов 7 Гц и энергией искрового разряда 0,1 мДж. 2 табл.

Способ упрочнения канавок поршня двигателя внутреннего сгорания, при котором осуществляют локальное воздействие на зону упрочняемой канавки поршня искровым разрядом в газовой среде, отличающийся тем, что искровой разряд формируют при атмосферном давлении с частотой импульсов 7 Гц и энергией искрового разряда 0,1 мДж.