ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения конструкторской разработки.

На рис. 1 показан предлагаемый поршень с упрочненными зонами;

на рис. 2 показано продольное сечение поршня с фрагментом i упрочненных зон по юбке, первой канавке и головке поршня на рис. 1; на рис. 3 - сечение А-А на рис. 1.

Рисунок 1 Рисунок 2

Рисунок 3

Поршень ДВС содержит корпус 1, юбку 2, головку 3 и канавки под компрессионные и маслосъемное кольцо, а также упрочненные легированием зону 4 - по юбке поршня, зону 5 - по первой канавке и зону 6 - по головке поршня, полученные путем электронно-лучевого переплава основного материала с введением в зону переплава антифрикционного легирующего материала, например, меди.

Зоны переплавленного слоя 4, 6 имеют в основе канавки 7 синусоидальной формы, полученные в процессе электронно-лучевого переплава основного материала и являющиеся своеобразными компенсаторами внутренних напряжений, возникающих в процессе переплава и охлаждения между основным материалом поршня и легированным слоем.

Поверхность поршня предварительно нагревают электронным лучом до температуры 180-200oc без расплавления поверхности с фокусировкой и сканированием луча растром с заданными параметрами с последующим переплавом зоны первой канавки.

Переплав зоны первой канавки с легированием дополнительно оптимизирует температуру детали для последующего переплава юбки и головки поршня. Переплав юбки и головки поршня осуществляется ступенчатым способом.

Первую ступень осуществляют с подачей легирующего материала в зону расплава для получения необходимой структуры, требуемых физико-механических свойств и канавки синусоидальной формы переплавленного слоя .

Вторую ступень осуществляют без подачи легирующего материала для исключения появления трещин за счет уменьшения градиента температур, скорости кристаллизации и дополнительного улучшения структуры переплавленной зоны.

Переплав по первой и второй ступени проводят с фокусировкой луча выше поверхности поршня, но с меньшей величиной, чем при прогреве, и управлением луча при сканировании осуществляют по эпициклоиде с шириной зоны переплава, равной двум шагам между зонами переплава. При этом происходит последовательное перекрытие зон переплава и образуется плавное изменение глубины синусоидальной формы из-за различной концентрации энергии луча в центре и периферийных зонах переплава. В центральной зоне глубина переплава образуется больше, в периферийных - меньше и изменение глубины в основе материала происходит по синусоиде от центра к краям переплава.

Синусоидальна форма в основе играет роль своеобразного компенсатора остаточных напряжений и обеспечивает более плавное распределение напряжений в упрочненном слое.

После окончания процесса переплава поршень дополнительно проходит термическую обработку при температуре 300oc в течение 6 часов с охлаждением на воздухе для дополнительного снижения остаточных напряжений впереплавленных зонах без заметного ухудшения механических свойств основного материала и упрочненных поверхностей.

Использование предлагаемого технического решения приводит в условиях эксплуатации к значительному повышению механических, термоусталостных характеристик, а также к повышению антизадирных и антиизносных свойств упрочненных поверхностей поршня, что позволяет исключить локальное схватывание поверхностей трения и тем самым исключить задиры и разрушение поршней в условиях высоких термодинамических нагрузок.

Способ упрочнения поверхностей позволяет исключить образование трещин в

переплавленном слое и осуществить промышленное производство поршней с высокой воспроизводимостью свойств получаемого упрочненного слоя , что недостижимо при использовании известных решений.

Результаты стендовых моторных испытаний развернутых двигателей предлагаемым решением позволили вы вить положительный эффект повышения мощности и экономичности двигателя за счет уменьшения коэффициента трения и снижения мощности трения упрочненных поверхностей и улучшить экономические параметры двигателя.