RU2324574C2

RU2324574C2 - Production method for engine pistons of internal combustion

Info

Publication number: RU2324574C2
Application number: RU2006112812/02A
Authority: RU
Inventors: Александр Михайлович Шейн (RU); Александр Михайлович Шейн; Виктор Юрьевич Власов (RU); Виктор Юрьевич Власов; Валерий Александрович Ефремов (RU); Валерий Александрович Ефремов
Original assignee: Открытое акционерное общество "КАМАЗ-Металлургия"
Priority date: 2006-04-17
Filing date: 2006-04-17
Publication date: 2008-05-20
Also published as: RU2006112812A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: ni-resist cast iron interpolation is set in the form in such a manner that it can be fixed with shelves located at its internal side surface. The form is shut down by way of closing of movable platforms, arranging an external surface of an engine piston at the horizontal axis. It is locked with a padlock affixed at the connecter. The liquid metal is then poured inside. The pressing process is initiated with the aid of a puncheon to be used under the reduced pressure conditions. The side chinks in the body and the lower recompacting are to be mold punched. Under the reduced pressure conditions a user can re-launch additionally the metal that has been poured into the form with an additional containment. The additional volume is created by means of lowering the plunger and may be utilised as a reservoir for nourishment of moulding in the process of its lower recompacting.

EFFECT: achievement of increase in the mechanical capacities of an engine piston and the firmness of connection of the NI-resist cast iron interpolation with an aluminium body of the piston component.

2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, к литейному производству, в частности к изготовлению поршней ДВС, в том числе с нирезистовым кольцом и керамической вставкой, литьем с кристаллизацией под давлением.The invention relates to mechanical engineering, to foundry, in particular to the manufacture of ICE pistons, including with a niresist ring and a ceramic insert, molding with crystallization under pressure.

Известен способ изготовления поршней ДВС (патент RU 2060140), использующий устройство для изготовления поршней, содержащее подвижную плиту с пуансоном, матрицу с рабочей полостью, выполненную в виде втулки, установленной в контейнере, и днища, закрепленного на опоре нижней плиты, выталкиватель и контейнер, установленный с возможностью осевого перемещения, снабженные подвижным упором для фиксирования торца выталкивателя относительно нижней рабочей поверхности днища матрицы, боковыми прошивнями, установленными в контейнере с возможностью перемещения перпендикулярно к вертикальной оси устройства, и средством для фиксации нирезистового кольца. Способ заключается в том, что первоначально устанавливают в форму керамическую вставку и фиксируют ее с помощью нирезистовой вставки в процессе ее последующего размещения и фиксации в форме, затем опускают контейнер со втулкой матрицы и производят заливку жидкого металла. В процессе штамповки, опуская пуансон с подвижной плитой, осуществляют соединение частей поршня и производят прошивку боковых отверстий с одновременной нижней подпрессовкой выталкивателем, при этом в процессе штамповки, прошивки боковых отверстий и нижней подпрессовки осуществляют кристаллизацию металла под давлением. Выдерживают отливку под давлением и извлекают из устройства. Недостатком способа являются:A known method of manufacturing pistons of internal combustion engines (patent RU 2060140) using a device for manufacturing pistons containing a movable plate with a punch, a matrix with a working cavity, made in the form of a sleeve mounted in the container, and a bottom mounted on the support of the lower plate, ejector and container, installed with the possibility of axial movement, equipped with a movable stop for fixing the end of the ejector relative to the lower working surface of the bottom of the matrix, side piercings installed in the container with the possibility of remescheniya perpendicular to the vertical axis of the device, and means for fixing nirezistovogo ring. The method consists in the fact that the ceramic insert is initially installed in the mold and fixed using a niresist insert in the process of its subsequent placement and fixation in the mold, then the container with the matrix sleeve is lowered and liquid metal is poured. In the stamping process, lowering the punch with the movable plate, the piston parts are connected and the side holes are flashed with simultaneous lower prepressing by the ejector, while in the process of stamping, flashing of the side holes and lower prepress, the metal crystallizes under pressure. They withstand injection molding and are removed from the device. The disadvantage of this method are:

1 - нестабильность размеров поршня, нестабильность свойств металла поршня из-за нестабильности дозы заливаемого в форму металла;1 - instability of the size of the piston, the instability of the properties of the metal of the piston due to the instability of the dose poured into the metal form;

2 - опасность в обслуживании из-за прострелов в разъем формы, связанных с нестабильностью дозы заливаемого в форму металла;2 - danger in maintenance due to shots in the mold connector, associated with the instability of the dose of metal poured into the mold;

3 - опасность в обслуживании и неудобства в работе по причине уменьшения пространства между неподвижной матрицей и пуансоном из-за расположения контейнера с матрицей;3 - danger in maintenance and inconvenience in work due to the reduction of the space between the fixed matrix and the punch due to the location of the container with the matrix;

4 - нестабильность в работе из-за затрудненного извлечения отливки по причине облоя в отверстиях матрицы под боковые прошивники;4 - instability in the work due to the difficulty of extracting the casting due to a burst in the holes of the matrix under the side firmware;

5 - ограничения по форме поршня в связи с необходимостью выталкивания из матрицы, невозможность выполнять разрядники на поршне в зоне отверстий под поршневые пальцы;5 - restrictions on the shape of the piston due to the need to be pushed out of the matrix, the inability to perform arresters on the piston in the area of the holes for the piston fingers;

6 - низкая прочность соединения нирезистовой вставки с алюминиевым корпусом поршня;6 - low connection strength of a niresist insert with an aluminum piston body;

7 - повышенный расход металла за счет его выплеска через зазоры в штампе при штамповке.7 - increased consumption of metal due to its splash through the gaps in the stamp during stamping.

Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления поршней ДВС (патент RU 2093301), при котором керамическую вставку устанавливают в штамп и фиксируют с помощью нирезистовой вставки в процессе ее последующего размещения и фиксации в штампе. После этого 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. Алитирование вставки производят непосредственно перед размещением в штампе. Штамповку осуществляют в две стадии при пониженном и номинальном давлении с выдержкой 10-15 секунд между стадиями для образования герметизирующего пояска. Прошивку боковых отверстий и нижнюю подпрессовку производят последовательно после осуществления штамповки.Closest to the claimed is a method of manufacturing ICE pistons (patent RU 2093301), in which a ceramic insert is installed in the stamp and fixed using a niresist insert in the process of its subsequent placement and fixation in the stamp. After that, liquid metal is poured into the stamp, stamped to obtain a body with inserts fixed in it, the side holes in the body are flashed, the lower prepress and soak under pressure to ensure crystallization. Alitirovanie inserts produced immediately before placement in the stamp. Stamping is carried out in two stages at a reduced and nominal pressure with a holding time of 10-15 seconds between stages to form a sealing girdle. The flashing of the side holes and the lower prepress are performed sequentially after stamping.

Недостатками способа являются:The disadvantages of the method are:

1) нестабильность размеров поршня, нестабильность свойств металла поршня из-за нестабильности дозы заливаемого в форму металла;1) the instability of the size of the piston, the instability of the properties of the metal of the piston due to the instability of the dose poured into the metal form;

2) опасность в обслуживании по причине прострелов в разъем формы, связанных с нестабильной дозой заливаемого в форму металла;2) the danger of maintenance due to shots in the mold connector associated with an unstable dose of metal poured into the mold;

3) опасность в обслуживании и неудобства в работе по причине уменьшения пространства между неподвижной матрицей и пуансоном из-за расположения контейнера с матрицей;3) the danger of maintenance and inconvenience in work due to the reduction of the space between the fixed matrix and the punch due to the location of the container with the matrix;

4) нестабильность в работе по причине затрудненного извлечения отливки из втулки из-за облоя в отверстиях матрицы под боковые прошивники;4) instability in the work due to the difficulty of removing the casting from the sleeve due to a burr in the holes of the matrix under the side flashing;

5) ограничения по форме поршня в связи с необходимостью выталкивания из матрицы, невозможность выполнять разрядники на поршне в зоне отверстий под поршневые пальцы и других поверхностях.5) restrictions on the shape of the piston due to the need to push out of the matrix, the inability to perform arresters on the piston in the area of the holes for the piston pins and other surfaces.

Заявляемое изобретение направлено на решение следующих задач: повышение качества поршня, получение стабильных размеров поршня, повышение механических свойств и улучшение микроструктуры материала поршня, повышение прочности соединения нирезистовой вставки с алюминиевым корпусом, повышение безопасности работы и удобства обслуживания устройства для изготовления поршней ДВС, повышение стабильности в работе и сокращения рабочего цикла.The invention is aimed at solving the following problems: improving the quality of the piston, obtaining a stable piston size, improving the mechanical properties and improving the microstructure of the piston material, increasing the strength of the connection of the niresist insert with the aluminum housing, improving the safety and ease of maintenance of the device for the manufacture of ICE pistons, increasing stability in work and shorten the work cycle.

Для решения поставленных задач предлагается способ изготовления поршней ДВС, состоящих из алюминиевого корпуса с боковыми отверстиями, алитированной нирезистовой вставки, включающий установку нирезистовой вставки в форму, ее фиксацию выступами, расположенными на внутренней боковой поверхности вставки формы, закрытие формы, заливку в форму жидкого металла, прессование пуансоном при пониженном давлении, прошивку боковых отверстий в корпусе, нижнюю подпрессовку и выдержку отливки под давлением. Закрытие формы осуществляют путем смыкания подвижных полуформ, оформляющих наружную поверхность поршня, в горизонтальной плоскости и фиксации замком, причем при пониженном давлении осуществляют перепуск излишка залитого в форму металла в дополнительный объем, создаваемый путем опускания плунжера и используемый в качестве резервуара для питания отливки в процессе ее нижней подпрессовки и кристаллизации под давлением. Охлаждение формы осуществляют охлаждающей жидкостью, прогоняемой через каналы формы.To solve the tasks, a method for manufacturing ICE pistons consisting of an aluminum body with side holes, an alitized nresist insert, including installing a niresist insert in the mold, fixing it with protrusions located on the inner side surface of the mold insert, closing the mold, pouring liquid metal into the mold, is proposed. pressing by a punch under reduced pressure, flashing the side holes in the housing, lower pre-pressing and holding the injection molding. Closing the mold is carried out by closing the movable half-molds forming the outer surface of the piston in a horizontal plane and locking it with a lock, and at reduced pressure, the excess metal cast into the mold is transferred to the additional volume created by lowering the plunger and used as a reservoir for feeding the casting in the process lower prepress and crystallization under pressure. The mold is cooled by a cooling fluid driven through the mold channels.

Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг.1 показана планировка рабочего места литейщика; на фиг.2 изображено открытое устройство при верхнем положении ползуна пресса с выведенными в крайних положениях подвижными полуформами, в которых стержни находятся в крайних положениях до упора; на фиг.3 изображено устройство в момент закрытия по разъему 1 со сведенными к центру подвижными полуформами, в которых стержни находятся в крайних положениях до упора; на фиг.4 изображено закрытое устройство, в подвижных полуформах которого стержни введены в полость формы на величину осевого перемещения ΔL с нирезистовой вставкой «в»; на фиг.5 изображено закрытое устройство, в подвижных полуформах которого стержни введены в полость формы, с нирезистовой вставкой «в», фиксирующей керамическую вставку «м».The invention is illustrated in graphic materials, where figure 1 shows the layout of the workplace of the caster; figure 2 shows an open device with the upper position of the press slider with the movable half-molds brought to extreme positions, in which the rods are in extreme positions to the stop; figure 3 shows the device at the time of closing on the connector 1 with the movable half-molds reduced to the center, in which the rods are in extreme positions until they stop; figure 4 shows a closed device, in the movable half-forms of which the rods are inserted into the cavity of the mold by the value of the axial displacement ΔL with a niresist insert "in"; figure 5 shows a closed device, in the movable half-forms of which the rods are inserted into the cavity of the mold, with a niresist insert "in", fixing the ceramic insert "m".

Способ осуществляется следующим образом: перед началом цикла обойма верхняя 1 и обойма промежуточная 2 находятся в верхнем крайнем положении (фиг.2). Подвижные полуформы 3 и 4 находятся в крайних положениях слева и справа соответственно. Стержни 5 также находятся в крайних положениях до упора в полуформах 3 и 4. Плунжер 6 находится в положении примерно на 10 мм ниже дна поршня, оформляемого вкладышем 7.The method is as follows: before the start of the cycle, the upper clip 1 and the intermediate clip 2 are in the upper extreme position (figure 2). The movable half-molds 3 and 4 are in extreme positions on the left and right, respectively. The rods 5 are also in extreme positions against the stop in the half-molds 3 and 4. The plunger 6 is in a position about 10 mm below the bottom of the piston formed by the liner 7.

Заранее подготовленную (очищенную и обезжиренную) нирезистовую вставку «в» опускают в тигель с расплавом алюминия и выдерживают в нем, сообщая вставке колебательное движение. На опоры вкладыша 7 устанавливают извлеченную из тигля алитированную нирезистовую вставку «в». Закрывают полость формы, сводя подвижные полуформы 3 и 4 с выведенными из полости формы стержнями 5, фиксируя нирезистовую вставку «в». Производят заливку жидкого металла. Начинают запирание формы по разъему I давлением пресса, составляющим 0,2 от номинального. При смыкании подвижных полуформ 3 и 4 с вкладышем 8, установленным в промежуточной обойме 2 по разъему I, срабатывает механизм фиксации запирания разъема, состоящий из установленных в обойме 9 поворотных подпружиненных захватов 10, зафиксированных в пазах верхней обоймы 8, запирающих обойму промежуточную 2. С этого момента начинается закрытие формы по разъему II. Пуансон 11 входит в жидкий металл и вытесняет его вверх, заполняя при этом юбку поршня. В жидкой фазе металла в форме создается давление, способствующее полному заполнению формы. Избыток дозы залитого в форму металла создает избыточное давление в форме (свыше установленного 0,2 от номинального), препятствующее дальнейшему запиранию формы. В это время включается перепускной клапан «к» гидроцилиндра выталкивания пресса, позволяющий плунжеру 6 выталкивателя опуститься и создать в полости формы дополнительный объем для размещения избытка залитого металла. Форма закрывается по разъему II при поддерживаемом клапаном «к» избыточном давлении внутри формы. Срабатывает конечный выключатель 12. Включается номинальное давление в гидроцилиндре прессования. Вводятся в полость формы стержни 5. Подается номинальное давление к гидроцилиндру выталкивателя пресса, тем самым производится подпрессовка отливки плунжером выталкивателя 6 снизу. Проводится интенсивное охлаждение пуансона 11, подвижных полуформ 3 и 4, вкладыша 8, вкладыша 7, плунжера выталкивателя 6 прокачкой охлаждающей жидкости через каналы охлаждения. Производится выдержка отливки под давлением. После завершения этапа выдержки давление в гидроцилиндрах прессования и выталкивания сбрасывается. Стержни 5 выводятся из отливки. Ползун пресса поднимается, выводя пуансон 11 из полости формы. Отливка удерживается при этом втулкой 13. Форма открывается по разъему II, при этом механизм смыкания по разъему I освобождает обойму 2 и начинает раскрытие по разъему I. После полного раскрытия пресса подвижные полуформы 3 и 4 отводятся в крайние положения. Плунжер выталкивателя 6 выталкивает отливку из формы. Форма чистится, охлаждается, смазывается.A pre-prepared (cleaned and fat-free) nresist insert “c” is lowered into a crucible with molten aluminum and held in it, giving the insert oscillatory motion. On the supports of the liner 7, the alitized niresist insert “c” extracted from the crucible is installed. The mold cavity is closed by moving movable half-molds 3 and 4 with the rods 5 removed from the mold cavity, fixing the niresist insert “c”. Pour liquid metal. They begin locking the mold through connector I with a press pressure of 0.2 of the nominal. When the movable half-molds 3 and 4 are closed with the liner 8 installed in the intermediate cage 2 through the connector I, the locking mechanism of the connector is activated, consisting of the rotary spring-loaded grippers 10 installed in the cage, fixed in the grooves of the upper cage 8, locking the intermediate cage 2. C At this point, closing the form begins on connector II. The punch 11 enters the liquid metal and forces it up, filling the piston skirt. In the liquid phase of the metal in the mold, pressure is created to facilitate the complete filling of the mold. An excess dose of the metal cast into the mold creates excess pressure in the mold (above the established 0.2 of the nominal), which prevents further locking of the mold. At this time, the bypass valve “k” of the press ejection hydraulic cylinder is turned on, which allows the ejector plunger 6 to lower and create an additional volume in the mold cavity to accommodate the excess cast metal. The mold closes through connector II with the overpressure supported by the “k” valve inside the mold. The limit switch 12 is activated. The nominal pressure in the pressing hydraulic cylinder is turned on. The rods are introduced into the cavity of the mold 5. The nominal pressure is applied to the hydraulic cylinder of the press ejector, thereby pressurizing the cast by the ejector plunger 6 from below. Intensive cooling of the punch 11, the movable half-molds 3 and 4, the liner 8, the liner 7, the plunger of the ejector 6 is carried out by pumping coolant through the cooling channels. The molding is held under pressure. After completion of the holding phase, the pressure in the pressing and ejecting cylinders is relieved. Rods 5 are removed from the casting. The press slider rises, removing the punch 11 from the mold cavity. In this case, the casting is held by the sleeve 13. The mold opens through connector II, while the locking mechanism through connector I releases the clip 2 and begins to open through connector I. After the press is fully opened, the movable half-molds 3 and 4 are taken to the extreme positions. The ejector plunger 6 pushes the casting out of the mold. The form is cleaned, cooled, lubricated.

При получении поршня с нирезистовой вставкой и керамической вставкой способ имеет некоторые отличия: заранее подготовленную (очищенную и обезжиренную) нирезистовую вставку «в» опускают в тигель с расплавом алюминия и выдерживают в нем, сообщая вставке колебательное движение. Предварительно нагретую керамическую вставку «м» устанавливают в гнездо дна вкладыша 7, открытого по разъему устройства для изготовления поршней, туда же, во вкладыш 7, на опоры устанавливают извлеченную из тигля алитированную нирезистовую вставку «в». При этом фиксируется керамическая вставка «м». Далее процесс идет по предыдущему варианту.Upon receipt of a piston with a niresist insert and a ceramic insert, the method has some differences: the pre-prepared (cleaned and non-fat) nresist insert "c" is lowered into a crucible with molten aluminum and held in it, giving the insert oscillatory motion. The preheated ceramic insert “m” is installed in the bottom socket of the liner 7, open through the connector of the device for manufacturing pistons, and the alitized niresist insert “c” removed from the crucible is mounted on the supports in the same place. In this case, the ceramic insert “m” is fixed. Next, the process goes according to the previous version.

Заявляемое изобретение позволяет повысить качество поршней за счет получения стабильных размеров поршня, не зависящих от колебаний дозы заливаемого металла, за счет повышения механических свойств и микроструктуры материала поршня, повышения прочности соединения нирезистовой вставки с алюминиевым корпусом, обеспечиваемых стабильностью процесса. Повышена безопасность работы и удобства обслуживания устройства для изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания за счет устранения дополнительной плиты между неподвижной матрицей и пуансоном в разъеме формы. Повышается стабильность в работе и сокращается рабочий цикл за счет облегчения съема отливки с пуансона при раскрытии формы - использование фиксации запирания разъема устройства для изготовления поршней, а также интенсивного охлаждения формы.The claimed invention improves the quality of the pistons by obtaining a stable piston size, independent of dose fluctuations in the metal being poured, by increasing the mechanical properties and microstructure of the piston material, and increasing the strength of the connection of the niresist insert with the aluminum body, which ensures process stability. Improved safety and ease of maintenance of the device for manufacturing pistons of internal combustion engines by eliminating the additional plate between the fixed die and the punch in the mold connector. The stability in operation is increased and the working cycle is reduced by facilitating the removal of the casting from the punch when opening the mold - using the locking of the locking device connector for manufacturing pistons, as well as intensive cooling of the mold.

Claims

1. A method of manufacturing ICE pistons consisting of an aluminum body with side openings, an alitized niresist insert, comprising installing a niresist insert into a mold, fixing it with protrusions located on the inner side surface of the mold insert, closing the mold, pouring molten metal into the mold, pressing with a punch reduced pressure, piercing the side holes in the housing, lower pre-pressing and holding the injection molding, characterized in that the closing of the mold is carried out by closing movable half-molds forming the outer surface of the piston in a horizontal plane and locked by a lock, and at reduced pressure, the excess metal cast into the mold is transferred to an additional volume created by lowering the plunger and used as a reservoir for feeding the casting during its lower pressing and crystallization under pressure at the same time carry out the cooling of the mold with a coolant, driven through the channels of the form.

2. A method of manufacturing ICE pistons consisting of an aluminum case with side openings, ceramic and alitized niresist inserts, comprising installing a ceramic insert into a mold, fixing it by fitting a niresist insert into the mold, fixing the niresist insert with protrusions located on the inner side surface of the mold insert, closing the mold, pouring molten metal into the mold, pressing the punch under reduced pressure, flashing the side holes in the housing, lower prepress and holding the injection molding characterized by the fact that the closing of the mold is carried out by closing the movable half-molds forming the outer surface of the piston in a horizontal plane and locking it with a lock; moreover, under reduced pressure, the excess metal cast into the mold is transferred into the additional volume created by lowering the plunger and used as a reservoir for supplying the casting in the process of its lower pre-pressing and crystallization under pressure, while the mold is cooled by a cooling fluid driven through the channels forms.