close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY17188

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2013.06.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 17188
(13) C1
(19)
F 02F 5/00
F 16J 9/00
F 02F 3/16
F 16J 1/00
(2006.01)
(2006.01)
(2006.01)
(2006.01)
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АРМИРУЮЩЕЙ ВСТАВКИ ПОРШНЯ
ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
(21) Номер заявки: a 20101920
(22) 2010.12.30
(43) 2012.08.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Физико-технический
институт Национальной академии
наук Беларуси " (BY)
(72) Авторы: Волочко Александр Тихонович; Клушин Валерий Александрович; Изобелло Александр Юрьевич (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси " (BY)
(56) BY 6192 U, 2010.
SU 254953, 1970.
SU 253485, 1970.
BY 17188 C1 2013.06.30
(57)
Способ изготовления армирующей вставки поршня двигателя внутреннего сгорания,
включающий соединение по посадочным поверхностям с зазором и с образованием охлаждающего канала наружного кольца из высоколегированного чугуна, выполненного с
кольцевой проточкой, и внутреннего кольца из углеродистой стали, а также двухстороннюю отбортовку внутреннего кольца, при которой выполняют сначала раздачу торцовых
участков концов внутреннего кольца, выступающих за пределы наружного кольца, а затем
раздачу посадочных поверхностей внутреннего кольца до соединения наружного и внутреннего колец с гарантированным натягом в радиальном направлении.
Фиг. 1
BY 17188 C1 2013.06.30
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к созданию двигателей внутреннего сгорания (ДВС), и может быть использовано при изготовлении поршней
с циркуляционным охлаждением.
Известен способ изготовления армирующей вставки поршня ДВС, включающий соединение двух сопрягаемых деталей: наружного кольца с полостью для масляного охлаждения, выполненной из высоколегированного чугуна марки ЧН15Д7 (нирезист), и
внутреннего кольца из стали 40Х. Соединение колец выполняют тепловой сборкой при
температуре наружного кольца 600-850 °С, при этом диаметральный натяг в армирующей
вставке поршня ДВС, полученной соединением наружного и внутреннего колец, не должен превышать 0,4-0,6 мм по условию отсутствия пластической деформации [1]. В дальнейшем в соответствии с известной технологией [2] армирующую вставку подвергают
дробеструйной очистке, алитированию и затем помещают в кокиль на место размещения
верхнего компрессионного кольца поршня и осуществляют заливку формы расплавом
алюминиевого сплава для последующего получения алюминиевой отливки поршня с каналом для циркуляционного охлаждения.
Недостаток способа [1] заключается в том, что гарантированный натяг соединения колец армирующей вставки поршня значительно уменьшается в процессе последующих
операций алитирования вставки и кокильного литья отливки поршня из-за различных коэффициентов теплового расширения материалов наружного и внутреннего колец армирующей вставки, что может приводить к выпадению внутреннего кольца или затеканию
расплава алюминиевого сплава в канал для охлаждения.
Известен способ изготовления охлаждающего канала в армирующей вставке поршня
ДВС, включающий соединение по посадочным поверхностям наружного кольца из высоколегированного чугуна с полостью для масляного охлаждения поршня и внутреннего
кольца из углеродистой стали, в котором герметичность канала охлаждения обеспечивается за счет двухсторонней отбортовки внутреннего кольца [3].
Способ [3] выбран в качестве прототипа как наиболее близкий по технической сущности предлагаемому способу изготовления охлаждающего канала в армирующей вставке
поршня.
Однако известный способ [3] также имеет недостаток, заключающийся в большой
трудоемкости его реализации.
Соединение по посадочным поверхностям в способе [3] осуществляют с натягом в радиальном направлении, для чего наружное кольцо нагревают до температуры 600-850 °С в
течение 20-30 мин и помещают в него холодное внутреннее кольцо с таким расчетом, чтобы длина выступающих за пределы наружного кольца концов внутреннего кольца была по
возможности одинаковой и обеспечивала бы получение последующей операции отбортовки.
Затем, после остуживания соединения, осуществляют окончательную сборку армирующей вставки путем отбортовки выступающих за пределы наружного кольца концов
внутреннего кольца с образованием фланца под углом 90º к оси внутреннего кольца.
Таким образом, в известном способе [3] изготовление охлаждающего канала в армирующей вставке поршня ДВС осуществляют в три этапа: тепловая сборка наружного и
внутреннего колец армирующей вставки с использованием нагревательного оборудования
для разогрева наружного кольца; остуживание полуфабриката соединения и отбортовка
внутреннего кольца с использованием станка для фасонирования концов труб, пресса или
токарного станка.
В основу изобретения положена задача повышения производительности изготовления
охлаждающего канала в армирующей вставке поршня ДВС за счет совмещения операций
соединения по посадочным поверхностям наружного и внутреннего колец армирующей
вставки и двухсторонней отбортовки внутреннего кольца.
Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления армирующей вставки поршня двигателя внутреннего сгорания, включающем соединение по посадочным по2
BY 17188 C1 2013.06.30
верхностям с зазором и с образованием охлаждающего канала наружного кольца из высоколегированного чугуна, выполненного с кольцевой проточкой, и внутреннего кольца из
углеродистой стали, а также двухстороннюю отбортовку внутреннего кольца, при которой
выполняют сначала раздачу торцовых участков концов внутреннего кольца, выступающих
за пределы наружного кольца, а затем раздачу посадочных поверхностей внутреннего
кольца до соединения наружного и внутреннего колец с гарантированным натягом в радиальном направлении.
Сущностью заявляемого технического решения является то, что соединение колец армирующей вставки выполняют по посадочным поверхностям с гарантированным натягом
в радиальном и осевом направлениях путем совмещения двухсторонней отбортовки внутреннего кольца и раздачи посадочных поверхностей внутреннего кольца, что исключает
предварительную операцию тепловой сборки колец и повышает производительность и качество изготовления охлаждающего канала в армирующей вставке поршня ДВС.
Отличительные признаки и технический результат заявляемого способа находятся
между собой в причинно-следственной связи, т.е. совокупность новых признаков с не очевидностью позволяет обеспечивать более высокую производительность изготовления
охлаждающего канала в армирующей вставке поршня ДВС за счет совмещения двухсторонней отбортовки внутреннего кольца с раздачей посадочных поверхностей внутреннего
кольца до образования соединения наружного и внутреннего колец с гарантированным
натягом в радиальном направлении.
Для лучшего понимания изобретения его поясняют технологическими переходами изготовления охлаждающего канала в армирующей вставке поршня ДВС, где
фиг. 1 - соединение наружного и внутреннего колец армирующей вставки по посадочным поверхностям с зазором, исходное положение;
фиг. 2 - центрирование внутреннего кольца относительно наружного по длине выступающих концов и по величине зазора посадки;
фиг. 3 - раздача концов внутреннего кольца по диаметру с образованием конусного
участка (конусными участками пуансоном);
фиг. 4 - раздача посадочных поверхностей внутреннего кольца с образованием натяга
в соединении наружного и внутреннего колец, начало процесса отбортовки;
фиг. 5 - двухсторонняя отбортовка внутреннего кольца, совмещенная с раздачей посадочных поверхностей внутреннего кольца до образования соединения наружного и внутреннего колец с гарантированным натягом в радиальном и осевом направлениях;
фиг. 6 - армирующая вставка поршня ДВС с каналом для масляного охлаждения.
Армирующая вставка поршня ДВС (фиг. 1-6) состоит из наружного кольца 1, в котором выполнена полость 2 для масляного охлаждения поршня в виде кольцевой проточки,
и внутреннего кольца 3. Наружное кольцо 1 выполняют из высоколегированного чугуна, а
внутреннее кольцо 3 - из углеродистой стали. Внутреннее кольцо 3 выполняют длиннее
наружного кольца, имеющего длину L1, на величину 2l.
Длина l выступающих за пределы наружного кольца концов внутреннего кольца
(фиг. 1, 2) рассчитывается из условия заполнения кольцевых торцовых проточек 4, выполненных в наружном кольце 1.
Центрирование внутреннего кольца 3 относительно наружного кольца 1 по длине l
выступающих концов и по величине зазора ∆/2 посадки (фиг. 2) и последующее соединение колец армирующей вставки (фиг. 3-5) осуществляют пуансонами 5 и 6 при их встречном перемещении.
Способ реализуют следующим образом.
Вначале осуществляют сборку колец армирующей вставки (фиг. 1) по посадочным поверхностям наружного кольца 1 (размер D1) и внутреннего кольца 3 (размер D3) с зазором.
Посадку с зазором выбирают по ГОСТ 25347 из числа предпочтительных от H7/e8 до
H11/h11 или назначают величину зазора (разность посадочных размеров наружного D1 и
3
BY 17188 C1 2013.06.30
внутреннего D3 колец) в пределах 0,1-0,5 мм из соображений удобства установки внутреннего кольца 3 в наружное кольцо 1.
Значение зазора менее 0,1 мм вызывает затруднения при установке внутреннего кольца из-за возможных дефектов на торцовых поверхностях колец (заусенцев, вмятин и др.),
а значение более 0,5 мм не создает какого-либо дополнительного эффекта и поэтому нецелесообразно из-за увеличения степени свободы перемещения внутреннего кольца относительно наружного.
Затем осуществляют двухстороннюю отбортовку внутреннего кольца, совмещая ее с
раздачей посадочных поверхностей внутреннего кольца до образования соединения
наружного и внутреннего колец с гарантированным натягом в радиальном направлении, в
следующей последовательности.
При встречном движении пуансонов 5, 6 осуществляют центрирование положения
внутреннего кольца 3 относительно наружного кольца 1 (фиг. 2) и последующую раздачу
(растяжку) торцовых участков внутреннего кольца конусными частями 7 и 8 пуансонов 5
и 6 соответственно до диаметра dp, равному диаметру Dп цилиндрических участков пуансонов 5, 6 (фиг. 3).
Максимальная степень растяжения внутреннего кольца определяется предельным коэффициентом раздачи Кp = dp/d3 в зависимости от величины соотношения S/D3, (фиг. 1-3),
где S - толщина стенки внутреннего кольца; D3 и d3, соответственно наружный и внутренний диаметры внутреннего кольца [4].
Угол конусных частей 7 и 8 пуансонов 5 и 6 выполняют с оптимальным углом конусности αопт = 5-15°, предельное значение угла конуса растягивающих участков пуансонов
αпр = 25-30º.
По результатам проведенных исследований при соединении наружного и внутреннего
колец армирующей вставки раздача торцовых участков внутреннего кольца углом конуса
α = 5-15° и Кp = 0,01-0,05 не приводит к заметному изменению толщины стенки в растянутых зонах кольца и не уменьшает величину зазора ∆/2 между наружным кольцом и недеформированной частью, внутреннего кольца.
При дальнейшей деформации внутреннего кольца 3 пуансонами 5 и 6 (фиг. 4) осуществляют раздачу посадочных поверхностей внутреннего кольца с утонением стенок до
значения S1 = (D1-Dп)/2, цилиндрическими участками пуансонов 9 и 10, формирующих
зоны посадочных поверхностей соединения наружного и внутреннего колец с гарантированным натягом в радиальном направлении. Раздачу посадочных поверхностей внутреннего кольца с утонением стенок выполняют по схеме сжатия, при которой срединный
участок внутреннего кольца испытывает осевые сжимающие напряжения, а вытесняемый
объем металла выдавливается в направлении, обратном движению пуансонов, при этом
торцовые поверхности внутреннего кольца осаживаются поверхностями пуансонов, формирующими отбортовку. На этом этапе деформации осуществляют соединение наружного
и внутреннего колец армирующей вставки с гарантированным натягом в радиальном
направлении и начинают двухстороннюю отбортовку внутреннего кольца.
Сжимающие напряжения в срединном участке внутреннего кольца не вызывают потерю его устойчивости, так как отношение длины внутреннего кольца к его диаметру
(фиг. 1) L3/D3 < 1 (в аналогичных процессах дорнования труб по схеме сжатия в обойме
это отношение не должно превышать восьмикратного значения [5]).
В дальнейшем при отбортовке (фиг. 5) выступающих за пределы наружного кольца
концов внутреннего кольца осуществляют формообразование бортов 11 и 12 в виде фланцев под углом 90º к продольной оси внутреннего кольца, по форме и размерам соответствующих кольцевым торцовым проточкам 4, выполненным в наружном кольце 1
(фиг. 1, 2, 4).
В процессе отбортовки участки внутреннего кольца в границах посадочных поверхностей соединения наружного и внутреннего колец находятся в условиях всестороннего
4
BY 17188 C1 2013.06.30
сжатия, что способствует увеличению натяга в соединении и деформационного упрочнения внутреннего кольца.
Величина натяга по размеру D1 соединения наружного 1 и внутреннего 3 колец армирующей вставки поршня (фиг. 6) зависит от величины контактного давления, создаваемого на посадочных поверхностях наружного и внутреннего колец от деформации раздачи
внутреннего кольца, и механических свойств материалов сопрягаемых колец.
Величину натяга определяют из условия совместности перемещения колец 1 и 3 после
снятия нагрузки (отвод пуансонов в исходное положение) с использованием известных
решений [6] соединения деталей с гарантированным натягом
c
c 
δ = qD1 ⋅  1 + 3  ,
 E1 E 3 
где δ - диаметральный натяг; q - контактное давление, c1 и c3 - коэффициенты радиальной
податливости колец 1 и 3, а E1 и E3 - модули упругости материалов колец 1 и 3 соответственно.
Гарантированный натяг соединения наружного 1 и внутреннего 3 колец в армирующей вставке поршня ДВС выполняют соответствующим предпочтительным посадкам с
натягом по ГОСТ 25347 для механической запрессовки (H7/p6, H7/r6, H7/s6).
Гарантированный натяг в осевом направлении по размеру L2 возникает в результате
упругой деформации наружного кольца в зоне контакта с внутренним кольцом в процессе
отбортовки выступающих концов.
Отбортовку осуществляют на специальных станках для фасонирования концов труб
или в штампе на прессе.
Производительность при изготовлении охлаждающего канала в армирующей вставке
поршня ДВС достигается за счет исключения отдельной операции соединения колец по
посадочным поверхностям с гарантированным натягом в радиальном направлении.
В соответствии с предлагаемым способом изготовлении охлаждающего канала в армирующей вставке поршня ДВС соединение колец по посадочным поверхностям с гарантированным натягом в радиальном направлении и двухстороннюю отбортовку
внутреннего кольца с образованием неразъемного соединения осуществляют за одну операцию за счет совмещения двухсторонней отбортовке внутреннего кольца с раздачей посадочных поверхностей внутреннего кольца.
Герметичность канала в армирующей вставке поршня ДВС обеспечивается за счет гарантированного натяга в радиальном направлении по посадочным поверхностям наружного и внутреннего колец, достигаемого за счет раздачи внутреннего кольца, и натяга в
осевом направлении при двухсторонней отбортовке концов внутреннего кольца.
Пример использования способа.
Осуществляли изготовление охлаждающего канала для галерейного охлаждения
поршня высокофорсированного двигателя внутреннего сгорания, соответствующего экологическим требованиям "Евро-4", "Евро-5" и выше, осваиваемого в производстве на ЗАО
"Минский моторный завод".
Наружное кольцо 1 (фиг. 1) выполняли из высоколегированного чугуна марки ЧН15Д7
шириной L1, равной 20 мм, с полостью для масляного охлаждения в виде кольцевой проточки диаметром D1 = 78+0,2 мм, шириной 10 мм и глубиной 7 мм.
Внутреннее кольцо 3 (фиг. 1) изготавливали из стали 45 с наружным диаметром
D3 = 78-0,3 мм, толщиной S = 2,0 мм и шириной L3 = 27 мм.
Сборку армирующей вставки с образованием канала охлаждения осуществляли на
прессе в экспериментальном штампе в следующей последовательности.
Соединяли наружное и внутреннее кольца по посадочным поверхностям с зазором и
устанавливали в штамп (фиг. 1). Зазор по посадочным поверхностям на диаметр 78 мм колебался в пределах ∆ = 0-0,5 мм.
5
BY 17188 C1 2013.06.30
В режиме наладки осуществляли подвод пуансонов к армирующей вставке для центрирования положения колец друг относительно друга по величине зазора посадки на сторону ∆/2 (фиг. 2). Наладкой штампа обеспечивали центрирование положения внутреннего
кольца 3 относительно наружного кольца 1 по длине l = 3,5 мм выступающих концов.
В дальнейшем изготовление опытной партии армирующих вставок в количестве 5 шт.
осуществляли в режиме одиночных ходов пресса.
После соединения наружного и внутреннего колец по посадочным поверхностям с зазором соединение устанавливали в штамп и осуществляли штамповку (фиг. 3-5) за один
ход пресса, совмещая двухстороннюю отбортовку внутреннего кольца с раздачей посадочных поверхностей внутреннего кольца до образования соединения наружного и внутреннего колец с гарантированным натягом в радиальном направлении.
Раздачу (растяжку) торцовых участков внутреннего кольца осуществляли до диаметра
dp = Dп = 75 мм с утонением стенок до S1 = 1,5 мм пуансонами 5 и 6 с углами α = 15° их
конусных частей 7 и 8 (фиг. 4, 5).
Для возможности объективной оценки герметичности охлаждающего канала в армирующей вставке поршня ДВС один из изготовленных образцов (фиг. 6) после его алитирования был распилен в нескольких местах в радиальном направлении. Затекания
расплава алюминиевого сплава в охлаждающий канал не обнаружено, качество сформированного канала удовлетворяет ТУ.
Таким образом, заявляемый способ для изготовления охлаждающего канала в армирующей вставке поршня ДВС, так же как и известный способ [3], обеспечивает герметичность канала для масляного охлаждения за счет соединения с гарантированными натягами
в осевом и радиальном направлениях наружного и внутреннего колец. При этом предлагаемый способ более производителен (не менее чем в 2 раза), менее затратный (выполняется
на одном оборудовании в одну операцию и не требует нагрева деталей армирующей
вставки).
Источники информации:
1. Волочко А.Т., Изобелло А.Ю., Клушин В.А. Теоретическое обоснование технологических параметров сборки нирезистовой вставки с галереей масляного охлаждения поршня. Материалы, технологии и оборудование в производстве, эксплуатации, ремонте и
модернизации машин: Сб. науч. трудов VII Междунар. науч.-техн. конф. В 3-х т. Т.III /
Под общ. Ред. П.А. Витязя, С.А. Астапчика. - Новополоцк: ПГУ, 2009.
2. Ласковнев А.П., Овчинников В.В., Жданович О.Е. Производство алюминиевых
поршней для высокофорсированных двигателей внутреннего сгорания. - Минск.: Экоперспектива, 2004. - 190 с.
3. Патент РБ на полезную модель 6192, МПК (2009) F 02F 3/16, F 02F 5/00, F 16J 1/00,
F 16J 9/00, 2010.
4. Мосин Ф.В. Технология изготовления деталей из труб. - Л.: МАШГИЗ, 1962. - 172 с.
5. Девятов В.В. Малоотходная технология обработки материалов давлением. - М.:
Машиностроение, 1986. - 288 с.
6. Биргер И.А. и др. Расчет на прочность деталей машин: Справочник. 3-е изд. Перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1979. - 702 с.
6
BY 17188 C1 2013.06.30
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
7
BY 17188 C1 2013.06.30
Фиг. 5
Фиг. 6
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
8
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
683 Кб
Теги
by17188, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа