способ изготовления коленчатого вала

Формула изобретения

1. Способ изготовления коленчатого вала горячей объемной штамповкой из проката, включающий формирование шатунных шеек коленчатого вала и последующую гибку, отличающийся тем, что формирование шатунных шеек осуществляют с приданием поверхностным волокнам их материала ориентированного окончательного положения, параллельного осям шатунных шеек, гибку коленчатого вала производят с замыканием шатунных шеек поверхностями зажимных элементов, после чего осуществляют формовку щек и противовесов в открытых штампах с удерживанием коленчатого вала за окончательно сформированные шатунные шейки с помощью упомянутых замкнутых поверхностей с исключением истечения материала в направлении, перпендикулярном наружной поверхности щек.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование шатунных шеек коленчатого вала осуществляют поперечной глубокой прокаткой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и, в частности, к технологии изготовления коленчатого вала горячей объемной штамповкой.

Известен способ изготовления коленчатого вала горячей объемной штамповкой из проката посредством гибки заготовки с высадкой в секционном штампе на раздельных переходах с калибровкой вала в общем штампе. См., например, Е.И.Семенов и др. Справочник “Ковка и штамповка”, т.2 Горячая штамповка. М., Машиностроение, 1986, стр.31-33.

Недостаток известного способа заключается в невозможности его применения в условиях крупносерийного и массового производства, свойственного автомобильной промышленности, значительного перерасхода исходного материала и неопределенной ориентации поверхностных волокон материала шатунных шеек, что ведет к их более раннему износу, вследствие выхода волокон на поверхность, поскольку шатунные шейки работают в подшипниках скольжения.

Известен способ горячей объемной штамповки коленчатого вала автомобиля, описанный в книге Семендий В.М., Акаро И.Л., Волосов Н.Н. “Прогрессивная технология, оборудование и автоматизация кузнечно-штамповочного производства КАМАЗа”, М., Машиностроение, 1989, стр.215-255. Способ штамповки заключается в разделении исходного проката на мерные заготовки, нагреве заготовок, распределении материала вальцовкой на ковочных вальцах с последующей предварительной и окончательной штамповкой в открытых штампах, обрезкой, правкой и калибровкой.

Недостаток указанного способа заключается также в отсутствии определенной управляемой ориентации поверхностных волокон материала шатунных шеек, выходе волокон на поверхность вследствие обрезки коленвала, более раннему появлению питтинга на поверхности шатунных шеек при эксплуатации, неблагоприятному появлению концентраторов и как результат в меньшей долговечности коленвала.

Наиболее близким способом штамповки коленчатого вала, принятым за прототип, является способ горячей объемной штамповки коленчатого вала автомобиля, описанный в статье Adolf W.W. "Neuere Entwicklungen bei geschmiedeten Kraftfahrzeug-Kurbenwellen" в журнале Schmiede-Joumal, September 2001, S 14-17.

Способ заключается в отрезке, ковке на вальцах, предварительной, окончательной формовке вала и обрезке.

Прототип обладает теми же недостатками, что и аналоги, а именно, произвольно ориентированное, неуправляемое в процессе штамповки расположение поверхностных волокон материала шеек, выход их наружу и вследствие этого ускоренный износ материала в виде питтинга по шейкам и, как следствие, более ранний износ коленвала.

Недостатки способа изготовления коленчатого вал, характерные прототипу, устраняются тем, что шатунные шейки коленвала заключают в замкнутые поверхности и осуществляют гибку коленвала, далее выполняют формовку щек и противовесов в открытых штампах, при этом также удерживают коленчатый вал за окончательно сформованные шатунные шейки в замкнутых поверхностях и исключают истечение материала в направлении, перпендикулярном наружной поверхности шеек.

Сравнительный анализ способа изготовления коленчатого вала с известным, принятым за прототип, показал, что заявленный способ, обеспечивающий ориентированное, управляемое положение поверхностных волокон материала шатунных шеек, параллельное их осям, а также гибку вала для образования кривошипов, значительно повышает прочность коленвала в направлении приложения усилия и тем самым увеличивает долговечность.

К совокупности существенных признаков способа, обеспечивающих технический результат, следует отнести удерживание вала в штампе посредством помещения шатунных шеек в замкнутый объем, образованный элементами штампа, исключающими истечение материала шейки в неконтролируемом направлении.

Изобретение поясняется чертежами, где:

фиг.1 - исходная заготовка;

фиг.2 - формирование шатунных шеек;

фиг.3 - зажим шатунных шеек и гибка коленвала;

фиг.4 - предварительная формовка щек и противовесов коленвала;

фиг.5 - окончательная формовка коленвала;

фиг.6 - обрезка.

Способ реализуется следующим образом.

Как показано на фиг. 1, исходная заготовка 1 из проката имеет положение волокон 2 параллельно своей оси. Заготовку 1 устанавливают в стан для глубокой прокатки (не показан) и инструментом 3 прокатывают шейки 4, 5, 6, 7 коленчатого вала 8, формируя их в окончательный размер "d", получая расположение поверхностных волокон 2, параллельное оси шатунных шеек и коленвала, как показано на фиг.2. Возможен и другой способ формирования шеек.

Затем полуфабрикат из заготовки 1 укладывают в гибочный инструмент 9 штампа 10 и осуществляют ход пресса (не показан). При ходе ползуна пресса вниз гибочный инструмент 9 своими пуансонами 11, 12, 13, 14 и подвижными силовыми зажимами 15, 16, 17, 18 с жестко замыкаемыми поверхностями охватывает шатунные шейки 4, 5, 6, 7 по наружному диаметру, замыкает их и изгибает стержень заготовки 1 пуансонами в полуматрицах 19, 20, образуя участки 21, 22, 23, 24, 25 для последующей формовки щек и противовесов коленчатого вала.

Полученный полуфабрикат 26 помещают в последующие инструменты 27, 28 для формовки щек 29 и противовесов 30 в открытом штампе, при этом коленчатый вал удерживают в инструментах 27, 28 в жестко замыкающихся поверхностях подвижных силовых зажимов 15, 16, 17, 18 за шатунные шейки 4, 5, 6, 7.

Избыточный материал из открытых инструментов 27, 28 истекает в облой 31 и удаляется в обрезном инструменте.

На этом горячая штамповка коленчатого вала заканчивается. Способ штамповки может быть выполнен как в многопозиционном штампе, так и в раздельных штампах.

Таким образом, способ штамповки обеспечивает постоянный контроль расположения поверхностных волокон исходного материала шатунных шеек и коленвала автомобиля в целом и исключает истечение материала перпендикулярно наружным поверхностям и прерывание поверхностных волокон при управляемой ориентации, за счет этого повышает его прочность и долговечность.