способ изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ изготовления поршня двигателя внутреннего сгорания, состоящего из алюминиевого корпуса с боковыми отверстиями и алитированного нирезистового кольца, включающий установку нирезистового кольца в форму на выступы, расположенные на внутренней боковой поверхности вставки формы, заливку в форму жидкого металла, закрытие формы по разъему I, прессование пуансоном, закрытие формы по разъему II, прошивку боковых отверстий в корпусе, нижнюю подпрессовку, интенсивное охлаждение формы и выдержку отливки под давлением, отличающийся тем, что после установки нирезистового кольца на выступы осуществляют ее фиксацию посредством ползунов при их ходе к оси формы с помощью гидроцилиндров, заливку в форму жидкого металла производят под низким давлением после закрытия формы по разъему I из раздаточной печи через металлопровод и литниковую систему с затвором, закрытие которого предотвращает выдавливание жидкого металла из формы, закрытие формы по разъему II осуществляют при номинальном давлении пресса, а после заливки жидкого металла в форму, перед прессованием пуансоном, для образования уплотнительного кольца вокруг пуансона производят интенсивное охлаждение формы.

2. Устройство для изготовления поршня двигателя внутреннего сгорания, состоящего из алюминиевого корпуса с боковыми отверстиями и алитированного нирезистового кольца, содержащее верхнюю обойму с установленным в ней пуансоном и центрирующими штырями, на которых установлена с возможностью вертикального перемещения, ограниченного упорами верхней обоймы, промежуточная обойма с закрепленной в ней направляющей втулкой пуансона и удерживающим направляющую втулку вкладышем, и поворотные захваты, фиксирующие в сомкнутом положении промежуточную обойму и нижнюю обойму, содержащую вставку с формообразующей полостью и установленным в ней нирезистовым кольцом, стержни, оформляющие отверстия под поршневые пальцы, и плунжер выталкивания, отличающееся тем, что стержни, оформляющие отверстия под поршневые пальцы, установлены в ползунах, размещенных в нижней обойме, в которой также расположен металлопровод для подачи жидкого металла из раздаточной печи в полость формы, а в формообразующей вставке нижней обоймы выполнены литники и питатели для подвода металла в полость формы и установлен приводимый в движение посредством гидроцилиндра затвор, перекрывающий литники во избежание выдавливания жидкого металла из полости формы во время прессования пуансоном, а поворотные захваты, центрирующие втулки и замки для фиксации ползунов установлены в промежуточной обойме.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к машиностроению, к литейному производству, а именно к способам изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания, в том числе с нирезистовым кольцом и керамической вставкой при литье с кристаллизацией под давлением, и устройствам для изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания.

Наиболее близкими к заявляемому техническому решению являются способ изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания (патент РФ № 2324574) и устройство для изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания (патент РФ № 2250152).

Известный способ изготовления поршней внутреннего сгорания, состоящих из алюминиевого корпуса с боковыми отверстиями, алитированной нирезистовой вставки, включает установку нирезистовой вставки в форму, ее фиксацию выступами, расположенными на внутренней боковой поверхности вставки формы, закрытие формы путем смыкания подвижных полуформ в горизонтальной плоскости, заливку металла в форму ручным способом, закрытие формы по разъему I, прессование пуансоном при пониженном давлением с закрытием формы по разъему II, с осуществлением перепуска излишка залитого металла в дополнительный объем пресс-остатка, создаваемый за счет опускания плунжера, прошивку боковых отверстий в корпусе отливки, подпрессовку отливки плунжером, интенсивное охлаждение формы и выдержку отливки под давлением.

Недостатками известного способа являются:

- нестабильность размеров пресс-остатка, нестабильность свойств металла поршня, а также опасность в обслуживании из-за прострелов в разъем формы по причине нестабильности дозы металла, заливаемого в форму ручным способом;

- большая трудоемкость в обслуживании и неудобства в работе из-за ограниченного пространства между неподвижной матрицей и пуансоном при заливке металла в форму;

- нестабильное качество отливки вследствие попадания в расплав при заливке окисных плен, неметаллических включений, колебания температуры заливаемого металла;

- низкая производительность способа, определяемая применением ручной ковшевой заливки.

Известное устройство для изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания содержит подвижную плиту, неподвижную плиту с нижней обоймой и плунжером выталкивателя, матрицей с рабочей полостью, подвижными полуформами с боковыми стержнями, оформляющими отверстия под поршневые пальцы, закрепленную на подвижной плите верхнюю обойму с пуансоном, установленную на закрепленных в верхней обойме центрирующих штырях промежуточную обойму, в которой закреплена направляющая втулка пуансона, установленный в промежуточной обойме и удерживающий направляющую втулку вкладыш, установленные в неподвижной обойме захваты, фиксирующие промежуточную обойму с нижней обоймой в сомкнутом положении. При этом боковые стержни установлены в подвижных полуформах с возможностью осевого перемещения от гидроцилиндров, а замком для подвижных полуформ является вкладыш промежуточной обоймы.

Однако в известном устройстве имеются следующие недостатки:

- попадание металла между подвижными полуформами препятствует плотному закрытию формы, что приводит к прострелу металла в разъем формы;

- ограниченное пространство между неподвижной обоймой и пуансоном при расположении в нижней обойме захватов, фиксирующих промежуточную и нижнюю обоймы в сомкнутом положении по разъему, что создает опасность и неудобства при обслуживании.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение качества изготавливаемого поршня, повышение безопасности при обслуживании и повышение производительности труда.

Для этого в способе изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания, состоящих из алюминиевого корпуса с боковыми отверстиями, алитированной нирезистовой вставки, включающем установку нирезистовой вставки в форму на выступы, расположенные на внутренней боковой поверхности вставки формы, заливку в форму жидкого металла, закрытие формы по разъему I, прессование пуансоном, закрытие формы по разъему II, прошивку боковых отверстий в корпусе, нижнюю подпрессовку, интенсивное охлаждение формы и выдержку отливки под давлением, после установки нирезистовой вставки на выступы осуществляют ее фиксацию посредством ползунов при их ходе к оси формы с помощью гидроцилиндров, заливку в форму жидкого металла под низким давлением производят после закрытия формы по разъему I из раздаточной печи через металлопровод и литниковую систему с затвором, закрытие которого предотвращает выдавливание жидкого металла из формы, закрытие формы по разъему II осуществляют при номинальном давлении пресса, а после заливки жидкого металла в форму перед прессованием пуансоном для образования уплотнительного кольца вокруг пуансона производят интенсивное охлаждение формы.

В устройстве для изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания, включающем верхнюю обойму с установленными в ней пуансонами и центрирующими штырями, на которых установлена с возможностью вертикального перемещения, ограниченного упорами верхней обоймы, промежуточная обойма с закрепленной в ней направляющей втулкой пуансона и удерживающим направляющую втулку вкладышем, и поворотные захваты, фиксирующие в сомкнутом положении промежуточную обойму и нижнюю обойму, содержащую вставку с формообразующей полостью с установленными в ней нирезистовыми кольцами, стержни, оформляющие отверстия под поршневые пальцы и плунжер выталкивания, при этом стержни, оформляющие отверстия под поршневые пальцы, установлены в ползунах, размещенных в нижней обойме, в которой также расположен металлопровод для подачи жидкого металла из раздаточной печи в полость формы, а в формообразующей вставке нижней обоймы выполнены литники и питатели для подвода металла в полость формы и установлен приводимый в движение посредством гидроцилиндра затвор, перекрывающий литники во избежание выдавливания жидкого металла из полости формы во время прессования пуансоном, а поворотные захваты, центрирующие втулки и замки для фиксации ползунов установлены в промежуточной обойме.

На фиг.1 показана планировка рабочего места литейщика;

на фиг.2 - разрез А-А на фиг.3;

на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2;

на фиг.4 - разрез В-В на фиг.2;

на фиг.5 - разрез Г-Г на фиг.3, исходное состояние;

на фиг.6 - разрез Г-Г на фиг.3, форма закрыта по разъему I;

на фиг.7 - разрез Г-Г на фиг.3, форма закрыта по разъему I и по разъему II.

Устройство для изготовления двигателей внутреннего сгорания содержит верхнюю обойму 1, промежуточную обойму 2 и нижнюю обойму 3.

В верхней обойме 1 установлены пуансоны 4, центрирующие штыри 5, пружины 6 и ограничитель 7 раскрытия по разъему II. Кроме этого, в верхней обойме 1 имеются пазы 8, с помощью которых прихваты 9 фиксируют промежуточную обойму 2 с нижней обоймой 3 в сомкнутом состоянии при закрытии формы по разъему I.

В промежуточной обойме 2 установлены поворотные захваты 9, центрирующие втулки 10, вкладыш 11 с установленными направляющими втулками 12 пуансонов 4, оформляющими верхний торец юбки отливки. Вкладыш 11 фиксирует направляющие втулки 12 и оформляет отливку по наружному диаметру в зоне подвода питателя.

В промежуточной обойме 2 также установлены замки 13 для фиксации ползунов 14 и 15 в закрытой по разъему I форме.

Нижняя обойма 3 содержит центрирующие втулки 16 и ползуны 14 и 15, оформляющие в отливках наружные поверхности в зоне отверстий под поршневые пальцы. В ползунах 14 и 15 установлены стержни 17, оформляющие в поршне отверстия под поршневые пальцы. В нижней обойме 3 установлена формообразующая вставка 18, в которую устанавливают нирезистовые кольца, оформляющая наружный диаметр отливки, а по оси гнезд установлены плунжера 19 выталкивания. Кроме этого, в обойме 3 размещены сухари 20, которые при закрытой по разъему I форме фиксируют поворотные захваты 9 в положении соединения промежуточной и нижней обойм 2 и 3. Также в нижней обойме 3 расположен металлопровод 21 для подачи жидкого металла из раздаточной печи в полость формы, а во вставке 18 выполнены литники и питатели для подвода металла в полость формы и установлен затвор 22, перекрывающий литники во избежание выдавливания жидкого металла из полости формы во время прессования пуансоном 4. Затвор 22 приводят в движение гидроцилиндром привода затвора. Ползуны 14 и 15 связаны с установленными на нижней обойме 3 гидроцилиндрами посредством плиты гидроцилиндров 23 и тяг 24. Стержни 17 приводят в движение за счет гидроцилиндров, установленных на плите гидроцилиндров 23.

До начала цикла в устройстве для осуществления способа изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания верхняя обойма 1 и промежуточная обойма 2 находятся в верхнем крайнем положении, раскрыты по разъему II пружинами 6 на величину, определяемую ограничителем хода 7. Ползуны 14 и 15 размещены в крайних положениях слева и справа соответственно. Стержни 17 находятся в выведенном состоянии в крайних положениях до упора в ползунах 14 и 15, плунжер 19 - в положении «заподлицо» с дном поршня, оформляемым формообразующей вставкой 18.

Заранее подготовленное: очищенное и обезжиренное - нирезистовое кольцо «а», опускают в тигель с расплавом и выдерживают в нем, сообщая кольцу колебательные движения.

Способ изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания в устройстве осуществляется следующим образом.

В гнездо вставки 18 нижней полуформы 3 устанавливают извлеченное из тигля алитированное нирезистовое кольцо «а» и производят его фиксацию выступами, расположенными на внутренней боковой поверхности вставки 18. Закрывают полость нижней полуформы, сводя в горизонтальной плоскости к оси формы ползуны 14 и 15 со стержнями 17 гидроцилиндрами, установленными на нижней обойме 3 через плиту гидроцилиндров 23 и тяги 24. При этом производится окончательная фиксация в форме нирезистового кольца. Далее, под воздействием пресса происходит закрытие формы по разъему I, осуществляемое при пониженном давлении пресса, составляющем 0,2 от номинального. При этом центрирующие штыри 5 движутся в центрирующих втулках 16 нижней обоймы. При смыкании вставки 18 нижней обоймы 3 с вкладышем 11 промежуточной обоймы 2 происходит фиксация смыкания формы по разъему I, поворотные захваты 9, направляемые сухарями 20, заходят в пазы нижней обоймы 3, выбирая зазор по разъему I. При этом разъем I предварительно запирается от произвольного раскрытия, а ползуны 14 и 15 запираются замками 13.

Затем из раздаточной печи по металлопроводу 21 производят заливку жидкого металла в полость закрытой по разъему I формы под низким давлением. При этом воздух из полости формы выходит через вентиляционные каналы по наружному диаметру пуансона 4 и в разъем I формы. Металл поступает в литниковую систему, выполненную во вставке 18 нижней обоймы 3, и заполняет формообразующую полость формы. После заполнения полости формы металлом производят интенсивное охлаждение формы в течение 8 10 сек при приложенном низком давлении для создания уплотнительного кольца вокруг пуансона 4.

Далее происходит закрытие литников вставки 18 посредством поворота затвора 22, что препятствует выдавливанию жидкого металла из полости формы, а в раздаточной печи снижается давление воздуха.

Затем включается верхнее прессование корпуса поршня с нирезистовым кольцом путем создания номинального давления в гидроцилиндре прессования пресса. Пуансон 4, перемещаясь во втулке 12, оказывает давление на жидкий металл в полости формы и вытесняет его вверх, компенсируя усадку в юбке поршня. При этом центрирующие штыри 5 движутся в центрирующих втулках 10 промежуточной обоймы. В жидкой фазе металла в форме создается давление, способствующее компенсации усадки металла при кристаллизации. При этом поворотные захваты 9 заходят в пазы 8 верхней обоймы 1, тем самым выполняя окончательную фиксацию поворотными захватами 9 нижней обоймы 3. Расчетный избыток дозы залитого в форму металла, полученный за счет исходного положения пуансона 4, создает избыточное давление в форме. Происходит закрытие формы по разъему II.

Далее происходит прошивка боковых отверстий в корпусе, в результате которой гидроцилиндры, установленные на плите гидроцилиндров 23, вводят в полость формы стержни 17, оформляющие отверстия под поршневые пальцы. Подается номинальное давление к гидроцилиндру выталкивания пресса, производится подпрессовка отливки плунжером выталкивателя 19 снизу.

Производят выдержку отливки под давлением, продолжая интенсивное охлаждение формы. По завершении этапа выдержки давление в гидроцилиндрах прессования и выталкивания сбрасывают, в результате чего стержни 17 гидроцилиндрами выводят из отливки, пресс раскрывается, выводя пуансон 4 из полости формы. Отливка при этом удерживается втулкой 12. За счет усилия пружин 6 форма открывается по разъему II до ограничения, накладываемого ограничителем хода 7, при этом поворотные захваты 9 выходят из контакта с пазами 8, при дальнейшем раскрытии пресса поворотные захваты по сухарям выходят из пазов нижней обоймы и по разъему I отпускают нижнюю обойму 3. После полного раскрытия формы ползуны 14 и 15 со стержнями 17 отводят в исходное положение. Плунжер 19 выталкивателя выталкивает отливку из формы. Форма раскрыта. Форму чистят, охлаждают, смазывают.

При наличии в поршне двигателя внутреннего сгорания дополнительной керамической вставки способ осуществляют следующим образом.

До начала цикла в устройстве для осуществления способа изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания верхняя обойма 1 и промежуточная обойма 2 находятся в верхнем крайнем положении. Ползуны 14 и 15 размещены в крайних положениях слева и справа соответственно. Стержни 17 находятся в выведенном состоянии в крайних положениях до упора в ползунах 14 и 15, плунжер 19 - в положении «заподлицо» с дном поршня, оформляемым вкладышем 18.

Заранее подготовленное: очищенное и обезжиренное - нирезистовое кольцо «а», опускают в тигель с расплавом и выдерживают в нем, сообщая кольцу колебательные движения.

Предварительно нагретую керамическую вставку «б» устанавливают в гнезде на дне формообразующей полости вкладыша 18, открытого по разъему устройства для изготовления поршней. В это же гнездо устанавливают извлеченное из тигля алитированное нирезистовое кольцо «а», фиксируя керамическую вставку «б». Закрывают полость нижней полуформы, сводя ползуны 14 и 16 со стержнями 17. При этом производится фиксация в форме нирезистового кольца «а». Остальные операции аналогичны предыдущему варианту.

После полного раскрытия формы ползуны 14, 15 и стержни 17 возвращаются в исходное положение. Плунжер 19 выталкивателя выталкивает отливку из формы. Форма раскрыта. Форму чистят, охлаждают, смазывают.

Заявляемое техническое решение в сравнении с существующими способом и устройством для изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания обеспечивает следующие преимущества:

- повышение качества изготавливаемого поршня за счет получения стабильных размеров поршня, обеспечиваемого точностью дозирования заливаемого металла;

- повышение качества изготавливаемого поршня за счет повышения механических свойств и микроструктуры материала поршня, повышения прочности соединения нирезистового кольца с алюминиевым корпусом, обеспечиваемых стабильностью процесса;

- повышения безопасности работы, удобство обслуживания устройства за счет замены ручной ковшевой заливки металла заливкой под низким давлением через металлопровод;

- повышение производительности труда за счет использования металлопровода и многогнездных форм;

- обеспечение плотного закрытия формы, обусловленного уменьшением поверхности стыка ползунов формы и вероятности попадания металла между ползунами при смыкании формы в горизонтальной плоскости.