Способ восстановления изношенной внутренней цилиндрической поверхности,преимущественно стальных и чугунных деталей

Способ восстановления изношенной внутренней цилиндрической поверхности,преимущественно стальных и чугунных деталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социапистичвсних

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 19.08.80 (21) 2974638/25-27 с присоединением заявки М. (23 ) Приоритет (5l)NL. Кл.

В 23 P 6/02

9кударствениый комитет

СССР по аелои изобретений и откритий (53) УДК 621.797 (088.8) Опубликовано 30.10.82. Бюллетень йе 40

Дата опубликования описания 01.11.82

Е. П. М еркулов, Л. И. Вахрушев, Б.А. Гомзяков, 3.. синский

М. С. Ростошинский, В. И. Пшегодский и Ю;тИЯВЙМИФ

aawtsoI 1 техннчми Урапьский фипиап Государственного научно-исспе оватв,ооииуу(ина а института автомобн пьного транспорта (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель (54) СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННОЙ ВНУТРЕННЕЙ

ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО

СТАЛЬНЫХ И ЧУГУННЫХ ДЕТАЛЕЙ

Изобретение относится к ремонту деталей машин, в частности к методам восстановлении изношенной внутренней цилиндрической поверхности стальных и чугунных деталей, преимущественно гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания.

Известен способ восстановления изношенной внутренней цилиндрической поверх ности детали, например калиброванного кольца, заключающийся в нагреве его на10 ружной поверхности в индукторе в течение нескольких секунд до температуры 700...

750ОС и последующем быстром охлаждении в масле. При этом рабочая часть кольца сокращается в радиальном направ I5 ленни на величину до 0,1 мм, что позволяет дальнейшей механической обработкой восстановить требуемый размер калиброванного кольца (1).

Основной недостаток известного способа заключается в том, что величина теплового формоизмснення за один цикл воздействия невелика. Поэтому для дета, лей с относительно большими диаметральными износами (0,2 мм и более) известный способ может иметь практическое значение лишь при многократном повторении цикла. Но это ухудшает качество материала детали и вызывает ряд отрицательных последствий, в связи с чем их использование для восстановления деталей с большими износами почти неприемлемо.

Цель изобретения - повышение качес тва восстановления путем увеличения. степени. изменения размеров детали в радиальном направлении за один цикл теплового воздействия. . Поставленная цель достигается тем, что согласно способу восстановления изношенной внутренней цилиндрической поверхности стальных и чугунных деталей типа гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания путем создания градиента температур посредством. воздействия на деталь источников нагрева и охлаждения, .б градиент температур создают в стенке

3 МО4 детали непрерывно-последовательно вдоль осн детали.

При создании градиента температур деталь нагревают, например, током высокой частоты, а охлаждают струями воды °

Нагрев и охлаждение детали ведут в процессе перемещения детали. относител но источников со скоростью не более

3-4 мм/с, при этом температуру нагрева 10 устанавливают не более 870-920 С, На фиг. 1 показана установка для осу ществления способа; на фиг. 2 - схема обработки детали при расположении источ» нико. з нагрева и охлаждения установки внутри детали; на фиг. 3 - то же, при расположении источника нагрева снаружи детали, а источника охлаждения внутри нее; на фиг. 4 — то же, при расположении источников нагрева и охлаждения снаружи рр детали; на фиг. 5 - эпюра температурного градиента; на фиг. 6 - график кривых изменений радиальной деформации Е детали типа гильзы цилиндров в зависимости DT

0 температуры Т нагрева и скорости перемещения Ч, мм/с.

На фнг. 6 приняты следующие обо- значенж: кривые а, д, 8 - гильзы типа ЯМЗ при скорости 0,75; 1,5; 8,0мм/с соответственно, кривая 7. - гильзы типа

Катерпиллер" при скорости V =0,75мм/с, кривая Э - гильзы типа ГАЗ-51 при скорости V = 1 мм/с.

Способ восстановления изношенной внутренней цилиндрической поверхности

3$ преимущественно стальных и чугунных деталей типа гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания осуществляется путем создания градиента температур

40 посредством воздействия на деталь 1 источника 2 нагрева и источника 3 охлаждения (фиг. 2 - 4),при этом градиент температур создают в стенке детали непрерывно-последовательно вдоль оси де45 тали, нагрев осуществляют, например, током высокой частоты (ТВЧ), а охлаждают, например, струями воды.

При нагреве и охлаждении деталь 1 перемещают атносительно источников нагрева ТВЧ и охлаждения со скоростью не более 3-4мм/с, а температуру наГрева устанавливают прИ этом Не более

870-920" С.

В процессе восстановления-в детали создается осевой (по длине детали) температурный градиент большой крутизhl, ны путем ее непрерывно-последовательного нагрева токами высокой частоты от соответствующих источников нагрева (генератора) и охлаждения водой (фиг,5)

На эпюре (фиг. 5) показано изменение температурного поля ьТ на узком участке длины ЬЬ детали 1 в виде цилиндра. В практиие для достижения требуемой величины радиальной деформации

Я участок нагрева Ьо(колеблется в пре делах 2...4 мм и зависит в большей степени от скорости9аеремещения детали отно-. сительно источника нагрева. о

Перепад температуры Ь Т между холодными и нагретыми участками и угол !

1 наклона оС (крутизна) зависят в основном от мощности источника нагрева, высоты индикатора и скорости перемещения детали относительно источника нагрева.

B результате создания температурного градиента возникают. резко изменяющиеся (как от точки к точке тела, так и в каждой точке во времени) тепловые (термические) напряжения. При этом в нагретых участках (на длине Ь ) возникают окружные напряжения сжатия, а в холодных (за пределами участка g4) — напряжения растяжения. Нагретые участки металла стремятся расшириться, но этому препятствуют более холодные участки цилиндра, поэтому нагретые участки оказываются сжатыми. и, в свою очередь, действуют на холодную часть цилиндра как симметрично приложенная сила растяжения.

Поскольку предел прочности металла с повышением температуры падает, то будет происходить деформация в сторону сжатия, т.е. вовнутрь цилиндра.

Непрерывно-последовательный нагрев и охлаждение осуществляются при различном расположении .источников нагрева 2 и охлаждения 3 относительно детали 1: источники нагрева 2 и охлаждения 3 рас--. полагают внутри детали 1 (фиг. 2); источники нагрева и охлаждения располагают снаружи детали (фиг. 4); источники нагрева располагают снаружи, а охлаждения - внутри детали (фиг. 3).

Результаты исследования показывают, что при создании в полой детали осевого температурного градиента 1Л Ь4в ней появляется пластическая деформация (уменьшение внутреннего диаметра).

Пластическая деформация наблюдается как у детали, изготовленной из чугуна, так и из стали.

Величина деформации зависит от целого ряда факторов, основными иэ которых являются максимальная температура нагрева T С и форма температурного поля в детали, физико-механические свойства

05 6 температуры Т = 500...600 С) особенно для цилиндров с большой толщиной стенки (свыше 1 5 мм) .

5 ОМ4 материала детали, скорость перемещения источников нагрева и охлаждения относительно детали, геометрические размеры детали, интенсивность охлаждения (фиг. 6). Для сравнения представлены (. 6) зависимости Е - (Т ) дЫ гильз с различными внутренними диаметрами 158 мм (Катерпиллер), 130 мм (ЯМЗ), 93мм (ГАЗ-53).

Полученная величина деформации цилиндра позволяет использовать предлагаемый способ для восстановленнь внутренней поверхности детали цилиндра типа гильз и др.

Величина деформации существенно не зависит от способа нагрева и охлаждения цилиндра, т.е. от того, снаружи или изнутри нагревается и охлаждается деталь.

Для увеличения производительности процесса теплового формоизменения и ве- 2О личины деформации детали желательно осуществлять предварительный нагрев (до

В нутре нний. диаметр цилиндра, мм

93 120 130 150 158

Максимальная величина радиальной деформации Е, 0,45 0,95 0,7 0,6 0,7.

Однако абсолютная величина деформации полой детали из одного и того же материала с уменьшением диаметра будет меньше, поэтому применимость предлагаемого способа восстановления для детали малого диаметра зависит от того, какую величину деформации необходимо иметь, чтобы восстановить внутреннюю поверхность до требуемых характеристик.

Наименьшая длина детали для восстанов ления лимитируется возможностью создания в ней осевого температурного градиента и зависит от применяемых источников нагрева и охлаждения. В случае применения ТВЧ минимальная высота равна

15...25 мм.

Наибольшая длина детали, подвергае$0 мой тепловому формоиэменению, не лимитируется. У гильз, например, цилиндров

ДВС высота невелика, и поэтому при пред- варительном нагреве ее от того же источника тепла, она не успевает сильно остыть. Если же восстанавливаемая де5$ таль очень длинная, то для предваритель. ного нагрева можно использовать второй источник нагрева, расположенный выше

Максимальная величина относительной радиапьной деформации детали за один цикл теплового воздействия составляет

0,45...0,95% (см. таблипа) и не зависит от ее диаметра, так как величина тепловых., напряжений зависит только от 2; Е;а7 где ; Я вЂ” относительная деформация; ), » начальный внутренний диаметр; д - абсолютная величина уменьшения внутреннего диаметра, с(— коэффициент температурного расширения материала детали, ЬТ вЂ” перепад температур между хо лодными и нагретыми участками детали;

Е - модуль упругости материала детали; дТ - разность температур. первого, например второй нндуктор, гаасьвую горелку.

Если деталь по толщине стенки нагрета равномерно, т.е. радиальный градиент мал, то величина деформации Е мало зависит от толщины. При больших скоростях движения детали относителЬно источника нагрева возникает неравномерность нагреаа по толщине, и поэтому чем боль ше толщина стенки детали, тем меньше будет величина деформации (при одинаковых режимах теплового воздействия).

Для уменьшения неравномерности нагрева детали по толщине можно использовать предварительный нагрев или двухсторонний нагрев (например наружным и внутренним индуктором), что позволяет при тех же режимах (То нагрева, 7 мм/с), для толстого цилиндра получить необходт мую деформацию.

Пример. Для обеспечения способа восстановления детали 1 используют специальную установку, в состав которой входят источник 2 нагрева в виде одновит кового индуктора, ТВЧ, источник 3 охла7 9894 ждения, устройство 4 для вращения и перемещения детали 1.

Процесс осуществляется следующим образом. Чугунная деталь - гильза дви.-гателя ЯМЗ с внутренним диаметром з

130 мм, толщиной стенки 9 мм, высотой

287 мм, устанавливается на стол ус ройства 4 вращения и перемещения. Затем со скоростью 1,5 мм/с относительно индуктора гильза перемешается с 10 непрерывно-последовательным нагревом внутренней поверхности до 870 С и охлаждением струями воды с температурой 20 С и расходом 15 л/мин. При этом величина радиальной деформации Е И составляет в среднем 0,7 мм. Затрата подготовительного, основного и заключи тельного времени на восстановление одной гильзы составляет 2 мин.

Предлагаемый способ восстановления де-.. талей по сравнению с известным обеспечивает качественное восстановление полых деталей из стали и чугуна, прост в осущест+. влении, производителен, не требует доро- 2 гостоящих и дефицитных материалов, обеопечивает большую экономию металла.

Применение предлагаемого способа восстановления гильз цилиндров дает экономию примерно 1 5-25 руб. на один отре-э монтированный двигатель.

95 8

Формула изобретения

1. Способ восстановления изношенной внутренней цилиндрической поверхности преимущественно стальных и чугунных деталей типа гильз цилиндров внутреннего сгорания путем создания градиента температур посредством воздействия на деталь источников нагрева и охлаждения, отличающийся тем, что, с целью повышения качества восстановления, градиент температур создают в стенке детали непрерывно-последовательно вдоль оси детали.

2.Способпоп.1, отличаю— ш и и с я тем, что при создании градиента температур деталь нагревают, например, током высокой частоты, а охлаждают, например, струями воды.

3. Способ по пп. 1 и 2; о т л и ч .а— ю шийся тем, что нагрев и охлаждение ведут в процессе перемещения детали относительно источников со скоростью не более 3-4 мм/с, при этом температуру нагрева устанавливают не более 870-920 С.

Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе

1. Вологдин В.П. Применение ТВЧ в промышленности". — Промышленная энергетика, j 946, % 3 (прототип).

02$

Т,.С

Составитель И. Басова

Редактор А. Фролова Техред N. Тепер КОРРектоР Н. Буряк, Заказ 8278/16 тираж 1153 Подиисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4