RU2231565C2 - Способ упрочнения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания - Google Patents
Способ упрочнения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания Download PDFInfo
- Publication number
- RU2231565C2 RU2231565C2 RU2002124511/02A RU2002124511A RU2231565C2 RU 2231565 C2 RU2231565 C2 RU 2231565C2 RU 2002124511/02 A RU2002124511/02 A RU 2002124511/02A RU 2002124511 A RU2002124511 A RU 2002124511A RU 2231565 C2 RU2231565 C2 RU 2231565C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crankshaft
- necks
- crankshafts
- hardening
- fillets
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
Abstract
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при упрочнении коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания. Способ упрочнения коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания заключается в индукционной закалке шеек, галтелей и торцов с последующей химико-термической обработкой. Указанный способ позволяет повысить долговечность, прочность, надежность, термостойкость и износостойкость коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при упрочнении коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания (ДВС).
Известен способ упрочнения коленчатых валов азотированием (см. “Двигатели ЯМЗ-8421.10, ЯМЗ-8424.10, ЯМЗ-8424.10-01. Техническое описание и инструкция по эксплуатации,” г.Тутаев, 1991 г., стр. 20).
Недостатком этого способа упрочнения является недостаточная глубина азотированного слоя. Это не позволяет иметь достаточное количество ремонтных размеров для восстановления коленчатых валов в эксплуатации.
Известен также способ упрочнения коленчатых валов, при котором сначала подвергаются азотированию поверхности коренных и шатунных шеек, а также поверхности галтелей, а затем индукционной закалке подвергаются только поверхности шеек (см. патент США 3377214 от 9.04.68).
Недостатки этого способа упрочнения коленчатых валов - после индукционной закалки коленчатый вал коробится; исправление коробления правкой снижает прочность коленчатого вала, а исправление коробления шлифовкой шеек и галтелей коленчатого вала удаляет наиболее эффективную часть азотированного слоя. Поэтому этот способ упрочнения не применяется для коленчатых валов со значительными габаритными размерами.
За прототип, по совокупности существенных признаков, принят способ упрочнения коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания, включающий индукционную закалку коренных и шатунных шеек и галтелей (см. патент РФ №2019382 С1, C 21 D 9/30, 15.09.1994).
Недостатки этого способа упрочнения коленчатых валов - недостаточная прочность, износостойкость и термостойкость коленчатого вала.
Была поставлена задача - добиться повышения долговечности, прочности, надежности, термостойкости и износостойкости коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания.
Указанный технический результат достигается за счет того, что индукционная закалка шеек и, дополнительно, галтелей коленчатых валов с последующим стабилизирующим отпуском закаленных поверхностей и дополнительная шлифовка шеек и галтелей, с целью устранения коробления коленчатых валов, предшествует химико-термической обработке (азотированию, карбонитрированию, каталитическому азотированию, ионному азотированию, оксикарбонитрированию и др.) вышеупомянутых поверхностей. При индукционной закалке поверхности шеек, галтелей и торцов подвергаются упрочнению на значительную глубину (до 5 мм и более). Поэтому возникающее при индукционной закалке коробление коленчатого вала устраняется шлифовкой шеек и галтелей, после которой глубина упрочненного индукционной закалкой слоя на шейках и галтелях остается еще достаточной для обеспечения необходимой прочности коленчатого вала. Последующая химико-термическая обработка (азотирование, карбонитрирование, каталитическое азотирование, ионное азотирование, оксикарбонитртрование и др.) придает упрочненному индукционной закалкой слою повышенную твердость, термостойкость, задиростойкость и износостойкость.
Анализ известных технических решений показал, что новый признак, а именно “индукционная закалка предшествует химико-термической обработке” не выявлен, что является доказательством соответствия заявленного решения критерию изобретения “новизна”.
Заявленное техническое решение является неочевидным для квалифицированных специалистов в данной области, так как оно разрешило, казалось бы, неразрешимое противоречие, а именно: с одной стороны, для повышения прочности коленчатого вала необходимо увеличивать глубину индукционного закаленного слоя, с другой стороны, при этом коленчатый вал коробится и для исправления коробления его необходимо или править, что уменьшает его прочность и надежность, или шлифовать, что удаляет наиболее эффективную часть азотированного слоя.
Выполнение же индукционного упрочнения шеек и галтелей коленчатого вала перед химико-термической обработкой (азотированием, карбонитрированием, каталитическим азотированием, ионным азотированием, оксикарбонитрированием и др.) позволяет получить для обеспечения прочности необходимую глубину закаленного индукционной закалкой слоя, а последующая химико-термическая обработка позволяет придать упрочненному слою повышенную твердость, термостойкость, задиростойкость и износостойкость, и таким образом разрешено вышеуказанное противоречие, что является доказательством соответствия заявленного решения критерию “изобретательский уровень”.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где
фиг.1 - фрагмент коленчатого вала;
фиг.2 - фрагмент I на фиг.1;
На фиг.1 изображен фрагмент коленчатого вала 1 с множеством коренных шеек 2 и шатунных шеек 3, которые смещены по оси от коренных шеек 2 щеками 4. Переход от коренных шеек 2 к щекам 4 выполняется галтелями 5 и торцами 7, переход от шатунных шеек 3 к щекам 4 выполняется галтелями 6 и торцами 8.
На фиг.2 показан слой 9 упрочнения, полученный индукционной закалкой, а также показан упрочненный слой 10, полученный химико-термической обработкой.
Способ упрочнения коленчатого вала осуществляется следующим образом.
1. Коленчатый вал после предварительной механической обработки подвергается индукционной закалке с упрочнением коренных шеек 2, шатунных шеек 3, галтелей 5 и 6 и торцов 7 и 8.
2. Коленчатый вал подвергается отпуску при температуре большей или равной температуре химико-термической обработки.
3. Коленчатый вал подвергается шлифовке для устранения коробления от упрочнения индукционной закалкой и получения геометрических размеров коленчатого вала по чертежу с припуском под финишную обработку шеек коленчатого вала.
4. Коленчатый вал подвергается химико-термической обработке (азотированию, карбонитрированию, каталитическому азотированию, ионному азотированию, оксикарбонитрированию и др.) по всем поверхностям или только по части из них.
5. Коленчатый вал подвергается финишной обработке (шлифовке, растачиванию, суперфинишированию, полированию и др.).
Были проведены работы по упрочнению коленчатого вала перспективного автомобиля КАМАЗ. При разработке перспективного автомобиля КАМАЗ повышенной грузоподъемности и долговечности для сохранения неизменными габаритов двигателя и возможности использования существующих линий по обработке деталей двигателя диаметры коренных и шатунных шеек, толщины щек коленчатого вала оставлены как у серийного автомобиля.
Необходимые прочность, долговечность, надежность, термостойкость и износостойкость коленчатого вала получились при изменении твердости основного материала коленчатого вала с 248...286 НВ (твердость серийных коленчатых валов) на 311...363 НВ и химико-термической обработкой (карбонитрированием, каталитическим азотированием). Проведенные испытания подтвердили прочность, долговечность, надежность, термостойкость и износостойкость такого коленчатого вала.
При внедрении в производство перспективного автомобиля КАМАЗ возникли следующие острые проблемы.
1. Обработка коленчатых валов с твердостью НВ 311... 363 привела к резкому снижению стойкости режущего инструмента и, как следствие, к резкому падению производительности автоматической линии по обработке коленчатых валов.
2. Так как коленчатые валы под азотирование (карбонитрирование, каталитическое азотирование) не проходят упрочнение индукционной закалкой, то при их изготовлении на автоматической линии при выполнении транспортных операций возникают забоины на коленчатых валах, которые потом остаются на готовых коленчатых валах и их удаление связано с большими трудностями.
3. С самого начала обработки серийные коленчатые валы (с твердостью основного материала НВ 248...286) и коленчатые валы для перспективного автомобиля КАМАЗ (с твердостью основного материала НВ 311... 363) не могли обрабатываться одновременно на одной автоматической линии, для каждого из них необходимо было перенастраивать линию по режимам механической обработки.
Для решения этих острых проблем была изменена технология изготовления коленчатого вала согласно заявленному техническому решению. Коленчатый вал перспективного автомобиля КАМАЗ изготавливается из стали 42ХМФА следующего химического состава, %: углерод - 0,40...0,45; ванадий ~ 0,08...0,12; марганец ~ 0,50...0,80; кремний - 0,17...0,37; хром - 1...1.3; молибден - 0,35...0,45.
Поковка коленчатого вала подвергается операции термического улучшения на твердость НВ 248...286. После предварительной механической обработки коленчатый вал упрочняется индукционной закалкой по шейкам, галтелям и торцам на глубину 3..5 мм с твердостью 53...63 HRC. Затем коленчатый вал подвергается дальнейшей механической обработке. Перед операцией предварительной шлифовки шеек коленчатый вал подвергается стабилизирующему отпуску при температуре 350...620°С в течение 2...5 часов. После стабилизирующего отпуска коленчатый вал обрабатывается на окончательные размеры, кроме поверхностей, где оставляется припуск под финишные операции.
В таком виде коленчатый вал подвергается химико-термической обработке (азотированию, карбонитрированию, каталитическому азотированию, оксикарбонитрированию, ионному азотированию и др.). После этого коленчатый вал подвергается финишной обработке до полной готовности.
При внедрении предлагаемого технического решения были достигнуты следующие технические результаты.
1. Так как твердость основного материала коленчатого вала перспективного автомобиля КАМАЗ осталась на уровне серийного коленчатого вала, проблемы по механической обработке коленчатого вала на автоматической линии снялись. И серийный коленчатый вал и коленчатый вал перспективного двигателя стало возможным обрабатывать на одной автоматической линии без перестройки ее по режимам механической обработки.
2. После стабилизирующего отпуска все внутренние напряжения снимаются и в процессе дальнейшей химико-термической обработки коленчатый вал не коробится.
3. После стабилизирующего отпуска в местах бывшего расположения слоя индукционной закалки твердость будет находиться в пределах HRC 36...48. Так как слои индукционной закалки располагаются в наиболее нагруженных местах коленчатого вала, то при этой твердости прочность коленчатого вала находится на достаточном уровне.
4. Слой, полученный химико-термической обработкой, будет образовываться на подложке с твердостью HRC 36...48, а в этом случае он будет иметь оптимальные служебные свойства, что позволит обеспечить прочность, надежность, термостойкость, задиростойкость, износостойкость и ремонтопригодность коленчатого вала.
5. После индукционной закалки шейки галтели и торцы коленчатых валов будут иметь твердость HRC 53...63, а после стабилизирующего отпуска твердость HRC 36...48, поэтому вероятность образования забоин на коленчатых валах при выполнении транспортных операций значительно снижается.
6. Разделение потока серийных коленчатых валов и коленчатых валов перспективного автомобиля начнется только непосредственно перед операцией стабилизирующего отпуска, а затем поток будет объединяться и снова разделится непосредственно перед химико-термической обработкой, после которой потоки снова объединятся до окончания цикла обработки.
Изготовленные по предлагаемому техническому решению коленчатые валы перспективного двигателя КАМАЗ имеют долговечность, прочность, термостойкость и износостойкость на уровне, обеспечивающем надежную работу автомобилей КАМАЗ.
Claims (4)
1. Способ упрочнения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, включающий поверхностную индукционную закалку шеек и галтелей коленчатого вала, отличающийся тем, что после закалки проводят стабилизирующий отпуск закаленных поверхностей и шлифовку шеек и галтелей для устранения коробления коленчатого вала, а затем осуществляют низкотемпературную химико-термическую обработку шеек и галтелей коленчатого вала.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отпуск производят при температуре больше или равной температуре низкотемпературной химико-термической обработки.
3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что низкотемпературной химико-термической обработке подвергают все поверхности коленчатого вала или только часть из них.
4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что индукционной закалке подвергают дополнительно торцы шеек коленчатого вала.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002124511/02A RU2231565C2 (ru) | 2002-09-13 | 2002-09-13 | Способ упрочнения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002124511/02A RU2231565C2 (ru) | 2002-09-13 | 2002-09-13 | Способ упрочнения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002124511A RU2002124511A (ru) | 2004-04-10 |
RU2231565C2 true RU2231565C2 (ru) | 2004-06-27 |
Family
ID=32846095
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002124511/02A RU2231565C2 (ru) | 2002-09-13 | 2002-09-13 | Способ упрочнения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2231565C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2487002C2 (ru) * | 2011-10-03 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Камская государственная инженерно-экономическая академия" (ИНЭКА) | Способ ремонта упрочненных азотированием шеек коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания |
-
2002
- 2002-09-13 RU RU2002124511/02A patent/RU2231565C2/ru active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2487002C2 (ru) * | 2011-10-03 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Камская государственная инженерно-экономическая академия" (ИНЭКА) | Способ ремонта упрочненных азотированием шеек коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO1997037788A1 (en) | Method of manufacturing a component | |
US4043847A (en) | Hardening process for crankshafts | |
US7827684B2 (en) | Process for finish-machining crank shafts for motor car engines | |
CN107322239B (zh) | 一种单向离合器外圈的加工方法 | |
CN109321739A (zh) | 一种大渗层重载齿轮的热处理加工工艺 | |
JPH02285024A (ja) | 無心焼入れした転がり軸受鋼から転がり軸受部材を製造する方法 | |
RU2231565C2 (ru) | Способ упрочнения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания | |
WO2022209568A1 (ja) | クランクシャフト及びその製造方法 | |
JP2009228829A (ja) | 軸棒の製造方法、軸受の製造方法、軸棒および軸受 | |
WO2020202406A1 (ja) | 浸炭部品及びその製造方法 | |
EP1400606A1 (en) | Method of carburizing a bearing steel to produce a roller member | |
JPH10202435A (ja) | はすば歯車の製造方法 | |
RU2487002C2 (ru) | Способ ремонта упрочненных азотированием шеек коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания | |
WO2022065425A1 (ja) | クランクシャフト | |
JPH0978134A (ja) | 無限軌道帯用リンクの製造方法 | |
JPS63162852A (ja) | 鍛造カムシヤフトの製造方法 | |
JP4916365B2 (ja) | 履帯ブッシュ | |
JP2005188741A (ja) | 分割型コンロッド、エンジンおよび車両 | |
KR20130120308A (ko) | 침탄열처리를 포함하는 일체형 캠 샤프트의 제조방법 | |
CN85106461A (zh) | 修复凸轮轴的方法 | |
Thumuki et al. | Development of sintered integral camshaft | |
KR20150082875A (ko) | 단조공정을 수반하는 톱니를 가진 기어의 제조 방법 | |
JP3404067B2 (ja) | 等速ジョイント及びその製造方法 | |
JP2005180571A (ja) | クランクシャフト | |
CN114876603B (zh) | 一种高速大功率内燃机凸轮轴的制造方法 |