Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ КРЫШКИ НИЖНЕЙ ГОЛОВКИ ШАТУНА

Изобретение относится к области металлообработки, а именно к разделению металлических узлов методами металлообработки.

Известно устройство для разделения цельной заготовки за счет подвижного поддержания заготовки и разделения с помощью клина, включающее базовый элемент, оправку с закрепленным к ее верхней части скользящим элементом и двигающимся вертикально в первой направляющей, второй скользящий элемент, закрепленный с помощью прижимных устройств, подвижно установленный на первом скользящем элементе для параллельного перемещения и с целью контакта с заплечиками гнезда болта через выступы для фиксации крышки подшипника, когда заготовка принимается в разъемную оправку, нижняя часть которой закреплена к направляющему элементу, а верхняя и нижняя части оправки образуют внутренний конический канал, через который клин разделяет оправку и, соответственно, заготовку (WO 95/26257, В 23 Р 17/02,1995 г.).

Недостатком данной конструкции является использование клина для отделения крышки нижней головки шатуна, который снижает скорость деформации, что приводит к дополнительной подготовке шатуна к разделению, например охлаждению в жидком азоте, чтобы исключить нехрупкое разрушение шатуна.

Прототипом является устройство для отделения крышки и/или штока шатуна, полученной методом порошковой металлургии, содержащее горизонтально расположенное основание, на котором установлена оправка для крепления шатуна, выполненная в виде верхнего и нижнего элементов с полукруглым сечением, ударный механизм с регулируемой ударной массой и двумя бойками, демпфирующие элементы для гашения энергии удара и стойку для базирования шатуна на оправке (SU 1816256, приоритет от 10.05.1989 г, В 23 Р 19/02, бюллетень "Открытия. Изобретения" 18, 1993 г.).

Недостатками прототипа является то, что в данном устройстве удар для отделения крышки и/или штока шатуна передается через значительное количество элементов конструкции и устройство для создания хрупкого разрушения шатуна имеет из-за большой подвижной массы высокую инерционность ползуна с держателем, оправкой, цапфой, скобой и другими дополнительными элементами устройства, а ускорительный цилиндр, применяемый для достижения большей скорости удара существенно не влияет на ее увеличение из-за сравнительно большой ударной массы; ударная масса выполнена в виде груза, движущегося под действием силы тяжести (в одном из вариантов), а скорость же удара регулируется высотой подъема груза или ускорительным цилиндром. Также данное устройство используется для разделения шатунов, полученных только из порошковых материалов. В устройстве не предусмотрено разделение шатуна вместе с предварительно ввернутыми болтами крепления крышки шатуна.

Задача изобретения заключается в создании устройства для отделения ударным способом крышки нижней головки шатуна, изготовленного не только методом порошковой металлургии, но и иными методами, например штамповкой, литьем из стали, чугуна, композиционных и других материалов, которое обеспечивает идеально хрупкое разрушение и собираемость (стыковку), разделение шатуна вместе с болтами крепления нижней головки шатуна, а также улучшение качества разделяемых поверхностей нижней головки шатуна.

Заявлено устройство для отделения крышки нижней головки шатуна. Данное устройство содержит горизонтально расположенное основание с установленной на нем оправкой для крепления шатуна, выполненной в виде верхнего и нижнего элементов с полукруглым сечением, ударный механизм с регулируемой ударной массой и двумя бойками, стойку для базирования шатуна на оправке, а также демпфирующие элементы для гашения удара, отличающееся от прототипа тем, что снабжено двумя клиньями для создания напряженного состояния нижней головки шатуна и обеспечения ее отделения изломом, верхний элемент оправки выполнен с направляющим пазом, в котором размещены упомянутые клинья, а основание выполнено с двумя пазами, оси которых пересекаются под углом 90^o, для установки оправки в сборе с шатуном и крышки нижней головки шатуна, при этом оправка выполнена с опорной поверхностью, совпадающей с ее плоскостью разъема и предназначенной для установки на соответствующую поверхность основания. Клинья и верхний элемент оправки имеют отверстия для толкателей, которыми снабжено устройство для передачи энергии удара от ударного механизма нижнему элементу оправки. На нижнем элементе оправки выполнены боковые лыски и плоскости, причем боковые лыски сопряжены с боковыми поверхностями направляющего паза верхнего элемента оправки, а плоскости нижнего элемента оправки с плоскостями клиньев. Демпфирующие элементы для гашения энергии удара выполнены в виде буферных вставок из упругого материала, например резины или полиуретана.

Данное устройство по сравнению с прототипом имеет минимальные массы подвижного элемента оправки с крышкой шатуна и ударника с бойками, что при подборе пружин соответствующих параметров дает возможность достичь высокой скорости удара и получить хрупкое разрушение шатуна. В отличие от прототипа в данном устройстве удар воспринимает через оправку непосредственно основание, имеющее высокую жесткость (минимальную податливость).

По материалам из научно-технической литературы, при ударном нагружении тело приобретает склонность к хрупкому разрушению, в сильной степени зависящему от состава и структуры материала тела, скорости нагружения и концентрации напряжений. Скорость при ударном действии нагрузки меняет механические свойства материала и зависит от соотношения масс соударяемых тел, то есть, если меньше масса ударяемого тела и больше скорость ударяющего тела, тем выше начальная скорость ударяемого тела, что соответствует условию идеально хрупкого разрушения (Г.С. Писаренко, А. П. Яковлев, В.В. Матвеев "Справочник по сопротивлению материалов", Киев, "Наукова думка", 1988 г., стр. 608). Даже пластичные материалы в статике при ударе с большой скоростью оказываются хрупкими (Н.М. Беляев "Сопротивление материалов", Москва, "Наука", 1976 г., стр. 528). Этим физическим условиям отвечает заявленная конструкция устройства для разделения шатуна.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 показан общий вид устройства; на фиг. 2 - разрез по оси нижней головки шатуна с оправкой; на фиг. 3 - вид сбоку с поперечным сечением оправки; на фиг.4 - осевое сечение ударного механизма; на фиг.5 - вариант встраивания устройства в роторную линию.

Устройство для отделения нижней головки шатуна(фиг.1, 4) содержит основание 1 (фиг.1, 2, 4) с выполненными на нем пазами, оси которых пересекаются под углом 90^o, причем поверхности Б (фиг.1,2) и Г (фиг.3) сопряжены с одноименными поверхностями, принадлежащими нижней части оправки 2 (фиг.1-4). Вся оправка располагается на двух поверхностях А (фиг.1,3) - на участке сопряжения с шатуном и состоит из вышеупомянутого нижнего элемента 2 и верхнего элемента 4 полукруглого сечения (фиг.1-3), в сборе с двумя клиньями 3 (фиг. 1-3) и шатуном 7 (фиг.1, 2, 4), зафиксированных штифтом 10 (фиг.1). На элементе 2 оправки с двух сторон выполнены лыски, сопрягаемые с поверхностями Г паза основания (фиг.3).

Основание 1 содержит буферные вставки 8 (фиг.2), выполненные из упругого материала, например полиуретана или резины, для гашения удара.

Устройство располагается относительно ударного механизма так, чтобы оси ударника и шатуна совпадали, а плоскость проходящая через точки касания бойков 6 и толкателей 5 (фиг.2-4) была перпендикулярна оси ударника и параллельна оси оправки с шатуном и плоскости, проходящей через базовые поверхности А (фиг.1-3).

Перпендикулярность оси стержня шатуна плоскости разъема элементов оправки 2 и 4 полукруглого сечения и поверхности разделения головки шатуна при установке последнего на оправке обеспечивается с помощью стойки 8 (фиг.1) посредством базирующего элемента 9, причем стойка закреплена с возможностью прямолинейного перемещения на основании 1, а оси симметрии базирующего элемента 9 и оправки в сборе с шатуном параллельны относительно друг друга и расстояние между ними равно межцентровому расстоянию шатуна.

Ударное устройство (фиг. 4) содержит корпус 12, закрепленный на кронштейне 11 (фиг.4), ударник с бойками 6 и штоком 13 с направляющей 16, пружину 19 и упор 18 с буферной вставкой 17. Крепление направляющей 16 к штоку 13 производится посредством гайки 14 с шайбой 15.

Отделение крышки нижней головки шатуна заключается в выполнении следующих операций.

Предварительно наносят концентраторы напряжений на поверхности шатуна в зоне предполагаемого разделения, производят базирование шатуна на оправке и выполняют зажим посредством клиньев для создания напряженного состояния по поверхности отделения крышки. Для этого оправку в сборе с шатуном поверхностями А элемента 4 устанавливают на основание 1 устройства таким образом, чтобы поверхности Б (фиг.1, 2) нижнего элемента 2 оправки и две боковые поверхности Г той же оправки соприкасались с одноименными поверностями Б и Г, принадлежащими пазам основания, оси которых пересекаются под углом 90^o.

В этом положении с обоих торцов оправки устанавливают и зажимают клинья 3, прилагая усилие Р/2 с двух сторон, что вызывает микроперемещение нижнего элемента 2 оправки вниз вдоль оси шатуна. Угол и ход клиньев расчитывают так, чтобы усилие растяжения нижней головки шатуна было ниже предела текучести в диапазоне от 10 до 15%, а угол клина был меньше угла трения.

В отверстия верхнего элемента 4 оправки устанавливают два толкателя 5 до упора в нижний элемент 2 оправки.

По команде ударник ударного механизма воздействует на толкатели 5, энергия которых передается на нижний элемент 2 оправки, вызывая его перемещение вниз, и соответственно происходит отделение крышки нижней головки шатуна по условной поверхности, проходящей через зоны максимальной концентрации напряжений.

Данная конструкция устройства за счет жесткого крепления шатуна и создания напряженного состояния посредством клиньев позволяет получать требуемое качество поверхности раздела и сопрягаемости (собираемости) разделенных частей шатуна. Существует возможность встраивания этой конструкции в автоматические линии, в частности в роторные, что позволяет повысить производительность и снизить в целом себестоимость обработки деталей.

В качестве примера реализации заявленной конструкции взято ее использование в роторно-конвейерной линии или на агрегатном станке. Один из возможных вариантов показан на фиг.5.

"Вертушка" содержит массивную стальную плиту 1 с круговой направляющей и кронштейном 5 с ударным устройством 4. На оси 6 плиты расположен поворотный стол 2, выполненный в виде диска или сварной конструкции, с закрепленным устройством 3 для отделения крышки нижней головки от шатуна так, что основные устройства располагаются на направляющей плиты 1 и при повороте стола 2 скользит по ней, а на позиции 4 плотно прижимается к направляющей плиты. Стойку для базирования крепят на столе с возможностью прямолинейного перемещения. На агрегате также находятся механизмы поворота на заданный угол и фиксации стола, а также механизм взвода и срабатывания ударного устройства, например, кулачковый (не показаны). Последовательность операций состоит из следующих позиций: 1) устанавливают предварительно собранный шатун на оправке, 2) производят зажим клиньев оправки, 3) устанавливают толкатели, 4) снимают шатун с оправкой после разделения крышки нижней головки шатуна.