способ обработки отверстия в малой головке шатуна двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. Способ обработки отверстия в малой головке шатуна двигателя внутреннего сгорания, при котором отверстие хонингуют абразивными брусками и на его поверхности размещают антифрикционный материал, отличающийся тем, что хонингование осуществляют в условиях плосковершинного хонингования с перебегом брусков из обрабатываемого отверстия на величину 1/2 2/3 длины брусков до получения седлообразности отверстия с разностью наибольшего и наименьшего диаметров, равной 0,03-0,10 мм, а размещение на поверхности отверстия антифрикционного материала осуществляют натиранием брусками, содержащими указанный материал.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед хонингованием в отверстие устанавливают втулку из черного металла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области механической обработки трущихся поверхностей отверстий в головках шатунов двигателей внутреннего сгорания.

Известен способ обработки отверстий в головках шатунов двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что после расточки отверстий большой и малой головки шатуна их подвергают хонингованию алмазными брусками. Затем в малое отверстие запрессовывают бронзовую втулку, после чего отверстие хонингуют вновь. (кн. С.И.Куликов, Ф.Ф.Ризванов, В.А.Романчук, С.В.Ковалевский "Прогрессивные методы хонингования", М. "Машиностроение", 1983 г. с. 128.).

Обработка отверстия в малой головке шатуна по прототипу осуществляется хонингованием, обеспечивающим получение высоких качеств по точности формы, размеров и взаимного расположения осей двух отверстий шатуна (кн. С.И.Куликов и др. стр. 91 93).

Одним из требований к точности формы отверстия является отклонение профиля продольного сечения, т. е. в отверстии должны отсутствовать конусообразность, бочкообразность и седлообразность. В частности, наименьшие отклонения профиля продольного сечения обеспечиваются хонингованием при перебеге абразивных брусков на величину, не превышающую 0,3 длины бруска. (кн. З.И. Кремень, И. Х.Стратиевский, "Хонингование и суперфиниширование деталей", Л. "Машиностроение", Ленинградское отделение, 1988 г. с. 120 123).

Для уменьшения трения стенки отверстия шатуна с сопрягаемой деталью в отверстие устанавливают втулку, изготавливаемую из цветных металлов, обладающих требуемыми антифрикционными свойствами, например, таких как бронза.

Недостаток известного способа состоит в том, что использование цветных металлов увеличивает себестоимость изделия.

Целью изобретения является значительное сокращение использования цветных металлов в отверстии малой головки шатуна.

Другой целью изобретения является повышение износостойкости трущихся поверхностей.

Цель достигается тем, что в способе обработки отверстия в малой головке шатуна, при котором отверстие обрабатывают хонингованием абразивными брусками и на его поверхности размещают антифрикционный материал, обработку отверстия ведут процессом плосковершинного хонингования с перебегом брусков на величину 1/2 2/3 длины брусков до получения седлообразности отверстия с разностью наименьшего и наибольшего диаметров равной 0,03 0,10 мм, а размещение на поверхности отверстия антифрикционного материала осуществляют натиранием брусками, содержащими антифрикционный материал.

Использование плосковершинного алмазного антифрикционного хонингования трущихся поверхностей малого отверстия шатуна по сравнению с обычным хонингованием позволяет исключить возможность задиров и обеспечивает повышение износостойкости за счет осуществления эффекта безизносного трения.

Однако втулки из цветных металлов в малой головке шатуна играют не только противозадирную роль при трении движущихся поверхностей. Замечено, что за счет деформация втулки из пластичных цветных металлов компенсируются все накопленные погрешности, исключая возможность заклинивания сопрягаемых деталей. Поэтому механическое исключение втулок с использованием противозадирной обработки еще не гарантирует стабильной работы шатунно-поршневой группы двигателя, т.к. за счет накопленных геометрических и размерных погрешностей сопрягаемых деталей могут возникнуть высокие контактные напряжения, вызывающие заклинивания при контакте жестких поверхностей из черных металлов. С целью исключения возможных заклиниваний сопрягаемые поверхности из черных металлов, подвергшиеся противозадирной обработке, должны иметь шарнирное спряжение. С этой целью поверхность отверстия малой головки шатуна без бронзовой втулки должна иметь седлообразную форму. Величина седлообразности (разности наибольшего диаметра у торцовых поверхностей шатуна и наименьшего диаметра в середине отверстия) определяется размерами и точностью исполнения, в том числе пространственного взаиморасположения сопрягаемых деталей. Величина седлообразности для двигателя внутреннего сгорания транспортных средств составляет 0,03 0,10 мм. Уменьшение величины седлообразности приведет к заклиниванию трущихся поверхностей, увеличение величины седлообразности приведет к быстрому износу шатуна.

Седлообразность отверстия в заданных пределах может быть достигнута в процессе алмазного хонингования за счет увеличения перебегов хонголовки при возвратно-поступательном движении шпинделя хонинговального станка в пределах от 1/2 до 2/3 длины брусков. При длине перебега хонголовки менее 1/2 длин брусков поверхность отверстия получается близкой к цилиндрической или бочкообразной, а при длине перебеге более 2/3 длины брусков может происходить разбив отверстия в зоне входных и выходных торцевых поверхностей обрабатываемого отверстия.

При заданном чертежном размере и допуске на диаметр отверстия в среднем сечении величина требуемой седлообразности достигается за счет выбора длины перебегов хонголовки и величины припуска под хонингование и достигает 0,03 - 0,10 мм.

В некоторых случаях в отверстие головки шатуна может быть установлена втулка из черного металла. Установка втулки целесообразна, например, при ремонте двигателя, либо втулка может быть установлена первоначально в новый шатун для облегчения дальнейшего его ремонта. В качестве материала втулки используют черный металл: чугун, сталь. Эти материалы должны по своим физико-механическим характеристикам соответствовать требованиям по прочности, твердости и т.п. предъявляемым шатуну. Втулки могут быть изготовлены из того же материала, что и шатун. В основном втулки могут быть изготовлены из такого материала, как чугун СЧ21-40, сталь 45.

Способ обработки осуществляется следующим образом. Отверстие малой головки растачивают и подвергают плосковершинному хонингованию алмазными брусками в окончательный размер. Хонингование проводят с длиной перебега брусков на величину равную 1/2 2/3 длины брусков до достижения седлоообразности в пределах 0,03 0,10 мм. После достижения заданных параметров осуществляют антифрикционную натирку брусками всухую по заявке РФ N 94-021813, кл. В24В1/00. При ремонте шатуна из отверстия малой головки удаляют бронзовую втулку и вместо нее запрессовывают, например, чугунную втулку, внутреннюю поверхность которой подвергают плоско-вершинному хонингованию с получением заявленных параметров, а затем антифрикционной обработке брусками, содержащими антифрикционный материал.

Примеры осуществления способа обработки.

1. При ремонте двигателя Д-2156 для автобуса "Икарус-280" были изготовлены втулки для отверстия малой головки из чугуна СЧ21-40. Втулки запрессовали в отверстие вместо изношенных бронзовых втулок. Отверстие чугунных втулок хонинговали алмазными брусками с характеристикой: АС6 100/80, М2-01, 100, снимали припуск 0,04 0,06 мм на диаметр до окончательного размера 45^+0,006 мм. Длина хонингговальных брусков составляла 35 мм, длина перебега 17-18 мм (1/2 длины бруска). Седлообразность отверстия втулки составляла 0,03 0,04 мм. Режимы хонингования: скорость вращения хонголовки - 80м/мин, скорость врзвратно-поступательного движения 2-10 м/мин, давление прижима брусков 6 кг/см². После хонингования производили хонингование-натирку антифрикционными брусками следующего состава: медь 45% об. олово 10% об. окись железа 35% об. дисульфид молибдена 8% об. бура 2% об. Обработка поверхности проводилась в течение 15 20 сек. После обработки была получена поверхность, характеризующаяся следующими параметрами микрорельефа:

-R_z 2,5-3,5 мкм,

-R_a 0,35 0,42 мкм,

-опорная поверхность в сечении p 0,5 мкм от условий линии выступов профиля 23 26%

-опорная поверхность в сечении p 1,0 мкм от условной линии выступов профиля 67 72%

-максимальная ширина впадин в сечении p 1,0 мкм на базовой длине микропрофиля 60 мкм.

Двигатель, собранный с шатунами, обработанными указанным образом, испытан в работе: двигатель проработал нормально весь цикл до следующего ремонта 50000 км, износ втулок составил 1,2 2,5 мкм на диаметр, что существенно меньше износа бронзовых втулок за тот же период (0,06 0,08 мм в направлении оси шатуна).

2. Заготовка шатуна двигателя ЗИЛ-375 автобуса "ЛиАЗ-677" была расточена по малой головке в размер 27,90^+0,02_-0,02 мм, затем подвергалась алмазному хонингованию с антифрикционной обработкой до достижения окончательного размера с параметрами, соответствующими приведенным в примере 1. Длина хонбруска составляла 35 мм, величина перебегов составляла 23 24 мм (2/3 длины бруска), припуск под хонингование 0,08 0,12 мм на диаметр. Седлообразность отверстия после обработки составляла 0,07 0,10 мм. Условия обработки соответствовали также примеру 1.

Двигатель, собранный с этими шатунами нормально проработал до капитального ремонта, износ отверстия составил 1,5 2,5 мкм. Таким образом, заявленный способ полностью позволил исключить втулки из цветных металлов. Расход цветных металлов составил незначительную величину, т.е. соответствовал количеству меди, размещенной в микронеровностях обработанной поверхности. Кроме того, плосковершинное хонингование по черному металлу с натиркой позволило значительно уменьшить износ шатуна.