RU2150369C1

RU2150369C1 - Method of strengthening treatment of cylindrical surfaces by shot-blasting and cavities

Info

Publication number: RU2150369C1
Application number: RU98120033A
Authority: RU
Inventors: В.М. Казаков
Original assignee: Казаков Владимир Михайлович
Priority date: 1998-11-02
Filing date: 1998-11-02
Publication date: 2000-06-10

Abstract

FIELD: shot-blasting of cylindrical surfaces. SUBSTANCE: working mixture is applied on surface to be treated by means of device shaped as turbine with nozzle assembly forming circular disc-like tool. Working mixture is supplied with use of paired electric motor and generator with rotors fitted rigidly on turbine rotated by working mixture. Steel balls are used as working mixture and disc-like tool is represented by shot-flare tool. Provision is made for use of cavitation mixer and cavitation tool. EFFECT: intensified shot flow. 5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области дробеструйной отделочно-упрочняющей технологии цилиндрических поверхностей деталей, в том числе гильз цилиндров блоков или самих блоков двигателей внутреннего сгорания, а также компрессоров. The invention relates to the field of bead-blasting and hardening technology of cylindrical surfaces of parts, including cylinder liners of blocks or blocks of internal combustion engines themselves, as well as compressors.

Известны установки, устройства и способы для отделочно-упрочняющей обработки деталей с цилиндрической формой поверхности дробеударным методом (см. А. С. СССР N 272345, N 698751, N 872235, N 1553361, N 1523319, N 1609542, N 2101163. Known installations, devices and methods for finishing and hardening processing of parts with a cylindrical surface shape using the shot blasting method (see A. S. USSR N 272345, N 698751, N 872235, N 1553361, N 1523319, N 1609542, N 2101163.

Известны также способы обработки осесимметричных деталей цилиндрической формы стальными шариками в среде смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ), которая одновременно является их энергоносителем в потоке, скорость которого соизмерима с окружной скоростью вращения детали (А.С. СССР N 814695, БН N 11, 1981) и N 2106236, которое служит прототипом настоящего устройства, в котором удар о преграду единичного шарика носит контактно-сдвиговой характер с элементом обкатки, а само пятно зоны деформационного нагружения дробевого потока преобразуется в кольцевой деформационный источник нагружения движущейся с заданной подачей относительно потока (пучка) дроби с элементами кавитационно ультразвуковых колебаний при их подаче. There are also known methods of processing axisymmetric parts of cylindrical shape with steel balls in a lubricating cooling fluid (coolant), which is also their energy carrier in the stream, the speed of which is comparable to the peripheral speed of rotation of the part (AS USSR N 814695, BN N 11, 1981 ) and N 2106236, which serves as a prototype of the present device, in which the impact on the barrier of a single ball is contact-shear in nature with a break-in element, and the spot itself of the zone of deformation loading of the shot flow is converted into a ring th deformation source of loading moving with a given feed relative to the flow (beam) of the fraction with elements of cavitation ultrasonic vibrations when they are fed.

Такой вид деформационного нагружения существенно повышает качество макро- и микрорельефа (Ra до 15 мкм) обработанной поверхности и обеспечивает создание наклепанного слоя без образования подслойного максимума остаточных напряжений сжатия, при этом отраженные шарики уходят на поверхность, создавая хаотичный вихревой поток, делая скользящее касание по обрабатываемой поверхности. This type of strain loading significantly improves the quality of the macro- and microrelief (Ra up to 15 μm) of the treated surface and ensures the creation of a riveted layer without the formation of a sublayer maximum of residual compressive stresses, while the reflected balls go to the surface, creating a chaotic vortex flow, making a sliding touch on the processed surface.

Для формирования аналогичной макро- и микротопографии и напряженного деформационного состояния разработана схема устройства для внутренней цилиндрической поверхности, которое бесшумно, т.е. оно работает без наложения вторичных рекошетирующих ударов на обработанную поверхность в стесненных условиях цилиндра, при наложении на обрабатываемую поверхность дополнительно кавитационно-ультразвуковых колебаний, а при обработке с подключением кавитационного устройства шариками с кавитационными кавернами, при исключении шариков (дроби) обработка производится только кавитационно-каверновым потоком. To form a similar macro- and microtopography and a stress-strain state, a device diagram has been developed for the inner cylindrical surface, which is silent, i.e. it works without applying secondary ricocheting strokes to the treated surface in the constrained conditions of the cylinder, when additional cavitation-ultrasonic vibrations are applied to the treated surface, and when processing with the cavitation device connected with balls with cavitation cavities, with the exception of balls (fractions), processing is carried out only by cavitation-cavity flow.

Для достижения технического результата - усиления поступающего потока дроби (рабочей смеси), или кавитационных каверн, просто кавитационных каверн - в устройстве предусмотрена установка электродвигателя в паре с генератором, обеспечивающим работу электродвигателя, которые после подачи струи рабочей смеси начинают работать, самостоятельно увеличивая поступающий поток рабочей смеси в несколько раз, в зависимости от скорости вращения ротора электродвигателя, который совместно с ротором генератора жестко насаживаются на турбину, подающую рабочую смесь. To achieve a technical result - enhancing the incoming flow of fractions (working mixture), or cavitation cavities, just cavitation cavities - the device provides for the installation of an electric motor paired with a generator that ensures the operation of the electric motor, which after feeding the jet of the working mixture begin to work, independently increasing the incoming flow of the working several times, depending on the speed of rotation of the rotor of the electric motor, which together with the rotor of the generator are rigidly mounted on the turbine, feeding th working mixture.

На чертеже (фиг.1,2) приведена схема описываемого устройства. In the drawing (Fig.1,2) shows a diagram of the described device.

На станине гидродробеструйной или пневмодробеструйной установки, выполненной на базе специализированного модуля автоматической линии на хонингование цилиндров ДВС (или индивидуальной установки, предназначенной для проведения ремонтных работ гильз любых автомобилей или цилиндров блоков ДВС ВАЗ), закрепляется блок 12 с фальшцилиндрами 13, 15. Предварительно блок цилиндров проходит полный цикл обработки за исключением финишной операции хонингования, вместо которой введена операция по предложенному способу. Block 12 with false cylinders 13, 15 is fixed on the bed of a hydro-shot or pneumatic-shot installation made on the basis of a specialized module of an automatic line for honing ICE cylinders (or an individual installation designed for repairing the liners of any automobiles or cylinders of ICE VAZ units). goes through a complete processing cycle with the exception of the honing finishing operation, instead of which the operation according to the proposed method is introduced.

При необходимости обработки поверхности с наличием минимального микрорельефа (Ra = до 0,04 мкм) поверхность обрабатывают с хонингованием и с раскаткой шариком или роликом при увеличении давления под углом 45^o.If necessary, surface treatment with a minimum microrelief (Ra = up to 0.04 μm), the surface is treated with honing and rolling with a ball or roller with increasing pressure at an angle of 45 ^o .

Над блоком соосно цилиндрам расположены шпиндели 14, несущие в себе рабочую смесь 16, в которые устанавливаются устройства (головки), состоящие из корпуса 1, хвостовика 2, турбины 3 с ребрами 5, устанавливаемой на подшипники 4 (хвостовика) и 12 (корпуса) в нижней (концевой) части, имеющей окружной блок 10 с соплами 9 соплового узла, через которые выбрасывается рабочая смесь 11, на которую насажены роторы 6 (электродвигателя), 7 (генератора) и статоры 8 (электродвигателя), 8' (генератора). Above the block, coaxial to the cylinders are spindles 14, which carry the working mixture 16, into which the devices (heads) are installed, consisting of a housing 1, a shank 2, a turbine 3 with ribs 5 mounted on bearings 4 (shank) and 12 (housing) in the lower (end) part having a district block 10 with nozzles 9 of the nozzle assembly through which the working mixture 11 is ejected, on which rotors 6 (electric motor), 7 (generator) and stators 8 (electric motor), 8 '(generator) are mounted.

Используя установку А. С. СССР N 1049239, N 1523319 кл. B24, рабочая смесь подается с помощью электромагнитного вибратора 17 через два гибких шланга 18 и 19. Using the installation of A. S. USSR N 1049239, N 1523319 class. B24, the working mixture is supplied using an electromagnetic vibrator 17 through two flexible hoses 18 and 19.

Пример. На фиг.1, 2 проводится дробеударная отделочно-упрочняющая операция блока цилиндра ВА3-2101, прошедшего полный технологический цикл обработки поверхности за исключением хонинговальной операции, а при необходимости обработки поверхности с наличием минимального микрорельефа (Ra = до 0,04 мкм) поверхность обрабатывается с хонингованием и раскаткой шариком или роликом под углом 45^o.Example. In figures 1, 2, a shot-blasting finishing and hardening operation of the BA3-2101 cylinder block is carried out, which has undergone a complete technological cycle of surface treatment with the exception of honing operation, and if necessary, surface treatment with minimal microrelief (Ra = up to 0.04 μm), the surface is processed with honing and rolling the ball or roller at an angle of 45 ^o .

Давление рабочей смеси 16, поступающей через канал хвостовика 2 (с подшипниковыми шариками 0,5.... 2,0 мм ГОСТ 37622-70, III-IV степени точности) или стекловолокнистые шарики, обеспечивающие при обработке поверхности цилиндров микроволокнистый налет, который сохраняет поверхность от коррозии и обеспечивает отсутствие схватывания поверхностей пары трения (кольцо, цилиндр) при длительной неэксплуатации автомобиля, при хранении в сыром или загазованном месте, составляет P = 0,30... 0,45 мПа; давление рабочей смеси на выходе из сопел 9 увеличивается в зависимости от скорости вращения ротора электродвигателя и генератора, т.е. P = 0,45...0,80 мПа. The pressure of the working mixture 16 entering through the channel of the shank 2 (with bearing balls of 0.5 .... 2.0 mm GOST 37622-70, III-IV degree of accuracy) or fiberglass balls, providing during the processing of the surface of the cylinders microfiber coating, which retains the surface against corrosion and ensures the absence of gripping of the surfaces of the friction pair (ring, cylinder) during prolonged non-operation of the car, when stored in a damp or polluted place, is P = 0.30 ... 0.45 MPa; the pressure of the working mixture at the outlet of the nozzles 9 increases depending on the speed of rotation of the rotor of the electric motor and generator, i.e. P = 0.45 ... 0.80 MPa.

Исходная шероховатость поверхности цилиндров: а = 0,35 мкм. Исходная твердость поверхности цилиндров: НВ = 210-240. В качестве СОЖ трансформаторное масло с присадком поверхностно-активного вещества (ПАВ). Количество двойных ходов в минуту шпинделя с ускорителем = 12; частота вращения турбины при давлении P = 15 мПа СОЖ перед форсунками 9 составляет - 12000 мин^-1.The initial surface roughness of the cylinders: a = 0.35 microns. The initial hardness of the surface of the cylinders: HB = 210-240. As a coolant, transformer oil with a surfactant additive. The number of double strokes per minute of the spindle with the accelerator = 12; the turbine speed at a pressure of P = 15 MPa coolant in front of the nozzles 9 is - 12000 min ^-1 .

Полученные сравнительные данные по традиционной операции хонингования и отделочно-упрочняющей обработки кольцевым дискообразным дробефакельным инструментом, сформированным турбонасадкой 3, показывает, что топографический макро- и микрорельеф имеет более качественный характер, сопоставленный с выглаженной поверхностью, при этом по высотным параметрам шероховатость у предложенного способа составляет Ra= 0,15 мкм, что и у процесса хонингования, но с более качественной кривой опорной поверхности выступов, что значительно повышает противоизносные характеристики обработанной поверхности. The obtained comparative data on the traditional operation of honing and finishing hardening with an annular disk-shaped shot-grinding tool formed by a turbo nozzle 3 shows that the topographic macro- and microrelief has a better quality compared with a smoothed surface, while the roughness of the proposed method in terms of height parameters is Ra = 0.15 μm, as in the process of honing, but with a better curve of the supporting surface of the protrusions, which significantly increases the counter wear characteristics of the treated surface.

Кроме того, замеры остаточных напряжений обработанных поверхностей фальшцилиндров показали плавное распределение о.н. с максимумом у поверхности, что также дополнительно способствует увеличению противоизносных характеристик. Твердость приповерхностного слоя в пределах 80-120 мкм возросла до НВ 260-300 единиц. In addition, measurements of the residual stresses of the machined surfaces of the false cylinders showed a smooth distribution of about. with a maximum near the surface, which also further contributes to an increase in anti-wear characteristics. The hardness of the surface layer in the range of 80-120 microns increased to HB 260-300 units.

Использование предлагаемого устройства для упрочняющей обработки цилиндрических поверхностей деталей позволяет расширить технологические возможности предлагаемых способов. Обеспечивается дополнительная обработка цилиндрических поверхностей за счет вихревого потока скользяще-хаотичного вида рикошетируемой рабочей смеси. Using the proposed device for hardening the processing of cylindrical surfaces of parts allows you to expand the technological capabilities of the proposed methods. Provides additional processing of cylindrical surfaces due to the vortex flow of a sliding-chaotic type of rebound working mixture.

Claims

1. A method of hardening the treatment of cylindrical surfaces with a working mixture, comprising supplying the working mixture with a device in the form of a turbine with a nozzle assembly under conditions of relative speeds of the working mixture and moving the processed surface and applying a working mixture to the hardened surface, which is supplied by the nozzles of an annular disk-shaped tool, characterized in that supply of the working mixture to the hardened surface is carried out using a paired electric motor and a generator with rotors rigidly mounted a turbine, wherein the report generator rotation of the operating mixture fed to the turbine, and provide the generated power motor.

2. The method according to claim 1, characterized in that steel balls are used as a working mixture, and a shot-grinding tool is used as an annular disk-shaped tool.

3. The method according to claim 1, characterized in that the device further comprises a cavitation mixer, and a cavitation tool is used as an annular disk-shaped tool.

4. The method according to p. 1, characterized in that the pressure of the working mixture is increased by increasing the speed of the turbine.

5. The method according to p. 1, characterized in that they provide additional processing of cylindrical surfaces due to the vortex flow of a sliding-chaotic form of a ricocheted working mixture.