Устройство для упрочнения внутренних поверхностей цилиндров

 

Изобретение относится к области упрочняющей обработки внутренних цилиндрических поверхностей дробью. Устройство содержит сопловой узел для разгона шариков, фальшцилиндры, установленные на торцы цилиндров в один уровень с их внутренней поверхностью. В качестве соплового узла использована размещенная в опорах с каналами для подачи потока энергоносителя турбонасадка с силовой турбиной и соплами-ловителями, установленными с возможностью вращения от энергоносителя. Предусмотрено наложение на поток энергоносителя кавитационно-ультразвуковых колебаний. Технический результат выражается в расширении технологических возможностей устройства. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области дробеударной отделочно-упрочняющей технологии цилиндрических поверхностей деталей, в том числе блоков или гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания, а также компрессоров.

Известны установки, устройства и способы для отделочно-упрочняющей обработки деталей и с цилиндрической формой поверхности дробеударным методом (см. А.С. СССР N 272345, N 698751, N 1553361, N 1523319, N 1609542).

Известны также способы обработки осесимметричных деталей цилиндрической формы стальными шариками в среде смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ), которая одновременно является их энергоносителем в потоке, скорость которого соизмерима с окружной скоростью вращения детали (А.С. СССР N 814695, БН N 11, 1981) и решение о выдаче патента на изобретение по заявке N 96112401/02 (017983), которое служит прототипом настоящего устройства, в котором удар о преграду единичного шарика носит контактно-сдвиговой характер с элементом обкатки, а само пятно зоны деформационного нагружения дробового потока преобразуется в кольцевой деформационный источник нагружения движущейся с заданной подачей относительно потока (пучка) дроби, с элементами кавитационно-ультразвуковых колебаний.

Такой вид деформационного нагружения существенно повышает качество макро- и микрорельефа (Ra до 0,16 мкм) обработанной поверхности и обеспечивает создание наклепанного слоя без образования подслойного максимума остаточных напряжений сжатия, при этом отраженные шарики уходят на 100% в пристеночные ловители, жалюзийные решетки рабочей камеры.

Для формирования аналогичной макро- и микротопографии и напряженного деформированного состояния разработана схема устройства для внутренней цилиндрической поверхности, которое бесшумно, т.е. оно работает без наложения вторичных, рикошетирующих ударов на обработанную поверхность в стесненных условиях цилиндра, при наложении на обрабатываемую поверхность кавитационно-ультразвуковых колебаний.

Кроме того, схема предусматривает устранение отрицательного влияния таких краевых условий, как интенсивный эрозионный съем металла на торцах цилиндра, в результате чего идет их округление, что недопустимо для блоков цилиндров ДВС и компрессоров.

Технический результат изобретения - расширение технологических возможностей и обеспечение равномерности отделки и упрочнения в результате обработки внутренних поверхностей цилиндров, включая граничные участки их торцов.

Указанный результат достигается тем, что в способе отделочно-упрочняющей обработки цилиндрических поверхностей деталей дробью эжектируемой жидким или газовым энергоносителем в условиях окружных соизмеримых относительных скоростей дроби и поверхности на торцы цилиндра устанавливают фальшцилиндры, затем подают дополнительный энергоноситель к блоку форсунок и опорам эжекторного ускорителя - турбонасадки, формируют ее турбиной совместно с окнами-ловителями дискообразный дробефакельный инструмент и ведут обработку цилиндра с фальшцилиндрами в пределах заданного хода инструмента и его осевой подачи.

Устройство содержит сопловой узел для разгона шариков при перемещении обрабатываемой поверхности цилиндров в условиях их соотносительных скоростей, фальшцилиндры, установленные на торцы цилиндров в один уровень к внутренней поверхности, при этом в качестве соплового узла использована размещенная в опорах с каналами для подачи энергоносителя турбонасадка с сопловой турбиной и соплами-ловителями, установленными с обеспечением последней скорости вращения, соизмеримой со скоростью подачи стальных шариков с энергоносителем, соизмеримой со скоростью их подачи и образования дробефакельного инструмента с наложением кавитационно-ультразвуковых колебании. Для достижения минимального микрорельефа поверхность обрабатывается шариками с минимальным диаметром при увеличении давления под углом 45^o. Для проведения экспериментально-опытных работ используются фальшцилиндры из материала идентичного материалу обрабатываемых цилиндров.

Для обработки предусмотрено использование подшипниковых шариков диаметром 0,5-2,0 мм, ГОСТ 37622-70, III-IV степени точности или стеклянные шарики, а в качестве смазывающе-охлаждающего вещества - трансформаторное масло с присадком поверхностно-активного вещества или без него.

На фиг. 1 и 2 приведена схема описываемого устройства.

На станине гидродробеструйной или пневмодробеструйной установки, выполненной на базе специализированного модуля автоматической линии на хонингование цилиндров ДВС (или индивидуальной установки, предназначенной для проведения ремонтных работ гильз, цилиндров блоков ДВС, ВАЗ), закрепляется блок 1 с фальшцилиндрами 2, 3. Блок проходит полный цикл обработки за исключением финишной операции хонингования, вместо которой введена операция по предложенному способу. При необходимости обработки поверхности с наличием минимального микрорельефа (Ra до 0,05 мкм) поверхность обрабатывают с хонингованием (предварительным) и с раскаткой шариком или роликом (последующей) или при обработке дробешариками 0,5 мм, при увеличении давления под углом 45^o.

Над блоком, соосно цилиндрам, расположены шпиндели 4, несущие эжекторные ускорители 5, сопловой узел, включающий в свой состав турбонасадку 6 с турбиной 7, которая также включает окна-ловители 8, блок форсунок 9, связанных посредством коаксиально расположенных каналов 10 и 11 с подачей рабочей смеси через канал 10, поступающей в смесительную зону турбонасадки 6 и отдельно СОЖ, поступающую в блок форсунок 9 и опоры вращения турбонасадки 6. Верхняя часть устройства соединяется с подвижной системой (якорем) электромагнитного вибратора 13 и двумя гибкими шлангами 14 и 15 для подвода жидкости под давлением, поступающей через внутренние отверстия 10, 11 к окружному блоку сопел 12. Используя установку А.С. СССР N 1049239, N 1523319 кл. В 24, рабочая смесь подается с помощью электромагнитного вибратора 17 через два гибких шланга 18 и 19.

Пример. Фиг. 1, 2. Проводится дробеударная отделочно- упрочняющая операция блока цилиндра ВАЗ - 2101, прошедшего полный технологический цикл обработки за исключением хонинговальной операции, а при необходимости обработки поверхности с наличием минимального микрорельефа (Ra до 0,05 мкм) поверхность обрабатывают с хонингованием (предварительным) и раскаткой шариком или роликом (последующей).

Давление рабочей смеси поступающей через канал 10 (с подшипниковыми шариками 0,5...2,0 мм) составляет P = 0,30...0,45 МПа; давление СОЖ, поступающей через канал 11 в блок форсунок 9 и опоры, турбонасадка 6 составляет 1,5. . .1,6 МПа. Исходная шероховатость поверхности цилиндров Ra = 0,35 мкм. Исходная твердость поверхности цилиндров HB = 210 - 240. Геометрия и материал фальшцилиндров 2, 3 технологически подобны блоку цилиндров 1. В качестве дроби - подшипниковые шарики 0,5 - 2,0 мм ГОСТ 37622-70, III - IV степени точности или стекловолокнистые шарики, обеспечивающие при обработке поверхности микростекловолокнистый налет, который сохраняет поверхность от коррозии и обеспечивает отсутствие схватывания поверхностей пары (кольцо, цилиндр) при длительной неэксплуатации автомобиля при хранении в сыром или загазованном месте, в качестве СОЖ - трансформаторное масло с присадком поверхностно-активного вещества (ПАВ). Количество двойных ходов в минуту шпинделя с ускорителем 12; частота вращения турбины при давлении P = 15 МПа СОЖ перед форсунками 9 ускорителя 5 составляет 12000 мин^-1.

Полученные сравнительные данные по традиционной методике хонингования и отделочно-упрочняющей обработки дискообразным дробефакельным инструментом, сформированным турбонасадкой 6 ускорителя 5, показывают, что топографический макро- и микрорельеф имеет более качественный характер, сопоставимый с выглаженной поверхностью, составляет Ra = 0,16 мкм, что и у процесса хонингования, но с более качественной кривой опорной поверхности выступов, что значительно превышает противоизносные характеристики новой поверхности.

Кроме того, замеры остаточных напряжений обработанных поверхностей фальшцилиндров показали плавное распределение _о.н. с максимумом у поверхности, что также дополнительно способствует увеличению противоизносных характеристик. Твердость приповерхностного слоя в пределах 80-120 мкм возросла до HB 250 - единиц.

Использование предложенного устройства для упрочняющей обработки цилиндрических поверхностей деталей позволяет расширить технологические возможности предлагаемых способов, включая граничные участки их торцов.

Формула изобретения

1. Устройство для упрочнения внутренних поверхностей цилиндров деталей дробью, содержащее сопловой узел для разгона шариков при перемещении обрабатываемой поверхности цилиндров в условиях их соотносительных скоростей, фальшцилиндры, установленные на торцы цилиндров в один уровень к внутренней поверхности, при этом в качестве соплового узла использована размещенная в опорах с каналами для подачи потока энергоносителя турбонасадка с сопловой турбиной и соплами-ловителями, установленными с возможностью вращения от энергоносителя и обеспечения скорости турбонасадки, соизмеримой со скоростью подачи шариков с энергоносителем, и образования дискообразного дробефакельного инструмента, отличающееся тем, что предусмотрено наложение на поток энергоносителя кавитационно-ультразвуковых колебаний.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве шариков использованы стальные шарики.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для обеспечения минимального микрорельефа поверхности предусмотрено использование шариков с минимальным диаметром с приложением увеличенного давления под углом 45^o.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для получения стекловолокнистого налета на обрабатываемой поверхности предусмотрено использование стекловолокнистых шариков.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для проведения экспериментально-опытных работ использован фальшцилиндр из материала, идентичного материалу обрабатываемых цилиндров.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрено использование подшипниковых шариков диаметром 0,5 - 5,0 мм, ГОСТ 37622-70, III - IV степени точности или стеклянных шариков, а в качестве смазочно-охлаждающего вещества - трансформаторного масла с присадком поверхностно-активного вещества или без него.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2