способ изготовления сборного распределительного вала и инструмент для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ изготовления сборного распределительного вала преимущественно для двигателей внутреннего сгорания, состоящего из несущей трубы и по меньшей мере двух закрепленных на ней рабочих элементов, путем предварительного формирования на всей поверхности посадочного круглой формы отверстия каждого рабочего элемента множества продольных сужающихся к вершинам шлицов, размещения каждого рабочего элемента на трубе в заданном угловом и линейном положении и последующего механического расширения трубы приложением к ней усилия давления изнутри до вдавливания шлицов рабочих элементов в тело трубы с образованием между трубой и рабочими элементами неразъемного соединения, отличающийся тем, что трубу расширяют с образованием на ее наружной поверхности по меньшей мере трех равномерно распределенных по окружности выступов овальной формы, ширина каждого из которых по меньшей мере в два раза превышает расстояние между вершинами двух соседних шлицов на поверхности рабочих элементов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на поверхности трубы формируют 6 8 выступов.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что расширение трубы осуществляют в два этапа, на первом из которых на наружной поверхности трубы формируют продольные выступы, ширина которых составляет 0,5 0,95 от заданного значения, а на втором этапе доводят ширину и высоту выступов на поверхности трубы до их заданного значения, при котором в каждый выступ трубы вдавливается по меньшей мере по два выступа от каждого рабочего элемента.

4. Инструмент для расширения трубы в процессе сборки распределительного вала, содержащий стержень и закрепленную на нем соосно ему основную рабочую головку, образованную двумя коническими поверхностями, обращенными друг к другу большими основаниями и расположенным между ними цилиндрическим калибровочным пояском, диаметр которого превышает внутренний диаметр трубы, отличающийся тем, что головка оснащена по меньшей мере тремя равномерно распределенными по ее поверхности продольными пазами, отделенными один от другого выступами.

5. Инструмент по п.4, отличающийся тем, что головка оснащена 6 8 выступами.

6. Инструмент по п.4 или 5, отличающийся тем, что снабжен дополнительной рабочей головкой, аналогичной основной и закрепленной на стержне перед ней в направлении рабочего хода инструмента, при этом высупы дополнительной рабочей головки расположены по направлению выступов основной головки и их ширина составляет 0,5 0,95 от ширины выступов основной рабочей головки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и более точно относится к способу изготовления сборного распределительного вала, преимущественно двигателя внутреннего сгорания, и инструменту для осуществления такого способа.

Известен способ изготовления сборного распределительного вала, образованного несущей трубой и, по меньшей мере, двумя закрепленными на ней рабочими элементами, состоящими в том, что на поверхности посадочного отверстия каждого рабочего элемента предварительно формируют продольные пазы прямоугольного профиля (GB, A, N 2210301). Затем рабочие элементы (кулачки, опорные шейки, эксцентрики) надевают на трубу в заданной последовательности, устанавливая их при этом в необходимое угловое положение, после чего осуществляют механическое расширение трубы, приложением к ней усилия изнутри. При этом наружный диаметр трубы становится большим, чем диаметр посадочного отверстия рабочих элементов и материал трубы заполняет пазы, имеющиеся на поверхности посадочных отверстий. Расширение трубы в известном способе осуществляют с помощью инструмента, имеющего форму стержня круглого поперечного сечения с продольными выступами на его наружной поверхности. При этом число и профиль выступов идентичны числу и профилю впадин на посадочной поверхности рабочих элементов.

Известный способ требует высокой точности обработки посадочных отверстий рабочих элементов и по существу индивидуального изготовления каждого из них, поскольку при установке рабочих элементов в заданное угловое положение на несущей трубе расположения пазов каждого из них в процессе расширения трубы должно точно соответствовать расположению выступов одного и того же инструмента. Это приводит к снижению производительности сборки.

Известен, кроме того, способ изготовления сборного распределительного вала, (GB, A N 1117816), состоящий в том, что на поверхности посадочных отверстий каждого рабочего элемента предварительно формируют множество сужающихся к вершинам шлицев, по существу треугольного профиля, размещают рабочие элементы на трубе в заданном угловом и линейном положениях и затем осуществляют механическое расширение трубы приложением к ней усилия изнутри до вдавливания шлицев своими заостренными вершинами в тело трубы с образованием между рабочими элементами и трубой неразъемного соединения. В известном способе расширение трубы производят по всей ее окружности, используя для этого инструмент, состоящий из стержня и закрепленной на его конце соосно ему рабочей головки, образованной двумя коническими поверхностями, обращенными друг к другу большими основаниями и размещенным между ними цилиндрическим калибровочным пояском, диаметр которого соответствует внутреннему диаметру трубы после ее расширения. Для обеспечения гарантированного вдавливания заостренных шлицов в тело трубы по всей ее окружности инструмент необходимо протягивать с высоким усилием, например для труб 22 мм усилие протяжки составляет приблизительно 18 тс. Это накладывает ограничение на выбор материала рабочих элементов, он должен иметь достаточную вязкость, чтобы не произошло разрушения рабочего элемента в процессе протяжки инструмента. В то же время, как правило, более вязкие материалы, например сталь, плохо поддаются обработке прессованием и для обеспечения требуемой точности изделий дополнительно необходима их доводка путем механической обработки, что ведет к снижению производительности и повышению стоимости производства.

В основу изобретения поставлена задача разработать способ изготовления сборного распределительного вала, при котором бы расширение трубы осуществлялось таким путем, который для обеспечения надежного неразъемного соединения трубы с рабочим элементом не требовал бы приложения к ней усилия, приводящего к разрушению и достаточно хрупких, например порошковых материалов, и при этом был бы применим в массовом производстве с обеспечением высокой производительности, а также в основу изобретения поставлена задача создать инструмент для осуществления такого способа.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления сборного распределительного вала для двигателей внутреннего сгорания, состоящего из несущей трубы и по меньшей мере двух закрепленных на ней рабочих элементов, путем предварительного формирования на поверхности посадочного отверстия каждого рабочего элемента множества продольных сужающихся к вершине шлицев, размещения каждого рабочего элемента на трубе в заданном угловом и линейном положении и последующего механического расширения трубы приложением усилия давления изнутри до вдавливания шлицое рабочих элементов в тело трубы с образованием между трубой и рабочими элементами неразъемного соединения согласно изобретению. Трубу расширяют с образованием на ее наружной поверхности по меньшей мере трех, равномерно распределенных по окружности выступов овальной формы, ширина каждого из которых превышает по меньшей мере в два раза расстояние между вершинами двух соседних шлицев на поверхности рабочих элементов.

Предпочтительно на поверхности трубы в процессе расширения формировать 6 8 продольных выступов овальной формы. Целесообразно для снижения усилия воздействия на трубу ее расширение осуществлять в два этапа, на первом из которых на наружной поверхности трубы формируют продольные выступы, ширина которых составляет 0,5 0,95 от их заданного значения, и на втором этапе доводят ширину и высоту выступов на поверхности трубы до их заданного значения, при котором происходит вдавливание рабочих элементов в тело выступов, образованных на поверхности трубы, при этом с каждым выступом трубы взаимодействуют по меньшей мере по два выступа от каждого рабочего элемента.

Поставленная задача решается также и тем, что в инструменте для расширения трубы в процессе сборки распределительного вала, содержащем стержень и закрепленную на нем соосно ему основную рабочую головку, образованную двумя коническими поверхностями обращенными друг к другу большими основаниями и цилиндрическим калибровочном пояском, диаметр которого превышает внутренний диаметр трубы, расположенным между конусами согласно изобретению, головка оснащена по меньшей мере тремя, равномерно распределенными по окружности продольными пазами, отделенными один от другого выступами. Можно для повышения технологичности расширения трубы с использованием такого инструмента оснастить его дополнительной рабочей головкой, аналогично основной и закрепленной на стержне перед ней в направлении рабочего хода инструмента, при этом выступы дополнительной рабочей горелки расположены по направлению выступов основной головки и их ширина составляет 0,5 0,95 от ширины выступов основной головки.

Целесообразно основную и дополнительную головки выполнить имеющими 6 8 выступов.

Способ изготовления сборного распределительного вала, осуществленный в соответствии с настоящим изобретением, требует для обеспечения надежного соединения рабочих элементов с трубой приложения значительно меньших усилий, чем в случае расширения трубы по всей ее окружности.

Взаимопроникновение шлицев отверстий рабочих элементов и выступы трубы обеспечивают сопротивление более высоким крутящим моментам, чем при гладкой поверхности трубы, с другой стороны, не требуется специальной ориентации профилированных рабочих элементов на трубе, что гарантирует надежность соединения и значительно упрощает и расширяет возможности предлагаемого способа изготовления сборных валов, позволяет использовать трубы обычной, а не высокой точности. Инструмент для осуществления способа прост в изготовлении и надежен в работе.

На фиг. 1 изображен в разрезе сборный распределительный вал в процессе изготовления способом согласно изобретению и инструмент согласно изобретению для осуществления способа; на фиг. 2 разрез по II-II на фиг. 1; на фиг. 3 разрез по III-III на фиг. 1; на фиг. 4 участок А на фиг. 3, увеличено.

Способ изготовления сборного распределительного вала, преимущественно для двигателей внутреннего сгорания согласно изобретению, состоит в том, что предварительно формируют на поверхности посадочного отверстия 1 (фиг. 1 4) каждого рабочего элемента 2, 3, 4, изготавливаемого распределительного вала множество продольных, сужающихся к вершинам (по существу треугольного профиля) шлицев 5. Рабочие элементы с посадочными отверстиями такого профиля могут быть изготовлены при массовом производстве, например методом порошковой металлургии. После этого рабочие элементы 2 4 (в описываемом примере показано три рабочих элемента, однако их может быть и больше) располагают по трубе 6 в заданном угловом и линейном положении. При этом труба 6 имеет наружный диаметр меньший диаметра посадочных отверстий 1 рабочих элементов 2 - 4 на величину 2d, где d монтажный зазор. Затем осуществляют механическое расширение трубы 6 путем приложения к ней усилия давления изнутри, выбирая его достаточным для обеспечения вдавливания заостренных шлицев 5 в тело трубы 6. Согласно изобретению трубу расширяют с образованием на ее наружной поверхности по меньшей мере трех, а предпочтительно 6 8 выступов 7 овальной формы, ширина каждого из которых превышает по меньшей мере в два раза расстояние "b" между вершинами двух соседних шлицев 5 посадочного отверстия 1. Для снижения усилия давления на трубу 6 процесс ее расширения осуществляют в два этапа, на первом из которых на наружной поверхности трубы 6 формируют продольные выступы, ширина которых составляет 0,5 0,95 от заданного значения, и на втором этапе доводят ширину и высоту выступов 7 до их заданного значения, при котором в каждый выступ 7 трубы вдавливается по меньшей мере по два шлица от каждого рабочего элемента 2 4.

Для расширения трубы 6 используют профилеобразующий инструмент, содержащий стержень 8, на конце которого соосно ему закреплены две рабочие головки 9, 10, основная и дополнительная соответственно. При этом дополнительная головка 10 расположена перед основной головкой 9 по направлению рабочего хода инструмента (показано на фиг. 1 стрелкой В). Головки 9 и 10 образованы каждая двумя коническими поверхностями 11, 12 и 11", 12", обращенными друг к другу большими основаниями, и расположенным между ними, цилиндрическим калибровочным пояском 13, 13" соответственно. Каждая головка 9, 10 оснащена равномерно распределенными по ее поверхности продольными пазами 14, 14", отделенными один от другого образовавшимися при этом выступами 15, 15" соответственно. При этом выступы 15" дополнительной головки 10 расположены по направлению выступов 15 основной головки 9 и их ширина a₁ составляет 0,5 0,95 ширины a₂ выступов 15 основной головки 9. Число выступов 15 (15") может быть три и более, предпочтительно 6 8. В описываемом примере показан инструмент с восемью выступами 15 (15"). Диаметр калибровочного пояска 13 (13") больше исходного значения внутреннего диаметра трубы 6 и соответствует значению внутреннего диаметра трубы 6 после ее расширения и таким, что при этом обеспечивается проникновение шлицев не менее, чем на 0,2 их высоты, а ширину пазов 14 (14") инструмента выбирают, исходя из условия обеспечения ширины выступов 15 (15"), не меньшей 2b, где b расстояние между вершинами двух соседних шлицев 5.

При протягивании инструмента через отверстие трубы 6 обеспечивают сначала с помощью дополнительной головки 10 выборку монтажного зазора d и образование на поверхности трубы 6 восьми продольных выступов овального профиля (показаны на фиг. 4 штриховой линией), а затем с помощью основной головки доводят размер выступов 7 до заданного значения 9 и врезание в тело трубы 6 не менее двух шлицев 5 рабочих элементов 2 4 на каждый выступ 7. Участки трубы 6, расположенные против пазов 14, 14", между выступами 15, 15" профилеобразующего инструмента изменяются меньше и возможность течения металла трубы при этом позволяет снизить напряжения в рабочих элементах 2 -4, вызванные колебаниями величины монтажного зазора d.

При деформировании трубы выступы 15" шириной a₁ внедряются в тело трубы 6, формируя в ней канавки, соответственно своему профилю. При прохождении по образованным канавкам выступов 15 шириной a₂ > a₁ площадь контакта увеличивается за счет увеличения ширины деформирующего выступа 15. В результате деформирования выбирается монтажный зазор d, изменяется диаметр трубы с образованием овальных выступов 7 и взаимным проникновением материалов трубы 6 и элементов 2 4. При этом глубина канавки в трубе 6 максимальна, когда наружный диаметр трубы 6 минимален и толщина стенки трубы 6 максимальна (обе величины в пределах допуска) и глубина канавки минимальна при максимальном наружном диаметре трубы 6 и минимальной толщине ее стенки.

В первом случае при работе выступов 15 шириной a₂ сначала превалирует процесс внедрения их в тело трубы 6, а потом раздача трубы 6 по наружному диаметру.

Во втором случае внедрение выступов 15 в тело трубы 6 незначительно и происходит раздача ее по наружному диаметру. Таким образом происходит компенсация отклонения размеров трубы в пределах допуска и монтажного зазора, при этом толщина стенки трубы после деформирования является практически постоянной.

Для оценки преимуществ способа согласно изобретению были проведены сравнительные испытания, для которых изготавливали пять типов сборного распределительного вала по десять экземпляров каждого типа, варьируя форму посадочного отверстия рабочих элементов и профиль инструмента для расширения трубы.

Во всех случаях рабочие элементы были изготовлены из спеченных порошковых материалов и имели диаметр посадочного отверстия 22 мм, причем в двух случаях отверстия выполняли круглыми и в трех случаях с 36-ю продольными шлицами треугольного профиля высотой h0,43 мм. Во всех случаях использовались трубы из стали 30 (c 0,27 0,35, Cr < 0,25, Mn 0,5 0,8, Si 0,17 0,37, S, Ph) с наружным диаметром 210,3 мм и толщиной стенки 30,3 мм. Раздачу трубы производили инструментом с одной рабочей головкой без выступов, инструментом согласно изобретению с одной основной рабочей головкой с 8-ю выступами и инструментом c 2-я рабочими головками с 8-ю выступами каждая и диаметром цилиндрического калибровочного пояска 16,4 мм. В случае инструмента с одной рабочей головкой выступы имели ширину a₂ 2,0 мм и высоту 5 мм, в случае двух рабочих головок ширина выступов была у дополнительной головки a₁ 1,8 мм и у основной a₂ 2,0 мм.

Результаты проведенных испытаний (см. таблицу) показали, что предлагаемый способ наиболее успешно решает поставленную задачу надежного соединения рабочих элементов с несущей трубой при изготовлении сборного распределительного вала.