способ и устройство восстановления шаровых элементов деталей методом пластического деформирования

Формула изобретения

1. Устройство для восстановления шаровых элементов деталей методом пластического деформирования, содержащее станину, источник нагрева, разъемную матрицу для размещения детали и пуансон, отличающееся тем, что оно содержит клин для фиксации секций матрицы от продольного перемещения, при этом левая секция матрицы жестко закреплена на станине, секции матрицы выполнены с замковым элементом с возможностью образования между ними в собранном состоянии полости, соответствующей геометрическим размерам нагретого шарового элемента детали.

2. Способ восстановления шаровых элементов деталей методом пластического деформирования, включающий предварительный нагрев детали до температуры горячей деформации и установку детали в разъемную матрицу для последующей раздачи, отличающийся тем, что восстановление шаровых элементов детали осуществляют с помощью устройства по п.1, а после пластического деформирования ее подвергают механической и термической обработке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для восстановления наружной поверхности сферической головки деталей типа “шаровой палец” с одновременным повышением их усталостной прочности в опасных сечениях. Восстановление детали осуществляется путем внедрения в деталь инструмента заданной конфигурации и может быть применено на ремонтных предприятиях, занимающихся реновацией деталей “типа шаровой палец”.

Известно устройство для восстановления шлицов вдавливанием, принцип работы которого заключается в том, что материал детали при помощи инструмента клинообразной формы выдавливается из средней части шлица в сторону изношенных боковых поверхностей. Недостатком данного устройства является невозможность восстановления деталей, имеющих значительные и неравномерно распределенные по поверхности износы, и невозможность упрочнения детали.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является устройство для восстановления как наружной, так и внутренней поверхности втулок. Устройство содержит основание, источник нагрева, матрицу для размещения изделия и порошка, узел вращения и формующий элемент, выполненный составным из двух коаксиальных полых частей. Недостатком данного устройства является его применение только для пустотелых деталей, а также отсутствие упрочнения детали после восстановления (1).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ восстановления наружной и внутренней поверхности втулок, при помощи которого осуществляют предварительный нагрев детали до температуры горячей деформации и установку детали в разъемную матрицу для последующей раздачи (1).

Недостатком данного технического решения (1) является возможность его применения только для пустотелых деталей, а также отсутствие упрочнения детали после восстановления.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей восстановления ресурсоизношенных деталей пластическим деформированием с одновременным повышением их усталостной прочности в опасносных сечениях.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для восстановления наружной и внутренней поверхности втулок, содержащее станину, источник нагрева, разъемную матрицу для размещения детали и пуансон, содержит клин для фиксации секций матрицы от продольного перемещения, при этом левая секция матрицы жестко закреплена на станине, секции матрицы выполнены с замковым элементом с возможностью образования между ними в собранном состоянии полости, соответствующей геометрическим размерам нагретого шарового элемента детали.

Также поставленная задача достигается за счет того, что в способе восстановления наружной и внутренней поверхности втулок, включающем предварительный нагрев детали до температуры горячей деформации и установку детали в разъемную матрицу для последующей раздачи, восстановление шаровых элементов детали осуществляют с помощью описанного выше устройства, а после пластического деформирования ее подвергают механической и термической обработке.

Предлагаемое устройство состоит из корпуса 2 (фиг.1), на которой установлены разъемные секции матрицы 4 и 20. Правая секция матрицы 20 установлена на рельсообразных направляющих 19. Секции матрицы выполнены с замковым элементом, фиксирующим поперечное перемещение секций относительно друг друга. Левая секция 4 жестко закреплена на станине 2 с помощью болтов 5. Верхняя плита 10, в которой установлен хвостовик 13, и пуасонодержатель 8, в котором установлены пуансон 6 и клин 16, закреплены между собой через промежуточную плиту 9 стяжными болтами 11. Хвостовик 13 закреплен к ползуну пресса 12. Конструкция устройства позволяет применять при восстановлении различные виды пуансонов 6.

Устройство работает следующим образом.

Восстанавливаемая деталь 21 предварительно нагревается в установке безокислительного нагрева (соляная ванна) до температуры горячей деформации (от 0,8 до 0,9 Т_пл) и устанавливается на упор 3, обеспечивающий фиксирование детали до закрытия секций матрицы. При движении ползуна пресса вниз правая секция матрицы посредством клина 16 по направляющим 19 передвигается в рабочее положение. Геометрические размеры клина подобраны таким образом, чтобы создаваемый предварительный натяг между матрицами обеспечивал исключение возможности их раскрытия, тем самым гарантируя отсутствие затекания металла встык. Восстанавливаемая деталь 21 зажимается между двумя секциями матрицы 4 и 19. Пуансон 6 внедряется в деталь и за счет пластического деформирования металла детали заполняет полости матрицы.

После осуществления процесса восстановления возвращение устройства в исходное положение обеспечивается наличием оттяжных пружин 15, размещенных в пуансонодержателе 8. Ход пружин ограничивают упорные болты 14, закрепленные в плите подкладной 7. Во время движения верхней плиты 10 вверх поднимается и клин 16, позволяя правой секции матрицы 20 за счет пружин 18, действующих через упорные болты 17, вернуться в исходное положение. После восстановления деталь удаляется через отверстие в корпусе 2.

В собранном состоянии между матрицами образуется полость, соответствующая геометрическим размерам нагретого шарового пальца. Причем размер шаровой части матриц увеличен с учетом припуска на последующую механическую обработку восстановленной детали. Восстановление геометрических размеров обеспечивается целенаправленным перемещением материала детали из нерабочих зон в рабочие за счет внедрения пуансона заданной конфигурации.

Направление течения металла зависит от формы внедряемого инструмента и условия трения на контакте пуансон - восстанавливаемая деталь - формообразующая матрица. Для создания анизотропных условий трения при пластическом деформировании (фиг.2) на гравюре матрицы созданы зоны прилипания 4 и зоны скольжения 3. При этом на контуре 2 детали 1 до восстановления показаны характерные зоны максимального износа. За счет характерной формы внедряемого инструмента и направления течения металла 6 деталь после восстановления примет форму по контуру 5. Для этого поверхности матриц, где необходимо создать зоны прилипания, были обработаны операциями фрезерования (R_a=6,3 мкм), а зоны скольжения операциями шлифования (R_а=1,25 мкм). Рабочие поверхности пуансона подвергнуты операциям полирования до достижения шероховатости R_a=0,4 мм, т.к. после восстановления шаровые пальцы, испытывающие при эксплуатации знакопеременные нагрузки, должны иметь поверхности с низкой величиной шероховатости для полного использования резервов прочности.

При выборе формы и размера внедряемого пуансона учитываются следующие факторы: величина и характер износов шаровой части, степень накопления усталостных повреждений в опасном сечении детали, которая является функцией от пробега и категории условий эксплуатации автомобиля. Диаметр пуансона _п выбирается в пределах d_п=(0,4...0,6)d_д от диаметра шаровой части детали d_д.

Если у детали 1 (фиг.3) после эксплуатации потеря долговечности по усталостной прочности незначительная, следует применять для восстановления пуансон 3, позволяющий восстановить только геометрическую форму детали.

При применении пуансона ступенчатой формы 3 (фиг.4) деформация 2 распространится до сечений галтели перехода шаровой части в конусную, это обеспечит “залечиваниние” усталостных микроповреждений материала детали 1, образующихся в процессе эксплуатации, а следовательно, восстановится геометрическая форма и усталостная прочность детали.

Прелагаемое устройство и способ позволяют восстанавливать ресурсоизношенные детали типа шаровой палец с одновременным и повышением их усталостной прочности.

Источник информации

1. A.C. СССР №1726136 A1, B 22 F 7/04, 15.01.1992.