Результат интеллектуальной деятельности: Поршневой узел машины литья под давлением

Изобретение относится к металлургическому производству и пригодно как элемент оснастки для получения цветных отливок на этих машинах.

Известен поршневой узел, содержащий соединенные между собой поршень и шток; трубку, установленную с боковым зазором в образованном с его переднего торца продольном канале; на заднем конце трубки размещен уплотнительный элемент, упирающийся локально в коническое дно этого канала; на переднем конце трубки размещен неразъемно соединенный с ним полый хвостовик, ввернутый резьбой в резьбу канала штока и дополнительно зафиксированный с ним штифтом; этот хвостовик заканчивается диском, расположенным без зазора между торцами поршня и штока и имеющим поперечные окна, открытые в полость хвостовика и в продольные проточки присоединительной поверхности штока, выходящие в его кольцевую канавку с уплотнительным элементом, куда открыты поперечные окна его передней части, выходящие также и в его продольный канал; в задней части штока выполнены поперечные окна: одно открыто в этот канал, а другое в его коническое дно (см. патент RU 2236928 С2 от 22.04. 2002).

Его недостатки: нагрев диска через стенку переднего торца поршня сплавом камеры прессования и дополнительный подогрев отводимого через диск и трубку хладагента, ускоряющий их коррозию и износ; охлаждение сплава в камере прессования, контактирующего с холодным переднем торцом поршня, чем ухудшается его подпрессовка при кристаллизации сплава в пресс-форме.

Известен и другой поршневой узел машины литья под давлением, содержащий шток, на передней части которого размещен полый поршень с трактами охлаждения между ними; передний торец поршня выполнен в виде усеченного конуса с основанием со стороны дна поршня и кольцевым пазом на этой конической поверхности, при этом боковая поверхность его выполнена рабочей только на длины поршня, а остальная часть ее - не рабочая (см. патент РФ 2228818 С1 от 29.07 2002).

Его недостатки: не пригодность в использовании из-за попадания в кольцевой паз сплава, запрессовываемого в пресс-форму из камеры прессования; быстрый износ рабочей части поршня из-за малой длины ее; неэффективное охлаждение нерабочей части поршня и поэтому ее значительная тепловая деформация.

Задачей предлагаемого решения является эффективная теплоизоляция переднего торца поршня и уменьшение износа его рабочей поверхности с увеличением ее длины.

Технический результат от предлагаемого узла: сведение к минимуму теплопоступления в передний торец поршня и увеличение его стойкости.

Это достигается тем, что в поршневом узле машины литья под давлением, содержащем полый поршень с кольцевым пазом на переднем торце, размещенный на передней части штока с трактами охлаждения между ними, НОВЫМ ЯВЛЯЕТСЯ ТО, ЧТО на переднем торце поршня выполнено гнездо, в котором размещены теплоизоляционный материал и упирающийся в него задним торцом диск, соединенный своей боковой поверхностью с этим гнездом диаметра больше диаметра полости поршня, но меньше его наружного диаметра, и глубиной меньше половины толщины стенки переднего торца поршня.

Образованием с переднего торца поршня гнезда под теплоизоляционный и стальной диск, упирающийся в этот материал своим задним торцом и соединенный боковой поверхностью с гнездом неразъемно, например, сваркой, сводится к минимуму поступление тепла от сплава в поршень через его передний торец благодаря этому материалу, размещенному в данном гнезде и изолированному от сплава диском.

Выполнением этого гнезда в диаметр, больший диаметра полости поршня, но меньший его наружного диаметра, и глубиной, меньше половины толщины стенки его переднего торца, обеспечивается максимальная площадь теплоизоляции этого торца с минимальным теплопоступлением в этот диск и сам поршень.

Предлагаемое решение с признаками, отличающими его от известных сейчас, является новым, существенно отличается от них, промышленно пригодно и поэтому соответствует критерию ИЗОБРЕТЕНИЕ.

Оно представлено чертежом с фиг. 1, на которой поршневой узел содержит полый поршень 1, соединенный резьбой с передней частью штока 2 с продольным каналом 3, в котором с боковым зазором размещена трубка 4, скрепленная передним концом с хвостовиком 5 диска 6, размещенным в продольном канале 3 и соединенным со штоком 2 резьбой и штифтом 7; при этом диск 6 размещен без зазоров между торцами штока 2 и поршня 1; на переднем торце последнего выполнено гнездо диаметром d2 и глубиной S1, причем d2<d, но >d1; a S1<S/2 - толщины стенки переднего торца поршня; диск 6 размещен в полости диаметром d с боковым зазором; в резьбе штока выполнены продольные проточки 8, открытые концами в этот зазор и в полость 9, образованную поверхностями поршня 1 и штока 2; эта полость открыта поперечными окнами 11 в продольный канал 3 последнего, а полость хвостовика 5 через поперечные окна 12 открыта в боковой зазор 13 между диском 6 и поршнем 1 (см. патент РФ 2179907 С2 от 22.04.2000).

Поршень 1 охлаждается так: хладагент по боковому зазору между поверхностями канала 3 и трубки 4 подводится через окна 11 в кольцевую полость 9 с охлаждением уплотнительного элемента 10 и боковой поверхности поршня 1; далее хладагент по проточкам 8 резьбовой поверхности штока 2 поступает в боковой зазор 13, охлаждая поршень 1 изнутри совместно с проточками 8 и зазорами между витками резьб поршня 1 и штока 2, охлаждая при этом до 80% внутренней поверхности полости поршня 1 и, следовательно, его наружной боковой поверхности.

При оптимальных боковых зазорах узла с камерой прессования и расходе хладагента на его охлаждение нагрев поршня 1 по всей его длине к началу следующей запрессовке сплава из камеры прессования в пресс-форму не более 40°С, а стойкость его не менее 50000 запрессовок сплавов АЛ, т.к. у него работает вся наружная боковая поверхность, а не ее передняя часть, как у прототипа.

Частичной теплоизоляцией переднего торца поршня 1 от сплава камеры прессования уменьшается поступление тепла в переднюю рабочую часть его пропорционально площади этого торца. Его площадь F1=0,785 d1*d1, площадь гнезда его переднего торца с теплоизоляционным материалом 14 и диском 15, упертым задним торцом в него и неразъемно соединенным боковой поверхностью с гнездом и передним торцом с торцом поршня, например, сваркой, равна F2=0,785 d2*d2. Их соотношение F2/F1=0,75 при диаметрах поршня 60 мм, его полости 48 мм и гнезда 52 мм, толщине стенки торца S=12 мм и глубине его гнезда Sl=4 мм с толщиной 1 мм теплоизоляционного материала - асбеста листового с коэффициентом теплопроводности 0,1163, а у стального диска он порядка 30-40 вт/м*°C. Следовательно, при вытеснении сплава из камеры прессования, запрессовке его в пресс-форму и кристаллизации в ней нагревается у поршня площадь, определяемая этими диаметрами, с последующим перетеканием тепла из диска 15 в поршень 1 через боковую поверхность предыдущего, т.к. к дну поршня тепло не поступает из-за теплоизоляционного материала 14 теплопроводностью порядка в 300 раз меньше таковой материала поршня.

Доля поступившего в диск тепла равна 25%* (3/12) от количества его, поступившего в сплошной торец поршня-аналога, а доля перетекающего тепла из диска 15 в эту часть поршня 1 определяется соотношением их масс М1/М2=0,53 при выше указанных размерах и их равных толщинах. Это свидетельствует, что в диск поступает менее 50% тепла, аккумулированного поршнем от сплава, чем существенно уменьшаются нагрев поршня и хладагента, поступающего в его переднюю часть, и исключается его кипение с замедлением коррозия контактирующих с ним деталей данного узла.

Таким образом, предлагаемым уменьшается вдвое поступление тепла в поршень при формировании отливки, обеспечивается эффективное охлаждение его по всей длине и повышается его стойкость на порядок по сравнению с прототипом.