Заготовка из цементируемой стали для изготовления поршневого пальца горячей обработкой давлением

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЗАГОТОВКА ИЗ ЦЕМЕНТИРУЕМОЙ СТАЛИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРШНЕВОГО ПАЛЬЦА ГОРЯЧЕЙ ОБРАБОТКОЙ ДАВЛЕНИЕМ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Данильчик Игорь Константинович Ласковнев Александр Петрович Довгун Валентина Степановна Ковалевский Сергей Александрович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(57) Заготовка из цементируемой стали для изготовления поршневого пальца горячей обработкой давлением, выполненная в виде монолитного цилиндра соответствующего размера, покрытого оболочкой, представляющей собой цементированный слой, при этом толщинацементированного слоя оболочки связана с толщиной 1 требуемого слоя цементации готового поршневого пальца и с припуском 2 на механическую обработку следующим соотношением(12) ,где- величина вытяжки при горячем выдавливании заготовки, составляющая от 1,2 до 1,7. Изобретение относится к машиностроению, в частности к производству поршневых пальцев для двигателей внутреннего сгорания из заготовки из цементируемых марок стали путем ее горячей обработки давлением. В двигателях внутреннего сгорания для передачи усилия от поршня коленчатому валу используют шатун, который соединяется с поршнем с помощью поршневого пальца. 18280 1 2014.06.30 Известна заготовка для изготовления поршневого пальца горячей обработкой давлением, корпус которой выполнен в виде трубного полуфабриката, полученного горячей прошивкой на косовалковом стане монолитного горячекатаного сортамента 1. Из полученной трубной заготовки поршневой палец изготавливают путем предварительной получистовой обработки резанием, цементации с закалкой и окончательной обработки шлифованием. Конструкция известной заготовки позволяет изготавливать поршневые пальцы с заданным квалитетом. Недостатки известной заготовки проявляются в высокой энергоемкости и трудоемкости за счет технологической многооперационности ее обработки и повышенном расходе металла из-за низкой точности труб. В качестве прототипа принята конструкция заготовки для изготовления поршневого пальца из цементируемых марок стали горячей обработкой давлением, тело которой выполнено из монолитного сортамента в форме цилиндра диаметром, равным или меньшим диаметра поршневого пальца 2. Из полученного горячекатаного сортамента мерной заготовки поршневой палец изготавливают путем двухстороннего или обратного выдавливания цилиндрического полуфабриката, внутреннюю перемычку в цилиндрической полости которого удаляют пробивкой. Полученный полуфабрикат обрабатывают получистовым резанием, цементацией с закалкой и финишным шлифованием. Конструкция известной заготовки позволяет изготавливать поршневые пальцы с заданным квалитетом. Известная заготовка (прототип) более экономна по расходу металла по сравнению с трубной заготовкой, однако не решает технической задачи снижения высокой энергоемкости и трудоемкости из-за технологической многооперационности, поскольку она, как и другие известные аналоги, предполагает выполнение цементации рабочей поверхности пальца после формообразования отверстия. Тем самым прототип предопределяет необходимость защиты отверстия от цементации, а также выполнения нормализации или отжига после горячего выдавливания. В основу изобретения поставлена задача улучшения технологичности и снижения трудоемкости и энергоемкости при изготовлении поршневого пальца из заготовки, а также повышения служебных свойств поршневого пальца за счет улучшения структуры и достижения более высокого уровня механических свойств в условиях работы знакопеременных термодинамических нагрузок и сил трения. Поставленная задача решается заготовкой из цементируемой стали для изготовления поршневого пальца горячей обработкой давлением, выполненной в виде монолитного цилиндра соответствующего размера, покрытого оболочкой, представляющей собой цементированный слой, при этом толщинацементированного слоя оболочки связана с толщиной 1 требуемого слоя цементации готового поршневого пальца и с припуском 2 на механическую обработку следующим соотношением(12) ,где- величина вытяжки при горячем выдавливании заготовки, составляющая от 1,2 до 1,7. Технический результат изобретения проявляется в исключении цементации на внутренней поверхности поршневого пальца в результате горячего выдавливания трубчатого полуфабриката из заготовки с предварительно образованным покрытием и сопутствующем утонении цементированного слоя на наружной поверхности поковки до требуемой толщины (12) перед механической обработкой. При этом возможно применение закалки сразу с температуры деформации, что позволит сократить расход энергии и трудоемкость. Для лучшего понимания изобретение поясняется фигурой - общий вид заготовки для изготовления поршневого пальца горячей обработкой давлением из цементируемых марок стали. 2 18280 1 2014.06.30 Заготовка (фигура) для изготовления пальца из цементируемой стали горячей обработкой давлением выполнена в виде монолитного цилиндра диаметром, равным или меньшим диаметра поршневого пальца. Тело 1 заготовки покрыто оболочкой 2 в виде цементированного слоя, толщина которого больше слоя цементации в поршневом пальце на величину, превышающую припуск на механическую обработку. Толщину цементированного слоя оболочки создают на заготовке таким образом, чтобы она была связана с толщиной цементированного слоя готового пальца и с припуском на механическую обработку следующим уравнением(12),где- величина вытяжки при горячем выдавливании заготовки, составляющая от 1,2 до 1,7- толщина цементированного слоя заготовки, мм 1 - толщина цементированного слоя пальца, мм 2 - припуск на механическую обработку, мм. Заготовку (фигура) изготавливают, к примеру, по следующей технологии. Горячекатаный прутковый сортамент диаметром, равным или меньшим диаметра поршневого пальца, из цементируемой легированной стали, например стали 123, разделяют на мерные заготовки, учитывающие припуски и напуски под горячее выдавливание и механическую обработку. Полуфабрикат подвергают объемной цементации. Получают заготовку 1, тело которой покрыто оболочкой 2 в виде цементированного слоя, толщина которого больше слоя цементации на поршневом пальце на величину, превышающую припуск на механическую обработку толщина слоя цементации на заготовке рассчитывается по вышеприведенной формуле. Пример. Получали заготовку под поршневой палец с размерами длина 92-0,15 мм наружный диаметр 42-0,006 мм внутренний диаметр 180,2 мм из стали 12 3. Толщина цементированного слоя 2 по чертежу пальца равна 1,2-1,8 мм, твердость наружной поверхности 57-64 . Для определения толщиныцементированного слоя 2 оболочки на заготовке 1 принимаем среднюю величину толщины 1(1,21,8)/21,5 мм цементированного слоя готового пальца. Припуск на механическую обработку принимаем 20,35 мм. При горячем выдавливании из заготовки указанного типоразмера поршневого пальца величина вытяжки составит 1,2. Вставив принятые параметры в приведенную расчетную формулу, получаем требуемую толщину цементированного слоя оболочки на заготовке(12)(1,50,35)1,22,2 мм. Из полученной заготовки по указанной выше технологии горячим выдавливанием изготовлен трубчатый полуфабрикат поршневого пальца. В процессе горячей обработки обратным выдавливанием поверхностно цементированной заготовки образуется стакан, дно которого удаляют и получают полуфабрикат поршневого пальца в виде толстостенной втулки с гарантированным исключением следов цементации на внутренней трубчатой поверхности. После этого полуфабрикат подвергают закалке и отпуску. Поверхность пальца цементирована и закалена, внутренняя поверхность имеет микроструктуру улучшенной стали. После термообработки палец механически обрабатывают, шлифуют и полируют. Новая конструкция заготовки позволяет получать поршневые пальцы, имеющие мелкозернистую структуру как сердцевины, так и наружного закаленного цементованного слоя, и гарантирует повышение физико-механических свойств, пластичности и вязкости материала, что значительно увеличит долговечность изготовленных по изобретению поршневых пальцев. При цементации же по известной технологии внутренняя поверхность заготовки предохраняется от науглероживания путем нанесения технологических обмазок или путем 3 18280 1 2014.06.30 введения заглушек в отверстия пальца, которые после цементации требуется удалять. Указанные нетехнологичность и многооперационность при изготовлении поршневого пальца значительно увеличивают энергоемкость, трудоемкость, расход материала, себестоимость и цену в сравнении с предлагаемым решением. При изготовлении опытных образцов поршневых пальцев по изобретению была достигнута твердость наружной поверхности 59-64 твердость сердцевины 32-36 ,что вписывается в технические требования к изделию. Промышленное использование заготовки по изобретению для изготовления поршневого пальца горячей обработкой давлением из цементируемых марок стали запланировано в Беларуси и за границей. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4