Прессующий поршень машины литья под давлением
Сущность изобретения: прессующий поршень имеет полость, омываемую хладагентом, циркулирующим по трактам штока, размещенного в ней. На переднем торце поршня выполнен выступ с поднутренными к основанию стенками. Верхняя часть выступа - радиусная, переходящая в пару боковых прямых, а нижняя без поднутрения, совмещена с боковой поверхностью поршня и имеет ширину, больше ширины верхней части Ширина нижней части 20 30 мм по основанию выступа Верхняя часть - неподнутренная стенка, является продолжением фаски, образованной в зоне пересечения переднего торца поршня с его боковой поверхностью и расположенной в верхней половине поршня. Эта фаска переходит в фаску меньшей ширины в нижней половине поршня, причем оптимальная высота выступа 7 10 мм. Передний торец и выступ наклонены к нижней части поршня На внутреннем торце прессующего поршня в зоне основания выступа выполнена проточка, соединенная с трактами штока, по которым циркулирует хладагент . 2 злф-лы, 6 ил.
К ПАТЕНТУ
Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5027910/02 (22) 19.02.92 (46} 15.11..93 Бюл. Иа 41-42 (76) Кожокин Тимофей Иванович (54) ПРЕССУЮЩИЙ ПОРШЕНЬ МАШИНЫ
ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ (57) Сущность изобретения: прессующий поршень имеет полость, омываемую хладагентом, циркули— рующим по трактам штока, размещенного в ней. На переднем торце поршня выполнен выступ с поднут— ренными к основанию стенками. Верхняя часть вы— ступа — радиусная, переходящая в пару боковых прямых, а нижняя без поднутрения, совмещена с боковой поверхностью поршня и имеет ширину, (в) RU (и) 20О2574 Cl (51) 5 822 017 20 больше ширины верхней части. Ширина нижней части 20 30 мм по основанию выступа. Верхняя часть — неподнутренная стенка, является продолжением фаски, образованной в зоне пересечения переднего торца поршня с его боковой поверхностью и расположенной в верхней половине поршня. Эта фаска переходит в фаску меньшей ширины в нижней половине поршня, причем оптимальная высота выступа 7 10 мм. Передний торец и выступ наклонены к нижней части поршня. На внутреннем торце прессующего поршня в зоне ос— нования выступа выполнена проточка, соединеннал с трактами штока, по которым циркулирует хладагент. 2 зл.ф-лы,6 ил.
2002574
15
45
55
Изобретение относится к литейному производству и пригодно в машинах ЛПД для получения деталей из цветных сплавов, Известен охлаждаемый поршень машины ЛПД, имеющий с заднего торца полость, омываемую хладагентом, подводимым в нее и отводимым оттуда по трактам штока, размещенного передней частью в ней (1). Передний торец его гладкий и перпендикулярен продольной оси.
Однако такой поршень невозможно использовать для получения корпусных деталей симметричной формы.
Известен такой же поршень, отличаюц;ийся от предыдущего наличием на переднем торце выступа с поднутренними стенками к основанию, кроме одной из них без поднутрения, совмещенной с боковой поверхностью нижней части поршня (2j.
Его недостатки: нетехнологичность иззэ обработки практически всего торца с выполнением радиусной вершины выступа; низкая стойкость поршня из-за толстых тор 15 мм. Цель изобретения — устранение указанных недостатков. Цель достигается тем, что прессующий поршень машины ЛПД, имеющий с заднего торца полость, омываемую хладагентом, циркулирующим по трактам штока, размещенного передней частью в ней, а с переднего торца — выступ с поднутренними к основанию стенками: верхней, радиусной, переходящей в пару боковых прямых, а те— в нижнюю без поднутрения, совмещенную с боковой поверхностью поршня и имеющую ширину, большую ширины противоположной;ширина нижней стенки 20 < В < 30 мм по основанию, а у верхней — неподнутренная стенка — продолжение фаски максимальной, ширины большей высоты выступа, образованной в зоне пересечения переднего торца поршня с его боковой поверхностью и расположенной в верхней половине поршня, переходящей в фаску меньшей ширины в нижней половине его, причем оптимальная высота Ь выступа равна 7 < h «< 10 мм; передний торец и выступ наклонены к нижней части поршня тэк, что расстояние от его заднего торца до этих элементов в верхней части поршня больше, чем в нижней части; на внутреннем торце поршня в зоне основания выступа выполнена проточка, соединенная с трактами штока, по которым циркулирует хладагент. Сопоставительный анализ заявляемого решения с известными показывает, что оно отличается тем, что ширина В нижней стенки 20 < В < 30 мм по основанию выступа, а у верхней — неподнутренная стенка — продолжение фаски максимальной ширины, большей высоты выступа. образованной в зоне пересечения переднего торца поршня с его боковой поверхностью и расположенной в верхней половине поршня, переходящий в фаску меньшей ширины в нижней половине его, причем оптимальная высота h выступа 7 < h < 10 мм; передний торец и выступ наклонены к нижней части поршня так, что расстояние от его заднего торца до этих элементов в верхней части поршня больше, чем в нижней части. На внутреннем торце прессующего поршня в зоне основания выступа выполнена продольная проточка, соединенная с трактами штока, по которым циркулирует хладагент. Применением у выступа фаски максимальной ширины, образованной в зоне пересечения переднего торца и боковой поверхности поршня и расположенной в верхней половине его, переходящей затем в фаску меньшей ширины в нижней части ее, упрощается изготовление поршня из-за исключения образования поднутрения у верхней стенки выступ и обработки этой части поршня; Образованием фасок в зоне пересечения переднего торца с его боковой поверхностью максимально приближается термонапряженная зона поршня к хладагенту, Этим самым обеспечивается максимальный эффект ее охлаждения и, следовательно, повышается стойкость поршня в целом. При этом износ его будет минимальным в верхней части и большим в нижней части, что связано с большим удалением последней от хладэгента, обусловленным образованием в зоне фаски поршня у пресс-остатка облоя. При меньшей ширине фаски в нижней половине поршня, а точнее при уменьшающейся от максимальной ширины фэски в горизонтальной плоскости симметрии поршня до 0 у краев нижней стенки, образующийся облай у пресс-остатка ломается, когда пресс-остаток перемещается вверх по передней части поршня устройством машины ЛПД. Оно содержит гидроцилиндр со штоком и поршнем, причем последний размещен в радиальном отверстии камеры под нижней точкой пресс-остатка. Этим обеспечивается надежность функционирования поршня. 2002574 При фаске одинаковой ширины по периметру поршня усилия поршня указанного устройства его недостаточно для срезания облоя нижней части пресс-остатка и последний остается на поршне, чем нарушится функционирование машины ЛПД, Отсутствием поднутрения у верхней стенки выступа облегчается съем пресс-остатка с поршня из-за уменьшения сил трения между их поверхностями. Эти силы изменяются и за счет уменьшения площади контактных поверхностей (по поднутрению стенок порядка 20,) между ними при меньшей высоте выступа (c 15 мм до 7-10 мм) с одновременным уменьшением радиусов поднутрения и скругленил у выступа (с 2 до 1,4 мм) и угла наклона поднутрения (с 60 до 45О) для поршня Ф 100 мм. Если рассматривать площадь проекции поднутрения выступа на передний торец поршня при Ф 100 мм, то она у прототипа 800 мм, а у предлагаемого при указанных ширине нижней и верхней стенок выступа и высоте его в 9 мм равна 850 мм2, а при высоте выступа в 7 мм — только 630 MM 2, Сравним эти площади с площадью стержня-питателя, соединяющего и ресс-остаток с полученной отливкой, Его диаметр Ф 15— 20 мм и при максимальном значении диаметра его площадь равна 315 мм, Следовательно, даже при минимальной высоте выступа (7 мм) площадь проекции поднутрения выступа превосходит указанную поперечную площадь этого стержня как минимум в 2 раза, чем гарантируется отрыв от стержня-питателя пресс-остатка и его последующее удаление за пределы камеры прессования. Выполнением наклонными выступа и переднего торца поршня (расстояние от его заднего торца до этих элементов в верхней части больше, чем в нижней) еще больше приближается нижняя стенка выступа к хладагенту и, следовательно, обеспечивается большая эффективность охлаждения этой стенки и достигается повышенная стойкость . поршня в целом по сравнению с предыдущими конструктивными мероприятиями, Образованием нижней и верхней стенок выступа указанной ширины и высоты не снижается, как указано выше, эксплуатационная надежность поршня, что также подтверждено экспериментально на поршнях с приведенными параметрами с одновременным повышением их стойкости за счет приближения хладагента к наиболее термонапряженным зонам — местам пересечения выступа с его боковой поверхностью поршнл, Этими параметрами выступа одновременно повышается и технологичность пор5 55 шня (особанно за счет уменьшения высоты его, и следовательно, глубинь. резания). Наличием на внутреннем торце прессук>щего поршня в зоне основания выступа проточки, к которой подводится хладагент по соответствующему тракту штока и отводится по нему хладагент к трактам отвода последнего, обеспечивается максимальное приближение хладагента к нижней стенке выступа с обеспечением максимально возмо>кной стойкости ее по наиболее термонапряженной зоне по сравнению с предыдущим конструктивным решением. Кроме того, этим мероприятием обеспечивается эффективное охлаждение всего выступа, так как хладагент подводится непосредственно к аго основанию и циркулирует вдоль него к концам проточки. При этом поверхность выступа и металл пресс-остатка охлаждаются и, особенно металл, находящийся в поднутренилх выступа. Этим самым повышаются его прочностные характеристики, которые превосходяттакие >ке характеристики стержня-питателя пресс-остатка, так как стержень имеет больший уровень нагрева из-за отсутствия охлаждения его. При оптимальной толщине поршня стенки переднего торца с указанными параметрами выступа интенсифицируется отвод теплоты к хладагенту от пресс-остатка, чем ускорлетсл его остывание до температуры, при которой прочностные характеристики материала пресс-остатка достаточны для осуществления отрыва его от стержня-питателя. Ускоранноа охлаждение пресс-остатка влияет на сокращение цикла машины литья под давлением и, следовательно, повышается ее производительность. При указанных параметрах выступа с наличием в зона его основания проточки интенсифицируетсл его охлаждение и, следовательно, к моменту отрыва пресс-остатка поршнам от стержня-питателя обеспечиваются высокие прочностные характеристики у материала выступа и, особенно в зоне поднутренных стенок, что положительно влияет на их стойкость, Таким образом, благодаря наличию проточки на внутреннем торце поршня дополнительно повышается его функционирование при отрыве пресс-остатка от стержня-питателл полученной отливки. Проведенный анализ свидетельствует, что предлагаамое решение соответствует критерию "новизна", а сравнение его с аналогичными решениями в данной области техники показывает, что только ему присущи указанные отличительные признаки и, 2002574 следовательно, оно соответствует критерию "существенные отличия". На фиг.1 показано продольное сечение соединенных между собой поршня со штоком; на фиг.2 — вид переднего торца порш.ня, (вид А на фиг.1); на фиг.3 — поперечное сечение поднутренней стенки выступа (сечение Б-Б на фиг.2); на фиг.4 — передняя часть поршня с наклонными выступом и переднем торцом; на фиг,5 — поперечное сечение поршня со штоком в зоне продольных проточек штока, (сечение B — В на фиг.1); на фиг.6 — продольное сечение передней части поршня, на внутреннем торце которого в зоне основания выступа образована продольная проточка, Передняя часть штока 1 соединена с поршнем 2 и размещена в его полости, образованной с заднего торца. При этом торцы поршня и штока контактируют между собой. Шток 1 имеет продольный канал, где r, зазором 3 установлен трубопровод 4 (зазор 3 и трубопровод 4 — тракты отвода и подвода хладагента соответственно), íà п8 реднем конце которого установлена втулка 5, соединенная с продольным каналом штока и установленная своим торцом заподлицо с передним торцом штока, имеющего здесь и во втулке поперечные прорези 6, размещенные меду продольными проточками 7 передней части штока закрытыми с переднего торца и открытыми в канавку 8, где расположены поперечные окна 9 штока 1 и уплотнительное кольцо 10 для герметизации полости поршня 2. Боковая поверхность штока 1 и канавка поршня 2 у его внутреннего торца образуют кольцевой тракт охлаждения 11. На переднем торце 12 поршня 2 имеется выступ 13 с поднутренными к основанию боковыми стенками 14; его верхняя стенка 15 — продолжение фаски 16 максимальной ширины, образованной в зоне пересечения переднего торца и боковой поверхности поршня 2 и расположенной в его верхней половине. Нижняя стенка 17 — неподнутренная и большей ширины, чем верхняя (ширина нижней стенки 20 «< В:- 30 мм по основанию выступа). Фаска 16 максимальной ширины от горизонтальной плоскости симметрии поршня убывает до 0 к краю нижней стенки 17. Высота h выступа 13 равна 7 h 10 мм и является оптимальной. Параллельные между собой выступ 13 и передний торец 12 поршня 2 могут быть наклонены в вертикальной плоскости (см.фиг.4) так, что расстояние от его заднего 25 40 отверстию втулки 5 подводится в среднюю 50 часть проточки 18 и по ней устремляется 35 торца до этих элементов в верхней части поршня больше, чем в нижней части. Угол наклона их определяется величиной h, которая меньше высоты выступа h при оптимальной толщине стенки переднего торца 12 порядка 10 мм. И в этом случае фаска 16 максимальна в верхней половине поршня и имеет переменную ширину в нижней половине его, убывающую до 0 к краю нижней стенки 17 выступа 13. На фиг.6 представлена передняя часть прессующего поршня, имеющая на внутреннем торце проточку 18 в зоне основания выступа 13. Эта проточка — поперечное глухое отверстие, выполненное в передней стенке поршня со стороны его боковой поверхности и закрытое пробкой 19. Средняя часть проточки 18 соединена через отверстие втулки 5 с трубопроводом 4 — трактом подвода хладагента в полость поршня, а края ее — с кольцевым трактом охлаждения 11. В этом случае во втулке 5 и переднем торце штока 1 отсутствуют поперечные Rpoрези 6, Поршень 2 (кроме фиг.6) охлаждается так. Хладагент по трубопроводу 4, отверстию втулки 5 поступает к внутреннему торцу поршня 2, охлаждая его, Охлаждаемая площадь равна площади отверстия втулки 5 с учетом площадей прорезей 6 ее. По прорезям 6 переднего торца штока 1 хладагент устремляется в кольцевой тракт охлаждения 11, охлаждая при этом внутренний торец поршня в зоне прорезей 6 и в зоне кольцевого тракта 11 с одновременным охлаждением боковой поверхности поршня 2. По кольцевому тракту 11 хладагент устремляется в окружном направлении к продольным проточка 7 штока, по которым он попадает в канавку 8, а из нее через поперечные каналы 9 в тракт отвода хладагента штока — кольцевой. зазор 3, а из него за пределы штока 1. При протекании хладагента по продольным проточкам 7 охлаждается новая поверхность поршня 2. Она охлаждается и в зоне кольцевоготракта11. Поршень 2 показанный на фиг.6, охлаждается так. Хладагент по трубопроводу 4, вдоль основания выступа 13 к краям проточки. От краев се хладагент поступает в кольцевой тракт охлаждения 11 и устремляется по нему а окружном направлении к продольным проточкам 7 передней части штока 1, а далее он отводится, как описано выше. Контактирующие с хладагентом поверхности поршня охлаждаются аналогично, как указано выше. 2002574, 50 Эффективность охлаждения термонапряженных зон — мест пересечения переднего торца поршня, выступа или фаски с боковой поверхностью поршня определяется при прочих равных условиях расстоянием hn от них до охлаждаемых поверхностей, Воспользовавшись уравнением стационарной теплопроводности Фурье для плоской стенки, определим перепад температур ЛТ между теплообменными поверхностями поршня (охлаждаемой и нагреваемой) при установившемся теплообмене между залитым в камеру металлом и поршнем, Зададимся материалом поршня — сталь 4Х5МФС с коэффициентом теплопроводности А 28 Вт/М С; средняя плотность теплового потока, действующего со стороны расплавленного металла и пресс-остатка на поршень q = 2,8 10 Вт/м ; хладагент— вода, кипящая при давлении Р = 0,1 МПа; температура охлаждаемой поверхности поршня Тохл = 120 С. Уравнение Фурье имеет вид а = =- п dT AT An при этом ЛТ = Тнаг - Тохл = q -- — Наиболее удаленной от хладагента точкой поршня на фиг.1 является передняя точка нижней стенки 17, которая удалена от зоны пересечения внутренних поверхностей: торцевой с боковой на 22 мм (при h = 10 мм) и 20 мм (при h 7 мм), на фиг.4 — величина удаления этой точки — 16 мм. а на фиг.6— только 14 мм. У прототипа эта величина не менее 30 мм. Для указанных величин ЛТ равен соответственно 220, 200, 160, 140 и 300 С, в с учетом температуры нагрева охлаждаемой поверхности поршня уровень нагрева этой точки равен соответственно 340, 320, 280, 260 и 420 С. Уровень нагрева этой точки может быть уменьшен на 20-30 С (с сохранением наФормула изобретения 1. ПРЕССУЮЩИЙ ПОРШЕНЬ МАШИНЫ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ, имеющий осевое отверстие, в котором размещен шток с трактами для циркуляции охлаждающей жидкости, и выступ на переднем торце, выполненный с поднутренными к основанию стенками, нижней частью, совмещенной с боковой поверхностью поршня, верхней радиусной частью, переходящей в боковые плоскости, с шириной нижней части выступа, большей ши5 35 дежности функционирования машины ЛПД) путем выполнения на нижней стенки фас :;< шириной 2-3 мм в зоне пересечения торца выступа и ее боковой поверхности. Кроме увеличения стойкости нижней стенки выступа и поршня в целом при использовании предлагаемого решения возрастает стойкость поднутренных стенок выступа благодаря интенсивному охлаждению внутреннего торца поршня, достигающего максимального значения при наличии проточек на этом торце в зоне основания выступа. О других преимуществах предлагаемого решения сказано выше. Таким образом, уровень нагрева максимальной термонапряженной зоны у прототипа в 1,3 раза выше, чем у варианта поршня на фиг.1 и в 1,6 раза выше варианта на фиг.6. Следовательно, максимальный эффект по стойкости поршня будет получен последним вариантом его, но при некотором увеличении трудозатрат на его изготовление, связанных с выполнением проточки на внутреннем торце в зоне основания выступа. Кроме того, возрастает производительность литейной машины из-за сокращения времени остывания пресс-остатка блока отливок вследствие интенсификации отвода теплоты от пресс-остатка, контактирующего своими поверхностями с поверхностями передней части поршня и особенно в зоне основания выступа, где выполнена на внутреннем торце поршня специальная проточка для интенсификации охлаждения поверхностей выступа, находящихся в наиболее термонапряженном состоянии из-за удаленности от хладагента и наличия у его боковых стенок пс днутреня. (56) Беккер M.Á, Литье под давлением. M.: Высшая школа, 1985, с. 56. Машина литья под давлением. Модель 516 М2. Завод литейных машин и автоматических линий "Сиблитмаш", 1968. рины верхней части, отличающийся тем, что ширина нижней части выступа по его основанию составляет 20 - 30 мм, а высота 7 - 10 мм. на переднем торце поршня выполнена фаска шириной, большей высоты выступа и убывающей от верхней части поршня к нижней, причем верхняя стенка выступа является продолжением фаски, а на внутреннем торце поршня в зоне основания выступа выполнена проточка, соединенная с трактами штока для циркуляции хладагента. 2002574 Составител ь Т.Кожокин Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор С.Юско Редактор Л,Волкова Заказ 3205 Тираж Подписное НПО " Поиск" Роспатента 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент" . У т, г. жгород ул.Гагарина, 101 2. Поршень по п,1, отличающийся тем, т. передний торец его и торец выступа ч-:клонены к нижней части поршня, причем расстояние от заднего торца поршня до этих элементов в верхней части поршня больше, чем в нижней.
