СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2009 года по МПК B23P15/22 C21D8/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано на заводах, изготавливающих дизели, например Д100, втулки и рубашки цилиндров для запасных частей.

Известен способ изготовления цилиндрических деталей двигателей внутреннего сгорания с упрочнением рубашек цилиндров дизеля Д100, в котором после механической обработки поверхность у отверстий рубашек цилиндров обкатывается роликами (см. Технологический процесс механической обработки рубашек цилиндров, №081.01140.30.588, Люблинский литейно-механический завод, 1988).

Недостатком известного способа изготовления цилиндрических деталей является малая глубина зоны остаточных сжимающих напряжений.

Известен также способ упрочнения рубашек цилиндров, в котором после предварительной механической обработки и выполнения отверстий осуществляют объемную или поверхностную закалку (см. Р.Б.Хейвуд, Проектирование с учетом усталости, М., 1969, с.381).

Недостаток известного способа упрочнения рубашек и цилиндров состоит в наведении недопустимой деформации и остаточных растягивающих напряжений.

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления цилиндрических деталей двигателей внутреннего сгорания, в котором после предварительной механической обработки производят локальный скоростной нагрев до температуры 720-750°С зон, расположенных на расстоянии 1,5-2 радиусов будущего отверстия от его центра на центральном угле 80-120° в направлении оси, совпадающей с максимумом растягивающих нагрузок (см. SU №1004478, С21D 1/42, 1983).

Недостатки известного способа обусловлены выбранным интервалом температур, при котором происходят фазовые превращения и локальное повышение твердости, вызывающее затруднение при последующей механической обработке. В данном способе не достигается максимального эффекта упрочнения зоны отверстий в связи с отсутствием связи геометрических параметров зоны нагрева (ширины и длины).

Технический результат, который может быть получен от использования способа согласно изобретению, состоит в повышении усталостной и коррозионно-усталостной прочности цилиндрических деталей с поперечными отверстиями.

Указанный технический результат достигается в способе изготовления цилиндрических деталей двигателей внутреннего сгорания, преимущественно втулок и рубашек, включающем предварительную механическую обработку, локальный скоростной нагрев зон детали, расположенных на расстояниях от будущих отверстий, охлаждение детали и последующую механическую обработку с выполнением отверстий, при этом локальный скоростной нагрев осуществляют до температуры 600-720°С, причем зоны нагрева симметрично расположены от будущих отверстий и равноудалены по образующей от кромок будущих отверстий на расстояния, равные 0,9-2,2 радиуса отверстия, при этом ширина каждой зоны нагрева составляет 1,0-2,0 радиуса будущего отверстия, а длина соответствует центральному углу 40-120°.

Кроме того, одновременно с нагревом локальных зон осуществляют подстуживание зон, расположенных между кромками будущих отверстий и локальными зонами, что позволяет расширить зону остаточных сжимающих напряжений по образующей цилиндра.

Подстуживание прилегающих зон позволяет увеличить уровень термоусадочных деформаций и остаточных сжимающих напряжений по образующей цилиндра.

Предложенный способ изготовления цилиндрических деталей двигателей внутреннего сгорания иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 показано распределение напряжений в рубашках цилиндров дизелей типа Д100 по образующей, на фиг.2 представлена развертка рубашки по наружному диаметру, где 1 - рубашка цилиндра, 2 - адаптерное отверстие, 3 - зона нагрева.

Способ осуществляется следующим образом:

Для рубашек цилиндров дизелей типа Д100 из стали с наружным диаметром 276 мм, толщиной стенки 16,5 мм, высотой 420 мм, имеющих в средней части по высоте три отверстия диаметром 46 мм, в процессе технологической обработки до выполнения отверстий для создания остаточных сжимающих напряжений осуществляют локальный скоростной нагрев, например токами высокой частоты, участков площадью 40×220 мм на расстоянии 20-30 мм от предполагаемых кромок отверстий. После достижения температуры нагрева стенки 600-720°С производится охлаждение на воздухе. Охлаждение деталей на воздухе после локального скоростного нагрева приводит к возникновению зоны остаточных сжимающих напряжений, что позволяет получить стабильное увеличение усталостной и коррозионно-усталостной прочности. Затем проводят последующую механическую обработку с выполнением отверстий. При этом максимальные остаточные сжимающие напряжения на поверхности отверстий в зонах максимальных растягивающих напряжений от рабочих нагрузок достигают 60 кгс/мм² и распределены по всей толщине стенки и на расстоянии 20-30 мм по образующей от поверхности отверстия. Увеличение ограниченного предела выносливости на базе 5×10⁶ циклов в 1% растворе хлористого натрия составляет 1,4-1,6 раза по сравнению с упрочнением путем обкатки поверхности роликами.

Расчетный технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого способа изготовления цилиндрических деталей с поперечными отверстиями применительно к рубашкам цилиндров дизелей типа Д100 на заводах ОАО РЖД по производству запасных частей составит около 40 млн руб./год на эксплуатируемый парк дизелей.

Применение предлагаемого способа изготовления втулок и рубашек цилиндров дизелей типа Д100 позволяет получить на кромках отверстий зону остаточных сжимающих напряжений необходимой глубины, что значительно повышает усталостную и коррозионно-усталостную прочность этих деталей.

Способ преимущественно относится к изготовлению втулок и рубашек и включает предварительную механическую обработку, локальный скоростной нагрев зон детали, расположенных на расстояниях от будущих отверстий, охлаждение детали и последующую механическую обработку с выполнением отверстий. Для повышения усталостной и коррозионно-усталостной прочности локальный скоростной нагрев осуществляют до температуры 600-720°С, причем зоны нагрева симметрично расположены от будущих отверстий и равноудалены по образующей от кромок будущих отверстий на расстояния, равные 0,9-2,2 радиуса отверстия. При этом ширина каждой зоны нагрева составляет 1,0-2,0 радиуса будущего отверстия, а длина соответствует центральному углу 40-120°. Одновременно с нагревом локальных зон могут осуществлять подстуживание зон, расположенных между кромками будущих отверстий и локальными зонами. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ изготовления цилиндрических деталей двигателей внутреннего сгорания, преимущественно втулок и рубашек, включающий предварительную механическую обработку, локальный скоростной нагрев зон детали, охлаждение детали и последующую механическую обработку с выполнением отверстий, отличающийся тем, что осуществляют локальный скоростной нагрев до температуры 600-720°С зон деталей, симметрично расположенных от будущих отверстий и равноудаленных по образующей от кромок будущих отверстий на расстояния, равные 0,9-2,2 радиуса отверстия, при этом ширина каждой зоны нагрева составляет 1,0-2,0 радиуса будущего отверстия, а длина соответствует центральному углу 40-120°.

2. Способ изготовления цилиндрических деталей по п.1, отличающийся тем, что одновременно с нагревом локальных зон осуществляют подстуживание зон, расположенных между кромками будущих отверстий и локальными зонами.