Результат интеллектуальной деятельности: ПОРШНЕВОЙ УЗЕЛ МАШИНЫ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Изобретение относится к металлургическому производству и пригодно в машинах литья под давлением в качестве поршневого узла, используемого совместно с камерой и пресс-формой для изготовления отливок из цветных сплавов.

Известен поршневой узел этой машины, который содержит соединенные между собой поршень и шток, трубопровод, установленный с зазором в продольном канале штока, уплотнительный элемент на заднем конце трубопровода, соединенного неразъемно передним концом с полым хвостовиком диска, размещенного без зазора между торцами поршня и штока и соединенного хвостовиком со штоком резьбой и штифтом, при этом в диске выполнены поперечные окна, открытые в полость его хвостовика и в боковой кольцевой зазор между ним и поршнем; в стенках задней части штока выполнены поперечные окна, выходящие в его продольный канал и дно, а в передней части штока - поперечные окна, выходящие в продольный канал и кольцевую канавку с уплотнительным элементом, соединенную продольными проточками резьбовой части штока с боковым кольцевым зазором между диском и поршнем. Устройство принято за прототип (см. патент RU №2179907 от 27.02.2002 г.).

Несмотря на увеличенную площадь контакта между поршнем и штоком (по дну поршня и переднему торцу диска штока) имеет место самоотвинчивание поршня со штока. Это приводит не только к преждевременному выходу из строя их резьб, но и разрушению переднего торца поршня - образованию сквозных трещин - вследствие тонкой стенки (ее толщина в несколько раз меньше штатной стенки, равной 25-35 мм) и браку получаемых отливок по газовой пористости из-за попадания воды из него в полость камеры, что недопустимо.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности работы поршневого узла машины литья под давлением.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в исключении самоотвинчивания со штока поршня при работе.

Указанный технический результат достигается тем, что в поршневом узле машины литья под давлением, содержащем соединенные между собой поршень и шток, трубопровод, установленный с зазором в продольном канате штока, уплотнительный элемент, размещенный на заднем конце трубопровода, соединенного неразъемно передним концом с полым хвостовиком диска, размещенного без зазора между торцами поршня и штока и соединенного хвостовиком со штоком посредством резьбы и штифта, при этом в диске выполнены поперечные окна, открытые в полость его хвостовика и в боковой кольцевой зазор между ним и поршнем, в стенках задней части выполнены поперечные окна, выходящие в его продольный канал и дно, а в передней части штока - поперечные окна, выходящие в продольный канал и кольцевую канавку с уплотнительным элементом, соединенную проточками с боковым кольцевым зазором между диском и поршнем, новым является то, что на заднем торце поршня выполнено n≥1 поперечных пазов под такое же число выступов переднего торца втулки, размещенной на штоке и закрепленной от вращения относительно него, а в ее задний торец зафиксирована передним торцом гайка-втулка, навернутая на шток.

Выполнением n≥1 поперечных пазов на заднем торце поршня и такое же количество выступов на переднем торце втулки, размещенной на штоке с расположением последних в этих пазах, с закреплением от вращения относительно штока шпонкой, штифтом и т.д. исключается отворачивание поршня на штоке при работе этого поршневого узла.

Для исключения осевого перемещения этой втулки относительно штока от действующих на поршень при работе сил в ее задний торец фиксируется передним торцом гайка-втулка, навернутая на шток.

Гайка-втулка своей задней частью - втулкой размещается на цилиндрической поверхности штока, чем исключается попадание используемого сплава и его пленок из камеры прессования в резьбовое соединение гайки-втулки со штоком, чем гарантируется в итоге замена поршня при его износе на новый.

Этим решением также повышается стойкость соединительных резьб штока и поршня и исключается образование сквозных трещин в переднем торце последнего вследствие обеспечения постоянного контакта его дна с передним торцом диска, размещенного без зазора между их торцами.

На основании изложенного можно сделать вывод, что предлагаемое техническое решение обладает «новизной» и «изобретательским уровнем».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показано продольное сечение передней части поршневого узла; на фиг.2 - соединение заднего торца поршня с передним торцом втулки через их поперечные пазы и выступы; на фиг.3 - поперечное сечение втулки со штоком, зафиксированной на нем только от вращения полигональными поверхностями: внутренней у втулки и наружной у штока (верхняя часть фиг.3) или штифтом, запрессованным во втулке (нижняя часть фиг.4).

На фиг.1 поршневой узел имеет поршень 1, в полости которого размещена передняя часть штока 2, соединенная с ним резьбой; в штоке 2 имеется осевой канал 3, в котором находится с зазором трубопровод 4, соединенный неразъемно передней частью с полым хвостовиком 5 диска 6, размещенного без зазоров между дном поршня 1 и передним торцом штока 2; хвостовик 5 соединен со штоком резьбой и штифтом 7; в диске 6 выполнены поперечные окна 8, выходящие в полость хвостовика 5 и в боковой кольцевой зазор 9 между диском 6 и поршнем 1; на штоке 2 выполнена кольцевая канавка 10, в которой имеется уплотнительный элемент 11 и образованы поперечные окна 12, открытые в осевой канал штока; имеются также продольные проточки 13, выполненные на резьбовой поверхности штока и соединяющие кольцевую канавку 10 с кольцевым зазором 9; на заднем торце поршня 1 имеются n≥1 поперечных паза, в которых размещены выступы 14 переднего торца втулки 15, размещенной на штоке 2 и зафиксированной на нем от вращения шпонкой 16, но с возможностью осевого перемещения; в задний торец этой втулки упирается своим передним торцом гайка-втулка 17, навернутая на шток 2, причем ее задняя часть - втулка располагается на его цилиндрической поверхности для исключения попадания грязи в это резьбовое соединение.

На фиг.2 представлено два варианта соединения поршня 1 с втулкой 15; в верхней части ее представлены прямоугольный паз поршня 1 и прямоугольный выступ 14 втулки 15; в нижней части фиг.2 имеется у поршня конический паз с вершиной со стороны переднего торца поршня и конический выступ 14 втулки 15. Пазами поршня 1 и выступами 14 втулки 15 исключается отворачивание поршня 1 на штоке 2 при работе. В данном случае вращение втулки 15 относительно штока 2 исключается продольной шпонкой 16, установленной в канавке штока 2 и расположенной в шпоночном пазу отверстия втулки 15.

На фиг.3 представлены другие варианты соединения втулки 15 со штоком 2, исключающие ее вращение при работе поршневого узла.

В верхней части фиг.3 представлены полигональная с n=6 гранями наружная поверхность 18 штока 2, на которой расположена такая же, но внутренняя поверхность втулки 15. Этим вариантом обеспечивается равномерная нагрузка по периметру контактирующих между элементов втулки и штока, когда со стороны поршня 1 будет действовать крутящий момент при самоотвинчивании его от усилия запрессовки при работе машины литья под давлением.

В нижней части фиг.3 представлена полигональная с n=1 гранью наружная поверхность 12 штока, на которой расположена такая же, но внутренняя поверхность втулки. Этим вариантом не обеспечивается равномерная нагрузка по периметру указанных выше элементов соединения, но упрощается их изготовление из-за наличия у них по одной грани.

На фиг.4 представлен вариант соединения втулки 15 со штоком 2 штифтом 19, запрессованным в нее. Под боковую поверхность штифта на штоке образована продольная плоскость 20, взаимодействием которых между собой исключается вращение втулки 15 относительно штока 2, но обеспечивается осевое перемещение ее вдоль него.

В задний торец втулки 15 упирается своим передним торцом гайка-втулка 17, навернутая на шток 2. Ее задняя без резьбы часть - втулка 21 расположена на цилиндрической поверхности штока для исключения попадания в резьбовое соединение шток-гайка-втулка остатков сплава камеры прессования, когда поршень 1 возвращается в исходное заднее положение перед очередной заливкой сплава в камеру прессования, что позволяет беспрепятственно отвернуть гайку-втулку для замены изношенного поршня новым, (см. фиг.1).

В общем случае выбор числа граней n у штока втулки 15 определяется диаметром поршня 1 и действующим на него усилием запрессовки, которое на конкретной модели машины литья под давлением одно и то же, но поршни разного диаметра, например - ⌀ 40-100 мм.

Во всех вариантах соединения втулки 15 со штоком 2 исключается ее вращение относительно него и, следовательно, самоотвинчивание поршня 1 со штока 2 при работе благодаря их взаимодействующим между собой пазам и выступам, когда на поршень действует усилие от 16 до 300 тонн при запрессовке сплава в пресс-форму из камеры прессования (в зависимости от модели машины литья под давлением).

Поперечные пазы на заднем торце поршня 1 под имеющийся шток 2 выполняются по разметке: поршень наворачивают на шток и размечают по выступам 14 втулки 17 места расположения этих пазов на поршне.

Таким образом, предлагаемым решением повышается надежность соединения поршня со штоком, исключающая самоотвинчивание поршня при работе, и разрушение переднего торца поршня в виде сквозных трещин, а также увеличивающая срок службы их резьб и особенно у штока, как более дорогого и трудоемкого элемента данного узла.

Работа предлагаемого устройства заключается в следующем: при вытеснении поршневым узлом из камеры прессования (не показан на фиг.1), на передний торец поршня 1 воздействует увеличивающееся давление сплава, а на наружную боковую поверхность силы трения между ней и внутренней поверхностью камеры прессования. Эти силовые воздействия воспринимаются резьбовым соединением поршня 1 и штока 2, витки которого имеют определенный угол наклона, зависящий от шага резьбы: при малом шаге он меньше, но резьба менее прочна, а при большом - наоборот и из-за большого шага от силового воздействия поршень 1 будет сворачиваться со штока 2, вследствие чего появится зазор между дном поршня 1 и передним торцом диска 2, что приведет к механическому разрушению поршня 1 по переднему торцу и срезанию резьб его и штока 2.

При наличии на заднем торце поршня 1 поперечных пазов под выступы 14 переднего торца втулки 15, размещенной на штоке 2 и зафиксированной там от вращения, например, его шпонкой 16, штифтом 19 и т.д. Отворачивание со штока поршня 1 исключается выступами 14 этой втулки при работе предлагаемого поршневого узла, чем гарантируется надежность работы соединения поршня 1 со штоком 2, отпадает надобность проверки этого соединения перед началом работы (когда поршень дополнительно не зафиксирован на штоке) и повышается срок службы данного резьбового соединения этих элементов и в первую очередь у штока, являющегося деталью с большим сроком службы, чем поршень, и в целом увеличивается стойкость поршня за счет исключения его разрушения по переднему торцу вследствие отсутствия его сворачивания со штока.