RU2176184C2 - Method and apparatus for finishing-strengthening working of cylindrical surfaces - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: method involves working part surface by means of three disk-shaped tool heads containing small shots, such as bearing balls, which are fed by means of turbine into nozzle head outlet openings. Mentioned heads are attached to spindle by means of fastening head. Turbine is rotated by energy carrier supplied through turbine rib. Part working modes and conditions are cited in Specification. Method and apparatus are used for shot preening of cylindrical surfaces of parts, such as cylinder sleeves for internal combustion engines and compressors. EFFECT: wider range of facilities and improved quality of part surfaces. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к дробеструйной отделочно-упрочняющей технологии цилиндрических поверхностей деталей, в том числе блоков или гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания, а также компрессоров. The invention relates to bead-blasting 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 отделочно-упрочняющей обработки деталей с цилиндрической формой поверхности дробеударным методом (см.авт.св. СССР N 272345, N 698751, N 872235, N 1553361, N 1523319, N 1609542, N 814695. Known installations, devices and methods for finishing and hardening processing of parts with a cylindrical surface shape using a shot-blasting method (see auth. Of the USSR N 272345, N 698751, N 872235, N 1553361, N 1523319, N 1609542, N 814695.

Известен также способ обработки деталей цилиндрической формы стальными шариками в среде смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ), которая одновременно является их энергоносителем в потоке, скорость которого соизмерима с округлой скоростью вращения детали (авт.св. СССР N 814695, 1981). В данном способе дробеударной обработки (взять в качестве прототипа) удар о преграду единичного шарика носит контактно-сдвиговый характер с элементами обкатки, а само пятно зоны деформационного нагружения дробевого потока преобразуется в кольцевой деформационный источник нагружения, движущийся с заданной подачей относительно потока (пучка) дроби. There is also known a method of processing parts of cylindrical shape with steel balls in a lubricating coolant (coolant), which is also their energy carrier in the stream, the speed of which is comparable with the round speed of rotation of the part (ed. St. USSR N 814695, 1981). In this method of shot blasting (to take as a prototype), the impact on the barrier of a single ball is contact-shear in nature with break-in elements, and the spot of the zone of deformation loading of the shot stream is converted into an annular deformation load source moving with a given feed relative to the fraction (beam) of the shot .

Такой вид деформационного нагружения существенно повышает качество макро- и микрорельефа (Ra до 17-18 мкм) обработанной поверхности и обеспечивает создание наклепанного слоя без образования подслойного максимума остаточных напряжений сжатия, т.к. обработка производится различным давлением. Для формирования аналогичной макро- и микротопографии и напряженно-деформационного состояния разработана подобная схема, но для внутренней цилиндрической поверхности, которая обеспечивает обработку поверхности тремя кольцевыми деформационными источниками нагружения, движущимися с заданной подачей, обеспечивая этим обработку поверхности в двойной последовательности, что предусматривает обработку поверхности за более короткое время при обеспечении более высокого качества обработки, т.к. обработка поверхности производится тремя кольцевыми деформационными источниками нагружения, расположенными в вертикальной плоскости. This type of strain loading significantly improves the quality of macro- and microrelief (Ra to 17-18 microns) of the treated surface and ensures the creation of a riveted layer without the formation of a sublayer maximum of residual compressive stresses, because processing is carried out by various pressure. A similar scheme has been developed for the formation of similar macro- and microtopography and the stress-strain state, but for the inner cylindrical surface, which provides surface treatment with three annular deformation loading sources moving with a given feed, providing this surface treatment in a double sequence, which provides for surface treatment for shorter time while providing higher quality processing, because surface treatment is carried out by three annular deformation loading sources located in a vertical plane.

Технический результат изобретения - расширение технологических возможностей при обеспечении равномерности отделки и упрочнения за счет разницы диаметров выходных отверстий: D₁<D, а D₂<D₁.The technical result of the invention is the expansion of technological capabilities while ensuring uniformity of finish and hardening due to the difference in the diameters of the outlet openings: D ₁ <D, and D ₂ <D ₁ .

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, формируют ими дискообразные дробефакельные инструменты и ведут обработку цилиндра с фальшцилиндрами в пределах заданного хода инструментов и их осевой подачи, при разнице диаметров выходных отверстий сопл на 10-20%. The specified result is achieved by the fact that in the method of finishing and hardening the treatment of cylindrical surfaces of parts with a shot ejected by a liquid or gas energy carrier under conditions of circumferential comparable relative velocities of the shot and surface, false cylinders are installed on the ends of the cylinder, then additional energy is supplied to the nozzle block, they form disk-shaped shotgun-shaped tools and process the cylinder with the false cylinders within the specified stroke of the tools and their axial feed, with a difference in diameter meters of nozzle outlets by 10-20%.

На чертеже приведена схема осуществления описываемого способа. The drawing shows a diagram of the implementation of the described method.

На станине пневмодробеструйной установки, выполненной на базе специализированного модуля автоматической линии на хонингование цилиндров ДВС, закрепляется блок 16 с фальшцилиндрами 13, установленными на резиновую прокладку 14 стола 15. Предварительно блок цилиндров проходит полный цикл обработки за исключением финишной операции хонингования, вместо которой введена операция по предложенному способу. Над блоком соосно с цилиндрами расположены шпиндели 11, несущие крепежную головку 10, которая крепится к шпинделю 17 с помощью гайки 11, 18 и имеет фланец 5 с фланцем 7 для установки двухрядного шарикового подшипника 5. В крепежную головку устанавливается дробефакельная головка (корпус) 1, нижний торец которой закрывается фланцем 2, накручиваемым на корпус головки с помощью четырехгранного ключа, вставляемого в полость 3 крышки. Суспензия, поступающая через шпиндель на ребра (шнек) 19, турбины 20 производит вращение головки, выбрасывая дробь в окна 12 сопл, по которым подается суспензия с ребер турбины на обрабатываемую поверхность. Хвостовик головки фиксируется в крепежном устройстве с помощью шариковых фиксаторов 8, стоящих на пружинах 9. Для того чтобы головка мягко касалась поверхности фланца крепежной головки на верхнюю часть дробефакельной головки, устанавливается тифлоновая шайба 4. On the bed of a pneumatic shot blasting unit, made on the basis of a specialized module of an automatic line for honing ICE cylinders, a block 16 is fixed with false cylinders 13 mounted on the rubber gasket 14 of the table 15. Previously, the cylinder block undergoes a complete processing cycle with the exception of the finishing honing operation, instead of which the operation for honing is introduced the proposed method. Spindles 11 are mounted coaxially with the cylinders above the block and support the fastening head 10, which is attached to the spindle 17 with a nut 11, 18 and has a flange 5 with a flange 7 for installing a double-row ball bearing 5. A shotgun head (housing) is installed in the fastening head 1, the lower end of which is closed by a flange 2, screwed onto the head housing using a four-sided key, inserted into the cavity 3 of the cover. The suspension entering through the spindle to the ribs (auger) 19 of the turbine 20 rotates the head, ejecting the shot into the nozzle windows 12 through which the suspension is fed from the turbine ribs to the surface to be treated. The shank of the head is fixed in the mounting device using ball retainers 8, mounted on the springs 9. In order for the head to gently touch the surface of the flange of the mounting head on the top of the shot head, a tiflon washer 4 is installed.

Пример осуществления способа. An example implementation of the method.

Проводится дробеударная отделочно-упрочняющая операция блока цилиндров ВАЗ-2101 (или другого какого блока, или гильзы), прошедшего полный технологический цикл обработки, за исключением хонинговальной операции. A shot-impact finishing and hardening operation of the VAZ-2101 cylinder block (or any other block or sleeve) is carried out, which has undergone a complete technological processing cycle, except for the honing operation.

Давление суспензии (рабочей смеси), поступающей через канал шпинделя 17, составляет Р=0,30...0,80 мПа (рабочий инструмент: подшипниковые шарики 1,8.. .2,0 мм ГОСТ 37622-70, III-IV степени точности, или стеклянные, используемые при увеличении давления суспензии). The pressure of the suspension (working mixture) flowing through the spindle channel 17 is P = 0.30 ... 0.80 MPa (working tool: bearing balls 1.8 ... 2.0 mm GOST 37622-70, III-IV degrees of accuracy, or glass, used to increase the pressure of the suspension).

Исходная шероховатость поверхности цилиндров Ra =0,35 мкм. Исходная твердость поверхности цилиндров НВ = 210-240. Геометрия и материал фальшцилиндров технологически подобны блоку цилиндров, 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 Р=0,30...0,80 мПа СОЖ составляет 10000-15000 мин. The initial surface roughness of the cylinders Ra = 0.35 μm. The initial hardness of the surface of the cylinders HB = 210-240. The geometry and material of the false cylinders are technologically similar to the cylinder block; as 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 = 0.30 ... 0.80 mPa coolant is 10,000-15,000 min.

Полученные сравнительные данные по традиционной операции хонингования и отделочно-упрочняющей обработки дискообразным дробефакельным инструментом сформированной турбоголовкой 1 показывают, что топографический макро- и микрорельеф имеют более качественный характер, сопоставимый с выглаженной поверхностью, при этом по высотным параметрам шероховатость у предложенного способа составляет Ra = 0,18-0,20 мкм, что и у процесса хонингования, но с более качественной кривой опорной поверхности выступов, что значительно повышает противоизностные характеристики новой поверхности. The obtained comparative data on the traditional operation of honing and finishing hardening with a disk-shaped shot-grinding tool formed by a turbo-head 1 show that the topographic macro- and microrelief are of a better quality, comparable to a smoothed surface, while the roughness of the proposed method in terms of height parameters is Ra = 0, 18-0.20 microns, as in the process of honing, but with a better curve of the supporting surface of the protrusions, which significantly increases the anti-aging characteristics of the new surface.

Кроме этого, замеры остаточных напряжений с темплетов фальшцилиндров показали плавное распределение ξ_o.н с максимумом у поверхности, что также дополнительно способствует увеличению противоизностных характеристик. Твердость приповерхностного слоя в пределах 80...120 мкм возросла до НВ =250... 280 единиц.In addition, measurements of residual stresses from the templates of the false cylinders showed a smooth distribution of ξ _o.n with a maximum at the surface, which also further contributes to an increase in anti-life characteristics. The hardness of the surface layer in the range of 80 ... 120 μm increased to HB = 250 ... 280 units.

Использование предлагаемого способа отделочно-упрочняющей обработки позволяет расширить технологические возможности предлагаемого способа в результате обработки внутренних поверхностей цилиндров. Using the proposed method of finishing and hardening processing allows you to expand the technological capabilities of the proposed method as a result of processing the inner surfaces of the cylinders.

Claims (2)

1. Способ отделочно-упрочняющей обработки цилиндрических поверхностей стальными шариками, которые разгоняют сопловым узлом в условиях соотносительных скоростей шариков и перемещения головки вдоль обрабатываемой поверхности, отличающийся тем, что обработку поверхности производят с помощью дискообразного дробефакельного инструмента, подаваемого из первого ряда сопл дробефакельной головки, после которой производят обработку из второго ряда сопл, а за ним - из нижнего третьего ряда сопл, при этом для обработки поверхности используют турбодробефакельную головку с тремя рядами сопл по вертикали, отличающихся между собой диаметром выходных отверстий, где D₁<D, а D₂<D₁ на 10-20%, вращательное движение головки осуществляют подачей энергоносителя на ребра турбины, которая, вращая головку, подает суспензию в окна сопл с образованием дискообразного дробефакельного инструмента, где D, D₁, D₂ - диаметры первого, второго и третьего ряда сопл.1. The method of finishing and hardening treatment of cylindrical surfaces with steel balls that are dispersed by a nozzle assembly under conditions of relative speeds of the balls and moving the head along the surface to be treated, characterized in that the surface treatment is performed using a disk-shaped shot-grinding tool supplied from the first row of nozzles of the shot-cutting head, after which is processed from the second row of nozzles, and after it from the lower third row of nozzles, while for surface treatment use that bodrobefakelnuyu head with three rows of nozzles vertically differing diameter outlet holes, where D ₁ <D, and D ₂ <D ₁ is 10-20%, the rotational movement of the head is carried out at an energy supply turbine ribs, which rotating head takes suspension in the nozzle windows with the formation of a disk-shaped shotgun tool, where D, D ₁ , D ₂ are the diameters of the first, second and third row of nozzles. 2. Устройство для осуществления отделочно-упрочняющей обработки цилиндрических поверхностей стальными шариками, которые разгоняются сопловым узлом в условиях относительных скоростей шариков и перемещения устройства вдоль обрабатываемой поверхности, отличающееся тем, что оно состоит из корпуса с турбиной, у которой ребра выполнены в виде шнека, которые подают суспензию в сопла, стоящие по вертикали в три ряда, подавая ее на обрабатываемую поверхность, фиксация хвостовика дробефакельной головки внутри крепежной головки производится с помощью фиксирующих шариков, установленных по окружности в верхней части хвостовика. 2. A device for the implementation of the hardening treatment of cylindrical surfaces with steel balls that are accelerated by the nozzle assembly under conditions of relative speeds of the balls and the movement of the device along the surface to be treated, characterized in that it consists of a housing with a turbine, in which the ribs are made in the form of a screw, which the suspension is fed into nozzles standing vertically in three rows, feeding it onto the surface to be treated, the shank of the shot-head is fixed inside the mounting head with omoschyu locking balls arranged circumferentially at the top of the shank.