СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРШНЕЙ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B22D18/04 B23P15/10 B21K1/18 

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

Известен способ изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания с нирезистовой вставкой под поршневые кольца методом горячего пластического деформирования в ковочном штампе.

Способ заключается в том, что на определенной высоте помещают износостойкую вставку, в которую устанавливают металлическую заготовку и в результате штамповки получают изделий со вставкой.

Недостатком известного способа является низкий коэффициент использования металла.

Известен способ изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания, состоящих из металлического корпуса с боковыми отверстиями, керамической и нирезистовой вставок, расположенных в днище корпуса, включающий жидкую штамповку в штампе и соединение упомянутых частей поршня.

Способ заключается в том, что первоначально устанавливают в штамп керамическую вставку и фиксируют ее с помощью нирезистовой вставки в процессе ее последующего размещения и фиксации в штампе, производят заливку жидкого металла, затем в процессе штамповки осуществляют соединение частей поршня и производят прошивку боковых отверстий с одновременной нижней подпрессовкой, при этом в процессе штамповки, прошивки боковых отверстий и нижней подпрессовки осуществляют кристаллизацию металла под давлением.

Недостатком известного способа является низкая прочность соединения нирезистовой вставки с металлическим корпусом и повышенный расход металла за счет его выплеска через зазоры в штампе при штамповке.

Технической задачей заявляемого способа является повышение прочности соединения нирезистовой вставки с металлическим корпусом поршня за счет сокращения времени пребывания разогретой вставки вне расплав, а также сокращение расхода жидкого металла за счет предотвращения его выплеска через зазор между элементами штампа путем образования в процессе штамповки герметизирующего пояска.

Для решения поставленной задачи в известном способе изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания, состоящих из металлического корпуса с боковыми отверстиями и керамической и нирезистовой вставок, расположенных в днище корпуса, включающем установку в штамп керамической вставки и фиксацию ее с помощью нирезистовой вставки в процессе ее последующего размещения и фиксации в штампе, заливку жидкого металла, штамповку для получения корпуса с закрепленными в нем вставками, прошивку боковых отверстий в корпусе, нижнюю подпрессовку и выдержку под давлением для обеспечения кристаллизации, непосредственно перед размещением нирезистовой вставки в штамп производят ее алитирование, штамповку осуществляют в две стадии при пониженном и номинальном давлении с вдержкой 10.15 сек между стадиями для образования герметизирующего пояска, а прошивку боковых отверстий и нижнюю подпрессовку производят последовательно после осуществления штамповки.

Алитирование нирезистовой вставки осуществляют за счет того, что вставку устанавливают на опорах, располагая ее ось параллельно горизонтальной плоскости, опускают в ванну с жидким расплавом, имеющим температуру 680.720^oC, выдерживают в расплаве в течение 120.180 сек, сообщая вставке колебательное движение с амплитудой, составляющей от 0,2 до 0,25 от ее наружного диаметра, после чего вставку извлекают из ванны, встряхивают для удаления избыточного металла, а перед установкой в штамп поворачивают на угол 90^o, располагая ее ось перпендикулярно горизонтальной плоскости.

Кроме того, штамповку на первой стадии и выдержку между стадиями осуществляют при давлении, величина которого составляет от 0,1 до 0,15 номинального давления.

Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 - изображены ванна для алитирования и исходное положение нирезистовой вставки перед алитированием; на фиг. 2 устройство для штамповки поршня; на фиг. 3 - устройство для штамповки после прижима контейнера к днищу штампа и заливки металла; на фиг. 4 то же, в момент штамповки поршня; на фиг. 5 то же, в момент прошивки боковых отверстий.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно обезжиренную нирезистовую вставку опускают в ванну 2 с расплавом (см. фиг. 1) и выдерживают в ней 120.180 сек. При выдержке вставке сообщают колебательное движение с амплитудой, равной 0,2.0,25 ее наружного диаметра. В устройство для штамповки 3 устанавливают предварительно нагретую керамическую вставку 4, извлекают из ванны нирезистовую вставку 1, встряхивают ее для удаления избыточного металла, а затем размещают и фиксируют ее в штампе 5. При этом фиксируется керамическая вставка 4, что предотвращает ее всплытие при заливке металла (см. фиг.2). Производят заливку жидкого металла 8 и штамповку поршня в две стадии (см. фиг. 3 и 4). На первой стадии штамповку и выдержку осуществляют при давлении, равном 0,1.0,15 от номинальной величины, в результате чего образуется герметизирующий поясок, препятствующий выплеску металла при штамповке на второй стадии.

В процессе штамповки начинается кристаллизация металла и обеспечивается надежное соединение частей поршня. Затем последовательно прошивают боковые отверстия пуансонами 6, осуществляют подпрессовку снизу выталкивателем 7 с последующей выдержкой под давлением (см. фиг. 5) и в течение этих операций продолжается кристаллизация под давлением.

Пример.

При производстве заготовки поршня массой 4 кг из заэвтектического силумина (18% δ_i), имеющего пористую керамическую вставку из волокон карбида кремния и нирезистовой кольцевой вставки из легированного никелевого чугуна, непосредственно перед штамповкой нирезистовую вставку опускают в алитировочную ванну с расплавом при температуре 680.720^oC и выдерживают в ней в течение 120.180 сек, сообщая при этом колебательные движения вставке с амплитудой, равной 0,2.0,25 ее наружного размера. После выдержки в расплаве вставку извлекают из ванны, встряхивают для удаления избыточного металла и в течение не более 8.10 сек укладывают и фиксируют ее в штампе, одновременно фиксируя при этом предварительно установленную разогретую керамическую вставку. Затем прижимают и фиксируют закладные элементы поршня, заливают жидкий металл при температуре 680 ^oC в полость штампа, после чего производят формообразование заготовки поршня при помощи вертикального и горизонтальных пуансонов, а также выталкивателя в определенной последовательности, а именно: предварительная штамповка при давлении 0,1.0,15 от номинального давления, выдержка в течение 10.15 сек, окончательная штамповка при давлении 150.200 МПа, прошивка боковых отверстий, нижняя подпрессовка и выдержка при максимальном давлении в течение 0.120 сек, при этом во время всех вышеуказанных операций осуществляется кристаллизация металла под давлением.

После вдержки под давлением процесс заканчивают, возвращая пуансоны в исходное положение, и с помощью выталкивателя удаляют заготовку из штампа.

Заявляемый способ позволяет существенно повысить эксплуатационные характеристики поршня, в частности, прочность соединения нирезистовой вставки с металлическим корпусом, а также снизить расход металла в процессе производства поршней.

Использование: при изготовлении поршней двигателей внутреннего сгорания из алюминиевых сплавов с добавками кремния. Сущность изобретения: поршень состоит из металлического корпуса с боковыми отверстиями, в днище которого расположены керамическая и нирезистовая вставки. Нирезистовую вставку алитируют непосредственно перед установкой в штамп. Керамическую вставку фиксируют с помощью нирезистовой вставки в процессе ее последующего размещения и фиксации. Затем в штамп заливают жидкий металл и последовательно производят штамповку, прошивку боковых отверстий в корпусе, нижнюю подпрессовку и окончательную выдержку под давлением. Кристаллизация металла и соединение элементов поршня происходит в процессе упомянутых операций. Штамповку производят в две стадии при пониженном и номинальном давлении и выдержкой 10...15 сек между стадиями для образования герметизирующего пояска. 2 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания, состоящих из металлического корпуса с боковыми отверстиями и керамической и алитированной нирезистовой вставок, расположенных в днище корпуса, при котором керамическую вставку устанавливают в штамп и фиксируют с помощью нирезистовой вставки в процессе ее последующего размещения и фиксации в штампе, после чего производят заливку в штамп жидкого металла, штамповку для получения корпуса с закрепленными в нем вставками, прошивку боковых отверстий в корпусе, нижнюю подпрессовку и выдержку под давлением для обеспечения кристаллизации, отличающийся тем, что алитирование вставки производят непосредственно перед размещением в штампе, штамповку осуществляют в две стадии при пониженном и номинальном давлении с выдержкой 10 15 с между стадиями для образования герметизирующего пояска, а прошивку боковых отверстий и нижнюю подпрессовку производят последовательно после осуществления штамповки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при алитировании нирезистовую вставку устанавливают на опорах, располагают ее ось параллельно горизонтальной плоскости, опускают в ванну с жидким расплавом, имеющим температуру 680
720^oС, выдерживают в расплаве в течение 120 180 с, сообщая вставке колебательное движение с амплитудой, составляющей от 0,2 до 0,25 от ее наружного диаметра, после чего вставку извлекают из ванны, встряхивают для удаления избыточного металла, а перед установкой в штамп поворачивают на угол 90^o, располагая ее ось перпендикулярно горизонтальной плоскости. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что штамповку на первой стадии и выдержку между стадиями осуществляют при давлении, величина которого составляет от 0,1 до 0,15 от номинального давления.