Способ изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

 

Использование: при изготовлении поршней двигателей внутреннего сгорания из алюминиевых сплавов на основе кремния. Сущность изобретения: поршень состоит из металлического корпуса с боковыми отверстиями, керамической вставки (В) в днище и нирезистового кольца (К). В устройстве для осуществления способа матрица выполнена составной из днища, установленного на опоре неподвижной плиты, и втулки, размещенной в подвижном контейнере. В помещают в рабочую полость днища матрицы, К устанавливают в днище матрицы, фиксируя с помощью средства для его фиксации и фиксируя им В. Затем опускают контейнер с втулкой матрицы и заливают металл. Опускают пуансон с подвижной плитой, производят штамповку, в процессе которой происходит соединение частей поршня. С помощью подвижных прошивней, расположенных в контейнере, производят прошивку боковых отверстий. Одновременно осуществляют нижнюю подпрессовку с помощью выталкивателя. Выдерживают заготовку поршня под давлением и извлекают ее из устройства. Кристаллизация металла под давлением происходит в процессе штамповки, прошивки боковых отверстий и нижней подпрессовки. Выталкиватель снабжен подвижным упором. Техническим результатом является хорошее качество изделий за счет предотвращения перекосов В и К в процессе изготовления. 2 с. 1 з. п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении поршневых двигателей внутреннего сгорания из алюминиевых сплавов, в том числе с высоким содержанием кремния.

Известен способ изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания и нирезистовым кольцом под поршневые кольца методом горячего деформирования и устройство для его осуществления в виде ковочного штампа [1] Способ заключается в том, что в ковочный штамп на определенной высоте помещают износостойкое кольцо, в которое устанавливают металлическую заготовку, и в результате штамповки получают изделие со вставкой.

Недостатком известного способа является низкий коэффициент использования металла.

Известен способ изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания, состоящих из керамической вставки в днище, нирезистового кольца и металлического корпуса с боковыми отверстиями, включающий жидкую штамповку в штампе и соединение упомянутых частей поршня [2] Известно устройство для изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания, содержащее подвижную плиту с пуансоном, матрицу с рабочей полостью, установленную на опоре нижней плиты, выталкиватель и контейнер [3] Недостатками известных способа и устройства являются низкое качество нижней части получаемого изделия, так как нет подпрессовки снизу, а также то, что нирезистовое кольцо и керамическая вставка в днище не фиксируются в штампе и могут иметь перекос и всплывать при заливке жидкого металла.

Технической задачей заявленных способа и устройства являются повышение износостойкости и термостойкости поршня, упрощение его изготовления за счет обеспечения соединения нирезистового кольца, вставки в днище с основной частью поршня в одном штампе, повышение точности (качества) поршня за счет фиксации и предотвращения перекоса нирезистового кольца и всплытия керамической вставки в процессе заливки жидкого металла.

Для решения поставленной технической задачи в способе изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания, состоящих из керамической вставки в днище, нирезистового кольца и металлического корпуса с боковыми отверстиями, включающем жидкую штамповку в штампе и соединение упомянутых частей поршня, первоначально устанавливают в штамп керамическую вставку и фиксируют ее с помощью нирезистового кольца в процессе его последующего размещения и фиксации в штампе, производят заливку жидкого металла, затем в процессе штамповки осуществляют соединение частей поршня и производят прошивку боковых отверстий поршня с одновременной нижней подпрессовкой, при этом в процессе штамповки, прошивки боковых отверстий и нижней подпрессовки осуществляют кристаллизацию металла под давлением.

В устройстве для изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания, содержащем подвижную плиту с пуансоном, матрицу с рабочей полостью, установленную на опоре нижней плиты, выталкиватель и контейнер, последний установлен с возможностью осевого перемещения, матрица выполнена в виде втулки, установленной в контейнере, и днища, закрепленного на опоре нижней плиты, устройство снабжено подвижным упором для фиксирования торца выталкивателя относительно нижней рабочей поверхности днища матрицы, боковыми прошивнями, установленными в контейнере с возможностью перемещения перпендикулярно вертикальной оси устройства, и средством для фиксации нирезистового кольца, которое может быть выполнено, например, в виде выступов, расположенных на внутренней боковой поверхности рабочих полостей втулки и днища матрицы.

На фиг. 1 изображено исходное положение устройства для изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания; на фиг. 2 устройство с установленными в полости днища матрицы керамической вставкой и нирезистовым кольцом; на фиг. 3 устройство после прижима контейнера к днищу матрицы и заливки металла; на фиг. 4 штамповка заготовки и отвод упора из-под выталкивателя; на фиг. 5 устройство в момент прошивки боковых отверстий и нижней подпрессовки; на фиг. 6 устройство после извлечения пуансона; на фиг. 7 устройство после извлечения прошивней; на фиг. 8 устройство после подъема контейнера; на фиг. 9 устройство после выталкивания заготовки.

Способ осуществляют следующим образом: в устройство устанавливают нагретую керамическую вставку, а затем размещают и фиксируют нирезистовое кольцо, которое само является фиксатором керамической вставки и предотвращает ее всплытие при заливке металла (см. фиг. 2).

Производят заливку жидкого металла и штамповку заготовки (см. фиг. 3 и 4). В процессе штамповки начинается кристаллизация металла под давлением и обеспечивается надежное соединение частей поршня. Затем прошивают боковые отверстия с одновременной подпрессовкой со стороны вставки в днище и последующей выдержкой под давлением и в течение этих операций продолжается кристаллизация металла под давлением (см. фиг. 5).

П р и м е р. При производстве заготовки поршня массой 4 кг из заэвтектического силумина (18% SI), имеющего пористую керамическую вставку из волокон карбида кремния и нирезистовое кольцо из высоконикелевого чугуна, производят установку предварительно нагретой керамической вставки и алитированного кольца в дно устройства, прижимают и фиксируют закладные элементы поршня, а затем заливают при 680^о жидкий сплав в полость матрицы, после чего производят формообразование заготовки с помощью вертикальных и горизонтальных пуансонов, а также выталкивателя, при этом прилагаются и поддерживаются в течение процесса кристаллизации (160 с) давления на уровне 150.200 МПа. После окончания штамповки последовательно извлекаются из заготовки центральный и боковые пуансоны и заготовка поршня из штампа.

Устройство для изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания состоит из верхней подвижной плиты 1, несущей пуансон 2, и нижней неподвижной плиты 3 с опорой 4. Матрица устройства выполнена из двух частей: в виде втулки 5, установленной в контейнере 6, подвижном в осевом направлении, а также днища 7, размещенного на опоре 4. Устройство содержит прошивни 8, установленные в контейнере 6 с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном оси устройства. Выталкиватель 9 и подвижный упор 10 установлены в нижней плите 3.

Устройство имеет средство для фиксации нирезистового кольца, выполненное, например, в виде выступов 11, расположенных на внутренней боковой поверхности рабочих полостей втулки 5 и днища 7 матрицы.

Устройство работает следующим образом. В исходном положении верхняя подвижная плита 1 и контейнер 6 находятся в поднятом положении, подвижный упор 10 в контакте с выталкивателем 9 (фиг. 1).

В рабочую полость днища 5 матрицы устанавливают на выступах 11 нирезистовое кольцо 13, фиксируя им керамическую вставку 12 (фиг. 2).

Затем опускают контейнер 6, прижимая его к днищу 5 матрицы, при этом выступы 11 втулки матрицы производят окончательную фиксацию нирезистового кольца 13 и керамической вставки 12. Производят заливку жидкого металла (фиг. 3).

Опускают верхнюю подвижную плиту 1 с пуансоном 2, создавая усилие штамповки, подвижный упор 10 выводят из контакта с выталкивателем 9 (фиг. 4).

После этого производят прошивку боковых отверстий прошивнями 8 и одновременную подпрессовку воздействием выталкивателя 9 со стороны керамической вставки 12 (фиг. 5).

После выдержки под давлением процесс заканчивают, поднимают пуансон 2, контейнер и извлекают заготовку поршня 14 из полости днища 7 матрицы (фиг. 6, 7, 8 и 9).

Формула изобретения

1. Способ изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания, состоящих из керамической вставки и нирезистового кольца в днище и металлического корпуса с боковыми отверстиями, включающий жидкую штамповку в штампе и соединение упомянутых частей поршня, отличающийся тем, что первоначально устанавливают в штамп керамическую вставку и фиксируют ее с помощью нирезистивного кольца в процессе его последующего размещения и фиксации в штампе, производят заливку жидкого металла, затем в процессе штамповки осуществляют соединение частей поршня и производят прошивку боковых отверстий поршня с одновременной нижней подпрессовкой, при этом в процессе штамповки, прошивки боковых отверстий и нижней подпрессовки осуществляют кристаллизацию металла под давлением.

2. Устройство для изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания, содержащее подвижную плиту с пуансоном, матрицу с рабочей полостью, установленную на опоре нижней плиты, выталкиватель и контейнер, отличающееся тем, что контейнер установлен с возможностью осевого перемещения, матрица выполнена в виде втулки, установленной в контейнере, и днища, закрепленного на опоре нижней плиты, устройство снабжено подвижным упором для фиксирования торца выталкивателя относительно нижней рабочей поверхности днища матрицы, боковыми прошивнями, установленными в контейнере с возможностью перемещения перпендикулярно к вертикальной оси устройства, и средством для фиксации нирезистового кольца.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что средство для фиксации нирезистового кольца выполнено в виде выступов, расположенных на внутренней боковой поверхности рабочих полостей втулки и днища матрицы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9