Способ термической обработки коленчатых валов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К .АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реснублик

«i>96028() (б1) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 270381 (21) 3266049/22-02 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

Опубликовано 230982. Бюллетень ¹ 35 ра)М g+ з

С 21 Ý 9/30

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

)$3)УДК 621.785...54 (088. 8) Дата опубликования описания 23.09.82 (72) Авторы изобретения

С.П. Кравчук, В.А. Зимбицкий, С.P. Шепел

М.Е. Беккер и В.В. Кулеш

Институт проблем надежности и долговечностм-машин AH Белорусской CCP (71) Заявитель (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ OBPAEOTKH КОЛЕНЧАТЫХ

ВАЛОВ

Изобретение относится к способам термической обработки коленчатых валов и может быть использовано для термообработки коленчатых валов автотракторных двигателей внутреннего сгорания.

Известен способ термической обработки коленчатых валов, включающий индукционную закалку шеек. Обработка коленчатых валов пр этому способу обеспечивает высокую иэйосостойкость шеек P1).

Однако, как показывает практика эксплуатации, выход коленчатого вала обусловлен, в основном, усталостным разрушением от напряжений изгиба по щеке. Причем трещина уе талости зарождается:в галтелях, преимущественно шатунных шеек, в плоскости кривошипа. Размер такой эародьыевой трещины не превышает

3-5 мм. Следовательно, к недостаткам этого способа относится то, что наиболее нагруженное место ко ленчатого вала - галаель, остается неупрочненным.

Известен способ местной поверхностной закалки коленчатых валов, включающий индукционную закалку шеек и участков щек, отстояющих от коренной и шатунной шеек íà рас« стоянии 0,5-1 0 .радиуса галтели, причем расстояние между закаленными участками составляет 0,91,0 диаметра коренной шейки. Закалку щек ведут участками, имеющими

ФормУ дугообразных полос.

Применение указанного способа позволяет стабилизировать трещину упри существенном повышении сопротивления усталости (2).

Недостатком указанного способа является наличие стабилкзированной усталостной трещины, которая может потерять стабильность от нагрузок кручения.

Наиболее близким к изобретению

: по технической сущности и достигае» мому результату является способ поверхностной закалки коленчатых" валов, включающий индукционную за.калку шеек и галтелей. При термообработке коленчатых валов по известному способу наиболее нагруженное место — галтели - подвергается индукционной закалке, что существенно улучшает механические свойства металла в этой зоне и пред,отвращает:возможность зарождения трещины 13 .

960280

Величина за кали-. ваемого . участка галтели

Остаточные деформации (биение вала), мм

Предел усталости

МПа

Предел усталости после рихтовки, МПа

1,5 0;07 0,10

2 0,12-0,14

156

То же

162

165

Недостатком известного способа является невысокое сопротивление усталости вследсвтие.значительных остаточных напряжений, которые приводят к короблению коленчатого вала остаточные напряжения обусловлены одновременным нагревом большого объема металла, причем неравномерным из-эа различной формы элементов коленчатого. вала ; рихтов ки коленчатого вала с целью .ликви- 10 дации коробления, что объясняется отсутствием после закалки всей гал, тели участков пластинчатого металла в зоне галтели, позволяющих проводить рихтовку без появления тре- 15 щин.

Цель изобретения состоит в повышении сопротивления усталости коленчатых валов путем предотвращения усталостной трещины в галтелях. 20

Поставленная цель достигается тем., что согласно способу термической обработки коленчатых валов, включающему поверхностную закалку шеек и галтелей, поверхностной закал- 25 ке подвергают участки галтелей, расположенные о окружности шеек по обе стороны от плоскости кривошипа, размером 2-4 радиуса галтели.

Кроме того, одновременно с закалкой участков галтелей проводят поверхностную закалку участков щек, отстояющих от коренной и шатунной шеек на расстоянии 0,5- 1,0 радиуса галтели причем расстояние ме ду за 35 каленными участками составляет 0,91,0 диаметра коренной шейки.

Указанная термообработка участков галтелей обеспечивает увеличение предела упругости металла в

1,5-1,7 в месте, где происходит за40 рождение трещины усталости при циклическом нагружении коленчатого вала, а именно в галтелях шатунных и коренных шеек.,в плоскости кривошипа. 45

Термообработке индухционной закалкой подвергают ограниченный объем

Вид термической обработки коленчатых валов

Закалка участков галтелей, по предлагаемому cnocoáó металла, в результате чего значительно снижаются остаточные напряжения, вызывающие коробление.коленчатого вала. Кроме того, на галтелях имеются участки пластинчатого металла, позволяющие проводить рихтовку беэ снижения сопротивления усталости.

На фиг.1 показано колено коленчатого вала с закаленными участками галтелей на фиг.2 - вид А на фиг.1, Закаленные участки 1 лежат по окружности шеек по обе стороны от плоскости кривошипа, причем размер каждого закаленного участка составляет 2-4 радиуса галтели.

Способ осуществляется следующим образом.

Проводят закалку шеек и участков галтелей, а также участков щек коленчатых валов двигателей А-41 из стали 45 специальным индуктором, обеспечивающим полученяе заданной конфигурации закаленных участков.

Источником высокочастотного нагрева служит машинный генератор частотой 2,5 кГц. Продолжительность нагрева составляет 8 с с последующим охлаждением водой в течение б с.

Закалка по этому режиму позволяет достичь оптимальной глубины закаленного участка 3-5 мм при твердости

52-55 HRC и микроструктурой закаленных участков в виде-мелко- и среднеигольчатого мартенсита.

После закалки шаек и участков галтелей, а также шеек, участков. гилтелей и участков щек указанными способами коленчатые валы подвергаются усталостным испытаниям на спецИальио разработанном и изготовленном стенде, иозволяющем приблизить режим нагружения к эксплуатационному. База испытаний составляет 10 циклов. Результаты усталостных испы-таний представлены в таблице.

960280. Продолжение таблицы

Величина закаливаемого участка галтели Остаточные деформации (биение вала), мм

Предел усталости

ИПа предел усталости после рихтовки, МПа

3 0 13»»0 16

4 0,14-0,17

5 0,18-0,21

165

161

165

161

165.

148

1 52

155

0 у 07-0, 12

170

0,14-0,16

164

120

126

0;62-0, 77

165

Вся галтель в

Длина стабилизированной трещины 32 мм.

Формула изобретения

Вид термической обработки коленчатых валов

Закалка участков щек без закалки участков галтелей

Закалка участков гал» телей по предлагаемому способу с одновременной закалкой участков щек

Вез закалки участков галтелей и участков щек

Закалка. всей окружности галтели по известному способу

Из .таблицы видно, что термичес кая обработка галтелей индукционной закалкой приводит к значительному повьвюнию сопротивления усталости ко» ленчатых валов по сравнению с коленчатыми валами без термообработ ки гнлтелей и предотвращает зарождение трещины усталости.

Таким образом, применение способа термической ббработки коленчатых

;sanos заключающегося в индукцион« ной закале участков галтелей от ше- .

:ек к щекам s плоскости кривошипа на длине 2-4 радиуса галтели по окружности галтели позволяет повысить их сопротивление усталости на 3035% .

Годовой экономический эффект при программе выпуска коленчатых валов

90000 шт. составляет около 170 тыс. руб °

1. Способ термической обрабОтки коленчатных валов, включающий поверхностную закалку шеек и галтеф© лей, отличающийся тем, что, с целью повыаения сопротивления усталости, поверхностной закалке подвергают участки гантелей, расположеннйе по окружности шеек 4g по обе стороны от плоскости кривошипа, размером 2»4 радиуса галтели, 2. Способ по п..1, о т л и ч а юшийся тем, что .одновременно с ,© закалкой участков галтелей проводят поверхностную закалку участков щек, отстояющих от коренной и шатунной шеек на расстоянии 0,5-1,0 радиуса галтели, причем расстояние между закаленными участками составляет 0,9-1,0 диаметра корвиной шейки.

Источники информации,,принятые во внимание при экспертизе

1. Вихерт М.И. и др. КонстрУкция

6 и расчет автотракторных двигателей.

И. t ".Машиностроение", 1964, с. 393 °

2. Авторское свидетельство СССР

В 812839, кл С 21 0 9/30, 1978.

3. Патент ФРГ В 1284981, 6$ кл. С 21 0 9/30, опублик. 1970.

Составитель И. Липгарт

Редактор Л. Лукач Техре@ А.Бабинец, Корректору. Пономаренко

Закаэ 7152/32 . T3ipaa 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал IIIIII "Патент", i . Уагород, ул. Проектная, 4