RU2738587C1

RU2738587C1 - Piston unit of injection moulding machine

Info

Publication number: RU2738587C1
Application number: RU2020107490A
Authority: RU
Original assignee: Кожокин Тимофей Иванович
Priority date: 2020-02-07
Filing date: 2020-02-07
Publication date: 2020-12-14

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to metallurgical production and is intended for production of non-ferrous castings by injection moulding machines. Piston unit of the injection moulding machine contains interconnected piston and rod with a longitudinal channel and transverse windows open into it and bottom thereof, disc arranged without gaps between the end of the rod and the bottom of the piston cavity and connected by the shank with the rod, a pipeline installed in the above channel with a side gap and fixed by a non-detachably front end in the hollow shank of the disc, and formed by surfaces of piston, rod and disc annular gap with sealing element. In the annular gap there opened by the rear ends are the longitudinal grooves of the connecting part with the piston of the disc, the front ends of which are open to the side gap between the disc and the piston, to the bottom of which the front part of the disc is resting. Disc is made with a chamfer in the zone of its lateral and end surfaces intersection, on which the beginning of front transverse inclined windows are made, which are opened with their ends into its cavity. In rear part of disc there are rear crosswise openings open to said annular gap. End face of chamfer is located at bottom edge of radius of conjugation of side surface and bottom of piston cavity, separated from side surface of disc with a gap of at least 1 mm.

EFFECT: simplified design and improved manufacturability, reliability and durability.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к металлургическому производству и пригодно как элемент оснастки для получения цветных отливок на этих машинах. Известен шток такой машины, на передней части которого размещен полый поршень с зазором между их торцем и дном; с торца первого образован продольный канал, в котором с боковым зазором зафиксирована трубка с уплотнительным элементом на конце, упертым в его коническое дно, куда открыто одно поперечное окно, а другое в боковой зазор; у переднего торца штока образованы поперечные окна, открытые в этот зазор и там же размещен свой уплотнительный элемент для герметизации зоны охлаждения поршня (см. патент SU 1783209 А1 от 23.01.1989). Его недостатки: неэффективность охлаждения поршня из-за толстых стенок переднего торца и поэтому перегрев и разрушение его и уплотнительного элемента из-за отсутствия омывания последнего хладагентом. Известен и другой узел, содержащий соединенные между собой поршень и шток с продольным каналом и поперечными окнами, открытыми в него и его дно; диск, размещенный без зазоров между торцами поршня и штока и соединенный своим хвостовиком со штоком; трубопровод с уплотнительным элементом на заднем конце, установленный в этом канале с боковым зазором и зафиксированный неразъемно передним концом в полости диска, выполненного в передней части с боковыми поверхностями разных диаметров, соединенных между собой фаской, на которой расположены начала передних поперечных наклонных окон, открытых концами в его глухую полость - продолжение полости хвостовика; при этом в задней части диска выполнены задние поперечные окна, открытые в его полость и кольцевую канавку с уплотнительным элементом, образованную поверхностями поршня, штока и диска, куда открыты задними концами продольные проточки соединительной с поршнем части диска, а передними концами в боковой зазор между диском и поршнем с выполненном в его дне гнездом, в дно которого уперта передняя часть диска с теплоизоляционным элементом в гнезде его торца, а на боковой поверхности передней части диска меньшего диаметра образована кольцевая канавка под уплотнительный элемент, контактирующий с боковой поверхностью этого гнезда поршня (см. патент РФ 2680320 С1 от 19.02.2019 г.).The invention relates to metallurgical production and is suitable as a tooling element for producing non-ferrous castings on these machines. Known rod of such a machine, on the front of which is a hollow piston with a gap between their end and bottom; at the end of the first, a longitudinal channel is formed, in which a tube is fixed with a lateral gap with a sealing element at the end, abutted against its conical bottom, where one transverse window is open, and the other into the lateral gap; at the front end of the rod, transverse windows are formed, open into this gap, and there is also placed its own sealing element to seal the piston cooling zone (see patent SU 1783209 A1 dated 01.23.1989). Its disadvantages: ineffectiveness of cooling the piston due to the thick walls of the front end and therefore overheating and destruction of it and the sealing element due to the lack of cooling of the latter with coolant. Known and another unit containing interconnected piston and rod with a longitudinal channel and transverse windows open into it and its bottom; a disk placed without gaps between the ends of the piston and the rod and connected by its shank to the rod; pipeline with a sealing element at the rear end, installed in this channel with a lateral gap and fixed permanently by the front end in the cavity of a disc made in the front part with side surfaces of different diameters, connected by a chamfer, on which the beginnings of the front transverse inclined windows are located, open ends into its blind cavity - continuation of the shank cavity; while in the rear part of the disk there are rear transverse windows open into its cavity and an annular groove with a sealing element formed by the surfaces of the piston, rod and disk, where the rear ends of the longitudinal grooves of the part of the disk connecting to the piston are open, and the front ends into the lateral gap between the disk and a piston with a socket made in its bottom, into the bottom of which the front part of the disc with a heat-insulating element in the socket of its end is rested, and an annular groove is formed on the side surface of the front part of the disc of a smaller diameter for a sealing element in contact with the side surface of this piston socket (see. RF patent 2680320 C1 dated 02.19.2019).

Его недостатки: усложнение конструкций поршня из-за гнезда в его дне и диска наличием двух диаметров боковых поверхноетей в его передней части, кольцевой канавки с уплотнительным элементом и теплоизоляционного элемента в гнезде его переднего торца; большой по величине зазор между боковыми поверхностями диска и полости поршня, замедляющий скорость циркуляции хладагента там со снижением эффективности охлаждения последнего; возможность его разрушения в зоне этого зазора и фаски диска.Its disadvantages: complication of the piston structures due to the nest in its bottom and disc by the presence of two diameters of the lateral surfaces in its front part, an annular groove with a sealing element and a heat-insulating element in the nest of its front end; a large gap between the lateral surfaces of the disc and the piston cavity, which slows down the circulation rate of the coolant there with a decrease in the cooling efficiency of the latter; the possibility of its destruction in the zone of this gap and disc chamfer.

Задача предлагаемого решения: упрощение конструкции с повышением технологичности и прочности этого узла, а также увеличением эффективности охлаждения боковых поверхностей поршня.The problem of the proposed solution is to simplify the design with increasing manufacturability and strength of this unit, as well as increasing the efficiency of cooling the piston side surfaces.

Технический результат от него: повышение надежности такого узла увеличением стойкости и прочности упрощенной конструкции поршня и диска с уменьшением затрат на их изготовление. Он достигается тем, что поршневой узел машины литья под давлением, содержащий соединенные между собой поршень и шток с продольным каналом и поперечными окнами, открытыми в него и его дно, диск, размещенный без зазоров между торцом штока и дном полости поршня и соединенный хвостовиком со штоком, трубопровод, установленный в упомянутом канале с боковым зазором и зафиксированный неразъемно передним концом в полом хвостовике диска, и образованный поверхностями поршня, штока и диска кольцевой зазор с уплотнительным элементом, в который открыты задними концами продольные проточки соединительной с поршнем части диска, передние концы которых открыты в боковой зазор между диском и поршнем, в дно которого уперта передняя часть диска, при этом диск выполнен с фаской в зоне пересечения его боковой и торцовой поверхностей, на которой выполнены начала передних поперечных наклонных окон, открытые концами в его полость, причем в задней части диска выполнены задние поперечные окна, открытые в упомянутый кольцевой зазор, новым является то, что торцевой край фаски расположен у донного края радиуса сопряжения боковой поверхности и дна полости поршня, отделенной от боковой поверхности диска зазором как минимум в 1 мм; в диске выполнен сквозной продольный канал, в который открыты края радиально образованных на его переднем торце канавок, открытых своими периферийными краями со стороны его фаски в упомянутый боковой зазор.The technical result from it: increasing the reliability of such a unit by increasing the durability and strength of the simplified design of the piston and disk with a decrease in the cost of their manufacture. It is achieved by the fact that the piston unit of the injection molding machine, containing interconnected piston and rod with a longitudinal channel and transverse windows open into it and its bottom, a disk placed without gaps between the end of the rod and the bottom of the piston cavity and connected by a shank to the rod , a pipeline installed in the said channel with a lateral gap and fixed permanently by the front end in the hollow shank of the disc, and an annular gap formed by the surfaces of the piston, rod and disc with a sealing element, into which the rear ends are open longitudinal grooves of the part of the disc connecting with the piston, the front ends of which open into the lateral gap between the disc and the piston, into the bottom of which the front part of the disc is rested, while the disc is made with a chamfer in the area of intersection of its lateral and end surfaces, on which the beginnings of the front transverse inclined windows are made, with the ends open into its cavity, and in the rear part of the disk, rear transverse windows are made, open in the mentioned th annular gap, new is that the end edge of the chamfer is located at the bottom edge of the radius of conjugation of the side surface and the bottom of the piston cavity, separated from the side surface of the disc by a gap of at least 1 mm; a through longitudinal channel is made in the disk, into which the edges of grooves radially formed on its front end, open with their peripheral edges from the side of its chamfer into the said lateral gap, are open.

Расположением торцевого края фаски диска у края радиуса сопряжения боковой и донной поверхностей полости поршня обеспечивается минимальной величины конический изнутри кольцевой зазор между их сопрягаемыми поверхностями у дна последнего с исключением его разрушение от давления запрессовки сплава из камеры прессования в пресс-форму.The location of the end edge of the disc chamfer at the edge of the conjugation radius of the lateral and bottom surfaces of the piston cavity provides a minimum conical annular gap from the inside between their mating surfaces at the bottom of the latter, with the exception of its destruction from the pressure of pressing the alloy from the pressing chamber into the mold.

Контактом такой передней части диска с дном поршня обеспечивается максимальная площадь их взаимодействия, чем уменьшается нагрузка на их резьбовое соединение и возрастает стойкость резьбы диска Образованием боковыми поверхностями диска и поршня зазора величиной как минимум в 1 мм повышаются скорость циркуляции хладагента по нему, и эффективность охлаждения боковых поверхностей поршня. Выполнением продольного сквозного канала в диске вместо передних поперечных наклонных каналов упрощается конструкция и повышается его технологичность.The contact of such a front part of the disk with the bottom of the piston ensures the maximum area of their interaction, which reduces the load on their threaded connection and increases the resistance of the disk thread. The formation of a clearance of at least 1 mm by the lateral surfaces of the disk and the piston increases the circulation rate of the coolant through it, and the cooling efficiency of the lateral piston surfaces. The design of the longitudinal through channel in the disk instead of the front transverse inclined channels simplifies the design and increases its manufacturability.

Формированием радиально расположенных канавок на переднем торце диска с открытыми краями упрощается его изготовление с обеспечением отвода нагретого хладагента из выше указанного бокового зазора по ним в его продольный сквозной канал и далее за пределы штока.The formation of radially located grooves on the front end of the disc with open edges simplifies its manufacture, ensuring the removal of the heated coolant from the above-mentioned lateral gap along them into its longitudinal through channel and further beyond the stem.

Заявляемое решение от известных сейчас ново, существенно отличается от них, промышленно пригодно и соответствует критерию изобретение. Оно представлено чертежом, где на фиг. 1 показана только передняя часть поршневого узла, в верхней части которой приведено решение п. 1 формулы, а в нижней части п. 2 ее; предлагаемое содержит переднюю часть штока 1 с продольным каналом 2, где с боковым зазором размещен трубопровод 3, зафиксированный передним концом в полом диске 4, соединенным резьбой его полого хвостовика 5 с резьбой гнезда передней части штока 1 и прихваченных между собой, например, сваркой. Диск 4 своими торцами размещен без зазоров между передним торцом штока 1 и дном 6 полости поршня 7 и соединен с последним резьбовой поверхностью 8 с образованием их задними и передними частями кольцевого 9 и бокового 10 зазоров соответственно. На резьбе диска 4 образованы продольные проточки 11, открытые своими краями в эти зазоры. В зазор 9 с уплотнительным элементом 12 для герметизации соединений поршень 7 - шток 1 - диск 4 открыты задние поперечные окна 13 последнего, выходящие соответственно в его продольный канал 14, переходящий в передней части в глухой продольный канал 15, открытый в полость трубопровода 3, зафиксированного неразъемно с поверхностью полости диска 4. Торцевой край фаски 16, образованной в зоне пересечения передней торцевой и боковой поверхностей диска 4, совмещен с донным краем радиуса 17 полости поршня 7 или расположен у него, а на этой фаске выполнены наклонные поперечные окна18, открытые концами в глухой канал 15 диска 4. П. 2 формулы, представленный в нижней части фиг. 1, имеет те же самые позиции 1-17, к которым добавляются позиции 15- продольиый сквозной канал - продолжение глухого продольного канала 15 диска 4, открытый с переднего торца его: радиальные канавки 18, выполненные на переднем торце диска 4 и открытые своими центральными краями в край канала 15' и периферийными краями у фаски 16 диска в продолжение зазора 10. Поршень 7 охлаждается так: хладагент по продольному каналу 2 штока 1 поступает от его задней части к передней; далее следует в кольцевой зазор между поверхностями полости хвостовика 5 и трубопроводом 3, затем в такой же зазор, образованный последним и поверхностью продольного канала 14 диска 4, поступая через его задние поперечные окна 13 в кольцевой зазор 9, охлаждая при этом уплотнительный элемент 12 и заднюю часть поршня 7. Далее он поступает через проточки 11 резьбовой поверхности диска 4 в боковой зазор 10, по которому устремляется к дну 6 поршня 7, охлаждая внутреннюю боковую поверхность и часть его дна в зоне радиуса 17 сопряжения боковой и донной поверхностей его полости, свободной от переднего торца диска 4 благодаря его фаске 16. Затем нагретый хладагент через передние поперечные наклонные окна 18 диска 4 с началом их на фаске 16 отводится в его глухой канал 15, из которого по трубопроводу 3 следует в заднюю часть штока 1 и за его пределы. При реализации п. 2 формулы хладагент циркулирует аналогичным образом, поступая по боковому зазору 10 к дну 6 поршня 7, откуда по радиально расположенным канавкам 18' с открытыми краями в продольные каналы диска 15 и 15 и далее по трубопроводу 3 отводится за пределы штока 1. Эффективность охлаждения изнутри и снаружи поршня 7 определяется расходом хладагента и связанной с ним скоростью циркуляции его по проточкам 11 и зазорам 9 и 10, причем последний минимального размера (не менее 1 мм), где скорость хладагента возрастает и увеличивается теплоотвод от боковых поверхностей поршня 7. Объемный расход хладагента зависит от скорости циркуляции его и площади бокового зазора 10 - тракта охлаждения; например, при диаметрах 50 и 48, 50 и 44 мм боковых поверхностей полости поршня и диска и соответственно соотношение их площадей Fl/F2=0,34; следовательно, в 1-м случае скорость циркуляции хладагента возрастет примерно в 3 раза при постоянном расходе его. Этим параметром увеличиваются числа Рейнольдса и Нуссельта, возрастает теплоотвод от охлаждаемых поверхностей поршня и его стойкость.The claimed solution is new from those known now, significantly differs from them, is industrially suitable and meets the criterion of the invention. It is represented in the drawing, where FIG. 1 shows only the front part of the piston unit, in the upper part of which the solution of claim 1 of the formula is given, and in the lower part of claim 2 it; The proposed one contains the front part of the stem 1 with a longitudinal channel 2, where the pipeline 3 is located with a lateral gap, fixed by the front end in the hollow disc 4, connected by the thread of its hollow shank 5 with the thread of the socket of the front part of the stem 1 and stuck together, for example, by welding. Disc 4 with its ends is placed without gaps between the front end of the rod 1 and the bottom 6 of the cavity of the piston 7 and is connected to the last threaded surface 8 with the formation of their rear and front parts of the annular 9 and side 10 gaps, respectively. On the thread of the disc 4, longitudinal grooves 11 are formed, open with their edges into these gaps. In the gap 9 with the sealing element 12 for sealing the joints, the piston 7 - the rod 1 - the disc 4 open the rear transverse windows 13 of the latter, respectively, opening into its longitudinal channel 14, which passes in the front part into a blind longitudinal channel 15, open into the cavity of the pipeline 3, fixed integral with the surface of the cavity of the disc 4. The end edge of the chamfer 16 formed in the area of intersection of the front end and side surfaces of the disc 4 is aligned with the bottom edge of the radius 17 of the cavity of the piston 7 or is located at it, and on this chamfer there are inclined transverse windows 18, open with the ends in the blind channel 15 of the disc 4. Item 2 of the formula, presented in the lower part of FIG. 1, has the same positions 1-17, to which the positions 15 are added - longitudinal through channel - continuation of the blind longitudinal channel 15 of the disc 4, open from its front end: radial grooves 18 made at the front end of the disc 4 and open with their central edges to the edge of the channel 15 'and the peripheral edges at the disc chamfer 16 in the course of the gap 10. The piston 7 is cooled as follows: the coolant flows through the longitudinal channel 2 of the rod 1 from its rear to the front; then follows into the annular gap between the surfaces of the cavity of the shank 5 and the pipeline 3, then into the same gap formed by the latter and the surface of the longitudinal channel 14 of the disc 4, entering through its rear transverse windows 13 into the annular gap 9, while cooling the sealing element 12 and the rear part of the piston 7. Further, it enters through the grooves 11 of the threaded surface of the disc 4 into the side gap 10, along which it rushes to the bottom 6 of the piston 7, cooling the inner side surface and part of its bottom in the zone of the radius 17 of the conjugation of the side and bottom surfaces of its cavity, free from the front end of the disc 4 due to its chamfer 16. Then the heated coolant through the front transverse inclined windows 18 of the disc 4 with their beginning at the chamfer 16 is diverted into its blind channel 15, from which it follows through the pipeline 3 to the rear of the rod 1 and beyond. When implementing item 2 of the formula, the coolant circulates in a similar way, flowing through the lateral clearance 10 to the bottom 6 of the piston 7, from where it is discharged outside the rod 1 through the radially located grooves 18 'with open edges into the longitudinal channels of the disc 15 and 15 and then through the pipeline 3. The efficiency of cooling from the inside and outside of the piston 7 is determined by the flow rate of the coolant and its associated circulation rate along the grooves 11 and gaps 9 and 10, the latter being the minimum size (not less than 1 mm), where the speed of the coolant increases and the heat removal from the side surfaces of the piston 7 increases. The volumetric flow rate of the refrigerant depends on the speed of its circulation and the area of the side gap 10 - the cooling path; for example, with diameters of 50 and 48, 50 and 44 mm of the lateral surfaces of the piston cavity and disc and, accordingly, the ratio of their areas Fl / F2 = 0.34; therefore, in the first case, the circulation rate of the refrigerant will increase approximately 3 times at a constant flow rate. This parameter increases the Reynolds and Nusselt numbers, increases the heat removal from the cooled piston surfaces and increases its durability.

В зоне фаски 16 диска изменяются размеры бокового конического зазора 10 (с минимального в 1 мм до как минимум радиуса сопряжения 17 внутренних поверхностей поршня), происходит расширение потока хладагента, меняется его направление и перемешивание там, чем также интенсифицируется отвод тепла от боковой и донной поверхностей зоны поршня 7, возрастает охлаждение с повышением его стойкости.In the chamfer area 16 of the disc, the dimensions of the lateral conical gap 10 change (from a minimum of 1 mm to at least the radius of conjugation 17 of the inner surfaces of the piston), the coolant flow expands, its direction and mixing change there, which also intensifies the heat removal from the side and bottom surfaces zone of the piston 7, cooling increases with an increase in its durability.

Минимальный конический боковой зазор между поршнем и диском определяется радиусом сопряжения донной и боковой поверхностей полости поршня, исключающим образование трещин там при его термообработке. Поэтому с донным краем радиуса сопряжения 17 должен контактировать или находиться рядом торцевой край фаски 16 диска 4 для создания минимального кольцевого зазора по дну поршня, определяемого этим радиусом, исключающего разрушение этой зоны его от давления запрессовки сплава из камеры прессования в пресс-форму. Рассмотрим пример: у поршня зададимся радиусами сопряжения 5 и 3 мм этих поверхностей его полости диаметром 50 мм и получим кольцевые площади F3 и F4 поршня, на которые действует это давление; их соотношение равно F3/F4=l,6 раза. Следовательно, в 1-м случае на эту зону действует усилие запрессовки в 1,6 раза больше, чем при радиусе в 3 мм. По нему определяются напряжения в стенках такого кольца и их сравнивают с напряжениями среза при известной толщине стенки по переднему торцу поршня и его материалу, причем эти напряжения будут иметь примерно такое же соотношение.The minimum conical side clearance between the piston and the disc is determined by the radius of conjugation of the bottom and side surfaces of the piston cavity, which excludes the formation of cracks there during its heat treatment. Therefore, the end edge of the chamfer 16 of the disc 4 should contact or be close to the bottom edge of the mating radius 17 to create a minimum annular gap along the bottom of the piston, determined by this radius, excluding the destruction of this zone from the pressure of pressing the alloy from the pressing chamber into the mold. Consider an example: for a piston, let us set the mating radii of 5 and 3 mm of these surfaces of its cavity with a diameter of 50 mm and obtain the annular areas F3 and F4 of the piston, which are affected by this pressure; their ratio is equal to F3 / F4 = l, 6 times. Consequently, in the 1st case, the pressing force acts on this zone 1.6 times more than with a radius of 3 mm. From it, the stresses in the walls of such a ring are determined and they are compared with the shear stresses at a known wall thickness along the front end of the piston and its material, and these stresses will have approximately the same ratio.

Предлагаемым узлом упростились конструкции поршня без гнезда в его дне и диска без малой боковой поверхности в передней части, уплотнительного элемента в кольцевой канавке там же и теплоизоляционного материала в гнезде его переднего торца, ставших при этом более технологичными. Таким образом, у прессующего узла предлагаемыми решениями повышается его надежность, стойкость и прочность упрощенных по конструкции и технологии поршня и диска.The proposed assembly simplified the design of a piston without a seat in its bottom and a disc without a small side surface in the front part, a sealing element in an annular groove in the same place and a heat-insulating material in the seat of its front end, which became more technological. Thus, the proposed solutions for the pressing unit increase its reliability, durability and strength of the piston and disk, simplified in design and technology.

Claims

1. Поршневой узел машины литья под давлением, содержащий соединенные между собой поршень и шток с продольным каналом и поперечными окнами, открытыми в него и его дно, диск, размещенный без зазоров между торцом штока и дном полости поршня и соединенный хвостовиком со штоком, трубопровод, установленный в упомянутом канале с боковым зазором и зафиксированный неразъемно передним концом в полом хвостовике диска, и образованный поверхностями поршня, штока и диска кольцевой зазор с уплотнительным элементом, в который открыты задними концами продольные проточки соединительной с поршнем части диска, передние концы которых открыты в боковой зазор между диском и поршнем, в дно которого уперта передняя часть диска, при этом диск выполнен с фаской в зоне пересечения его боковой и торцовой поверхностей, на которой выполнены начала передних поперечных наклонных окон, открытые концами в его полость, причем в задней части диска выполнены задние поперечные окна, открытые в упомянутый кольцевой зазор, отличающийся тем, что торцевой край фаски расположен у донного края радиуса сопряжения боковой поверхности и дна полости поршня, отделенной от боковой поверхности диска зазором как минимум в 1 мм. 1. Piston assembly of an injection molding machine containing interconnected piston and rod with a longitudinal channel and transverse windows open into it and its bottom, a disk placed without gaps between the end of the rod and the bottom of the piston cavity and connected by a shank to the rod, a pipeline, installed in the said channel with a lateral gap and fixed permanently by the front end in the hollow shank of the disc, and an annular gap formed by the surfaces of the piston, rod and disc with a sealing element, into which the longitudinal grooves of the disc part connecting to the piston are open, the front ends of which are open in the lateral the gap between the disc and the piston, in the bottom of which the front part of the disc is rested, while the disc is made with a chamfer in the zone of intersection of its lateral and end surfaces, on which the beginnings of the front transverse inclined windows are made, open ends into its cavity, and in the rear part of the disc there are rear transverse windows open into said annular gap, from characterized in that the end edge of the chamfer is located at the bottom edge of the conjugation radius of the lateral surface and the bottom of the piston cavity, separated from the lateral surface of the disc by a gap of at least 1 mm.

2. Поршневой узел по п. 1, отличающийся тем, что в диске выполнен сквозной продольный канал, в который открыты края радиально образованных на его переднем торце канавок, открытых своими периферийными краями со стороны его фаски в упомянутый боковой зазор.2. A piston assembly according to claim 1, characterized in that a through longitudinal channel is made in the disk, into which the edges of radially formed grooves at its front end are open, open with their peripheral edges from the side of its chamfer into said lateral gap.