RU2160660C2

RU2160660C2 - Device for strengthening of internal surfaces of cylinders

Info

Publication number: RU2160660C2
Application number: RU98114631A
Authority: RU
Inventors: В.М. Казаков
Original assignee: Казаков Владимир Михайлович
Priority date: 1998-07-20
Filing date: 1998-07-20
Publication date: 2000-12-20

Abstract

FIELD: strengthening treatment of surfaces. SUBSTANCE: device is used for strengthening treatment of internal cylindrical surfaces by shot. Device has nozzle assembly for ball acceleration and dummy cylinders arranged on ends of cylinders in level with their internal surface. Nozzle assembly is represented by turbo-adapter with power turbine and nozzles-catches mounted for rotation from power carrier. Turbo-adapter is positioned in supports with channels for power-carrier supply. Provision is made for superposition of cavitation- ultrasonic oscillations on power-carrier flow. EFFECT: extended device capabilities. 6 cl, 2 dwg

Description

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

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

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 решение о выдаче патента на изобретение по заявке N 96112401/02 (017983), 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 дробового потока преобразуется в кольцевой деформационный источник нагружения движущейся с заданной подачей относительно потока (пучка) дроби, с элементами кавитационно-ультразвуковых колебаний. 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 the decision to grant a patent for the invention according to the application N 96112401/02 (017983), which serves as a prototype of this device, in which the impact on the barrier of a single ball has a contact-shear character with a break-in element, and the spot of the zone is deformation loading of the shot stream is converted to an annular deformation load source moving at a predetermined relative feed stream (beam) fractions, with the elements of cavitation ultrasonic vibration.

Такой вид деформационного нагружения существенно повышает качество макро- и микрорельефа (Ra до 0,16 мкм) обработанной поверхности и обеспечивает создание наклепанного слоя без образования подслойного максимума остаточных напряжений сжатия, при этом отраженные шарики уходят на 100% в пристеночные ловители, жалюзийные решетки рабочей камеры. This type of strain loading significantly improves the quality of the macro- and microrelief (Ra to 0.16 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 100% to the wall catchers, louvres of the working chamber .

Для формирования аналогичной макро- и микротопографии и напряженного деформированного состояния разработана схема устройства для внутренней цилиндрической поверхности, которое бесшумно, т.е. оно работает без наложения вторичных, рикошетирующих ударов на обработанную поверхность в стесненных условиях цилиндра, при наложении на обрабатываемую поверхность кавитационно-ультразвуковых колебаний. 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 cavitation-ultrasonic vibrations are applied to the treated surface.

Кроме того, схема предусматривает устранение отрицательного влияния таких краевых условий, как интенсивный эрозионный съем металла на торцах цилиндра, в результате чего идет их округление, что недопустимо для блоков цилиндров ДВС и компрессоров. In addition, the scheme provides for the elimination of the negative influence of such boundary conditions as intense erosion removal of metal at the ends of the cylinder, as a result of which they round off, which is unacceptable for ICE cylinder blocks and compressors.

Технический результат изобретения - расширение технологических возможностей и обеспечение равномерности отделки и упрочнения в результате обработки внутренних поверхностей цилиндров, включая граничные участки их торцов. The technical result of the invention is the expansion of technological capabilities and ensuring uniformity of finish and hardening as a result of processing the inner surfaces of the cylinders, including the boundary sections of their ends.

Указанный результат достигается тем, что в способе отделочно-упрочняющей обработки цилиндрических поверхностей деталей дробью эжектируемой жидким или газовым энергоносителем в условиях окружных соизмеримых относительных скоростей дроби и поверхности на торцы цилиндра устанавливают фальшцилиндры, затем подают дополнительный энергоноситель к блоку форсунок и опорам эжекторного ускорителя - турбонасадки, формируют ее турбиной совместно с окнами-ловителями дискообразный дробефакельный инструмент и ведут обработку цилиндра с фальшцилиндрами в пределах заданного хода инструмента и его осевой подачи. The specified result is achieved by the fact that in the method of finishing and hardening the processing of cylindrical surfaces of parts with a fraction ejected by a liquid or gas energy carrier under conditions of circumferential comparable relative velocities of the fraction and surface, false cylinders are installed on the ends of the cylinder, then additional energy is supplied to the nozzle block and supports of the ejector accelerator - turbo nozzle, form it with a turbine together with catcher windows, a disk-shaped shot-grinding tool and process the cylinder with a rebate the cylinders in turn within a given tool and its axial advancement.

Устройство содержит сопловой узел для разгона шариков при перемещении обрабатываемой поверхности цилиндров в условиях их соотносительных скоростей, фальшцилиндры, установленные на торцы цилиндров в один уровень к внутренней поверхности, при этом в качестве соплового узла использована размещенная в опорах с каналами для подачи энергоносителя турбонасадка с сопловой турбиной и соплами-ловителями, установленными с обеспечением последней скорости вращения, соизмеримой со скоростью подачи стальных шариков с энергоносителем, соизмеримой со скоростью их подачи и образования дробефакельного инструмента с наложением кавитационно-ультразвуковых колебании. Для достижения минимального микрорельефа поверхность обрабатывается шариками с минимальным диаметром при увеличении давления под углом 45^o. Для проведения экспериментально-опытных работ используются фальшцилиндры из материала идентичного материалу обрабатываемых цилиндров.The device contains a nozzle assembly for accelerating balls when moving the machined surface of the cylinders at the conditions of their relative speeds, false cylinders mounted on the ends of the cylinders at the same level as the inner surface, while a nozzle used in the supports with channels for supplying energy carrier with a nozzle turbine and nozzle-catchers installed to ensure the latest rotation speed, commensurate with the feed rate of steel balls with energy, is commensurate d with the speed of their feed and the formation of a shotgun tool with the imposition of cavitation-ultrasonic vibrations. To achieve a minimum microrelief, the surface is treated with balls with a minimum diameter with increasing pressure at an angle of 45 ^o . For experimental work, false cylinders are used from a material identical to the material of the processed cylinders.

Для обработки предусмотрено использование подшипниковых шариков диаметром 0,5-2,0 мм, ГОСТ 37622-70, III-IV степени точности или стеклянные шарики, а в качестве смазывающе-охлаждающего вещества - трансформаторное масло с присадком поверхностно-активного вещества или без него. For processing, the use of bearing balls with a diameter of 0.5-2.0 mm, GOST 37622-70, III-IV degree of accuracy or glass balls, and transformer oil with or without a surfactant additive as a lubricant-cooling agent, is provided.

На фиг. 1 и 2 приведена схема описываемого устройства. In FIG. 1 and 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, цилиндров блоков ДВС, ВАЗ), закрепляется блок 1 с фальшцилиндрами 2, 3. Блок проходит полный цикл обработки за исключением финишной операции хонингования, вместо которой введена операция по предложенному способу. При необходимости обработки поверхности с наличием минимального микрорельефа (Ra до 0,05 мкм) поверхность обрабатывают с хонингованием (предварительным) и с раскаткой шариком или роликом (последующей) или при обработке дробешариками ⌀ 0,5 мм, при увеличении давления под углом 45^o.Block 1 with false cylinders 2, 3 is fixed on the bed of a hydroblasting or pneumatic blasting unit, made on the basis of a specialized module of an automatic line for honing ICE cylinders (or an individual installation designed for repairing sleeves, cylinders of ICE, VAZ blocks). processing with the exception of the finishing honing operation, instead of which the operation according to the proposed method is introduced. If necessary, surface treatment with a minimum microrelief (Ra up to 0.05 μm), the surface is treated with honing (preliminary) and rolling with a ball or roller (subsequent) or when processing with shotguns ⌀ 0.5 mm, with an increase in pressure at an angle of 45 ^o .

Над блоком, соосно цилиндрам, расположены шпиндели 4, несущие эжекторные ускорители 5, сопловой узел, включающий в свой состав турбонасадку 6 с турбиной 7, которая также включает окна-ловители 8, блок форсунок 9, связанных посредством коаксиально расположенных каналов 10 и 11 с подачей рабочей смеси через канал 10, поступающей в смесительную зону турбонасадки 6 и отдельно СОЖ, поступающую в блок форсунок 9 и опоры вращения турбонасадки 6. Верхняя часть устройства соединяется с подвижной системой (якорем) электромагнитного вибратора 13 и двумя гибкими шлангами 14 и 15 для подвода жидкости под давлением, поступающей через внутренние отверстия 10, 11 к окружному блоку сопел 12. Используя установку А.С. СССР N 1049239, N 1523319 кл. В 24, рабочая смесь подается с помощью электромагнитного вибратора 17 через два гибких шланга 18 и 19. Above the block, coaxial to the cylinders, there are spindles 4 carrying ejector accelerators 5, a nozzle assembly, which includes a turbo nozzle 6 with a turbine 7, which also includes catcher windows 8, a block of nozzles 9, connected by means of coaxially arranged channels 10 and 11 with a feed the working mixture through the channel 10 entering the mixing zone of the turbo nozzle 6 and, separately, the coolant entering the block of nozzles 9 and the support of rotation of the turbo nozzle 6. The upper part of the device is connected to the moving system (armature) of the electromagnetic vibrator 13 and two bends hoses 14 and 15 for supplying fluid under pressure flowing through the internal holes 10, 11 to the peripheral block of nozzles 12. Using the installation A.S. USSR N 1049239, N 1523319 class. At 24, the working mixture is supplied using an electromagnetic vibrator 17 through two flexible hoses 18 and 19.

Пример. Фиг. 1, 2. Проводится дробеударная отделочно- упрочняющая операция блока цилиндра ВАЗ - 2101, прошедшего полный технологический цикл обработки за исключением хонинговальной операции, а при необходимости обработки поверхности с наличием минимального микрорельефа (Ra до 0,05 мкм) поверхность обрабатывают с хонингованием (предварительным) и раскаткой шариком или роликом (последующей). Example. FIG. 1, 2. Shot-blasting finishing and hardening operation of the VAZ - 2101 cylinder block is carried out, which has undergone a complete technological cycle of processing with the exception of honing operation, and if necessary, surface treatment with minimal microrelief (Ra up to 0.05 μm), the surface is processed with honing (preliminary) and rolling out a ball or roller (subsequent).

Давление рабочей смеси поступающей через канал 10 (с подшипниковыми шариками 0,5...2,0 мм) составляет P = 0,30...0,45 МПа; давление СОЖ, поступающей через канал 11 в блок форсунок 9 и опоры, турбонасадка 6 составляет 1,5. . .1,6 МПа. Исходная шероховатость поверхности цилиндров Ra = 0,35 мкм. Исходная твердость поверхности цилиндров HB = 210 - 240. Геометрия и материал фальшцилиндров 2, 3 технологически подобны блоку цилиндров 1. В качестве дроби - подшипниковые шарики ⌀ 0,5 - ⌀ 2,0 мм ГОСТ 37622-70, III - IV степени точности или стекловолокнистые шарики, обеспечивающие при обработке поверхности микростекловолокнистый налет, который сохраняет поверхность от коррозии и обеспечивает отсутствие схватывания поверхностей пары (кольцо, цилиндр) при длительной неэксплуатации автомобиля при хранении в сыром или загазованном месте, 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 ускорителя 5 составляет 12000 мин^-1.The pressure of the working mixture entering through channel 10 (with bearing balls of 0.5 ... 2.0 mm) is P = 0.30 ... 0.45 MPa; the pressure of the coolant entering through the channel 11 into the block of nozzles 9 and bearings, turbo 6 is 1.5. . .1.6 MPa. The initial surface roughness of the cylinders Ra = 0.35 μm. The initial hardness of the cylinder surface is HB = 210 - 240. The geometry and material of the false cylinders 2, 3 are technologically similar to the cylinder block 1. As a fraction - bearing balls шари 0.5 - ⌀ 2.0 mm GOST 37622-70, III - IV degree of accuracy or fiberglass balls, providing during the processing of the surface microglass fiber coating, which protects the surface from corrosion and ensures that the surfaces of the pair (ring, cylinder) are not seized during prolonged non-operation of the vehicle when stored in a moist or polluted place, as coolant surfactant 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 of the accelerator 5 is 12000 min ^-1 .

Полученные сравнительные данные по традиционной методике хонингования и отделочно-упрочняющей обработки дискообразным дробефакельным инструментом, сформированным турбонасадкой 6 ускорителя 5, показывают, что топографический макро- и микрорельеф имеет более качественный характер, сопоставимый с выглаженной поверхностью, составляет Ra = 0,16 мкм, что и у процесса хонингования, но с более качественной кривой опорной поверхности выступов, что значительно превышает противоизносные характеристики новой поверхности. The obtained comparative data on the traditional method of honing and hardening treatment with a disk-shaped shot-grinding tool formed by a turbo nozzle 6 of accelerator 5 show that the topographic macro- and microrelief has a better quality, comparable to a smoothed surface, is Ra = 0.16 μm, which the honing process, but with a better curve of the supporting surface of the protrusions, which significantly exceeds the anti-wear characteristics of the new surface.

Кроме того, замеры остаточных напряжений обработанных поверхностей фальшцилиндров показали плавное распределение σ_о.н. с максимумом у поверхности, что также дополнительно способствует увеличению противоизносных характеристик. Твердость приповерхностного слоя в пределах 80-120 мкм возросла до HB 250 - единиц.In addition, measurements of the residual stresses of the machined surfaces of the false cylinders showed a smooth distribution of σ _о.н. 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 250 units.

Использование предложенного устройства для упрочняющей обработки цилиндрических поверхностей деталей позволяет расширить технологические возможности предлагаемых способов, включая граничные участки их торцов. Using the proposed device for hardening processing of cylindrical surfaces of parts allows you to expand the technological capabilities of the proposed methods, including the boundary sections of their ends.

Claims

1. A device for hardening the inner surfaces of cylinders of parts with a shot, containing a nozzle assembly for accelerating the balls when moving the machined surface of the cylinders under the conditions of their relative speeds, false cylinders mounted on the ends of the cylinders at one level to the inner surface, while the nozzle assembly used is supports with channels for supplying a flow of energy carrier turbo nozzle with a nozzle turbine and nozzle-traps installed with the possibility of rotation from the energy carrier and about Sintered turbonasadki rate commensurate with the rate of feeding balls from the energy source, and formation drobefakelnogo disc-shaped tool, characterized in that a superposition of the flow of energy carrier cavitation ultrasonic vibration.

2. The device according to claim 1, characterized in that steel balls are used as balls.

3. The device according to claim 1, characterized in that in order to ensure a minimum surface microrelief, the use of balls with a minimum diameter is provided with the application of increased pressure at an angle of 45 ^o .

4. The device according to claim 1, characterized in that to obtain fiberglass plaque on the surface to be treated, the use of fiberglass balls is provided.

5. The device according to claim 1, characterized in that for the experimental work used a false cylinder made of a material identical to the material of the processed cylinders.

6. The device according to claim 1, characterized in that the use of bearing balls with a diameter of 0.5 - 5.0 mm, GOST 37622-70, III - IV degree of accuracy or glass balls, and as a lubricant-cooling substance - transformer oil is provided with or without a surfactant additive.