СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ Российский патент 2019 года по МПК B22D13/04 

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к производству поршневых колец для двигателей внутреннего сгорания. Наиболее производительным способом изготовления заготовок поршневых колец является центробежное литье. Однако из-за сложности изготовления фасонных профилей наружной и внутренней поверхностей колец этот метод чаще всего используют для изготовления маслот. Последние представляют из себя цилиндрические гильзы. Их разрезают на отдельные заготовки и подвергают механической обработке, которая отличается повышенной трудоемкостью.

Известен способ центробежного литья заготовок поршневых колец (Патент SU 1694334. Авторы: Вайнер М.И., Сахновский В.Е., Булаевская М.Я. Класс МПК: B22D 13/04. Опубликовано 30.11.1991. Правообладатель: «Одесский конструкторско-технологический институт по поршневым кольцам». Режим доступа http:www.findpatent.ru). Такой способ является наиболее близким к заявленному и выбран в качестве прототипа.

К числу недостатков указанного способа следует отнести низкую точность заготовок и повышенную трудоемкость их изготовления.

Предполагаемое изобретение позволяет снизить затраты на изготовление поршневых колец за счет уменьшения трудоемкости механической обработки заготовок: исключается операция копирного точения-растачивания заготовок, существенно снижается трудоемкость операции шлифования торцов

Техническими задачами заявленного изобретения являются: повышение качества заготовок поршневых колец, повышение надежности и стабильности технологических процессов их изготовления, снижение трудоемкости и себестоимости изготовления одной заготовки, повышение надежности и долговечности оборудования.

Технический результат заявленного изобретения достигают за счет того, что заготовки поршневых колец изготавливают на робототехническом комплексе (РТК). Все технологические процессы на РТК управляются устройством числового программногого управления (УЧПУ). Детали литейных форм обрабатывают алмазными инструментами на пяти-координатных обрабатывающих центрах (ОЦ), а программы для них корректируют по результатам измерения полученных отливок на измерительной машине.

Суть заявленного изобретения заключается в следующем. Заготовки поршневых колец отливают на РТК. Его оборудование: центробежная установка, робот с вращающимся схватом, разгонный и тормозной столы, емкость с расплавом, манипулятор, периодически движущийся конвейер.

Вертикальный шпиндель центробежной установки вращается непрерывно. Его подшипники охлаждают и смазывают воздушно-масляной смесью. На шпинделе закреплен цилиндрический приемник с отверстиями. В верхней и нижней его частях располагают устройства для автоматической балансировки. Их выполняют в виде замкнутых полостей, заполненных вязким машинным маслом и подшипниковыми шариками. Последние занимают примерно 2/3 объема полостей. В приемнике устанавливают также запорное устройство, фиксирующее стакан. Внутри стакана с отверстиями запрессован многоместный литейный блок, вмещающий до 30 литейных форм.

Каждая литейная форма состоит из полуформы, рабочие поверхности которой формируют нижний торец и боковые поверхности заготовки поршневого кольца, и основания верхней полуформы. Последняя оформляет верхний торец заготовки. При изготовлении полуформ на их основаниях выдавливают три паза (литниковые каналы). Высота и ширина пазов уменьшаются по мере приближения к заготовке. Полуформы состоят из двух деталей: базовой и вспомогательной. Их изготавливают по обычной технологии - прессуют из мелкозернистого кварцевого песка и связующего, а затем спекают.

В отличие от известных способов, обе детали после спекания обрабатывают (точат или шлифуют) алмазными инструментами на ОЦ. Их приклеивают термоклеем к спутникам и закрепляют на ОЦ. При обработке базовой детали вначале точат ее наружную цилиндрическую поверхность, все внутренние и торцовые поверхности, алмазной иглой чертят контрольную риску. Затем торцом алмазного круга шлифуют основание, на котором выдавлены литниковые каналы. Аналогичным образом обрабатывают вспомогательную деталь. Базовую деталь запрессовывают в технологическую оправку. Наносят связующее. Совмещают риски и запрессовывают вспомогательную деталь в базовую. Собранную полуформу отправляют в печь. После полимеризации связующего готовую полуформу выпрессовывают из оправки и контролируют.

Дополнительное повышение точности отливок достигают за счет того, что программы для ОЦ несколько раз корректируют по результатам замеров полученных отливок на измерительной машине.

Окончательную сборку литейных блоков выполняют в сменных стаканах. Для уменьшения дисбаланса полуформы в стакане располагают по спирали, поворачивая каждую из них относительно предыдущей на угол 360°/количество заготовок в литейном блоке. Верхняя деталь блока - воронка. Ее изготавливают из того же материала по аналогичной технологии. На ее основании также находятся три литниковых канала. На основание воронки и всех полуформ, кроме первой, наносят связующее. Собранный стакан помещают в печь.

Изготовление партии заготовок на РТК (полный цикл) осуществляется следующим образом. Стакан с литейным блоком нагревают в печи до 200°С и доставляют на РТК на периодически движущемся конвейере. Робот снимает его с конвейера, раскручивает на разгонном столе и устанавливает в приемник. Манипулятор вводит дозированный объем расплава через воронку в центральное отверстие литейного блока. После застывания металла в рабочей части формы, зоны размещения заготовок охлаждают распыленной сжатым воздухом жидкостью на водной основе, например, трехпроцентным раствором кальцинированной соды. После закалки и охлаждения заготовок до температуры 50°С робот раскручивает свой схват на разгонном столе, вынимает стакан из приемника, устанавливает его в асбоцементный контейнер, нахоящийся на конвейере, и закрывает его крышкой.

Расплав в центральной части литейного блока не успевает застыть. За счет выделения теплоты происходит отпуск отливок. Меняя диаметр центрального отверстия в литейном блоке, устанавливают заданное время отпуска заготовок.

Изготовление одинаковых заготовок на РТК выполняют поточным методом. В серийном производстве для каждой партии заготовок устанавливают свою программу в УЧПУ. При изготовлении заготовок поршневых колец меньшего диаметра в приемник устанавливают переходные втулки. При изготовлении заготовок с диаметром больше допустимого устанавливают новый приемник. Центробежную установку оснащают несколькими сменными приемниками, чтобы обеспечить обработку всей номенклатуры поршневых колец, изготавливаемых на предприятии.

Способ включает введение дозированного объема расплавленного металла в центральное отверстие многоместного литейного блока и затвердевание заготовок. Используют робототехнический комплекс (РТК), содержащий непрерывно вращающуюся центробежную установку с вертикальной осью, на шпинделе которой крепят цилиндрический приемник с отверстиями, с балансировочными и запорными устройствами, робот с вращающимся схватом, разгонный и тормозной столы, емкость с расплавленным металлом, манипулятор и периодически движущийся конвейер. При этом многоместный литейный блок запрессовывают в стальной стакан с отверстиями на цилиндрической части, который нагревают в печи до 200°С и доставляют на РТК, фиксируют стакан во вращающемся схвате робота, раскручивают его на разгонном столе и устанавливают в приемник, вводят с помощью манипулятора дозированный объем расплавленного металла в центральное отверстие литейного блока. После затвердевания заготовок приемник охлаждают распыленной сжатым воздухом жидкостью на водной основе, посредством робота вынимают стакан из приемника, останавливают его вращение на тормозном столе и помещают стакан в асбоцементный контейнер, находящийся на периодически движущемся конвейере. При этом через заданное время, которое может быть равно 1 часу, литейный блок выпрессовывают из стакана, полученные заготовки подвергают дробеструйной обработке, и удаляют элементы литниковой системы. Достигается повышение качества заготовок поршневых колец, снижение трудоемкости и себестоимости их изготовления. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления заготовок поршневых колец центробежным литьем, включающий введение дозированного объема расплавленного металла в центральное отверстие многоместного литейного блока и затвердевание заготовок, отличающийся тем, что используют робототехнический комплекс (РТК), содержащий непрерывно вращающуюся центробежную установку с вертикальной осью, на шпинделе которой крепят цилиндрический приемник с отверстиями, с балансировочными и запорными устройствами, робот с вращающимся схватом, разгонный и тормозной столы, емкость с расплавленным металлом, манипулятор и периодически движущийся конвейер, при этом многоместный литейный блок запрессовывают в стальной стакан с отверстиями на цилиндрической части, который нагревают в печи до 200°С и доставляют на РТК, фиксируют стакан во вращающемся схвате робота, раскручивают его на разгонном столе и устанавливают в приемник, вводят с помощью манипулятора дозированный объем расплавленного металла в центральное отверстие литейного блока, а после затвердевания заготовок приемник охлаждают распыленной сжатым воздухом жидкостью на водной основе, посредством робота вынимают стакан из приемника, останавливают его вращение на тормозном столе и помещают стакан в асбоцементный контейнер, находящийся на периодически движущемся конвейере, при этом через заданное время литейный блок выпрессовывают из стакана, полученные заготовки подвергают дробеструйной обработке и удаляют элементы литниковой системы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что время, через которое литейный блок выпрессовывают из стакана, устанавливают равным 1 часу.