Способ изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания

 

Использование: в машиностроении при изготовлении поршней двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: нагретую заготовку предварительно штампуют в штампе, пуансон которого снабжен кольцевым выступом, направленным в сторону нижней половины штампа. После предварительной штамповки получают полуфабрикат объемом V1, снабженный кольцевым выступом, благодаря которому при окончательном деформировании заполнение полости нижней половины штампа окончательной штамповки осуществляется обратным прессованием. Диаметр Д1 полости нижней половины штампа предварительной штамповки составляет от 0,97 до 1,0 диаметра Д2 полости штампа окончательной штамповки. Полуфабрикат, получаемый после предварительной штамповки, имеет объем, равный от 1,0 до 1,07 от объема поршня, получаемого после окончательной штамповки. Обрезку облоя после предварительной штамповки проводят в процессе окончательной штамповки. 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может использоваться в машиностроительном производстве при изготовлении поршней двигателей внутреннего сгорания.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ, в котором штамповку поршней двигателей внутреннего сгорания проводят в штампе, пуансон которого соответствует внутренней конфигурации поршня, а нижняя половина снабжена полостью, боковая поверхность которой образована двумя последовательно расположенными поверхностями, одна из которых от дна полости выполнена в виде цилиндра, а цилиндрическая и донная поверхности сопряжены между собой кольцевой канавной 1.

Недостатком данного способа является то, что при штамповке поршней из цилиндрической заготовки на кольцевой поверхности выдавливаемого металла возникают значительные растягивающие тангенциальные напряжения, направление которых совпадает с направлениями касательных к концентрическим окружностям кольца. В связи с тем, что для изготовления поршней используются высококремнистые сплавы, обладающие низкой технологической пластичностью, при штамповке возможно разрушение деформируемого металла из-за возникающих высоких напряжений.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является исключение разрушения деформируемого металла.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания, включающем получение заготовки и окончательную штамповку в штампе, пуансон которого соответствует внутренней конфигурации поршня, а нижняя половина снабжена полостью, дополнительно проводят предварительную штамповку в штампе, пуансон которого снабжен коническим выступом, направленным в сторону нижней половины штампа, выполненной с конической полостью, диаметр которой в месте пересечения с плоскостью, обращенной к пуансону, составляет от 0,97 до 1,0 от диаметра полости нижней половины штампа окончательной штамповки в месте ее пересечения с плоскостью, обращенной к соответствующему пуансону, после предварительной штамповки получают полуфабрикат, объем которого составляет от 1,0 до 1,7 от объема готового поршня, а в процессе окончательной штамповки осуществляют обрезку облоя, полученного в результате предварительной штамповки.

Снабжение штампа предварительной штамповки пуансоном с коническим выступом, направленным в сторону нижней половины штампа, способствует тому, что в процессе предварительной штамповки в заготовке формируется кольцевой выступ. При окончательном деформировании благодаря наличию кольцевого выступа заполнение полости нижней половины штампа осуществляется обратным прессованием, при котором практически отсутствуют тангенциальные напряжения в деформируемом металле, что предотвращает разрушение металла.

Снабжение нижней половины штампа предварительной штамповки конической полостью, диаметр Д1 которой составляет от 0,97 до 1,0 от диаметра Д2 полости штампа окончательной штамповки, способствует уменьшению растягивающих напряжений в конической заготовке при деформации в штампе окончательной штамповки ввиду незначительной разницы их диаметров в предварительном и окончательном штампах.

При значении диаметра Д1 полости штампа предварительной штамповки больше диаметра Д2 полости штампа окончательной штамповки полуфабрикат по диаметру не будет размещаться в окончательном штампе, что затруднит отделение облоя, который будет заштамповываться в виде дефекта.

При значении диаметра Д1 полости штампа предварительной штамповки меньше 0,97 от диаметра Д2 полости штампа окончательной штамповки (Д1 < 0,97 Д2) затрудняется обрубка облоя ввиду возможного его затягивания внутрь полости штампа и заштамповки в виде дефекта. Кроме того, при таком соотношении возникают значительные тангенциальные напряжения, которые могут привести к разрушению заготовки.

Получение после предварительной штамповки заготовки с объемом, равным от 1,0 до 1,07 от объема поршня после окончательной штамповки, способствует полному заполнению металлом объема штампа окончательной штамповки. А при контакте металла с торцевой поверхностью пуансона лишний металл выходит в заусенец штампа окончательной штамповки.

Получение полуфабриката объемом больше 1,07 от объема готового поршня приводит к перерасходу металла ввиду увеличенного объема.

Выполнение операции обрезки облоя после предварительной штамповки в процессе окончательной штамповки способствует уменьшению трудоемкости изготовления изделий, не требуются инструмент и оборудование для операции удаления облоя.

На фиг. 1 изображен общий вид штампа предварительной штамповки; на фиг. 2 общий вид штампа окончательной штамповки; на фиг. 3 общий вид полуфабриката после предварительной штамповки, ка фиг. 4 общий вид поршня после окончательной штамповки.

Пуансон 1 штампа предварительной штамповки снабжен коническим выcтупом 2, а нижняя половина 3 снабжена конической полостью 4, диаметр Д1 которой составляет от 0,97 до 1,0 от диаметра Д2 полости 5 нижней половины 6 штампа окончательной штамповки. Позицией 7 обозначен пуансон штампа окончательной штамповки. Полуфабрикат, получаемый после предварительной штамповки, имеет кольцевой выступ 8, а его объем составляет от 1,0 до 1,07 от объема готового поршня, получаемого после окончательной штамповки. Нижняя половина 6 штампа окончательной штамповки снабжена острой рабочей кромкой.

Способ осуществляют следующий образом.

Цилиндрическую заготовку после нагрева укладывают в штамп предварительной штамповки, включают ход верхней траверсы пресса и производят предварительную штамповку до смыкания нижней и верхней половин штампа. В процессе штамповки формируется кольцевой выступ 8. После предварительной штамповки получают заготовку с объемом V1. При окончательной штамповке, также после нагрева полуфабрикат укладывают в нижнюю полость 5 штампа окончательной штамповки. В первый момент при движении верхней траверсы пресса вниз происходит нажим пуансоном 7 на поверхность полуфабриката. В результате этого происходит обрубка облоя, который остается в облойной канавке штампа окончательной штамповки, а полуфабрикат опускается на дно полости 5 штампа. При дальнейшем движении пуансона 7 происходит выдавливание металла, который заполняет всю нижнюю полость штампа, облегая форму пуансона 7. При этом заполнение полости 5 происходит обратным прессованием, а благодаря наличию кольцевого выступа практически отсутствуют тангенциальные напряжения в деформируемом металле, что предотвращает его разрушение. После окончания деформации включают обратный ход траверсы пресса, траверса с верхней половиной штампа поднимается. После этого отштампованный поршень с объемом V2 извлекается из окончательного штампа.

Пример конкретного выполнения.

Проводили штамповку поршней двигателей внутреннего сгорания автобуса "ИКАРУС" из алюминиевого сплава АК18ДП. Штамповку проводили на вертикальном гидравлическом прессе усилием 2500 тс, температура нагрева металла 420 - 460^oС, температура штампов при этом находится в пределах 250 - 400^oС. Цилиндрические заготовки размером ⊘ 120 · 160 мм нагревали в печи сопротивления, после чего штамповали в предварительном штампе. Предварительно отштампованные формы также нагревали до указанных температур и проводили окончательную штамповку. При этом размеры предварительного штампа и объем его полости были равны предельным, средним и запредельным заявленным размерам и объемам.

Для сравнения заявленного способа с наиболее близким аналогом проводили штамповку заготовки o 120 · 160 мм в штампе, выполненном по /1/.

Результаты проведенного эксперимента сведены в таблицу.

Как видно из таблицы, при штамповке по способу, выполненному по пунктам 1.2, 1.3, 1.4 и 1.7, 1.8, 1.9, полуфабрикаты имели полное оформление, поверхностные дефекты отсутствовали. Детали полностью соответствовали заданным параметрам и техническим условиям.

При штамповке полуфабриката по п. 1.1 наблюдались затягивание и заштамповка облоя, приводившая детали в брак. Дефект вызван значительной разницей между матрицей (окончательным штампом) и диаметром детали (предварительно отштампованным полуфабрикатом).

При штамповке полуфабриката по п. 1.5 также наблюдалась заштамповка облоя, выводящая детали в брак. Дефект вызван превышением диаметра детали над матрицей, приводящей к его затягиванию и заштамповке в тело детали.

При штамповке полуфабриката по п. 1.6 наблюдалось незаполнение полости окончательного штампа ввиду недостаточного объема предварительного полуфабриката. Кроме того, на кольцевой поверхности детали были обнаружены трещины ввиду отсутствия воздействия со стороны торцевой поверхности окончательного штампа на деформируемый металл.

При штамповке полуфабриката по п. 1.10 расход металла увеличился на 3% ввиду значительного увеличения объема полости предварительного штампа.

На всех полуфабрикатах, полученных до способу, известному из /1/, наблюдались трещины на торцевой поверхности деталей.

В результате проведенного эксперимента можно сделать вывод, что данный способ по сравнению с наиболее близким аналогом обладает следующими преимуществами: за счет предварительного деформирования получают полуфабрикаты заданного объема; за счет снабжения пуансона предварительного штампа коническим выступом получают полуфабрикаты с кольцевым выступом; за счет получения полуфабриката с заданными размерами обрезку облоя после предварительной штамповки проводят в процессе окончательной штамповки.

Преимущества данного способа по сравнению с наиболее близким аналогом обусловлены расширением технологических возможностей при получении поршней из высококремнистых алюминиевых сплавов, обладающих высокими эксплуатационными качествами. 2

Формула изобретения

Способ изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания, включающий получение заготовки и окончательную штамповку в штампе, содержащем пуансон, соответствующий по форме конфигурации полости поршня, и нижнюю половину с полостью, отличающийся тем, что перед окончательной штамповкой проводят предварительную штамповку заготовки в штампе, содержащем нижнюю половину и пуансон с коническим выступом, обращенным к нижней половине, имеющей коническую полость, диаметр которой в месте пересечения с плоскостью, расположенной со стороны пуансона, составляет от 0,97 до 1,0 от диаметра полости нижней половины штампа окончательной штамповки в месте ее пересечения с плоскостью, обращенной к соответствующему пуансону, после предварительной штамповки получают полуфабрикат, объем которого составляет от 1,0 до 1,7 от объема готового поршня, а в процессе окончательной штамповки осуществляют обрезку облоя, полученного в результате предварительной штамповки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4