Способ упрочнения канавок поршня двигателя внутреннего сгорания

Авторы патента:

C23C26 - Способы покрытия, не предусмотренные в группах C23C 2/00-C23C 24/00

B23H9 - Обработка специальных металлических объектов или для получения специального эффекта или результата на металлических объектах (термообработка тлеющим разрядом C21D 1/38)

B23H1/02 - электрические схемы, специально предназначенные для этого, например для подачи энергии, управления, предотвращения коротких замыканий или других аномальных разрядов

Владельцы патента RU 2356707:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет (RU)

Использование: изобретение относится к области двигателестроения, а именно к технологии упрочнения канавок поршня методом искрового упрочнения, и может быть использовано для упрочнения канавок алюминиевых поршней двигателей внутреннего сгорания. Технический результат: повышение эксплуатационной надежности поршней. Способ упрочнения канавок поршня двигателя внутреннего сгорания осуществляют путем термического воздействия на локальную зону упрочняемой канавки поршня искровым разрядом, который формируют при атмосферном давлении с частотой импульсов 7 Гц и энергией искрового разряда 0,1 мДж. 2 табл.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к технологии упрочнения канавок поршня методом искрового упрочнения, и может быть использовано для упрочнения канавок алюминиевых поршней двигателей внутреннего сгорания.

Известен способ упрочнения канавок поршней, изготовленных из силуминов, заключающийся в том, что в месте будущей кольцевой канавки заготовки поршня изготавливают конусный паз, располагают в нем порошковый присадочный материал, на который воздействуют давлением с пропусканием сварочного тока через электрод. В результате происходит наплавление порошкового материала на торцевые поверхности канавки, вследствие чего происходит их упрочнение. Затем в наплавленном металле протачивают канавку для обеспечения необходимых геометрических размеров поршневой канавки [Авторское свидетельство СССР №585006, М. Кл². В23К 11/06, 1978].

Известен способ упрочнения зон кольцевых канавок поршней сжатой дугой, при котором заготовку поршня двигателя внутреннего сгорания предварительно подогревают, расплавляют зону канавки сжатой дугой и в жидкую ванну расплавленного металла вводят легирующий металл в виде порошка, причем порошок подают в зону активного катодного пятна сжатой дуги. В результате на поверхности поршня образуется упрочненный слой, который снижает износ и разбивку поршневой канавки [Патент РФ №2060124, С1, 6 В23К 9/04, 1996].

Недостатками вышеописанных способов упрочнения поршневых канавок являются сложность химического состава легирующего компонента и соответственно его высокая стоимость. К тому же технология упрочнения связана с расплавлением материала, что обычно характеризуется низкой адгезией наплавляемого материала к подложке.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ упрочнения зон кольцевых канавок двигателя внутреннего сгорания методом электронно-лучевой наплавки в вакууме, при котором на упрочняемой зоне кольцевой канавки заготовки поршня производят расплавление электронным лучом в вакууме материала поршня с одновременным добавлением в расплавленный материал поршня присадочного материала. В качестве присадочного материала используют медь в количестве 1,5-2,0% от объема расплавленного материала поршня, необходимого для выполнения кольцевой канавки в упрочненной зоне, или нихром в количестве 3,5-4,0% от указанного объема. Поршень при этом выполняется из заэвтектического силумина [Патент №2148750, С1, 7 F16J 1/02, В23К 15/00, В23Р 6/02, 2000].

Недостатками способа, выбранного в качестве прототипа, являются узкая область применения этого способа - обработке подвергаются только поршни, изготовленные из заэвтектического силумина. Кроме того, для реализации этого способа упрочнения необходима вакуумная камера, что безусловно существенно повышает стоимость процесса обработки. К тому же после нанесения упрочненного слоя возникает необходимость в дальнейшей механической обработке поверхности поршневой канавки, что приводит к повышенной трудоемкости осуществления этого способа.

Задача изобретения: повышение моторесурса и эксплуатационной надежности поршней, изготовленных из алюминиевых сплавов, а также снижение трудоемкости осуществления способа.

Поставленная задача достигается тем, что в способе упрочнения канавок поршня двигателя внутреннего сгорания, при котором осуществляют локальное воздействие на зону упрочняемой канавки поршня искровым разрядом, в газовой среде в отличие от прототипа искровой разряд формируют при атмосферном давлении с частотой импульсов 7 Гц а энергией искрового разряда 0,1 мДж.

Толщина упрочненного слоя, формируемого методом искрового упрочнения, может составлять несколько сот микрометров (до 300 мкм), имеет высокую адгезию к подложке и характеризуется высокой твердостью - до 24 ГПа [Патент №2176682, С23С 8/12, C25D 11/02, 2001].

Пример конкретной реализации способа

Упрочнение канавок проводят на поршне двигателя внутреннего сгорания ЭМ-100, диаметр которого составляет 42 мм. В качестве материала поршня используют алюминий марки АК5М7 по ГОСТ 1583-93.

Предлагаемый способ упрочнения канавок поршня двигателя внутреннего сгорания реализуется с использованием установки искрового упрочнения, создающей на электродах искровой разряд с заданными параметрами. Поршень зафиксирован в патроне и вращается с постоянной скоростью относительно неподвижных электродов, которые располагаются в поршневых канавках.

Технологические параметры:

- межэлектродный зазор - 0,25-0,35 мм;

- скорость вращения поршня относительно электрода - 1 об/мин;

- рабочая среда - воздух;

- энергия искрового разряда - 0,1 мДж;

- частота импульсов - 7 Гц;

- количество одновременно обрабатывающих электродов - 3;

- материал электрода - АПВ 1,8.

Результаты сравнительных исследований и испытаний на износ для однотипных поршней сведены соответственно в табл.1, табл.2.

Как видно из табл.1, после 100 часов обработки канавки поршня методом искрового упрочнения можно сформировать слой, твердость которого в 18,5 раз выше, чем твердость необработанного образца.

Как видно из табл.2, износ канавки поршня, обработанного методом искрового упрочнения, уменьшился в 6 раз по сравнению с необработанным образцом.

Предложенный способ легирования зоны канавки алюминиевого поршня имеет по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

- высокая твердость (износостойкость);

- высокая адгезия к подложке;

- высокая технологичность способа.

Таблица 1
№ поршня	Время обработки, τ, ч	Н_µ, ГПа	Глубина УС, мкм
1	0	0,9	0
2	50	10,7	8,7
3	100	17,5	15,7
Таблица 2
№ поршня/время обработки	Начальная средняя высота канавки, мм	Конечная средняя высота канавки, мм	Разность между начальной и конечной высотой, мм
1/0 ч	1,74	1,86	0,12
2/100 ч	1,76	1,78	0,02

Способ упрочнения канавок поршня двигателя внутреннего сгорания, при котором осуществляют локальное воздействие на зону упрочняемой канавки поршня искровым разрядом в газовой среде, отличающийся тем, что искровой разряд формируют при атмосферном давлении с частотой импульсов 7 Гц и энергией искрового разряда 0,1 мДж.

Изобретение относится к военной технике и может быть использовано при изготовлении высокоточного стрелкового оружия. .

Наноструктурные системы покрытий, компоненты и соответствующие способы изготовления // 2352686

Изобретение относится к наноструктурным системам покрытий. .

Состав для получения покрытия // 2349681

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии и может использоваться в авиационном и энергетическом турбостроении для защиты деталей из сталей, никелевых и титановых сплавов от солевой и фреттинг-коррозии и контактного износа.

Способ нанесения покрытий из резин // 2348740

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на изношенные или новые детали машин, в частности к способам нанесения покрытий из резин, и может быть использовано как при восстановлении изношенных деталей, так и при изготовлении новых изделий с покрытиями, работающими в условиях трения скольжения со смазкой.

Способ нанесения покрытия для сдерживания реакционной способности суперсплава на основе ni // 2347851

Изобретение относится к способу нанесения покрытия для сдерживания реакционной способности суперсплава на основе никеля. .

Состав защитно-технологического покрытия стеклокерамического типа // 2347823

Изобретение относится к составам покрытий для защиты сталей и может быть использовано в машиностроительной промышленности для защиты крупногабаритных заготовок из низколегированных и малоуглеродистых сталей от высокотемпературной коррозии при технологических нагревах перед горячей обработкой давлением, в частности штамповкой.

Лопатка турбины, имеющая покрытие для сдерживания реакционной способности суперсплава на основе ni // 2347080

Изобретение относится к лопатке турбины, имеющей покрытие для сдерживания реакционной способности суперсплава на основе Ni. .

Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов // 2346080

Изобретение относится к способам упрочнения и модификации поверхности и может использоваться для повышения стойкости деталей из титановых сплавов, работающих в коррозионно-активных средах с наличием абразивных частиц и высоких скоростей потока агрессивного раствора.

Способ формирования восстанавливающего антифрикционного и износостойкого покрытия для узлов и деталей машин и механизмов // 2345176

Изобретение относится к машиностроению. .

Защитное покрытие // 2342218

Изобретение относится к литейному производству, в частности к покрытиям, защищающим отливки и другие металлические изделия от коррозии за счет снижения скорости окисления.

Способ электрохимического формообразования режущих кромок инструментов // 2355524

Изобретение относится к области размерной электрохимической обработки токопроводящих материалов и может быть использовано при изготовлении медицинских инструментов.

Способ изготовления деталей со шпоночным пазом // 2350440

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для повышения качества деталей машин при изготовлении шпоночных пазов на наружных и внутренних поверхностях.

Способ обработки детали со шпоночным пазом // 2350439

Способ цианирования стальных или титановых изделий // 2349432

Изобретение относится к области черной металлургии и машиностроению, а именно к способам цианирования стальных или титановых изделий. .

Электрод-инструмент для электрохимического маркирования поверхностей матричной символикой // 2345872

Изобретение относится к электрохимической обработке и может быть использовано для электрохимического маркирования токопроводящих поверхностей изделий матричной символикой, предпочтительно символикой Data Matrix.

Термостойкая краска // 2340643

Изобретение относится к термостойкой краске, которая может быть использована для маркировки сварочных электродов, металлических изделий в горячем состоянии, а также для дополнительной защиты огнеупорной футеровки печей.

Способ нанесения покрытий и устройство для его осуществления // 2339734

Изобретение относится к области нанесения покрытий в вакууме, а именно к способам и устройствам для нанесения покрытий на внутреннюю поверхность деталей сложной конфигурации.

Способ индукционной наплавки стальной детали // 2338625

Изобретение относится к способам индукционной наплавки стальных деталей и может быть использовано в сельхозмашиностроении, горнодобывающей промышленности, дорожном строительстве.

Способ комбинированного упрочнения поверхностей деталей // 2338005

Изобретение относится к области упрочняюще-чистовой обработки деталей и может быть использовано в различных областях машиностроения для упрочнения поверхностей деталей.

Способ цементации стальных деталей электроэрозионным легированием // 2337796

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим способам обработки, в частности способам цементации стальных деталей электроэрозионным легированием.

Устройство для электроискровой обработки // 2313426

Изобретение относится к области электрофизической обработки режущего инструмента, штамповой оснастки и деталей машин, в частности к электроискровому легированию, и направлено на уменьшение удельных энергозатрат, повышение надежности, стабильности в работе, а также производительности и коэффициента полезного действия.