Прессующий поршень машины литья под давлением

(11) 2022017 20 К ПАТЕНТУ Комитет Российской Федерации о патентам и товарным знакам(76) Кожокин Тимофей Иванович(54) ПРЕССУЮЩИЙ ПОРШЕНЬ МАШИНЫЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ(57) Сущность изобретения: прессующий поршеньимеет полость, омываемую хладагентом, циркулирующим по трактам штока, размещенного в ней, Напереднем торце поршня выполнен выступ с поднут -ренными к основанию стенками. Верхняя часть вы -ступа - радиусная, переходящая в пару боковыхпрямых, а нижняя без поднутрения, совмещена сбоковой поверхностью поршня и имеет ширину,больше ширины верхней части. Ширина нижней части 20 30 мм по основанию выступа. Верхняя часть - неподнутренная стенка, является продолжением фаски, образованной в зоне пересечения переднего торца поршня с его боковой поверхностью и расположенной в верхней половине поршня. Эта фаска переходит в фаску меньшей ширины в нижней половине поршня, причем оптимальная высота выступа 7 10 мм. Передний торец и выступ наклонены к нижней части поршня. На внутреннем торце прессующего поршня в зоне ос - нования выступа выполнена проточка, соединеннал с трактами штока, по которым циркулирует хлада- гент. 2 зл.ф-лы,6 ил.Изобретение относится к литейному производству и пригодно в машинах ЛПД для получения деталей из цветных сплавов,Известен охлаждаемый поршень машины ЛПД, имеющий с заднего торца полость, омываемую хладагеитом, подводимым в иее и отводимым оттуда по трактам штока, размещенного передней частью в ней 1, Передний торец его гладкий и перпендикулярен продольной оси,Однако такой поршень невозможно использовать для получения корпусных деталей симметричной формы.Известен такой же поршень, отличающийся от предыдущего наличием на переднем торце выступа с подиутрениими стенками к основанию, кроме одной из иих без поднутрения, совмещенной с боковой поверхностью нижней части поршня 2).Его недостатки: нетехнологичность изза обработки практически всего торца с выполнением радиусной вершины выступа, низкая стойкость поршня из-за толстых торцевых стенок и отсутствия фаски в зоне пересечения переднего торца его и боковой поверхности, а также значительной ширины основания, определяемой центральным углом в 60 С, а также высоты выступа, равной 15 мм.Цель изобретения - устранение указанных недостатков,Цель достигается тем, что прессующий поршень машины ЛПД, имеющий с заднего торца полость, омываемую хладагентом, циркулирующим по трактам штока, размещенного передней частью в ней, а с переднего торца - выступ с поднутренними к основанию стенками: верхней, радиусной, переходящей в пару боковых прямых, а те - в нижнюю без поднутреиия, совмещенную с боковой поверхностью поршня и имеющую ширину, большую ширины противоположной;ширина нижней стенки 20В30 мм по основанию, а у верхней - неподнутренная стенка - продолжение фаски максимальной, ширины большей высоты выступа. образованной в зоне пересечения переднего торца поршня с его боковой поверхностью и расположенной в верхней половине поршня, переходящей в фаску меньшей ширины в нижней половине его, причем оптимальная высота Ь выступа равна 7Ь10 мм; передний торец и выступ наклонены к нижней части поршня так, что расстояние от его заднего торца до этих элементов в верхней части поршня больше, чем в нижней части; на внутреннем торце поршня в зоне основания выступа выполнена проточка, соеди 10 20 45 50 55 ЗО 35 40 неиная с трактами штока, по которым циркулирует хладагент.Сопоставительный анализ заявляемого решения с известными показывает, что оно отличается тем, что ширина В нижней стенки 20В30 мм по основанию выступа, а у верхней - иеподнутрениая стенка - продолжение фаски максимальной ширины,большей высоты выступа, образованной в зоне пересечения переднего торца поршня с его боковой поверхностью и расположенной в верхней половине поршня, переходящий в фаску меньшей ширины в нижней половине его, причем оптимальная высота Ь выступа 7й10 мм; передний торец и выступ наклонены к нижней части поршня так, что расстояние от его заднего торца до этих элементов в верхней части поршня больше, чем в нижней части. На внутреннем торце прессующего поршня в зоне основания выступа выполнена продольная проточка, соединенная с трактами штока, по которым циркулирует хладагент. Применением у выступа фаски максимальиой ширины, образованной в зоне пересечения переднего торца и боковой поверхности поршня и расположенной в верхней половине его, переходящей затем в фаску меньшей ширины в нижней части ее, упрощается изготовление поршня из-за исключения образования подиутрения у верхней стенки выступ и обработки этой части поршня;Образованием фасок в зоне пересечения переднего торца с его боковой поверхностью максимально приближается термонапряжеииая зона поршня к хлада- генту, Этим самым обеспечивается максимальный эффект ее охлаждения и, следовательно, повышается стойкость поршня в целом, При этом износ его будет минимальным в верхней части и большим в нижней части, что связано с большим удалением последней от хладагента, обусловленным образованием в зоне фаски поршня у пресс-остатка облоя, При меньшей ширине фаски в нижней половине поршня, а точнее при уменьшающейся от максимальной ширины фаски в горизонтальной плоскости симметрии поршня до 0 у краев нижней стенки, образующийся облай у пресс-остатка ломается, когда пресс-остаток перемещается вверх по передней части поршня устройством машины ЛПД. Оно содержит гидроцилиндр со штоком и поршнем, причем последний размещен в радиальном отверстии камеры под нижней точкой пресс-остатка. Этим обеспечивается надежность функционирования поршня.При фаске одинаковой ширины по периметру поршня усилия поршня указанного устройства его недостаточно для срезания облоя нижней части пресс-остатка и последний остается на поршне, чем нарушится функционирование машины ЛПД,Отсутствием поднутрения у верхней стенки выступа облегчается съем пресс-остатка с поршня из-за уменьшения сил трения между их поверхностями,Эти силы изменяются и за счет уменьшения площади контактных поверхностей по поднутрению стенок порядка 20 Я между ними при меньшей высоте выступа с 15 мм до 7-10 мм) с одновременным уменьшением радиусов поднутрения и скругления у выступа (с 2 до 1,4 мм) и угла наклона поднутрения(с 60 до 45 ) для поршня Ф 100 мм.Если рассматривать площадь проекции поднутрения выступа на передний торец поршня при Ф 100 мм, то она у прототипа 800 мм, а у предлагаемого при указанных ширине нижней и верхней стенок выступа и высоте его в 9 мм равна 850 мм 2, а при высоте выступа в 7 мм - только 630 мм2,Сравним эти площади с площадью стержня-питателя, соединяющего и ресс-остаток с полученной отливкой, Его диаметр Ф 15 - 20 мм и при максимальном значении диаметра его площадь равна 315 мм,Следовательно, даже при минимальной высоте выступа (7 мм) площадь проекции поднутрения выступа превосходит указанную поперечную площадь этого стержня как минимум в 2 раза, чем гарантируется отрыв от стержня-питателя пресс-остатка и его последующее удаление за пределы камеры прессования,Выполнением наклонными выступа и переднего торца поршня (расстояние от его заднего тОрца до этих элементов в верхней части больше, чем в нижней) еще больше приближается нижняя стенка выступа к хладагенту и, следовательно, обеспечивается большая эффективность охлаждения этой стенки и достигается повышенная стойкость поршня в целом по сравнению с предыдущими конструктивными мероприятиями,Образованием нижней и верхней стенок выступа указанной ширины и высоты не снижается, как указано выше, эксплуатационная надежность поршня, что также подтверждено экспериментально на поршнях с приведенными параметрами с одновременным повышением их стойкости за счет приближения хладагента к наиболее термонапряженным зонам - местам пересечения выступа с его боковой поверхностью поршня,Этими параметрами выступа одновременно повышается и технологичность пор 5 10 15 20 25 30 35 40 50 55 шня (особенно за счет уменьшения высоты его, и следовательно, глубины резания).Наличием на внутреннем торце прессующего поршня в зоне основания выступа проточки, к которой подводится хладагент по соответствующему тракту штока и отводится по нему хладагент к трактам отвода последнего, обеспечивается максимальное приближение хладагента к нижней стенке выступа с обеспечением максимально возмокной стойкости ее по наиболее термонапряженной зоне по сравнению с предыдущим конструктивным решением.Кроме того, этим мероприятием обеспечивается эффективное охлаждение всего выступа, так как хладагент подводится непосредственно к аго основанию и циркулирует вдоль него к концам проточки.При этом поверхность выступа и металл пресс-остатка охлаждаются и, особенно металл, находящийся в поднутрениях выступа. Этим самым повышаются его прочностные характеристики, которые превосходяттакие же характеристики стержня-питателя пресс-остатка, так как стержень имеет больший уровень нагрева из-за отсутствия охлаждения его.При оптимальной толщине поршня стенки переднего торца с указанными параметрами выступа интенсифицируется отвод теплоты к хладагенту от пресс-остатка, чем ускоряется его остывание до температуры, при которой прочностные характеристики материала пресс-остатка достаточны для осуществления отрыва его от стержня-питателя.Ускоранноа охлаждение пресс-остатка влияет на сокращение цикла машины литья под давлением и, следовательно, повышается ее производительность.При указанных параметрах выступа с наличием в зона его основания проточки интенсифицируется его охлаждение и, следовательно, к моменту отрыва пресс-остатка поршнам от стержня-питателя обеспечиваются высокие прочностные характеристики у материала выступа и, особенно в зоне поднутренных стенок, что положительно влияет на их стойкость,Таким образом, благодаря наличию проточки на внутреннем торце поршня дополнительно повышается его функционирование при отрыве пресс-остатка от стержня-питателя полученной отллвки.Проведенный анализ свидетельствует, что предлагаамое решение соответствует критерию "новизна", а сравнение его с аналогичными решениями в данной области техники показывает, что толькоему присущи указанные отличительные признаки и, 2002574следовательно, оно соответствует критерию "существенные отличия".На фиг.1 показано продольное сечение соединенных между собой поршня со штоком; на фиг.2 - вид переднего торца порш.- ня, (вид А на фиг.1); на фиг.3 - поперечное сечение поднутренней стенки выступа (сечение Б-Б на фиг.2); на фиг.4 - передняя часть поршня с наклонными выступом и переднем торцом; на фиг,5 - поперечное сечение поршня со штоком в зоне продольных проточек штока, (сечение В - В на фиг.1); на фиг.б - продольное сечение передней части поршня, на внутреннем торце которого в зоне основания выступа образована продольная проточка,Передняя часть штока 1 соединена с поршнем 2 и размещена в его полости, образованной с заднего торца. При этом торцы поршня и штока контактируют между собой. Шток 1 имеет продольный канал, где с зазором 3 установлен трубопровод 4 (зазор 3 и трубопровод 4 - тракты отвода и подвода хладагента соответственно), на переднем конце которого установлена втулка 5, соединенная с продольным каналом штока и установленная своим торцом заподлицо с передним торцом штока, имеющего здесь и во втулке поперечные прорези 6, размещенные меду продольными проточками 7 передней части штока закрытыми с переднего торца и открытыми в канавку 8, где расположены поперечные окна 9 штока 1 и уплотнительное кольцо 10 для герметизации полости поршня 2. Боковая поверхность штока 1 и канавка поршня 2 у его внутреннего торца образуют кольцевой тракт охлаждения 11, На переднем торце 12 поршня 2 имеется выступ 13 с поднутренными к основанию боковыми стенками 14; его верхняя стенка 15 - продолжение фоски 16 максимальной ширины, образованной в зоне пересечения переднего торца и боковой поверхности поршня 2 и расположенной в его верхней половине. Нижняя стенка 17 - неподнутренная и большей ширины, чем верхняя (ширина нижней стенки 20В30 мм по основанию выступа), Фаска 16 максимальной ширины от горизонтальной плоскости симметрии поршня убывает до 0 к краю нижней стенки 17. Высота и выступа 13 равна 7 Ь 10 мм и является оптимальной,Параллельные между собой выступ 13 и передний торец 12 поршня 2 могут быть наклонены в вертикальной плоскости (см.фиг,4) так, что расстояние от его заднего20 25 40 отверстию втулки 5 подводится в среднюю50 часть проточки 18 и по ней устремляется 55 10 15 30 35 торца до этих элементов в верхней части поршня больше, чем в нижней части, Угол наклона их определяется величиной й, которая меньше высоты выступа и при оптимальной толщине стенки переднего торца 12 порядка 10 мм. И в этом случае фаска 16 максимальна в верхней половине поршня и имеет переменную ширину в нижней половине его, убывающую до 0 к краю нижней стенки 17 выступа 13.На фиг.б представлена передняя часть прессующего поршня, имеющая на внутреннем торце проточку 18 в зоне основания выступа 13, Эта проточка - поперечное глухое отверстие, выполненное в передней стенке поршня со стороны его боковой поверхности и закрытое пробкой 19, Средняя часть проточки 18 соединена через отверстие втулки 5 с трубопроводом 4 - трактом подвода хладагента в полость поршня, а края ее - с кольцевым трактом охлаждения 11, В этом случае во втулке 5 и переднем торце штока 1 отсутствуют поперечные прорези 6,Поршень 2 (кроме фиг.б) охлаждается так. Хладагент по трубопроводу 4, отверстию втулки 5 поступает к внутреннему торцу поршня 2, охлаждая его,Охлаждаемая площадь равна площади отверстия втулки 5 с учетом площадей прорезей 6 ее. По прорезям 6 переднего торца штока 1 хладагент устремляется в кольцевой тракт охлаждения 11, охлаждая при этом внутренний торец поршня в зоне прорезей б и в зоне кольцевого тракта 11 с одновременным охлаждением боковой поверхности поршня 2. По кольцевому тракту 11 хладагент устремляется в окружном направлении к продольным проточка 7 штока, по которым он попадает в канавку 8, а из нее через поперечные каналы 9 в тракт отвода хладагента штока - кольцевой. зазор 3, а из него за пределы штока 1. При протекании хладагента по продольным проточкам 7 охлаждается новая поверхность поршня 2. Она охлаждается и в зоне кольцевого тракта 11.Поршень 2 показанный на фиг.б, охлаждается так. Хладагент по трубопроводу 4,вдоль основания выступа 13 к краям проточки. От краев ее хладагент поступает в кольцевой тракт охлаждения 11 и устремляется по нему о окружном направлении к продольным проточкам 7 передней части штока 1, а далее он отоодится, как описано выше. Контактирующие с хладагентом поверхности поршня охлаждаются аналогично, как указано выше,2002574,50 55 Эффективность охлаждения термонапряженных зон - мест пересечения переднего торца поршня, выступа или фаски с боковой поверхностью поршня определяется при прочих равных условиях расстоянием Ь от них до охлаждаемых поверхностей,Воспользовавшись уравнением стационарной теплопроводности Фурье для плоской стенки, определим перепад температур ЬТ между теплообменными поверхностями поршня (охлаждаемой и нагреваемой) при установившемся теплообмене между залитым в камеру металлом и поршнем, Зададимся материалом поршня - сталь 4 Х 5 МФС с коэффициентом теплопроводности А 28 Вт/М С; средняя плотность теплового потока, действующего со стороны расплавленного металла и пресс-остатка на поршень ц = 2,8 10 Вт/м; хладагент - вода, кипящая при давлении Р = 0,1 МПа; температура охлаждаемой поверхности поршня Тохл =120 С.Уравнение Фурье имеет вид а==-А,дТ ЬТЬппри этом ЬТ = Тнаг - Тохл = Ч --Наиболее удаленной от хладагента точкой поршня на фиг.1 является передняя точка нижней стенки 17, которая удалена от зоны пересечения внутренних поверхностей: торцевой с боковой на 22 мм (при и = 10 мм) и 20 мм (при Ь= 7 мм), на фиг.4 - величина удаления этой тачки - 16 мм, а на фиг.6 - только 14 мм. У прототипа эта величина не менее 30 мм.Для указанных величин ЛТ равен соответственно 220, 200, 160, 140 и 300 С, в с учетом температуры нагрева охлаждаемой поверхности поршня уровень нагрева этой точки равен соответственно 340, 320, 280, 260 и 420 С,Уровень нагрева этой точки может быть уменьшен на 20-30 С (с сохранением наФормул а и зоб рете ни я 1. ПРЕССУЮЩИЙ ПОРШЕНЬ МАШИНЫ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ, имеющий осевое отверстие, в котором размещен шток с трактами для циркуляции охлаждающей жидкости, и выступ на переднем торце, выполненный с поднутренными к основанию стенками, нижней частью, совмещенной с боковой поверхностью поршня, верхней радиусной частью, переходящей в боковые плоскости, с шириной нижней части выступа, большей ши 5 10 15 20 25 30 35 дежности функционирования машины ЛПД) путем выполнения на нижней стенки фаскшириной 2-3 мм в зоне пересечения торца выступа и ее боковой поверхности.Кроме увеличения стойкости нижней стенки выступа и поршня в целом при использовании предлагаемого решения возрастает стойкость поднутренных стенок выступа благодаря интенсивному охлаждению внутреннего торца поршня, достигающего максимального значения при наличии проточек на этом торце в зоне основания выступа. О других преимуществах предлагаемого решения сказано выше.Таким образом, уровень нагрева максимальной термонапряженной зоны у прототипа в 1,3 раза выше, чем у варианта поршня на фиг.1 и в 1,6 раза выше варианта на фиг.6, Следовательно, максимальный эффект по стойкости поршня будет получен последним вариантом его, но при некотором увеличении трудозатрат на его изготовление, связанных с выполнением проточки на внутреннем торце в зоне основания выступа. Кроме того, возрастает производительность литейной машины из-за сокращения времени остывания пресс-остатка блока отливок вследствие интенсификации отвода теплоты от пресс-остатка, контактирующего своими поверхностями с поверхностями передней части поршня и особенно в зоне основания выступа, где выполнена на внутреннем торце поршня специальная проточка для интенсификации охлаждения поверхностей выступа, находящихся в наиболее термонапряженном состоянии из-за удаленности от хладагента и наличия у его боковых стенок псднутреня.(56) Беккер М.Б, Литье под давлением. М.: Высшая школа, 1985, с. 56.Машина литья под давлением. Модель 516 М 2. Завод литейных машин и автоматических линий "Сиблитмаш", 1968. рины верхней части, отличающийся тем, что ширина нижней части выступа по его основанию составляет 20 - 30 мм, а высота 7 - 10 мм. на переднем торце поршня выполнена фаска шириной, большей высоты выступа и убывающей от верхней части поршня к нижней, причем верхняя стенка выступа является продолжением фаски, а на внутреннем торце поршня в зоне основания выступа выполнена проточка, соединенная с трактами штока для циркуляции хладагента.2002574 12 Составитель Т,КожокинТехред М,Моргентал Корректор С.Юско Реда олкова аказ 3205 Тираж Подписное НПО " Поиск" Роспатента13035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент" . Ут, г. жгород ул.Гагарина, 1 2, Поршень по п,1, отличающийся тем, т передний торец его и торец выступа ьклонены к нижней части поршня, причем расстояние от заднего торца поршнядо этих элементов в верхней части поршнябольше, чем в нижней,