CZ51396A3

CZ51396A3 - Process of treating at least one part of magnetically soft material

Info

Publication number: CZ51396A3
Application number: CZ96513A
Authority: CZ
Inventors: Dieter Liedtke; Juergen Graner; Joerg Illing; Norbert Keim
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1994-06-23
Filing date: 1995-06-16
Publication date: 1996-08-14
Also published as: CZ287279B6; WO1996000313A1; DE59504688D1; ES2128734T3; US5769965A; CN1129960A; DE4421937C1; EP0720664B1; RU2145364C1; KR960704082A; JPH09502485A; CN1070242C; EP0720664A1; KR100341377B1

Description

Způsob zpracování nejméně jednoho dílu z magneticky měkkého materiálu

Oblast vynálezu

Vynález se týká způsobu zpracování dílu z magneticky měkkého materiálu podle definice obsažené v patentovém nároku 1.

Stáv techniky

Je znám způsob zpracování (DE 3149916 AI), podle něhož se kotva vstřikovacího ventilu z magneticky měkkého materiálu nitridací vytvrdí za účelem zvýšení odolnosti proti opotřebení. Toto řešení dosáhnout ochrany proti opotřebení nitridací však nevede k optimální funkci mag netického ventilu v případě, že se snížení magnetických vlastností v důsledku této úpravy neodstraní žíháním.

Tento postup vykazuje nevýhody spočívající v tom, že dvojnásobné tepelné zpracování vede ke zvýšeným nákladům ; dále je nutno mezi žíháním a nitridací díl patřičně uložit, poté transportovat, což může vést k poškození ; rovněž může být díl po vyžíhání kontaminován.

Dále je znám způsob (DE 3016993 AI), podle kterého se kotva z magneticky měkkého materiálu částečně povrchově vytvrdí. Jednotlivé kroky tohoto'postupu však vedou k tomu, že se kotva magneticky poškodí, čímž se i nežádoucím způsobem ovlivní funkce magnetického ventilu.

Ještě je znám způsob ( DE 3733809 AI), podle kterého se část magnetického ventilu vyrobí z nemagnetické oceli s 7,8 až 24,5 % podílu manganu a povrch této části ventilu •se alespoň částečně plasmovou nitridací nebo t.zv. iontovou nitridací upraví. Taková ocel však ovšem nemůže být použita jako materiál pro kotvu resp. jádro magnetického ventilu.

Podstata vynálezu

Způsob podle vynálezu, jak je definován v patentovém nároku 1, má oproti dosavadním uvedeným řešením výhodu v tom, že je velice hospodárný, jelikož zpracování dílu z magneticky měkkého materiálu žíháním a vytvořením ochranné vrstvy odolné proti opotřebení v jedné operaci nevyžaduje díl mezi jednotlivými zpracovatelskými kroky transportovat, čímž se omezí potřeba pracovního prostoru a sníží se i náklady ; navíc se omezí kontaminace povnhu dílu po žíhání.

V dalších nárocích jsou definována výhodná provedení a zdokonalení způsobu uváděného v patentovém nároku 1.

Je výhodné provádět žíhání a vytvoření ochranné vrstvy odolné proti opotřebení po sobě. Přitom se v reakční komoře vytvoří nejprve podmínky pro žíhání a poté se prostředí upraví pro vytvoření ochranné vrstvy odolné proti opotřebení. Prostředím pro žíhání může být vakuum, dále je možno použít inertní plyn, redukční plyn nebo jejich směs.

Ke zhotovení ochranné vrstvy odolné proti opotřebení určitého dílu je možno využít veškeré známé postupy jako je nitridace, karburace nebo i další postupy pro vytváření vrstev.

Způsob je možno výhodně zkrátit, když se žíhání a zhotovení vrstvy odolné proti opotřebení provádí současně při teplotě žíhání.

ΜΜΙΐηΜΜΗΙΙ·Ι

Dále je rovněž vhodné vytvořit příslušné díly z magneticky měkkého materiálu resp. feritické chromové oceli.

Díl, tedy kotva nebo jádro ventilu, upravený podle způsobů uvedených v nárocích 1 až 8, lze použít pro magnetický ventil ovládaný elektromagnetem nebo ventil pro vstřikování paliva.

Výkresy

Příklady provedení vynálezu jsou zjednodušenou formou zobrazeny a budou v dalším popise dále objasněny. Na obr. 1 je znázorněn ventil pro vstřikování paliva. Obr. 2 zobrazuje magnetický ventil, obr. 3 pak zařízení pro provádění způsobu podle vynálezu, obr. 4 je diagram zachycující teploty ve svislé a čas ve vodorovné ose u způsobu podle dosavadního stavu techniky, obr. 5 a 5 jsou diagramy za chycující teploty ve svislé a čas ve vodorovné ose u způsobů podle vynálezu, obr. 7 znázorňuje upínací přípravek.

Popis příkladů provedení

Na obr. 1 je jako příklad provedení znázorněn palivový, elektromagneticky ovládaný vstřikovací ventil pro vstřikovací zařízení spalovacích motorů, který je vybaven přívodním hrdlem 1, jež slouží jako jádro, které je částečně obklopeno magnetickou cívkou . Na spodní části 3 přívodního hrdla 1 je soustředně k podélné ose ventilu 5 navařen trubkový kovový díl 6. Tento díl přesahuje svým koncem odvráceným od přívodního hrdla- trubkový spojovací díl 7 a je s ním těsně spojen navařením. Do hor ního konce vnitřního vývrtu 9 spojovacího dílu 7 je zasazeno těleso sedla ventilu 8 a těsně přivařeno. V tělese sedla ventilu 8 je vytvořeno sedlo ventilu 11, které je v součinnosti s ventilovým uzavíracím tělesem 12. Pod sedlem ventilu 11 je v tělese sedla ventilu uspořádán

Vstřikový otvor 13, kterým se při otevření ventilu vstři kuje palivo do vzduchové sací trubky nebo do válce spalo vacího motoru. Na příkladu provedení je uzavírací těleso ventilu 12 vytvořeno jako koule, která je navařena nebo naletována na jeden konec spojovací trubky 15, zatímco na druhém konci spojovací trubky je navařena kotva 16 z měkkého magnetického materiálu. Ventilové uzavírací těleso 12, spojovací trubka 15 a kotva 16 přitom zasahují do vnitřního otvoru 9 spojovacího dílu 7. Trubkovitá kotva 16 je opatřena vodicím prvkem 17 dílu' 6.'’ Do průtokového vývrtu 19 přívodního palivového hrdla 1 je vsunuta stavěči objímka 20, na kterou přiléhá direktivní pružina 21, která se na druhé straně opírá o konec spojovacího hrdla 15 v kotvě 16 a tím směruje uzavírací těleso ventilu 12 k sedlu ventilu 11 ve směru uzavření ventilu. Palivové přívodní hrdlo 1 z mag neticky měkkého materiálu má na konci svého jádra u kotvy 16 vytvořenou čelní plochu 23 a kotva je opatřena čelní plo chou 24 přivrácenou ke konci jádra 3. Čelní plocha jádra 23, čelní plocha kotvy 24 a válcovitý obvod kotvy 16 v dosahu vodicího prvku 17 jsou opatřeny ochrannou vrstvou odolnou proti opotřebení, která zabraňuje opotřebení obvodu 25 kotvy 16 resp. zadření čelní plochy 23 a čelní plochy 24 do sebe, jelikož při nabuzení magnetické cívky 2 se kotva 16 tak dlouho pohybuje proti síle direktivní pružiny k přívodnímu hrdlu paliva 1, až se čelní plocha 24 přiblíží k čelní ploše jádra 23. Tento pohyb kotvy 16 vede ke zvednutí uzavíracího ventilového tělesa 12 ze sedla ventilu 11 a tím i k otevření palivového přívodního ventilu.

Magnetická cívka 2 je obklopena nejméně jedním - v příkladu provedení jako třmen vytvořeném - a jako feromagnetický prvek sloužícím vodicím prvkem 27, který je uspořádán v axiálním směru po celé délce magnetické cívky 2 a alespoň částečně ji obklopuje. Vodicí prvěk 27 doléhá jedním svým koncem na hrdlo vstupu paliva 1 a druhým koncem na spojovací díl 7 a je s nimi svařen, část ventilu je obklopena plástem z umělé

S^-VÍÍtjgtÍggďgaBWg

- 5 hmoty 28 a to od hrdla vstupu paliva 1 přes magnetickou cívku 2 až ke spojovacímu dílu 7. Pláštěm z umělé hmoty prochází elektrická připojovací zástrčka napojená na magnetickou cívku 2, která může být spojena s elektronickým ovládacím přístrojem ( nezobrazeno ). Ve vývrtu 19 hrdla přívodu paliva 1 je známým způsobem zasunut palivový filtr 30.

Magnetický ventil 33 zobrazený na obr. 2 se používá v hydraulických nebo pneumatických zařízeních, např. automatických převodech, v antiblokovacích ochranných systémech, v systémech servořízení, v systémech pérování motorových vozidel nebo regulačních systémech pro stroje a zařízení. Magnetický ventil 33 má měkké magnetické jádro 34, které je v axiálním směru obklopeno pouzdrem 35 . Na pouzdro 35 je nasunuta magnetická cívka 36 s tělesem 37, jehož připojovací konec 39 je zesílený a je v něm uspořádáno první připojovací hrdlo 40 a druhé připojovací hrdlo 41. V prvním připojovacím hrdle 40 je pak zaveden první průtokový kanál 42' a ve druhém připojovacím hrdle 41 druhý průtokový kanál 43. První průtokový kanál 42 a druhý průtokový kanál 43 jsou spojeny s komorou ventilu 45 vytvořenou v připojovacím konci 39. Druhý průtokový kanál 43 ústí přes sedlo ventilu 46 do komory ventilu 45. Sedlo ventilu 46 lze otevírat nebo uzavírat pomocí jehly ventilu 47, která přesahuje do komory ventilu 45 a je spojena na konci odvráceném od sedla' ventilu . ~ 46 s kruhovitou kotvou 48 vyrobenou z měkkého magnetického materiálu. Kotva je kluzně uložena v pouzdru 35 a vykazuje odstup od jádra 34. Na jádru 34 je uspořádána direktivní pružina 49, která se svým koncem dotýká u jádra 34 jehly ventilu 47; jehla ventilu 47 tlačí na sedlo ventilu 46. Jádro 34 je opatřeno čelní plochou 51 přivrácenou ke kotvě 48. Kotva 48 má čelní plochu 52 obrácenou k jádru a její válcovitý obvod 53 doléhá na kovové pouzdro 35. Čelní plocha jádra 51, čelní plocha kotvy 52 a obvod kotvy 48 jsou opatřeny vrstvou odolnou proti opotřebení, takže se vylučuje jakékoli opotřebení obvodu 53 kotvy a zadření čelní plochy 51 jádra resp. čelní plochy kotvy 52, které při nabuzení magnetické cívky 36 do sebe narážejí.

Díly z magneticky měkkého materiálu t.j. hrdlo přívodu paliva 1, kotva 16, jádro 34 a kotva 48 jsou vyrobeny např. z chromové oceli. Příklady udává následující tabulka.

Chemické	složení (%)
ocel	norma	C	Cr	Al	Si
X 6CrA113	DIN 17440	0,03	12-14	0,2-0,7	0,7-1,2
		S	Mo	Mn	ostatní
		0,02	0,1	0,5	0,2
ocel	norma	C	Cr	Al	Si
X6Crl3	DIN17440	0,02	-12	-	0,3
		S	Mo	Mn	ostatní
		0,3	0,3	0,4	0,2
ocel	norma	C	Cr	Al	Si
X4CrMoS18	DIN17440	0,03	15-17	0,3-1	-1,1
		S	Mo	Mn	ostatní
		0,2	0,3	0,4	0,2
Tyto	díly 1,16,34 a	48 se po	oprac	ování vyžíhaj	í a poté

se pomalu ochladí, čímž se odstraní zpevnění a poškození magnetických vlastností, k němuž došlo při opracovávání. Teplota žíhání se pohybuje v rozmezí od 700 do 950 C, s výhodou okolo 750 do 350 *C. Dále seudílů 1,16,34 a 48 alespoň v místech, kde by mohlo docházet k opotřebení, vytvoří vrstva proti opotřebení odolná. Taková vrstva proti opotřebení je výsledkem povrchové úpravy dílu, takže je jejich povrch tvrdší a odolnější proti otěru. Je možno aplikovat různé postupy, zejména nitridaci, karburaci nebo povlečení ochrannou vrstvou.

Na obrázku 3 je schematicky znázorněno zařízení k provádění způsobu 56, ve kterém se způsob podle vyná lezu provádíf zařízení 56 má základovou desku 57, na kterou je těsně nasazena retorta 58 z tepelně odolné oceli. Retortu 58 Obklopuje systém elektrického topení 59 uspořádaný v tepelně izolované, kruhovité nádobě 60, která je nasazena naretortu 58 a doléhá na základovou desku 57. Retorta 58 spolu se základovou deskou 57 obklopuje reakční komoru 61, která může být zcela utěš něna vůči vnější atmosféře. Reakční komora 61 lze snadno evakuovat odsávacím potrubím 63 pomocí vakuového čerpadla 64. Odsávací potrubí 63 je možno uzavřít elektromagneticky ovládaným prvním uzavíracím ventilem 65. Přívodním potrubím 66 je možno do reakční komory přivádět potřebné plyny ( např. pro plasmovou nitridaci argon, vodík a dusík ) ze zdrojů plynů 67. Přívodní potrubí 66 lze užavřít druhým uzavíra cím ventilem 68, který je elektromagneticky ovládán. Do reakční komory 61 přesahuje ventilátor 70 poháněný elektromotorem ; slouží k recirkulaci plynné atmosféry v reakční komoře 61. Na základové desce 57 je směrem do reakční komory uspořádáno regálové zařízení pro umístění dílů 71, které je elektricky odizolováno. Toto zařízení 71 je opatřeno několika nad sebou v pravidelných odstupech uspořádanými nosnými deskami 72, na kterých jsou upevněna upínací zařízení 73. Upínací zařízení slouží k upevnění předmětů, které mají být zpracovány a to 1,16,34 a 48. Zařízení 71 je elektricky napojeno na katodu pulsního plasmového generátoru, při čemž toto elektrické spojení je pomocí upínacích zařízení 73vedeno dále k dílům 1,16,34,48. Základová deska 57 je napojena na anodu pulsního plasmového generátoru 75. Pulsní plasmový generátor 75 je řízen elektronickou počítačovou a regulační jednotkou. Na elektronickou počítačovou a regulační jednotku je napojeno tlakové čidlo 77 v reakční komoře, takže tlak v reakční komoře 61 lze regulovat ovládáním vakuového čerpadla 64, jakož i prvním uzaví račím ventilem 65 resp. druhým uzavíracím ventilem 68 a zdroji plynu 67. První tepelné čidlo 78 na jednom z dílů 1,16,34,48 a druhé tepelné čidlo 79, které je upevněno na stěně retorty 58, slouží k regulaci teploty v reakční komoře tak, že naměřené teploty zaznamenává elektronická počítačová a regulační jednotka 76, která na jejich základě pak řídí systém elektrického topení 59.

Uspořádání a funkce puslního plasmového generátoru jsou známy, např. z patentových spisů DE-OS 2657078 a DE-OS 2842407. Podle této literatury je průběh úpravy magneticky měkkých dílů znázorněn na obr. 4 diagramem, kde je čas t vynesen na souřadnici a teplota t na pořadnici. Oprava dílů z magneticky měkkého materiálu ve dvou od sebe navzájem oddělených zařízeních, z nichž první slouží jako plynová nebo vakuová pec za účelem žíhání dílů a druhé jako pulsní~plasmové zařízení pto vytvoření vrstvy odolné proti opotřebení. Přitom se po dobu ohřevu a díl v plynové nebo vakuové peci ohřeje na potřebnouteplotu, což je vyznačeno v úseku ohřevu 90 příslušné křivky. Po dosažení potřebné teploty se díl po dostatečně dlouhou dobu b při této teplotě na úseku 91 vyžíhá. Přitom je v peci ochranná atmosféra ( např. inertní plyn), ve které nemůže dojít k jakékoli změně nebo vakuum. Na žíhání pak navazuje první ochlazovací čas c v prvním úseku ochlazení 92 a to až na teplotu okolí. Po provedení transportu a uložení dílu d probíhá v pulsním plas movém zařízení po dobu druhého ohřevu e opětný ohřev dílu vyznačený v úseku druhého ohřevu 93 tak dlouho, až se dosáhne teploty potřebné k provedení nitridace. Vytvoření vrstvy odolné proti opotřebení pak probíhá během doby tvorby vrstvy f po celém úseku 94. Poté se díly ochladí podruhé po dobu g ve druhém ochlazovacím úseku 95 na teplotu okolí.

V dalším textu popíšeme yelmi nenáročný způsob podle vynálezu, podle kterého se jak žíhání, tak i vytváření ochranné vrstvy odolné proti opotřebení provádí v jed nom a témže zařízení, jak je schematicky znázorněno na obrázku 3. Díly z magneticky měkkého materiálu 1,16,34, 48, které jsou zhotoveny zejména z chromové oceli, se vpraví do reakční komory 61 a uspořádali se pomocí upínacího zařízení 73. Poté se reakční komora 61 evakuuje a případně se naplní ochrannou atmosférou vylučující jakoukoli změnu, např. inertním plynem. Elektrické topení 59 se řídí elektronickou počítačovou a regulační jednotkou 76 tak, že po určité době ohřevu se dosáhne v reakční komoře 61 žádané teploty žíhání mezi cca 750 a 850*C.

Průběh první části způsobu podle vynálezu je znázorněn v diagramu na obr. 5. Přitom se počítá s první dobou ohřevu a v prvním úseku ohřevu 90 na žádanou teplotu žíhání. Druhá doba ohřevu zcela odpadá. Během doby b v úseku 91 při v podstatě stálé teplotě bud ve vakuu nebo v inertním plynu, vzácném nebo redukčním plynu resp. směsi těchto plynů, probíhá žíhání. Poté se nechá po krátkou dobu h teplota klesnout v úseku 96 na teplotu potřebnou pro vytvoření ochranné vrstvy odolné proti opotřebení. Při této- teplotě pak probíhá plasmové naleptání na účelem aktivizace plochy a přípravy k nitridaci a k samotné nitridaci během doby tvorby vrstvy f v úseku tvorby vrstvy 94. Tak se např. vytváří vrstva odolná proti opotřebení plasmovou nitridací při teplotě mezi 500 a 800’C. Za účelem vytvoření vrstvy odolné proti opotřebení je nutné, aby byla v reakční komoře vytvořena dusíková atmosféra např. zavedením molekulárního dusíku a vodíku. Během doby vytváření vrstvy f se pomocí pulsního plasmového generátoru v reakční komoře 61 vytvoří doutnavý výboj, takže ionty dusíku kolidují s díly 1,16,34,48 . Přitom dusík difunduje z povrchu do dílů a vytvrzuje tento povrch za vytváření ochranné vrstvy odolné proti opotře bení, která se do určité hloubky rozšiřuje do dílu samého.

Způsob podle vynálezu znázorněný na obrázku 5 vykazuje proti dosavadnímu způsobu, jak je patrno z obrázku 4, časovou úsporu asi a tím i úsporu energie a nákladů. Jelikož jak žíhání, tak i vytvoření ochranné vrstvy probíhá v jedné a téže reakční komoře, aniž je třeba díly mezi tím přepravovat, vyloučí se tím jakákoli kontaminace nebo poškození upravovaných ploch dílů.

Druhý způsob podle vynálezu je znázorněn na obr. 6. Během první doby ohřevu a v prvním úseku ohřevu 90 se díly ohřejí na teplotu, která je vhodná pro žíhání i k vytvoření ochranné vrstvy odolné proti opotřebení, např. nitridací. Během doby k v úseku 97 probíhá simultánně žíhání a vytvoření ochranné vrstvy odolné proti opotřebení v atmosféře vhodné pro tyto pochody, jakož i při vhodné teplotě. Poté se díly po první ochla zovací dobu c v prvním ochlazovacím úseku 92 ochladí na okolní teplotu. Druhá ochlazovací doba u tohoto způsobu zcela odpadá, takže se u tohoto druhého způsobu oproti způsobu znázorněném na obrázku 5 docílí časové úspory Ζ\^_2 f která vede k další úspoře energie a nákladů. Způsoby podle obrázků 5 a 6 lze provádět v zařízení znázorněném na obrázku 3.

Na obrázku 7 je zobrazen výřez zařízení 73, které je opatřeno váčkovitým otvorem 81, do kterého se vloží díl 1,16,34,48, který má být upravován. Na obrázku 7 vyčnívá díl 1,16,34,48 částečně z otvoru 81. jestliže se má čelní plocha 33 dílu 1,16,34,48 opatřit ochrannou vrstvou odolnou proti opotřebení, pak je otvor 81 tak hluboko, že čelní plocha 83 je téměř v jedné rovině s horní stranou 82 zařízení 73. Štěrbina 85 mezi obvodem dílu 1,16,34,48 a stěnou otvoru 81 je vytvořena v blízkosti horní strany 82 tak, že její šíře nepřesahje 0,05 až 0,5 mm.

Namísto popsané plasmové nitridace lze-vytvořit vrstvu odolnou proti opotřebení rovněž t.zv. plynovou nitridací. V tomto případě se teplotní rozsah pohybuje až do 900*C a jato plyn v reakční komoře se použije amoniak.

U plynové nitridace nedochází k žádnému elektrickému kontaktu dílů, čímž se také uspoří náklady. K vytvoření ochranné vrstvy odolné proti opotřebení je možno také využít další postupy jako plynovou karburaci, plasmovou karburaci směsí plynů poskytujících uhlík ( CO, CO^f ^en<^^0_nebo exoplyn ) a amoniak.

Claims

Patentové nároky

1. Způsob zpracování nejméně jednoho dílu z magneticky měkkého materiálu žíháním a vytvořením vrstvy odolné proti opotřebení, vyznačený tím, že díl ( 1,16,34,48 ) se vpraví do uzavíratelné reakční komory (61), poté se tento díl ( 1, 16,34,48 ) vyčíhá'a vytvoří se na něm v této reakční komoře (61) vrstva odolná proti opotřebení (84 ) .
2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že nezávisle na sledu kroků následují po sobě žíhání a vytvoření vrstvy odolné proti opotřebení (84) .
3. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že se nejprve provede žíhání a pak se vytvoří vrstva odolná proti opotřebení (84).
4. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že žíhání a vytváření vrstvy odolné proti opotřebení (84) probíhá sou časně .
5. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačený tím, že žíhání se provádí ve vakuu.
6. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačený tím, že se nejprve evakuuje reakční komora (61) , poté se do ní vprací inertní plyn, vzácný plyn nebo redukční plyn nebo jejich směs a za přítomnosti tohoto plynu se provede žíhání.
7. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačený tím, že se vytvoření vrstvy odolné proti opotřebení(84) se provádí plasmovou nitridací nebo plynovou nitridací v reakční komoře (61) .
8. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačený tím, že díl ( 1,16,34,48 ) je vyroben z magneticky měkké chromové oceli.
9. Použití dílu zpracovaného podle jednoho nebo více předchozích nároků 1 áž 8.jako kčtvy(16,48) nebo jádra (1,34) v magnetickém ventilu vybaveném elektromagnetem.
10. Použití dílu zpracovaného podle jednoho nebo více předchozích nároků 1 až 8 jako kotvy ( 16,48 ) nebo jádra (1,34) v palivovém vstřikovacím ventilu ovládaném elektro magnetem.