СПОСОБ ВЫПРЯМЛЕНИЯ ПРОДОЛГОВАТОЙ ДЕТАЛИ Российский патент 2013 года по МПК B21D3/16 F02M61/16 

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к способу выпрямления продолговатой детали, вставляемой по меньшей мере двумя своими частями в два отстоящих одно от другого соосных установочных места.

Системы впрыскивания топлива для многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) имеют топливные форсунки, по одной на каждый цилиндр ДВС, и соединенный с топливными форсунками распределитель топлива для его подачи под высоким давлением к отдельным топливным форсункам. Топливные форсунки обычно вставлены в отверстия в головке блока цилиндров и своей утоненной частью, образованной держателем седла иглы форсунки, выступают в камеру сгорания в цилиндре ДВС. С противоположной стороны топливные форсунки своими продолговатыми трубчатыми соединительными патрубками выступают из отверстий в головке блока цилиндров и вставлены в трубчатые патрубки распределителя топлива. Оси трубчатых патрубков при этом располагаются на одной линии с осями отверстий в головке блока цилиндров. Поэтому для монтажа топливных форсунок обязательно необходимым условием является точная соосность вставляемой в отверстие в головке цилиндра части топливной форсунки и ее вставляемой в трубчатый патрубок распределителя топлива части, чтобы в процессе автоматизированного монтажа распределитель топлива можно было насадить его трубчатыми патрубками на соединительные патрубки топливных форсунок, закрепленных в отверстиях в головке блока цилиндров.

Обычно из-за крайне большого отношения длины топливной форсунки к ее диаметру трубчатый держатель седла иглы форсунки и ее трубчатый соединительный патрубок изготавливают в виде двух отдельных втулок, неразъемно соединяемых между собой. Подобное неразъемное соединение при этом преимущественно выполняют путем сварки, при которой в месте стыка обеих втулок выполняют круговой сварной шов. Однако при сварке обе втулки искривляются или перекашиваются, из-за чего соосность, так называемая точность по радиальному биению, между обеими частями форсунки, одна из которых закрепляется в отверстии в блоке цилиндра, а другая - в трубчатом патрубке распределителя топлива, нарушается и не соответствует более требуемой точности.

При осуществлении одного из известных способов сварки двух цилиндрических элементов, например, запорного или клапанного элемента топливной форсунки и якоря ее электромагнита (DE 10207146 А1) во избежание деформации цилиндрических элементов в результате сварки оба вставленных один в другой с геометрическим замыканием полых цилиндрических элемента при сварке вращают вокруг их продольной оси, а сварку выполняют двумя смещенными друг относительно друга в окружном направлении на 90° источниками энергии. При этом цилиндрические элементы локально расплавляются первым источником энергии первый раз и свариваются друг с другом, а затем расплавляются вторым источником энергии второй раз и свариваются друг с другом.

Краткое изложение сущности изобретения

Преимущество предлагаемого в изобретении способа выпрямления продолговатой детали состоит в возможности технологически простого устранения имеющейся у детали несоосности между ее предусмотренными для ее монтажа закрепляемыми частями, возникающей, например, при стыковании и сварке двух составляющих деталь элементов. При этом обеспечивается точность по радиальному биению по длине детали, т.е. совпадение осей обеих ее монтажных частей. Так, например, применительно к топливным форсункам, у которых их трубчатая деталь, состоящая из держателя седла иглы форсунки и соединительного патрубка, имеет по меньшей мере одну предусмотренную на держателе седла иглы форсунки и одну предусмотренную вблизи свободного конца ее соединительного патрубка закрепляемые части, предлагаемый в изобретении способ позволяет обеспечить точность по радиальному биению в пределах от 50 до 150 мкм при расстоянии между закрепляемыми частями детали около 100 мм.

Различные предпочтительные варианты осуществления заявленного в п.1 формулы изобретения способа представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - вид в продольном разрезе топливной форсунки для двигателей внутреннего сгорания с продолговатой деталью, состоящей из имеющего форму полого цилиндра соединительного патрубка и имеющего форму полого цилиндра держателя седла иглы форсунки,

на фиг.2 - вид в продольном разрезе изображенной на фиг.1 детали в состыкованном между собой положении соединительного патрубка и держателя седла иглы форсунки,

на фиг.3 - аналогичный приведенному на фиг.2 вид детали после неразъемного соединения между собой соединительного патрубка и держателя седла иглы форсунки,

на фиг.4 - аналогичный приведенному на фиг.3 вид детали после ее выпрямления,

на фиг.5 - аналогичный приведенному на фиг.2 вид детали с модифицированным местом стыка между собой соединительного патрубка и держателя седла иглы форсунки и

на фиг.6 - вид сбоку детали, состоящей из соединительного патрубка и держателя седла иглы топливной форсунки, с ее электромагнитом, охватывающим на отдельных участках держатель седла ее иглы, в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.

Показанная на фиг.1 в продольном разрезе топливная форсунка с электромагнитным управлением содержит имеющий форму полого цилиндра соединительный патрубок 11 и примыкающий к нему с его торцевой стороны имеющий форму полого цилиндра держатель 12 седла иглы форсунки, которые неразъемно (присадочным материалом) соединены между собой с образованием продолговатой или удлиненной трубчатой детали 13. В рассматриваемом примере неразъемное соединение образовано расположенным в месте стыка соединительного патрубка 11 и держателя 12 седла иглы форсунки круговым сварным швом 31. В месте стыка трубчатая деталь 13 окружена электромагнитом 14, имеющим катушку 15, якорь 16 и чашевидный магнитопровод (корпус) 18. Якорь 16 подвижно в осевом направлении установлен в держателе 12 седла иглы форсунки и жестко соединен с ее иглой 17. Между якорем 16 и расположенным напротив него в осевом направлении торцевым концом соединительного патрубка 11 имеется рабочий воздушный зазор электромагнита 14. Замыкающий электромагнитную цепь через якорь 16 чашевидный магнитопровод 18 неподвижно закреплен радиально снаружи на соединительном патрубке и держателе 12 седла иглы форсунки. Соединительный патрубок 11, электромагнит 14 и частично держатель 12 седла иглы форсунки залиты в охватывающий их пластмассовый корпус 19, в который интегрирован электрический соединительный вывод 20 штекерного разъема для катушки 15 электромагнита. Топливная форсунка вставлена в соответствующее отверстие в головке цилиндра ДВС, которое выполнено в виде ступенчатого отверстия, при этом пластмассовый корпус 19 прилегает в зоне электромагнита 14 к стенке имеющего больший диаметр участка этого отверстия, а расположенное в зоне держателя 12 седла иглы форсунки на пластмассовом корпусе 19 уплотнительное кольцо 22 уплотняет топливную форсунку относительно стенки имеющего меньший диаметр участка этого отверстия. В частично выступающем в камеру сгорания цилиндра ДВС держателе 12 седла иглы форсунки со стороны свободного конца этого держателя расположена вставка 23, в которой выполнено отверстие 24 и на которой выполнено также охватывающее его седло 25 иглы форсунки. Вставка 23 вместе с дисковым распылителем 28 приварена к держателю 12 седла иглы форсунки. К обращенному от якоря 16 концу иглы 17 приварен взаимодействующий с ее седлом 25 шаровой запорный элемент (затвор) 26, который через иглу 17 поджат к ее седлу 25 вставленной в соединительный патрубок 11 и опирающейся в нем закрывающей пружиной 27. Дисковый распылитель 28 при поднятом с седла 25 запорном элементе 26 расширяет впрыскиваемое через отверстие 24 топливо до веерной (плоской) струи.

Топливная форсунка своим расположенным со стороны соединительного патрубка свободным концом вставлена в патрубок не показанного на чертеже распределителя топлива и уплотнительным кольцом 21, опирающимся на торец пластмассового корпуса 19, уплотнена относительно стенки трубчатого патрубка. Для надежной и беспроблемной вставки топливной форсунки в отверстие в головке цилиндра, с одной стороны, и в трубчатый патрубок распределителя топлива, с другой стороны, необходимо, чтобы закрепляемые или зажимаемые в отверстии в головке цилиндра, с одной стороны, и в трубчатом патрубке, с другой стороны, части топливной форсунки были установлены по одной оси, т.е. соосно. Для обеспечения такой соосности оси 111, 121 соединительного патрубка 11 и держателя 12 седла иглы форсунки соответственно должны совпадать, но по меньшей мере на одной оси должны располагаться закрепляемые в трубчатом патрубке и в отверстии в головке цилиндра части детали 13, состоящей из соединительного патрубка 11 и держателя 12 седла иглы форсунки. Поскольку при сварке друг с другом соединительного патрубка 11 и держателя 12 седла иглы форсунки в единую деталь 13 обычно появляется перекос, подобная соосность, так называемая точность по радиальному биению, не обеспечивается, а обеспечивается путем выполняемого после сварки выпрямления детали. Подобный процесс выпрямления детали заключается в следующем.

Сначала держатель 12 седла иглы форсунки зажимают в зажимных колодках 30 крепежного приспособления (фиг.2). Затем между собой стыкуют соединительный патрубок 11 и держатель 12 седла иглы форсунки, для чего соединительный патрубок 11 с торца встык приставляют к закрепленному держателю 12 седла иглы форсунки. Далее соединительный патрубок 11 и держатель 12 седла иглы форсунки с помощью сварочного устройства, например, устройства лазерной сварки, сваривают между собой в месте их стыка по всей окружности. Образующийся при этом круговой сварной шов обозначен на фиг.3 и 4 позицией 31. При сварке соединительный патрубок 11 обычно перекашивается, в результате чего возникает перекос или отклонение а оси 111 соединительного патрубка 11 относительно линии 29, совпадающей с осью 121 держателя 12 седла иглы форсунки линии (фиг.3). После охлаждения места сварки измеряют величину и направление отклонения а. Затем на расположенном диаметрально противоположно относительно направления отклонения а участке поверхности детали 13, состоящей из соединительного патрубка 11 и держателя 12 седла иглы форсунки, между теми частями этой детали, которые предназначены для ее закрепления в трубчатом патрубке распределителя топлива и в отверстии в головке цилиндра, расплавляют материал в ограниченной в радиальном и окружном направлениях зоне 32 таких размеров, при которых в результате осевой усадки, происходящей при охлаждении этой зоны 32 расплавленного материала, измеренное отклонение а исчезает, а вставляемые в трубчатый патрубок распределителя топлива и в отверстие в головке цилиндра части детали вновь оказываются расположенными на одной оси с отклонением от соосности, не превышающим допустимых пределов. В показанном на фиг.3 и 4 варианте материал в зоне 32 расплавляют на том участке поверхности соединительного патрубка 11, который расположен вблизи сварного шва 31, и поэтому после охлаждения зоны расплавленного материала оси 111 и 121 соответственно соединительного патрубка 11 и держателя 12 седла иглы форсунки вновь оказываются на одной прямой, т.е. совпадают друг с другом, как это показано на фиг.4. Для частичного расплавления материала в зоне 32 предпочтительно использовать лазер. Положение зоны 32 расплавления материала, ее глубину и ее протяженность в окружном направлении определяют по многопараметровой характеристике, отражающей зависимость указанных величин от направления и величины отклонения а. Такая многопараметровая характеристика была определена эмпирическим путем. В том случае, когда выполненное описанным выше путем первое расплавление материала с образованием зоны 32 расплавленного материала не привело к требуемому результату, с малым отступом (в окружном направлении) от зоны 32 первого расплавления материала выполняют по меньшей мере еще одну операцию по расплавлению материала.

На фиг.5 в продольном разрезе показана выполненная по другому варианту деталь 13, которая также состоит из соединительного патрубка 11 и держателя 12 седла иглы форсунки, с несколько модифицированным местом их стыка между собой перед их неразъемным соединением друг с другом. Соединительный патрубок 11 и держатель 12 седла иглы форсунки в данном случае уже не примыкают друг к другу встык своими торцами, а вместо этого соединительный патрубок 11 своим концевым участком 112 уменьшенного диаметра с геометрическим замыканием входит в держатель 12 седла иглы форсунки. Неразъемное соединение, которым в рассматриваемом варианте также является сварное соединение, выполняют на участке взаимного перекрытия соединительного патрубка 11 и держателя 12 седла иглы форсунки. Возникающее после сварки искривление детали 13 устраняют описанным выше путем.

На фиг.6 в виде сбоку показана выполненная по иному варианту выпрямленная продолговатая деталь 13. Такая деталь также состоит из трубчатого соединительного патрубка 11 и трубчатого держателя 12 седла иглы форсунки, неразъемно соединенных между собой в зоне сварного шва 31. Держатель 12 седла иглы форсунки на отдельных участках окружен электромагнитом 14, корпус 18 которого приварен к держателю 12 седла иглы форсунки. При последующем применении в качестве топливной форсунки деталь 13 в обозначенных на фиг.6 через А и В или А и В1 местах крепят в отверстии в головке цилиндра, в результате чего ось 121 держателя 12 седла иглы форсунки совпадает с осью отверстия. Помимо этого деталь 13 ее обозначенной через С частью крепится в трубчатом патрубке распределителя топлива и имеет для этого выполненный на конце соединительного патрубка 11 участок 33 с наружной резьбой для ввинчивания в снабженный внутренней резьбой трубчатый патрубок распределителя топлива. Пример подобного распределителя топлива можно найти в публикации ЕР 1359317 А1. Поскольку при приваривании соединительного патрубка 11 к держателю 12 седла иглы форсунки образуемая этими соединительным патрубком и держателем седла иглы форсунки деталь 13 перекашивается или искривляется, ее необходимо выпрямить, обеспечив расположение ее части С соосно с той ее частью, которая расположена между закрепляемыми местами А и В или А и В1, т.е. в основном соосно с осью 121 держателя 12 седла иглы форсунки. Подобное выпрямление детали 13 также обеспечивается путем расплавления материала лазером на соответствующем участке ее поверхности с образованием зоны 32 расплавленного материала, расположенной на детали 13 на участке между ее частью С и частью В/А, соответственно В1/А. Точность по радиальному биению детали 13 измеряют в месте С1, обозначенном на фиг.6.

Описанный выше способ выпрямления продолговатой детали не ограничен выпрямлением детали, получаемой сваркой между собой соединительного патрубка и держателя седла иглы топливной форсунки при ее изготовлении. Более того, таким же образом можно неразъемно соединять между собой любые трубы или втулки либо иные продолговатые элементы и затем выпрямлять их описанным выше способом. Аналогичным образом описанным выше способом можно также выпрямлять и цельные продолговатые детали с искривлением или перекосом по их длине.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам устранения несносности деталей топливных форсунок. Способ выпрямления продолговатой детали, вставляемой по меньшей мере двумя своими частями в два отстоящих одно от другого соосных установочных места, заключается в том, что проверяют соосность указанных частей детали и измеряют имеющееся отклонение от соосности, после чего на расположенном между указанными частями детали участке ее поверхности расплавляют материал в по меньшей мере одной ограниченной в радиальном и окружном направлениях зоне таких размеров, при которых в результате осевой усадки, происходящей при охлаждении этой зоны расплавленного материала, указанные части детали оказываются расположенными на одной оси с отклонением от соосности, по меньшей мере, не превышающим допустимых пределов. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ выпрямления продолговатой детали (13), вставляемой по меньшей мере двумя своими частями в два отстоящих одно от другого соосных установочных места, отличающийся тем, что проверяют соосность указанных частей детали и измеряют имеющееся отклонение (а) от соосности, после чего на расположенном между указанными частями детали (13) участке ее поверхности расплавляют материал в по меньшей мере одной ограниченной в радиальном и окружном направлениях зоне (32) таких размеров, при которых в результате осевой усадки, происходящей при охлаждении этой зоны (32) расплавленного материала, указанные части детали оказываются расположенными на одной оси с отклонением от соосности, по меньшей мере, не превышающим допустимых пределов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измеряют величину и радиальное направление отклонения (а) от соосности и материал расплавляют в по меньшей мере одной зоне (32) на расположенном диаметрально противоположно относительно выявленного направления отклонения (а) участке поверхности детали (13).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал расплавляют в нескольких зонах (32), расположенных с отступом одна от другой в окружном направлении рядом с другом.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал расплавляют в по меньшей мере одной зоне (32) лазером.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что продолговатая деталь (13) состоит из по меньшей мере двух состыкованных друг с другом элементов, которые неразъемно соединены между собой, при этом материал расплавляют в по меньшей мере одной зоне (32) вблизи места соединения обоих составляющих деталь элементов.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что составляющие деталь элементы стыкуют друг с другом путем приставления встык их обращенных друг к другу торцевых поверхностей.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что составляющие деталь элементы стыкуют друг с другом путем насаживания одного из них на или вставки одного из них в другой с образованием между ними соединения с геометрическим замыканием.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что составляющие деталь элементы представляют собой полые цилиндры, такие как трубы или втулки.

9. Способ по п.5, отличающийся тем, что составляющие деталь элементы неразъемно соединяют между собой путем сварки.

10. Способ по одному из пп.5-9, отличающийся тем, что в качестве стыкуемых друг с другом и неразъемно соединяемых между собой составляющих деталь элементов используют имеющий форму полого цилиндра соединительный патрубок (11) топливной форсунки и ее имеющий форму полого цилиндра держатель (12) седла иглы форсунки, этот держатель на отдельных участках окружен электромагнитом (14) с его корпусом (18), при этом одной из вставляемых в установочные места частей детали является свободный конец соединительного патрубка (11), а другой - обращенный от корпуса (18) электромагнита конец держателя (12) седла иглы форсунки.