Способ термической обработки коленчатых валов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеснублик н 11960280(22) Заявлено 270381 (21) 3266049/22-02с присоединением заявки Мф(23) Приоритет -Опубликовано 230982, Бюллетень Йо 35 И) М. Кп.з С 21 Э 9/30 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий,.54 (088.8) Дата опубликования описания 23,09.82 фут ядчаи 72) Авторы изобретен П. Кравчук, В.А, Зимбицкий, С.Р. Шепел М.Е, Беккер и В.В. Кулеш аявитель титут проблем надежности и долговечностям машин АН Белорусской ССР И КОЛЕНЧА.2 30 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 1.Однако, как показывает практика эксплуатации, выход коленчатого вала обусловлен, в основном, усталостным разрушением от напряжений изгиба по щеке, Причем трещина ус.- талости зарождается:в галтелях, преимущественно шатунных шеек, в плоскости кривошипа. Размер такой эародьыевой трещйны не превышает 3-5 мм. Следовательно, к недостаткам этого способа относится то, что наиболее нагруженное место ко ленчатого вала - галюель, остается неупрочненным.Известен способ местной поверхностной закалки коленчатых валов, включающий индукционную закалку шеек и участков щек, отстояющих от коренной и шатунной шеек на расстоянии 0,5-1,0,радиуса галтели,причем расстояние между закаленными участками составляет 0,91,0 диаметра коренной шейки. Закалку щек ведут участками, имеющимиФорму дугообразных полос,Применение указанного способапозволяет стабилизировать трещинултри существенном повышении сопротивления усталости 1 2 ).Недостатком указанного способаявляется наличие стабилкзированнойусталостной трещины, которая можетпотерять стабильность от нагрузоккручения,Наиболее близким к изобретениюйо технической сущности и достигаемому результату является способповерхностной закалки коленчатыхвалов, включающий .индукционную закалку шеек и галтелей. При термообработке коленчатых валов по известному способу наиболее нагруженное место - галтели - подвергается индукционной закалке, что существенно улучшает механическиесвойства металла в этой зоне и пред960280 Величина за.кали-,ваемогоучастка галтели Остаточныв деФормации ( биение вала), мм ПределусталостиМПа Пределусталости послерихтовки, МПа 1,50; 07-0, 10 2 0,12-0,14 156 То же 162 165 Недостатком известного способаявляется невысокое сопротивлениеусталости вследсвтив,значительныхостаточных напряжений, которые приводят к короблению коленчатого вала остаточные напряжения обусловлены одновременным нагревом большого объема металла, причем неравномерным из-эа различной Формы элементов коленчатого. вала ; рихтовки коленчатого вала с целью .ликвидации короблвния, что объясняетсяотсутствием после закалки всей гал, тели участков пластинчатого металла в зоне галтели, позволяющих проводить рихтовку без появления трещин.Цель изобретения состоит в повышении сопротивления усталости коленчатых валов путем предотвращенияусталостной трещины в галтелях. 20Поставленная цель достигаетсятем., что согласно способу термической обработки коленчатых валов,включающему поверхностную закалкушеек и галтелей, поверхностной закалке подвергают участки галтелей, расположенные но окружности шеек по обестороны от плоскости кривошипа, размером 2-4 радиуса галтели.Кроме того, одновременно с закалкой участков галтелей проводят поверхностную закалку участков щвк,отстояющих от коренной и шатуннойшеек на расстоянии 0,5-1,0 радиусагалтели,. причем Расстояние между закаленными участками составляет 0,91,0 диаметра коренной шейки.Указанная термообработка участков галтелей обеспечивает увеличение предела упругости металла в1,5-1,7 в месте, где происходит за 40рождение трещины усталости при циклическом нагружении коленчатого ва"ла, а именно в гантелях шатунных икоренных шеек,в плоскости кривошипа, 45Термообработке индухционной закалкой подвергают ограниченный объем Вид термической обработкиколенчатых валов Закалка участков галтелей, попредлагаемому спосо- бу 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 усталостиНа Фиг.1 показано колено коленчатого вала с закаленными участками галтелей 1 на Фиг.2 - вид А на фиг.1,Закаленные участки 1 лежат по окружности шеек по обв стороны от плоскости кривошипа, причем размер каждого закаленного участка составляет 2-4 радиуса галтели. Способ осуществляется следующим образом.Проводят закалку швеи и участков галтелей, а также участков щек коленчатых валов двигателей Аиз 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 НКС и микроструктурой закаленных участков в виде. мелко- и средне- игольчатого мартенсита. После закалки шеек и участков галтелей, а также шеек, участков. галтелей и участков щек указанными способами коленчатые валы подвергаются усталостным испытаниям на спецяальио 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 пределусталости послерихтовки, МПа 3 0,13-0,16 40,14-0,17 5 0,18-0,21 165 161 165 161 165. 148 152 155 Оу 07-0,12 170 0,14-0,16 164 120 126 0;62-0, 77 165 Всягалтель в Длина стабилизированной трещины 32 мм. Формула изобретенияе аВид термической обработкиколенчатых валов Закалка участков щекбез закалки участковгалтелей Закалка участков галтелей по предлагаемомуспособу с одновременнойзакалкой участков щек Без закалки участковгалтелей и участков щек Закалка всей окружностигалтели по. известномуспособу Иэ .таблицы видно, что термическая обработка галтелей индукционной закалкой приводит к значительному повьвюнию сопротивления усталости ко ленчатых валов по сравнению с коленчатыми валами без термообработки гнлтелей и предотвращает зарождение трещины усталости.Такии образом, применение способа термической ббработки коленчатых ;валов, заключающегося в индукцион ной закале участков галтелей от ше- . ек к щекам в плоскости кривошипа на длине 2-4 радиуса гантели по окружности галтели позволяет повысить их сопротивление усталости на 30- 35.Годовой экономический эффект прк программе выпуска коленчатых валов 90000 шт. составляет около 170 тис. руб. 1, Способ термической обрабОтки коленчатных валов, включающий поверхностную закалку шеек и галтеОстаточные де- Предел Формации абие- устание вала), ми лости,ИПа 49 лей, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повьааения сопротивления усталости, поверхностной закалке подвергают участки гантелей,расположенные по окружности шеек4 по обе стороны от плоскости кривошипа, размером 24 радиуса галтелк,2. Способ по п 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что,одновременно с, закалкой участков галтелей проводят поверхностную закалку участковщек, отстояющих откоренной и шатунной шеек на расстоянии 0,5-1,0 радиуса галтелк, причем расстояниемежду закаленныин участками составляет 0,9-1,0 диаметра корвинойшейки.Источники информации,,принятые во внимание при экспертизе1. Вихерт М.И. и др. Конструкция6 и расчет автотракторных двигателей,И., ".Машиностроенкеф, 1964, с, 393,2. Авторское свидетельство СССРВ 812839, кл, С 21 Р 9/30, 1978.3. Патент ФРГ В 1284981,63 кл. С 21 Р 9/30, опублик. 1970.960260 Составитель И. ЛипгартРедактор Л. Лукач ТехредуА.Бабинец, Корректору. номаренко д. 4/ Филиал ППП фПатент", Г. д, ул. Проектная,э 7152/32 Тйрак 587ВНИИПИ Государственного комитпо делам иэобретений и открн113035, Иосква, Ж, Раущская н Подписиа СССР тий