PL236185B1 - Urządzenie do umacniania i profilowania powierzchni przylgni zaworów silników spalinowych - Google Patents

Abstract

Urządzenie do umacniania i profilowania powierzchni przylgni zaworów silników spalinowych charakteryzuje się tym, że wyposażone jest w rolki nagniatająco-profilujące (1) osadzone w obrotowej, przesuwnej wzdłużnie głowicy (2) i utrzymywane pierścieniami ustalającymi (3 i 4) oraz separatorem, przy czym obudowa (12) wraz z podstawą (13) tworzą naczynie wypełnione cieczą chłodząco - smarującą (7). Do głowicy (2) mocowany jest wirnik (6) pompy odśrodkowej przepływ cieczy chłodząco - smarującej (7). Urządzenie umożliwia wykonywanie zabiegu umacniania i profilowania przylgni zaworowych w celu nadania im wyższych własności użytkowych oraz podniesienia trwałości eksploatacyjnej.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do umacniania i profilowania powierzchni przylgni zaworów silników spalinowych.

Urządzenie przeznaczone jest do wykonywania zabiegów umacniania nagniataniem i profilowaniu powierzchni uszczelniających przylgni zaworów tłokowych silników spalinowych benzynowych, wysokoprężnych i gazowych.

Przylgnie zaworów silników spalinowych narażone są na zużycie ścierno-stykowe w warunkach wysokich temperatur i dużych nacisków powierzchniowych. Uszkodzenia przylgni zaworów powodują pogorszenie działania silników w postaci zmniejszenia mocy i wzrostu zużycia paliwa, a w skrajnych stanach zużycia prowadzą do awarii silników. Zużycie ścierno-stykowe zespołu zawór-gniazdo zaworowe jest intensyfikowane przez twarde ziarna z tarcz szlifierskich, które są wykruszane i wbijane w powierzchnię przylgni zaworów przy ich obróbce metodami szlifierskimi.

Urządzenie według wynalazku służy wydatnemu polepszeniu trwałości zespołu zawór-gniazdo zaworowe i eliminuje niekorzystne działanie zainkluowanych ziaren szlifierskich, głównie poprzez wzrost twardości powierzchniowej przylgni i poprawę odporności zmęczeniowej.

Znane urządzenia służące nagniataniu elementów maszyn, w tym i zaworów silnikowych bazują na wykorzystaniu energii strumienia kulek stalowych miotanych na umacnianą powierzchnię wyrzutnikami mechanicznymi lub w strumieniu sprężonego powietrza. Urządzenia tego rodzaju opisano w pracy S. Szulc, A. Stefko: „Obróbka powierzchniowa części maszyn” WNT Warszawa 1976, w książce W. Przybylski „Technologia obróbki magniataniem”, WNT Warszawa 1987 oraz w pracy J. Łunarski „Wytrzymałość zmęczeniowa części maszyn po wybranych sposobach obróbki powierzchniowej”, Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej z. 17, 1988. Umocnienia zgniotem powierzchniowym dotyczą również opisy patentowe nr 139508 i nr 150864, gdzie stalowe kulki.

W przypadku użycia rolek nagniatająco-profilujących 1 z naniesioną modyfikacją profilu wzdłużnego części roboczej możliwe jest uzyskanie dodatkowo efektu profilowania powierzchni przylgni zaworów. Fig. 4 ilustruje przykładowe rodzaje profilowania przylgni: 17a to zarys stożkowy wyjściowy bez profilowania, 17b i 17c to przykłady naniesionych modyfikacji. Na rysunku wielkość modyfikacji została mocno uwypuklona; rzeczywista wielkość modyfikacji nie powinna przekraczać setnych części mm.

Celowym jest stosowanie nagniatania z rosnącym obciążeniem w kilku cyklach liczących po kilkadziesiąt lub kilkaset obrotów głowicy, korzystnie z okresowym zwalnianiem nacisku.

Po wykonaniu zabiegu obróbki zaworu głowica 2 jest unoszona do góry i wyłączany jest jej obrót w celu eliminacji rozbryzgu cieczy chłodząco-smarującej 7 na zewnątrz urządzenia. Po wyjęciu obrobionego zaworu 8, natychmiast może być wkładany kolejny zawór i cykl obróbki powtarzany jest od początku.

Dobór wielkości siły nagniatania i czasu obróbki dokonywany jest w toku prób w zależności od wielkości zaworu, materiału i rodzaju obróbek poprzedzających. Siłę nagniatającą i napęd obrotowy głowicy można realizować przy użyciu typowych obrabiarek o pionowym układzie wrzeciona, a więc frezarek, wiertarek, wytaczarek i innych. Dla uzyskania współosiowości ustawienia urządzenia na stole, obrabiarki może być pomocny kołek środkujący 20. W przypadku zmiany wielkości zawora 8 przeznaczonego do obróbki należy wymienić podstawkę 19 z wysoko cierną wykładziną 11 oraz pierścień 9 i sprężynę 10.

Urządzenie może być użyte w produkcji nowych zaworów oraz w procesie regeneracji zaworów po określonym czasie eksploatacji, wydłużając okres użytkowania silników spalinowych, wyrzucane są strumieniem sprężonego powietrza. Wszystkie znane urządzenia nie mogą być efektywnie wykorzystane do nagniatania przylgni zaworów silnikowych, gdyż nie zapewniają pożądanej dokładności wymiarów, kształtu i gładkości powierzchni po zabiegu umacniania. Ponadto wszystkie znane urządzenia do nagniatania części maszyn nie rozwiązują problemu efektywnego chłodzenia i smarowania obrabianych powierzchni. Praca odkształcenia plastycznego nagniatanych warstw wierzchnich znanymi urządzeniami wywołuje lokalny duży wzrost temperatury, co powoduje niekorzystne zjawiska rekrystalizacji struktury stali i relaksacji naprężeń własnych formowanych w toku obróbki.

W pracy W. A. Doleckij (red) „Uwieliczenije resursa maszin tiechnologiczeskimi mietodami (ros.) wyd. Maszinostrojenije, Moskwa 1978 przedstawiono schemat urządzenia do nagniatania grzybka zaworu rolkami stożkowymi na sucho, bez zapewnienia skutecznego chłodzenia i smarowania.

PL 236 185 B1

Efekty techniczne przy zastosowaniu wszystkich znanych urządzeń do nagniatania w przypadku przylgni zaworów tłokowych silników spalinowych są niezadawalające, gdyż nie umożliwiają wykorzystania pełnych możliwości, jakie daje umacnianie zgniotem powierzchniowym.

Istotą wynalazku jest urządzenie do umacniania i profilowania powierzchni przylgni zaworów silników spalinowych charakteryzujące się tym, że wyposażone jest w rolki nagniatająco-profilujące osadzone w obrotowej, przesuwnej wzdłużnie głowicy i utrzymywane pierścieniami ustalającymi oraz separatorem, przy czym obudowa wraz z podstawą tworzą naczynie wypełnione cieczą chłodząco-smarującą. Do głowicy mocowany jest wirnik pompy odśrodkowej wymuszającej przepływ cieczy chłodzącosmarującej.

Rolki nagniatająco-profilujące korzystnie posiadają naniesioną modyfikację kształtu profilu powierzchni przylgni zaworu.

Rolki nagniatająco-profilujące rozmieszczone są po obwodzie głowicy co 120°.

Profilowanie przylgni zaworów według wynalazku powoduje, że wzrasta szczelność zaworów, ograniczony jest niekorzystny efekt krawędziowy w kontakcie zawór-gniazdo, co zwiększa odporność na wyłamanie krawędzi grzybków zaworowych. Ponadto zastosowane profilowanie przylgni, powoduje, że układ zawór-gniazdo jest mniej wrażliwy na odchyłki wykonawcze, takie jak odchyłki kąta gniazd i niewspółosiowości zaworów i gniazd zaworowych.

Nagniatanie przylgni zaworowych przy pomocy urządzenia według wynalazku, zwiększa odporność na zużycie ścierne zaworów poprzez zwiększenie twardości powierzchniowej przylgni zaworowych oraz wzrost sztywności kontaktowej. Dodatkowym czynnikiem korzystnym jest skuteczne wykruszenie i usuwanie twardych ziaren z tarcz szlifierskich wbitych w powierzchnię przylgni w procesie szlifowania zaworów. Dzięki wynalazkowi możliwe jest również korzystne profilowanie kształtu powierzchni przylgni uzyskując poprawę szczelności zaworów i mniejszą wrażliwość na odchyłki wykonawcze zespołu zawór-gniazdo zaworowe.

Urządzenie według wynalazku powoduje zwiększenie trwałości eksploatacyjnej układów zaworowych silników spalinowych. Urządzenie może być stosowane w toku produkcji nowych zaworów silnikowych oraz procesie regeneracji zaworów po określonym czasie eksploatacji. Pozwala to zwiększyć czas efektywnego wykorzystania silników spalinowych.

Urządzenie do umacniania i profilowania powierzchni przylgni zaworowych według wynalazku w przykładzie wykonania ilustruje rysunek, na którym fig. 1 to przekrój pionowy przez urządzenie w położeniu wykonywania zabiegu umacniania, fig. 2 pokazuje, szczegóły ustalania rolek nagniatających i profilujących, fig. 3 widok przekroju przez rolkę nagniatająco-profilującą, zaś fig. 4 ilustruje przykładowe rodzaje modyfikacji powierzchni przylgni zaworów silnikowych.

Wynalazek został przedstawiony w przykładzie realizacji.

Urządzenie składa się z dwóch głównych zespołów, obrotowej głowicy nagniatająco-profilującej oraz naczynia z układem filtracji, w którym odbywa się pełny proces nagniatania z chłodzeniem i smarowaniem strefy obróbki.

Umacniany zawór 8 ustawiony jest grzybkiem do dołu na wysokociernej stałej wykładzinie 11 do gniazda utworzonego przez pierścień ustalający 9 oparty na sprężynie 10. Następnie opuszczana jest głowica nagniatająca 2 wyposażona w rolki nagniatająco-profilujące 1 utrzymywane we właściwym położeniu pierścieniami 3 i 4. Równomierne rozmieszczenie rolek nagniatająco-profilujących 1 po obwodzie głowicy 2 zapewnia separator 5. Po wprawieniu w ruch obrotowy głowicy 2 następuje proces nagniatania powierzchni przylgni zaworu 8 silą P wywieraną na głowicę 2. Zabieg nagniatania odbywa się w całkowitym zanurzeniu strefy nagniatania w cieczy chłodząco-smarującej 7 wypełniającej naczynia utworzone z obudowy 12 i podstawy 13 uszczelnionych uszczelką gumową 14. Poziom cieczy należy dobrać tak, aby był zawsze powyżej wlotu 15 pompy obiegowej cieczy. W wyniku obrotów głowicy 2, na której osadzony jest wirnik pompy odśrodkowej 6, ciecz chłodząco-smarująca 7 zasysana przez otwory 15 podawana jest na filtr 16, który zatrzymuje cząstki stałe. W filtrze umieszczone są dodatkowo magnesy 18, korzystnie neodymowe, które wychwytują ze strumienia cieczy chłodząco-smarującej 7 metaliczne produkty zużycia powstające w toku obróbki. Wskutek przepływu cieczy chłodząco-smarującej 7, korzystnie emulsji olejowo-wodnej, następuje intensywne chłodzenie strefy nagniatania oraz smarowanie powierzchni obrabianej, co zapewnia wysoką gładkość nagniatanej powierzchni.

Na rysunku (fig. 1) strzałkami zaznaczono obieg cieczy chłodząco-smarującej 7. Korzystnym jest stosowanie trzech rolek nagniatająco-profilujących 1 rozmieszczonych co 120°, dzięki czemu, uzyskuje się całkowite wewnętrzne równoważenie się sił.

PL236 185 Β1

W celu zapewnienia współpracy rolek nagniatająco-profilujących 1 z obrabianym zaworem 8 w warunkach toczenia bez poślizgu korzystne jest zachowanie relacji r/d = R/D (fig. 2).

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do umacniania i profilowania powierzchni przylgni zaworów silników spalinowych, znamienne tym, że wyposażone jest w rolki nagniatająco-profilujące (1) osadzone w obrotowej, przesuwnej wzdłużnie głowicy (2) i utrzymywane pierścieniami ustalającymi (3) i (4) oraz separatorem (5), przy czym obudowa (12) wraz z podstawą (13) tworzą naczynie wypełnione cieczą chłodząco-smarującą (7).
2. 2. Urządzenie według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że do głowicy (2) mocowany jest wirnik (6) pompy odśrodkowej wymuszającej przepływ cieczy chłodząco-smarującej (7).
3. 3. Urządzenie według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że rolki nagniatająco-profilujące (1) korzystnie posiadają naniesioną modyfikację kształtu profilu powierzchni przylgni (17b, 17c) zaworu (8).
4. 4. Urządzenie według zastrzeżenia 1 znamienne tym, że rolki nagniatająco-profilujące (1) rozmieszczone są po obwodzie głowicy (2) co 120°.