RU2071505C1 - Method of quenching crank shafts - Google Patents

Abstract

FIELD: heat treatment, namely quenching after induction heating necking portions with fillets, for example cast iron crank shafts of diesel engines of motor vehicles. SUBSTANCE: method comprises steps of placing crank shaft before quenching, rotating it, quenching its necking portion arranged between two jaws and quenching the same type necking portion without one jaw. At step of placing crank shaft before quenching metallic member is arranged at side of necking portion without one jaw for simulating absent jaw adjacent to necking portion. Said member is spaced from opposite jaw by distance equal to spacing between jaws embracing necking portion at both sides. EFFECT: enhanced quality of crank shaft quenching due to elimination of overheating necking portion at its side without jaw, simplification of method. 2 dwg

Description

Изобретение относится к термической обработке и может быть использовано для закалки с индукционным нагревом шеек с галтелями, например, чугунных коленчатых валов дизельных автомобильных двигателей. The invention relates to heat treatment and can be used for quenching with induction heating of the necks with fillets, for example, cast iron crankshafts of diesel automobile engines.

Известен способ закалки шеек коленчатых валов в стационарном индукторе (Рыскин С.И. и др. Оборудование для индукционной термообработки. М.-Л. Машиностроение, 1966, с. 105-106, рис.50). There is a method of hardening the necks of crankshafts in a stationary inductor (Ryskin S.I. and other Equipment for induction heat treatment. M.-L. Mechanical Engineering, 1966, pp. 105-106, Fig. 50).

Этот способ не обеспечивает стабильного зазора между индуктором и закаливаемой поверхностью, и поэтому не обеспечивает требуемого качества закалки. This method does not provide a stable gap between the inductor and the hardened surface, and therefore does not provide the required quality of hardening.

Известен способ закалки коленчатых валов в плавающем индукторе, включающий установку коленчатого вала перед закалкой, вращение коленчатого вала, закалку шейки, расположенной между двумя щеками закалку однотипной шейки, у которой одна из щек отсутствует (Рыскин С.Е. и др. Оборудование для индукционной термообработки. М.-Л. Машиностроение, 1966, с. 106-107, рис.51). A known method of hardening crankshafts in a floating inductor, including installing a crankshaft before hardening, rotation of the crankshaft, hardening of the neck located between two cheeks, hardening of the same neck, in which one of the cheeks is absent (Ryskin S.E. and other Equipment for induction heat treatment M.-L. Mechanical Engineering, 1966, pp. 106-107, Fig. 51).

В таком способе базирование индуктора происходит непосредственно по поверхностям закаливаемого изделия, что обеспечивает качественную закалку, как цилиндрических поверхностей, так и галтелей шеек коленчатых валов. In this method, the inductor is based directly on the surfaces of the hardened product, which ensures high-quality hardening of both cylindrical surfaces and fillets of the crankshaft necks.

Так, для обеспечения стабильного зазора между индуктором и галтелями шайки, расположенной между двумя щеками, базирование индуктора происходит по торцевым поверхностям указанных щек, т.е. индуктор размещается между щеками, и его перемещение вдоль оси шейки ограничивается в пределах технологического зазора между индуктором и щеками. За счет точности выполнения расстояния между торцевыми поверхностями щек и точности выполнения индуктора получают требуемые минимальные и стабильные зазоры между индуктором и галтелью, необходимые для качественной закалки коленчатых валов, а особенно для чугунных с узким интервалом закалочных температур. So, to ensure a stable gap between the inductor and fillets of the gang located between the two cheeks, the inductor is based on the end surfaces of these cheeks, i.e. the inductor is placed between the cheeks, and its movement along the axis of the neck is limited within the technological gap between the inductor and the cheeks. Due to the accuracy of the distance between the end surfaces of the cheeks and the accuracy of the inductor, the required minimum and stable gaps between the inductor and fillet are obtained, which are necessary for high-quality hardening of crankshafts, and especially for cast-iron with a narrow interval of quenching temperatures.

При этом режимы нагрева (частота тока, мощность и время нагрева) назначаются с учетом теплоотвода, осуществляемого щеками, прилегающими к закаливаемой шейке коленчатого вала. Однако в случае закалки однотипной шейки, к которой прилегает щека с одной стороны, указанный теплоотвод с противоположной стороны шейки отсутствует. Поэтому при закалке этой шейки индуктором, предназначенным для закалки шейки, расположенной между двумя щеками. имеет место перегрев вплоть до оплавления шейки со стороны, где отсутствует щека. Кроме того, отсутствие двух щек, охватывающих индуктор, затрудняет базирование индуктора, не обеспечивает стабильного зазора между индуктором и галтелью и снижает качество закалки галтели. Применение для закалки этой шейки специального зауженного индуктора устраняет указанный перегрев, однако не устраняет некачественную закалку галтели, а также усложняет осуществление способа за счет увеличения номенклатуры, применяемых индукторов. In this case, heating modes (current frequency, power and heating time) are assigned taking into account the heat removal carried out by the cheeks adjacent to the hardened neck of the crankshaft. However, in the case of quenching of the neck of the same type, to which the cheek is adjacent on one side, the specified heat sink from the opposite side of the neck is absent. Therefore, when quenching this neck with an inductor designed to quench the neck located between the two cheeks. overheating occurs until the neck is melted from the side where the cheek is missing. In addition, the absence of two cheeks covering the inductor makes it difficult to base the inductor, does not provide a stable gap between the inductor and the fillet, and reduces the quality of quenching of the fillet. The use for hardening of this neck of a special narrowed inductor eliminates the indicated overheating, however, does not eliminate low-quality hardening of the fillet, and also complicates the implementation of the method by increasing the range of applied inductors.

Целью изобретения является улучшение качества закалки коленчатого вала за счет устранения перегрева шейки со стороны, где отсутствует щека, и за счет качественной закалки галтели этой шейки, а также упрощение способа за счет уменьшения номенклатуры применяемых индукторов. The aim of the invention is to improve the quality of hardening of the crankshaft by eliminating overheating of the neck from the side where there is no cheek, and due to the quality of hardening of the fillet of this neck, as well as simplifying the method by reducing the range of used inductors.

Это достигается тем, что в способе закалки коленчатых валов в плавающем индукторе, включающем установку коленчатого вала перед закалкой, его вращение, закалку шейки, расположенной между двумя щеками, и закалку однотипной шейки, у которой одна из щек отсутствует, при установке коленчатого вала перед закалкой со стороны шейки с отсутствующей щекой размещают металлический элемент, имитирующий отсутствующую щеку, причем элемент устанавливают от противолежащей щеки на расстоянии, равном расстоянию между щеками, охватывающими шейку с двух сторон. This is achieved by the fact that in the method of quenching the crankshafts in a floating inductor, including installing the crankshaft before quenching, rotating it, quenching the neck located between the two cheeks, and quenching the same neck, which has one of the cheeks, when installing the crankshaft before quenching from the side of the neck with the missing cheek place a metal element that simulates the missing cheek, and the element is installed from the opposite cheek at a distance equal to the distance between the cheeks covering the neck with two oron.

На фиг. 1 показана закалка шейки, расположенная между двумя щеками; на фиг. 2 то же, для шейки, у которой одна из щек отсутствует. In FIG. 1 shows a neck quenching located between two cheeks; in FIG. 2 the same for the neck, in which one of the cheeks is missing.

Способ осуществляется следующим образом: коленчатый вал 1, подлежащий закалке, имеет шейку 2, расположенную между двумя щеками 3. Эта шейка имеет галтели 4. Расстояние между щеками 3 l₁. Коленчатый вал 1 имеет также однотипную шейку 5, к которой прилегает только одна щека 6. Эта щека имеет галтель 7 и торец 8. Расстояние от щеки 6 до торца 8 l₂. Перед закалкой коленвал 1 устанавливается между центрами 9 и 10. При этом между центром 10 и торцем 8 шейки 5 на хвостовик 11 коленчатого вала устанавливается металлический, например, из меди или немагнитной стали, элемент 12, имитирующий отсутствующую щеку. Расстояние между щекой 6 и элементом 12 l₃. При этом l₁ l₃. Далее осуществляется закалка, включающая индукционный нагрев и охлаждение спрейерованием шайки 2 в плавающем индукторе 13, имеющем индуктирующий виток 14 и изолированные от витка 14 шипы 15 (конструкция индуктора показана схематически, спрейер не показан). При закалке коленчатый вал вращается. При этом шипы 15 базируют индуктор по щекам 3 и обеспечивают стабильный зазор между индуктором и галтелью 4. Далее аналогично осуществляется закалка шейки 5 в том же индукторе 13. обеспечивают стабильный зазор между индуктором и галтелью 7. В процессе нагрева элемент 12 отводит индуктируемое в шейке 5 тепло и препятствует перегреву шейки со стороны, где отсутствует щека. При охлаждении шейки 5 охлаждается также и элемент 12. Изготовление элемента 12 из меди или немагнитной стали имеет следующие преимущества. Элемент 12 незначительно нагревается в индукционном поле и будучи более холодным по отношению к нагреваемой шейке, эффективно отбирает от нее тепло; незначительный нагрев элемента 12 обеспечивает его долговечность в условиях многократных нагревов; элемент 12 не корродирует.The method is as follows: the crankshaft 1 to be hardened has a neck 2 located between two cheeks 3. This neck has fillets 4. The distance between the cheeks 3 l ₁ . The crankshaft 1 also has the same neck 5, to which only one cheek 6 is adjacent. This cheek has a fillet 7 and an end 8. The distance from the cheek 6 to the end 8 is l ₂ . Before hardening, the crankshaft 1 is installed between the centers 9 and 10. In this case, between the center 10 and the end 8 of the neck 5, a metal element, for example, copper or non-magnetic steel, 12, imitating the missing cheek, is installed on the shank 11 of the crankshaft. The distance between the cheek 6 and the element 12 l ₃ . Moreover, l ₁ l ₃ . Next, hardening is carried out, including induction heating and cooling by spraying the gang 2 in the floating inductor 13 having an induction coil 14 and spikes 15 isolated from the coil 14 (the design of the inductor is shown schematically, the sprayer is not shown). When hardening, the crankshaft rotates. In this case, the spikes 15 base the inductor on the cheeks 3 and provide a stable gap between the inductor and the fillet 4. Further, the neck 5 is quenched in the same inductor 13 in a similar manner. They provide a stable gap between the inductor and the fillet 7. During heating, element 12 diverts the inductor in the neck 5 heat and prevents neck overheating from the side where the cheek is missing. When cooling the neck 5, element 12 also cools. The manufacture of element 12 from copper or non-magnetic steel has the following advantages. Element 12 is slightly heated in the induction field and being colder with respect to the heated neck, it effectively removes heat from it; slight heating of the element 12 ensures its durability in conditions of multiple heating; element 12 does not corrode.

Пример. Закалке подвергали коренные шейки коленчатого вала четырехцилиндрового дизельного автомобильного двигателя. Материал коленчатого вала высокопрочный чугун ВЧ 70-2 ГОСТ 7293-85. Диаметр шеек 7,6 мм, расстояние между щеками l₁ 39,45 мм, расстояние от щеки до торца шейки l₂ 41 мм, радиус галтели 3 мм. Индуктор петлевой, плавающий с шипами из твердого сплава и со спрейером для водяного охлаждения. Суммарный торцевой зазор индуктора по шипам 0.6 мм. Суммарный торцевой зазор индуктора по индуктирующему витку 1 мм. Радиальный зазор индуктора по индуктирующему витку 0,5 мм. Частота тока 10 кГц. Мощность для нагрева одной шейки 90 кВт. Время нагрева 26 с. Время охлаждения 17 с. Давление воды 4 кгс/см². Частота вращения 45 об/мин.Example. The root journals of the crankshaft of a four-cylinder diesel automobile engine were quenched. Material of a crankshaft high-strength cast iron VCh 70-2 GOST 7293-85. The diameter of the necks is 7.6 mm, the distance between the cheeks is l ₁ 39.45 mm, the distance from the cheek to the end of the neck is l ₂ 41 mm, and the fillet radius is 3 mm. A loop inductor floating with carbide spikes and a sprayer for water cooling. The total end clearance of the inductor along the spikes is 0.6 mm. The total end gap of the inductor on the induction coil 1 mm. The radial clearance of the inductor along the induction coil is 0.5 mm. Current frequency 10 kHz. Power for heating one neck 90 kW. Heating time 26 s. Cooling time 17 s. Water pressure 4 kgf / cm ² . Rotational speed 45 rpm

При нагреве коренной шейки с l₂ 41 мм согласно прототипу имел место перегрев шейки вплоть до оплавления со стороны, где отсутствует щека. Кроме того, получили заниженную глубину закаленного слоя галтели.When heating the root neck with l ₂ 41 mm according to the prototype, there was an overheating of the neck right up to fusion from the side where there is no cheek. In addition, they received an understated depth of the hardened fillet layer.

При нагреве коренной шейки по предлагаемому изобретению с медным элементом в виде кольца с наружным диаметром 100 мм и l₁ l₃ 39,45 мм получили качество закалки согласно требованиям чертежа при отсутствии перегрева и оплавления шейки со стороны, где отсутствует щека (после шлифовки глубина закаленного слоя шейки 5 мм, твердость НRС_э не менее 46, глубина закаленного слоя галтели 0,8-1,5 мм, твердость НRС_э не менее 46).When the root neck of the invention was heated with a copper element in the form of a ring with an outer diameter of 100 mm and l ₁ l ₃ 39.45 mm, the quality of quenching was obtained according to the drawing requirements in the absence of overheating and fusion of the neck from the side where there is no cheek (after grinding, the depth of the hardened layer portion 5 mm, hardness HRC not less than 46 _Oe, the depth of the hardened layer fillet 0.8-1.5 mm, hardness HRC not less than 46 _Oe).

Применением металлического элемента, имитирующего отсутствующую щеку, обеспечивает в процессе нагрева теплоотвод, исключающий перегрев шейки. Это улучшает качество закалки коленчатого вала. Кроме этого, обеспечивается стабильный зазор между индуктором и галтелью за счет размещения индуктора между щекой и элементом и ограничения его перемещения вдоль оси шейки в пределах технологического зазора. Это обеспечивает требуемые параметры закалки галтели и также улучшает качество закалки коленчатого вала. При этом создается возможность закалки однотипных шеек одним и тем же индуктором, уменьшается номенклатура индукторов и упрощается осуществление способа. The use of a metal element imitating the missing cheek provides a heat sink during heating, eliminating overheating of the neck. This improves the quality of hardening of the crankshaft. In addition, a stable gap between the inductor and the fillet is ensured by placing the inductor between the cheek and the element and restricting its movement along the axis of the neck within the technological gap. This provides the required parameters for hardening the fillet and also improves the quality of hardening of the crankshaft. This creates the possibility of hardening the same type of necks with the same inductor, reduces the range of inductors and simplifies the implementation of the method.

Claims (1)

Способ закалки коленчатых валов, включающий индукционный нагрев и охлаждение шейки, расположенной между двумя щеками, и однотипной шейки с хвостовиком, не имеющей с одной стороны щеки, при одновременном вращении вала и экранирование части вала с помощью металлического элемента, отличающийся тем, что экранирование торца однотипной шейки вала осуществляют путем размещения на ее хвостовике с возможностью охвата торца шейки металлического элемента, имитирующего отсутствующую щеку, на расстоянии от противолежащей щеки, равном расстоянию шейки между двумя щеками вала. A method for hardening crankshafts, including induction heating and cooling of the neck located between two cheeks and of the same neck with a shank that does not have cheeks on one side, while rotating the shaft and shielding part of the shaft with a metal element, characterized in that the end shield is of the same type the neck of the shaft is carried out by placing on its shank with the possibility of covering the end of the neck of the metal element that simulates the missing cheek, at a distance from the opposite cheek, equal to the distance w dams between the two cheeks of the shaft.

Images