Заготовка для изготовления поршневого пальца из цементируемых марок сталей

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЗАГОТОВКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРШНЕВОГО ПАЛЬЦА ИЗ ЦЕМЕНТИРУЕМЫХ МАРОК СТАЛЕЙ(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 для изготовления поршневого пальца горячей обработкой давлением из цементируемых марок стали, тело которой выполнено соразмерным изделию из монолитного горячекатаного сортамента, отличающаяся тем, что тело заготовки покрыто оболочкой в виде цементированного слоя, толщина которого больше аналогичного слоя поршневого пальца по чертежу на величину, превышающую припуск на механическую обработку, при этом толщина цементированного слоя оболочки связана с толщиной цементированного слоя пальца по чертежу и с припуском на механическую обработку следующим уравнением(12),где- толщина цементированного слоя оболочки 1 - толщина цементированного слоя пальца по чертежу 2 - припуск на механическую обработку- величина вытяжки при горячем выдавливании заготовки(1,2-1,7).(56) 1.2122588, МПК 21 1/56. - 96120693/02/15.10.1996. - 27.11.1998 Способ изготовления поршневых пальцев из цементируемых марок стали. 2. Ковка и штамповка, справочник в 4-х томах. Том 3. Холодная объемная штамповка. Москва Машиностроение, 1987. - С. 9, 11, 15, 103, 143,181. Полезная модель относятся 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. 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. Недостаток известной заготовки проявляется в высокой энергоемкости за счет технологической многодельности и повышении расхода 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, соразмерного изделию 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 не решает технической задачи снижения высокой энергооемкости из-за технологической многодельности, а также получения заданной вязкости основы в условиях работы вследствие наличия цементации или закалки на внутренней полости пальца. В основу полезной модели поставлена задача улучшения технологичности и снижения трудоемкости и энергоемкости при изготовлении из заготовки поршневого пальца, а также повышения служебных свойств поршневого пальца путем сужения поля допуска за счет улучшения структуры и достижения высокой твердости наружной поверхности поршневого пальца и заданной вязкости основы в условиях работы знакопеременных термодинамических нагрузок и сил трения. Поставленная задача достигается тем, что в заготовке для изготовления поршневого пальца горячей обработкой давлением из цементируемых марок стали, тело которой выполнено соразмерным изделию из монолитного горячекатаного сортамента, согласно полезной модели, тело заготовки покрыто оболочкой в виде цементированного слоя,толщина которого больше аналогичного слоя поршневого пальца по чертежу на величину,превышающую припуск на механическую обработку, при этом толщина цементированного слоя оболочки связана с толщиной цементированного слоя пальца по чертежу и с припуском на механическую обработку следующим уравнением(12),2 79812012.02.28 где- толщина цементированного слоя оболочки на заготовке 1 - толщина цементированного слоя пальца по чертежу 2 - припуск на механическую обработку- величина вытяжки при горячем выдавливании заготовки(1,2-1,7). Технический результат полезной модели проявляется в сужении поля допуска на твердость наружной поверхности пальца и исключении цементации на внутренней поверхности поршневого пальца в результате горячего выдавливания трубчатого полуфабриката из заготовки и сопутствующем утонении цементированного слоя на наружной поверхности поковки до требуемой толщины (12) перед механической обработки. Для лучшего понимания объект поясняется чертежом, где фигура - общий вид заготовки для изготовления поршневого пальца горячей обработкой давлением из цементируемых марок стали. Заготовка по фигуре из монолитного горячекатаного сортамента для изготовления поршневого пальца горячей обработкой давлением из цементируемых марок стали выполнена в виде цилиндрического тела, соразмерного пальцу, с объемным припуском на горячее выдавливание, механическую и термическую обработку. Тело 1 заготовки покрыто оболочкой 2 в виде цементированного слоя, толщина которого больше аналогичного слоя поршневого пальца по чертежу на величину, превышающую припуск на механическую обработку. Толщину цементированного слоя оболочки создают на заготовке таким образом, чтобы она была связана с толщиной цементированного слоя пальца по чертежу и с припуском на механическую обработку следующим уравнением(12),где- толщина цементированного слоя оболочки на заготовке 1 - толщина цементированного слоя пальца по чертежу 2 - припуск на механическую обработку- величина вытяжки при горячем выдавливании заготовки(1,2-1,7). По техническим условиям ТУ не допускаются повышенная твердость внутренней трубчатой поверхности пальца и следы цементации. Заготовку по фигуре изготавливают по следующей технологии. Горячекатаный прутковый сортамент из цементируемой легированной стали, например стали 123, разделяют на мерные полуфабрикаты с требуемым припуском под горячее выдавливание,механическую и термическую обработку. Полуфабрикат подвергают объемной цементации. Получают заготовку 1, тело которой покрыто оболочкой 2 в виде цементированного слоя, толщина которого больше аналогичного слоя поршневого пальца по чертежу на величину, превышающую припуск на механическую обработку. Пример Получали заготовку под поршневой палец размером 92-0,15180,242-0,006 из стали 123. Толщина цементированного слоя 2 по чертежу пальца равна 1,21,8 мм,твердость наружной поверхности 5764 твердость сердцевины 3236 . Для определения толщиныцементированного слоя 2 оболочки на заготовке 1 принимаем среднюю величину толщины 1(1,21,8) / 21,5 мм цементированного слоя пальца по чертежу. Припуск на механическую обработку принимаем 20,35 мм. При горячем выдавливании из заготовки указанного типоразмера поршневого пальца величина вытяжки составит 1,2. Толщинацементированного слоя 2 заготовки 1, например, из стали 123 связана с толщиной 1 цементированного слоя 2 на поршневом пальце по чертежу и с припуском 2 на механическую и финишную обработку следующим уравнением По полученным параметрам толщина цементированного слоя оболочки на заготовке составит(12)(1,50,35)1,22,2 мм. 3 79812012.02.28 Из полученной заготовки по указанной выше технологии горячей обработкой давлением выдавливанием получают трубчатый полуфабрикат поршневого пальца. В процессе горячей обработки обратным выдавливанием поверхностно цементированной заготовки получают стакан, дно которого удаляют, и получают полуфабрикат поршневого пальца в виде толстостенной втулки с гарантированным исключением следов цементации на внутренней трубчатой поверхности. После чего полуфабрикат подвергают закалке. Поверхность пальца цементирована и закалена. 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 по известной технологии указанная поверхность заготовки предохраняется от науглераживания путем нанесения технологических обмазок или путем введения заглушек в отверстия пальца, которые после цементации требуется удалять. Указанная нетехнологичность многодельности операций при изготовлении поршневого пальца значительно увеличивает энергоемкость, повышенный расход материала, себестоимость и цену. При цементации по известной технологии глубина цементированного слоя равна 0,60,8 мм, твердость наружной поверхности 60 твердость сердцевины 2130. По полезной модели была достигнута твердость наружной поверхности 5964 твердость сердцевины 3236 . Сужение поля допуска на твердость наружной поверхности пальца и исключение цементации на внутренней поверхности поршневого пальца в результате горячего выдавливания трубчатого полуфабриката из нового конструктива заготовки позволяет сделать вывод о повышении конструктивной прочности поршневого пальца как готового изделия. Промышленное использование заготовки по полезной модели 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