RU2026769C1 - Method to cast pistons for internal combustion engines and a device to implement it - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: method to cast pistons for internal combustion engines lies in the fact that cast cavity is oriented in the mould in such a manner to dispose cast-piston in the top. Time for die stroke in power unit is preset within 0.02 s. Mould impression is filled with solid- liquid metal. Device has a central core with locking pneumatic drive, side cores with spring-driven mechanism, with bevels made on lower faces of side cores and upper face of the central cores. Six-position carrousel has a position to press metal into the mould, where pressing mechanism is provided with impact pneumatic cylinder, and a sprayer provided, provided in turn, with mechanism of vertical hoisting and lowering system of tubes with radial holes. The sprayer is installed on position of paint injection. Impact pneumatic drive is made in the form of joint pneumatic cylinder and receiver with intermediate gate. EFFECT: cost beneficial method. 4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к литейному производству, в частности способам и устройствам для литья поршней двигателей внутреннего сгорания. The invention relates to foundry, in particular to methods and devices for casting pistons of internal combustion engines.

Известен способ изготовления поршней для двигателей внутреннего сгорания [1] , где в нагретую до 300-400^оC пресс-форму со стержнем заливают расплав и охлаждают его до температуры эвтектического превращения, затем накладывают давление в 70-75 МПа нагретым пуансоном. Предусмотрен другой вариант технологии: заливку расплава ведут в полужидком состоянии.Known piston manufacturing method for an internal combustion engine [1] where heated to ^about 300-400 C with a rod mold the melt is poured and cooled down until its eutectic temperature and then applied a pressure of 70-75 MPa heated punch. Another technology option is provided: the melt is cast in a semi-liquid state.

Второй вариант по технической сущности является наиболее близким к предлагаемому, но обладает тем недостатком, что предусматривает заливку металла, а следовательно и более высокие значения температуры заливаемого металла и, как следствие, удлинение цикла литья, что снижает продолжительность процесса и ограничивает прирост свойств литого металла от наложения давления. The second option, by technical nature, is the closest to the proposed one, but it has the disadvantage that it involves pouring metal, and therefore higher temperatures of the cast metal and, as a consequence, lengthening of the casting cycle, which reduces the duration of the process and limits the increase in the properties of cast metal from pressure overlay.

Наиболее близким по технической сущности является устройство [2], состоящее из шестипозиционного карусельного стола с размещенными на позициях разъемными формами и стержнями. The closest in technical essence is the device [2], consisting of a six-position rotary table with detachable forms and rods placed at the positions.

Недостатком этого устройства является то, что в нем осуществляют заливку жидкого металла гравитационным методом, что снижает производительность процесса и качество литого металла. The disadvantage of this device is that it is filled with liquid metal by the gravitational method, which reduces the productivity of the process and the quality of the cast metal.

Целью изобретения является повышение производительности и качества литья. The aim of the invention is to increase the productivity and quality of casting.

Цель достигается тем, что время рабочего хода прессующего пуансона при заполнении полости формы выбирают не более 0,02 с, и устройство снабжено позицией запрессовки металла в форму, прессующим механизмом с пневмоприводом ударного действия, запорным пневмоцилиндром центрального стержня и пружинным механизмом сближения боковых стержней, при этом на нижних торцах боковых стержней в верхнем торце центрального выполнены скосы, а установка снабжена распылительной головкой, выполненной в виде системы трубок с радиальными отверстиями и механизмом ее подъема и опускания, пневмопривод ударного действия выполнен в виде совмещенных пневмоцилиндра и ресивера с промежуточным шиберным запорным устройством. The goal is achieved in that the working time of the pressing punch when filling the mold cavity is selected no more than 0.02 s, and the device is equipped with a position for pressing metal into the mold, a pressing mechanism with pneumatic actuator of shock action, a locking pneumatic cylinder of the central rod and a spring mechanism for closing the side rods, at the lower ends of the side rods in the upper end of the central bevels are made, and the installation is equipped with a spray head made in the form of a system of tubes with radial holes and a mechanical In addition to raising and lowering it, the shock pneumatic actuator is made in the form of combined pneumatic cylinder and receiver with an intermediate gate locking device.

На фиг. 1 представлена карусель, вид сверху; на фиг.2 - пресс-форма в сборе, вертикальный разрез; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 - устройство на позиции запрессовки, вертикальный разрез; на фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.6 - сечение В,Г,Д,Е на фиг.1
В расположенные на карусели 1 комплекты пресс-форм (состоящие из половинок 2, стержней 3 под боковые отверстия, центрального стеpжня 4, боковых продольных стержней 5, сжатых пружинным механизмом 6; центральный стержень снабжен запорным 7 пневмоцилиндром и выдвижным 8) размещают в шести позициях: подготовительной (сборка пресс-формы) I, заливочной II, запрессовочной III, раскрытия пресс-формы IV, снятия отливки V и опрыскивания стержней и полости краской VI (фиг.1) и в указанном порядке размещения поршень-отливку размещают днищем кверху, а стержни 4 и 5 размещают с возможностью смещения (вытяжки) стержня 4 вниз; в приемную чашу 9 (фиг.5) кладут мерную дозу кашеобразного металла ("каши"), полученного за счет того, что начальную температуру его предварительно снижают до температуры, меньшей точки ликвидуса (у силуминов с Т_с = 580^оС и Т_л = 630^оС при содержании 20% твердой фазы он имеет нулевую жидкотекучесть), далее пуансоном 10 пневмоцилиндра 11 ударного действия осуществляют запрессовку "каши" (ручья 12) в полость. При этом за счет связи пневмоцилиндра 11 через расширенный канал 13 (закрываемый конусообразной пробкой-шибером 14) с ресивером 15 повышенного давления добиваются регулируемой достаточно большой скорости движения пуансона 10, а следовательно, быстродействия прессового узла. Этого добиваются увеличением (уменьшением) длины выхода пробки-шибера 14, а следовательно, изменением площади поперечного сечения соединительного канала между ресивером 15 и пневмоцилиндром 11 ударного действия.In FIG. 1 shows a carousel, top view; figure 2 is a complete mold, a vertical section; figure 3 is a section aa in figure 2; figure 4 - the device at the insertion position, a vertical section; figure 5 is a section bB in figure 1; figure 6 - section B, D, D, E in figure 1
Mold sets located on the carousel 1 (consisting of halves 2, rods 3 for side holes, central rod 4, lateral longitudinal rods 5, compressed by a spring mechanism 6; the central rod is equipped with a shut-off 7 pneumatic cylinder and a retractable 8) are placed in six positions: preparatory (assembly of the mold) I, casting II, pressing III, opening the mold IV, removing the casting V and spraying the rods and the cavity with paint VI (Fig. 1) and in the indicated order of placement the piston-casting is placed with the bottom up, and the rods 4 and 5 p zmeschayut displaceable (drawing) of the rod 4 downward; 9 in a receiving bowl (5) lay a volumetric dose of mushy metal ( "cereals") obtained by the fact that the initial temperature of its pre-reduced to a temperature lower than the liquidus point (y silumin with T _c = 580 ^{° C} and T _L = 630 ^{° C} at a content of 20% solids it has zero fluidity), then the punch 10 of the pneumatic cylinder 11 the thrust carried press-fit "porridge" (stream 12) into the cavity. In this case, due to the connection of the pneumatic cylinder 11 through the expanded channel 13 (closed by a cone-shaped stopper-gate 14) with the receiver 15 of high pressure, an adjustable sufficiently high speed of movement of the punch 10, and hence the speed of the press unit, is achieved. This is achieved by increasing (decreasing) the exit length of the plug-gate 14, and therefore, by changing the cross-sectional area of the connecting channel between the receiver 15 and the shock cylinder 11.

Скорость движения пуансона 10 задают из того расчета, чтобы время заполнения ручья 12 металлом было не более 0,02 с. С соблюдением этого условия добиваются того, что металл в течение периода заполнения ручья 12 сохранял незначительное изменение реологического состояния, что позволяет при невысоких удельных нагрузках добиться полной запрессовки металла. Например, при давлении в ресивере Р = 20 атм и коэффициенте мультипликации n ≈4 получают давление на металл 80 атм. Как показали расчеты на базе рассмотрения уравнения теплового баланса за время 0,02 с усредненная температура кашеобразного металла ("каши") снизится всего на 0,16^оС, т.е. практически неизменным остается его реологическое состояние. При этом твердожидкий поток по полости ручья пресс-формы идет сверху вниз вязкой неразрывной сплошной массой, вытесняя вниз воздух из пресс-формы.The speed of movement of the punch 10 is set from the calculation so that the filling time of the stream 12 with metal is not more than 0.02 s. In compliance with this condition, it is ensured that the metal during the filling period of the stream 12 retained a slight change in the rheological state, which makes it possible to achieve complete pressing-in of the metal at low specific loads. For example, at a pressure in the receiver of P = 20 atm and a multiplier of n ≈ 4, a pressure on the metal of 80 atm is obtained. As shown by calculations based on consideration of the heat balance equation for the time-averaged 0.02 with mushy metal temperature ( "cereals") drops by only 0.16 ^{° C,} i.e. its rheological state remains practically unchanged. In this case, the solid-liquid flow through the cavity of the stream of the mold goes from top to bottom with a viscous continuous mass, forcing air down from the mold.

Расчеты велись для поршня высотой 0,06 м, т.е. скорость движения пуансона ≈3 м/с и время движения пуансона 10 ≈0,02 с. При таких значениях скорости движения вязкой кашеобразной массы успешно проходит вытеснение воздуха из пресс-формы в промежуток между стержнями 4 и 5 и половинками 2 и захвата воздуха не происходит. В известных процессах литья под давлением металлическая струя по ручью движется со скоростью, доходящей до 15 м/с, и занимает меньше половины площади, в то время как в данном случае струя занимает всю площадь поперечного сечения пресс-формы, что является причиной захвата воздуха. При больших размерах высоты поршня при той же скорости время будет больше. Например, при высоте 0,12 и 0,24 м время будет 0,04 и 0,08 с, а потеря температуры ≈0,16 и 0,32^оС. Таким образом, предлагается способ жидкой штамповки для литья поршней.The calculations were carried out for a piston with a height of 0.06 m, i.e. the speed of movement of the punch ≈3 m / s and the time of movement of the punch 10 ≈0.02 s. With such values of the speed of movement of a viscous porridge-like mass, air is successfully displaced from the mold into the gap between the rods 4 and 5 and the halves 2 and air entrainment does not take place. In known injection molding processes, a metal stream moves along a stream at a speed reaching 15 m / s and occupies less than half the area, while in this case the stream occupies the entire cross-sectional area of the mold, which causes air capture. With large piston heights at the same speed, time will be longer. For example, at a height of 0.12 m and 0.24 time will be 0.04 and 0.08, and temperature and loss ≈0,16 0.32 ^C. Thus, a method for forming a liquid molding pistons.

По окончании запрессовки расчетным путем определяют временной интервал выдержки отливки под давлением. At the end of the press fit, the time interval for holding the injection molding is determined by calculation.

Далее после срабатывания пневмоцилиндра 11 в обратном направлении производят смену позиций и на позиции IV осуществляют следующее: одновременно включают пневмоцилиндры 7 и 16, производят открытие пресс-формы и вытяжку центрального стержня 4 (параллельно во времени проводимые операции), после чего за счет действия пружинного механизма 6 сближают стержни 5 и одновременно производят смену позиций карусели 1. На позиции V с помощью механической руки 17 (используется известная ее конструкция) снимают отливку. Then, after operating the pneumatic cylinder 11 in the opposite direction, the position is changed and at position IV the following is performed: simultaneously turn on the pneumatic cylinders 7 and 16, open the mold and draw the central rod 4 (operations are performed in parallel in time), and then due to the action of the spring mechanism 6 bring the rods 5 together and at the same time change the positions of the carousel 1. At position V, the casting is removed using a mechanical arm 17 (using its known design).

На позиции VI осуществляют следующее: (фиг.6) с помощью пневмоцилиндра 18 опускают гребенку 19 (система трубок с радиальными отверстиями) и производят охлаждение и опрыскивание краской поверхности стержней 3, 4, 5 и внутренней полости пресс-формы. At position VI, the following is carried out: (6) using a pneumatic cylinder 18, lower the comb 19 (a system of tubes with radial holes) and cool and spray paint the surface of the rods 3, 4, 5 and the internal cavity of the mold.

П р и м е р. Заливаемый сплав-силумин марки АК18 с Т_л = 630^оС, Т_с = 580^оС, Т_{заполн.} = = Т_л - 0,2 ΔТ_кр = 620^оС, τ_зал. = 0,02 с, Р_{в ресив.} = 20 атм, Р_{в пресс-ф.} = 80 атм.PRI me R. Fill silumin alloy-mark AK18 T _L = 630 ^{° C,} _Tc = 580 ^C, T _{is filled.} = = Т _л - 0.2 ΔТ _кр = 620 ^о С, τ _hall = 0.02 s, P _{in the receiver.} = 20 atm, P _{in the press.} = 80 atm.

В соответствии с расчетами для поршня высотой 0,06 м при времени запрессовки 0,02 с скорость впуска запрессовки ≈3 м/с, металл теряет в среднем 0,16^оС, то есть теплосодержание его остается практически неизменным.In accordance with the calculations for the piston at a height of 0.06 m to 0.02 time pressing inlet velocity pressing ≈3 m / s, the metal loses an average ^of 0.16 C, i.e. its enthalpy remains substantially unchanged.

Расчеты показывают, что цилиндрическая часть (юбка) поршня, имеющая приведенную толщину ≈1 мм, затвердевает за 1,3 с, днище поршня с приведенной толщиной 2,1 мм затвердевает за 2,8 с в условиях направленного теплоотвода. Calculations show that the cylindrical part (skirt) of the piston, having a reduced thickness of ≈1 mm, hardens in 1.3 s, the piston bottom with a reduced thickness of 2.1 mm hardens in 2.8 s under conditions of directional heat sink.

Цикл литья назначают 4 с. Время под давлением 3,5 с. Производительность ≈900 отл/ч. The casting cycle is prescribed for 4 s. Time under pressure 3.5 s. Productivity ≈900 exl / h.

К моменту выбора отливки из пресс-формы средняя температура цилиндрической части поршня (снятие осуществляется на следующей + IV позиции) ≈300^оС, а верхней части ≈400^оС.By the time of choosing a casting from the mold, the average temperature of the cylindrical part of the piston (removal is carried out at the next + IV position) ≈300 ^о С, and the upper part ≈400 ^о С.

При данных температурах металл уже достаточно прочен для того, чтобы не деформироваться при дальнейших транспортных перемещениях. At these temperatures, the metal is already strong enough so as not to deform during further transport movements.

Последовательность операций способа: собирают пресс-формы - позиция I, 1,5 с, смена позиций 0,5 с; заливают "кашу" - позиция II механической рукой 1,5 с; запрессовывают - позиция III быстродействующим механизмом 1 с (включая начало движения прессующего пуансона с учетом инерции), продолжительность рабочего хода пуансона не более 0,02 с; раскрывают пресс-форму и вытягивают стержень одновременно, сближение боковых стержней производится в момент смены позиции - позиция IV; снимают отливки механической рукой - позиция V; опрыскивают элементы пресс-формы краской - позиция VI; продолжительность операций VI-VI 1,5 с. The sequence of operations of the method: molds are assembled - position I, 1.5 s, change of position 0.5 s; pour "porridge" - position II with a mechanical arm 1.5 s; pressed in - position III by a quick-acting mechanism 1 s (including the beginning of the movement of the pressing punch taking into account inertia), the duration of the working stroke of the punch is not more than 0.02 s; open the mold and pull the rod at the same time, the approach of the side rods is done at the moment of changing position - position IV; castings are removed with a mechanical hand - position V; spray the mold elements with paint - position VI; the duration of operations VI-VI is 1.5 s.

Конструкция пресс-формы: шток пневмоцилиндра 8 снабжен запорным пневмоцилиндром двухстороннего действия, при срабатывании которого выдвигаются упоры 20 в пазы направляющих 21. Для фиксации половинок строго по центральной оси симметрии служат упоры 22, а параллельности хода рычагов 23 - направляющие 24 (фиг.4). Mold design: the rod of the pneumatic cylinder 8 is equipped with a double-acting locking pneumatic cylinder, when triggered, the stops 20 extend into the grooves of the guides 21. To fix the halves strictly on the central axis of symmetry, the stops 22 are used, and the parallelism of the stroke of the levers 23 - guides 24 (figure 4) .

К конструкции прессующего механизма: изменяя длину обратного хода пневмоцилиндра 25, увеличивают или уменьшают проходное сечение канала 13, связанного с ресивером 15 и пневмоцилиндром 11. To the design of the pressing mechanism: by changing the length of the return stroke of the pneumatic cylinder 25, increase or decrease the passage section of the channel 13 connected to the receiver 15 and the pneumatic cylinder 11.

К механизму впрыскивания: в трубопровод 26 подают непрерывно перемешиваемую водоэмульсионную краску. Здесь операцию охлаждения и покрытия совмещают. To the injection mechanism: a continuously mixed aqueous emulsion ink is supplied to the pipeline 26. Here, the cooling and coating operations are combined.

Технико-экономические преимущества: сокращен цикл сборки и разборки пресс-форм, что повышает производительность устройства; возможность использования "каши" за счет особенностей конструкции прессующего узла позволяет существенно уменьшить время затвердевания и охлаждения отливки, что способствует повышению производительности; использование "каши" и наложение давления позволяет радикально бороться с дефектами усадочного происхождения и повысить качество поршней. Technical appraisal and economic benefits: reduced assembly and disassembly of molds, which increases the productivity of the device; the possibility of using "porridge" due to the design features of the pressing unit can significantly reduce the solidification and cooling time of the casting, which helps to increase productivity; the use of "porridge" and the application of pressure allows you to radically deal with defects of shrinkage origin and improve the quality of the pistons.

Изложенные преимущества позволяют с эффектом использовать предлагаемое изобретение на моторостроительных заводах. The stated advantages make it possible to use the proposed invention in engine-building plants with effect.

Claims (5)

СПОСОБ ЛИТЬЯ ПОРШНЕЙ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. METHOD FOR PISTON INJECTION FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION. 1. Способ литья поршней для двигателей внутреннего сгорания, включающий сборку формы со стержнями, заполнение полости формы, оформляющей отливку днищем вверх, металлом, находящимся в твердожидком состоянии, посредством его прессования, отличающийся тем, что время рабочего хода прессующего пуансона при заполнении полости формы выбирают не более 0,02 с. 1. A method of casting pistons for internal combustion engines, including assembling a mold with rods, filling the mold cavity, which forms the casting with the bottom up, with a metal in a solid-liquid state by pressing it, characterized in that the operating time of the pressing punch when filling the mold cavity is selected no more than 0.02 s. 2. Устройство для литья поршней для двигателей внутреннего сгорания, содержащее шестипозиционный карусельный стол с формами, центральным и боковыми стержнями, отличающееся тем, что оно снабжено позицией запрессовки металла в форму, прессующим механизмом с пневмоприводом ударного действия, запорным пневмоцилиндром центрального стержня, механизмом сближения боковых стержней, при этом на нижних торцах боковых стержней и верхнем торце центрального выполнены скосы. 2. A device for casting pistons for internal combustion engines, comprising a six-position rotary table with molds, central and side rods, characterized in that it is equipped with a position for pressing metal into a mold, a pressing mechanism with pneumatic actuator of shock action, a locking pneumatic cylinder of the central shaft, a mechanism for converging the lateral rods, while at the lower ends of the side rods and the upper end of the central bevels are made. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено распылительной головкой в виде системы трубок с радиальными отверстиями и механизмом ее подъема и опускания. 3. The device according to claim 2, characterized in that it is equipped with a spray head in the form of a system of tubes with radial holes and a mechanism for raising and lowering it. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что пневмопривод ударного действия выполнен в виде совмещенных пневмоцилиндра и ресивера с промежуточным шиберным устройством. 4. The device according to claim 2, characterized in that the shock actuator is made in the form of combined pneumatic cylinder and receiver with an intermediate gate device.

Images