Способ центробежного литья заготовок гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к получению отливок методом центробежного литья. Способ включает заливку сплава во вращающуюся изложницу. Изложницу перед заливкой сплава нагревают. Скорость вращения изложницы, температуру заливаемого сплава и нагрева изложницы предварительно определяют в зависимости от требуемых размеров частиц первичного кремния, получаемого в отливке, и количества слоев в объеме отливки, обогащенных кремнием. 3 ил.

Изобретение относится к области литейного производства, в частности, к получению отливок методом центробежного литья, и может быть использовано для изготовления центробежных гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания.

Известен способ центробежного литья заготовок гильз цилиндров, включающий заливку чугуна в изложницу с теплоизолирующим покрытием и введение на свободную поверхность жидкого металла дозированных порций порошков легирующих материалов. В качестве порошков используют материал на основе ферробора /I/.

Однако, для изготовления отливок с повышенной износостойкостью рабочей поверхности по известному способу /I/ необходимо использовать дорогостоящий порошковый легирующий материал на основе ферробора.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и назначению предлагаемому изобретению является способ центробежного литья гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания, включающий заливку чугуна во вращающуюся изложницу с теплоизоляционным покрытием, принудительное охлаждение внутренней поверхности залитого металла водовоздушной смесью, извлечение отливки, ее черновую обработку и последующую закалку /2/.

Недостатком известного способа /2/ является то, что в качестве материала отливки используют чугун, имеющий невысокий коэффициент теплопроводности, что не позволяет достаточно эффективно отводить возникающее в процессе работы цилиндров двигателей внутреннего сгорания тепло. При этом гильзы, отлитые из чугуна, имеют значительную массу. При современной тенденции к снижению массы автотранспорта использование чугунных гильз является нежелательным.

Техническим результатом предполагаемого изобретения является снижение массы, повышение теплопроводности гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания и снижение внутренних напряжений в объеме отливки.

Указанные технические результаты достигаются при реализации предлагаемого изобретения способа центробежного литья гильзы цилиндра двигателя внутреннего сгорания.

Сущность изобретения состоит в том, что предлагаемый способ включает заливку сплава во вращающуюся изложницу, затвердевание сплава отливки, извлечение отливки из изложницы, термообработку и черновую обработку отливки. Изложницу перед заливкой сплава нагревают, а скорость вращения изложницы, температуру заливаемого сплава и нагрева изложницы определяют предварительно в зависимости от требуемых размеров частиц первичного кремния, получаемого в отливке, и требуемого количества слоев в отливке. При этом в качестве сплава используют заэвтектический силумин.

Общими признаками предлагаемого способа и способа-прототипа /2/ являются признаки: заливка сплава во вращающуюся изложницу, затвердевание сплава отливки, извлечение отливки из изложницы, термообработка и черновая обработка отливки.

Отличительными признаками заявленного способа от способа-прототипа являются: изложницу перед заливкой сплава нагревают, скорость вращения изложницы, температуру заливаемого сплава и нагрева изложницы определяют предварительно в зависимости от требуемых размеров частиц первичного кремния, получаемого в отливке, и требуемого количества слоев в отливке, в качестве сплава используют заэвтектический силумин.

Указанная совокупность отличительных признаков позволяет создать в кристаллизующемся металле отливки требуемые термодинамические условия для достижения желаемой изготовителем структуры отливки. Использование в качестве сплава заэвтектического силумина (сплав Al-Si), подбор скорости вращения изложницы, температуры заливаемого сплава и изложницы позволяет добиться требуемого послойного распределения частиц первичного кремния в объеме отливки. Получение прилегающего к внутренней поверхности гильзы слоя, обогащенного частицами кремния, позволяет иметь отливки из заэвтектического силумина с характеристиками износостойкости не ниже чугунных, но по массе значительно меньше чугунных. Поскольку теплопроводность заэвтектического силумина выше, чем чугуна, то и отвод тепла более эффективен в случае применения гильз из заэвтектического силумина, что является важным моментом в эксплуатации двигателей внутреннего сгорания.

Послойное распределение частиц кремния в объеме отливки позволяет снизить внутренние термические напряжения за счет разности коэффициентов термического расширения слоев сплава, обогащенных алюминием. Возможные варианты распределения частиц первичного кремния в объеме отливки показаны на фигурах 1, 2, 3.

На фиг. 1 показана поверхность отливки, имеющей один слой, обогащенный кремнием, при этом поверхность отливки не обработана.

На фиг. 2 показана поверхность отливки, имеющей два слоя, обогащенных кремнием, при этом поверхность отливки не обработана.

На фиг. 3 показана поверхность отливки, имеющей три слоя, обогащенных кремнием, при этом поверхность отливки не обработана.

Пример осуществления способа.

Гильзу изготовили из заэвтектического силумина: Al-18% Si на машине с горизонтальной осью вращения изложницы. Предварительно был проведен расчет скорости вращения изложницы, температуры нагрева заливаемого сплава и температуры изложницы, обеспечивающих получение в отливке двух слоев, обогащенных кремнием. Сплав с температурой перегрева над линией ликвидус 50^oC заливали в предварительно нагретую до 100 150^oC и окрашенную теплоизоляционной краской изложницу. Частота вращения изложницы составляла 10c^-1. Вращение изложницы осуществляли до полного затвердевания отливки. Дозирование заливаемого сплава осуществляли по объему. При этом в отливке было получено 2 слоя, обогащенных кремнием. Твердость на внутренней поверхности гильзы соответствовала требованиям конструкторской документации.

Применение заявленного способа для изготовления гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания позволит снизить массу цилиндра двигателя внутреннего сгорания, повысить отвод тепла при работе цилиндров двигателей внутреннего сгорания, снизить внутренние напряжения в объеме отливки, улучшив тем самым эксплуатационные характеристики двигателей. При этом износостойкость рабочей поверхности получаемых гильз не ниже чугунных.

Формула изобретения

Способ центробежного литья заготовок гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания, включающий заливку сплава во вращающуюся изложницу, его затвердевание и извлечение отливки из изложницы, отличающийся тем, что изложницу предварительно подогревают до 100-150°С и вращают со скоростью 10 с^-1, а в качестве сплава используют заэвтектический силумин с температурой перегрева над линией ликвидус 50°С.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3