Способ изготовления поршня двигателя внутреннго сгорания

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству поршней двигателей внутреннего сгорания. Цель изобретения - улучшение качества готового изделия . Способ заключается в изготовлении пористой литой заготовки, получаемой в результате формирования пористых слоев: 1-й слой - днище - с пористостью 80-85%; 2-й слой - зона канавок под поршневые кольца - 70-75%; 3-й слой - юбка 60-65%, путем засыпки в пресс-форму нагретого порообразователя и последовательного уплотнения слоев, заливки алюминиевым сплавом и удаления порообразователя из отливки с помощью растворителя после ее затвердевания. Причем в слои перед уплотнением добавляется дисперсный накопитель: в 1-й и 2-й слои - оксид кремния (Si02) в количестве 4-6% от объема преобразователя слоя; в 3-й слой - графит - 5-7% от объема порообразователя слоя. Полученную отливку нагревают до 430-435°С и штампуют. 1 з.п.ф-лы, 1 табл, сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4740566/27 (22) 11.07.89 (46) 30.03.92. Бюл. N 12 (71) Уральский политехнический институт им. С.M. Кирова и Центральный научно-исследовательский институт по моторостроению Научно-производственного объединения "Двигатель" (72) Е.Е.Швецов, Е.Л.Фурман, B.Â.Õëûíîâ, М,Ю.Барышников, P.X.Ôàòõóëèí, С.П.Казанцев, Е.П.Сержантов, С.П.Козырев и

И.А.Писаревская (53) 621.73,42(088,8) (56) Калпин Ю.Г., Бершман Г.Б и др. Изотермическая штамповка поршней из сплава

АЛ25 — Кузнечно-штамповочное производство, 1979, ¹ 2. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРШНЯ

ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к производству поршней двигаИзобретение относится к металлургии, в частности к производству поршней двигателей внутреннего сгорания, Известны способы производства поршней методом штамповки нагретой литой заготовки из алюминиевого сплава, Поршни, изготовленные этими способами, обладают хорошими прочностными характеристиками, но также и высокой теплопроводностью, что нежелательно в силутого, что поршень работает при повышенных температурах; недостаточна также износостойкость юбки поршней.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ изготовления поршня двигателя внутреннего .сгорания, включающий получение литой за» Ы 1722677 А1 (я)з В 21 К1/18, В 23 P 15/10 телей внутреннего сгорания. Цель изобретения — улучшение качества готового изделия. Способ заключается в изготовлении пористой литой заготовки, получаемой в результате формирования пористых слоев: 1-й слой — днище — с пористостью 80 — 85%; 2-й слой — зона канавок под поршневые кольца — 70-75%; 3-й слой — юбка 60-65%, путем засыпки в пресс-форму нагретого порообразователя и последовательного уплотнения слоев, заливки алюминиевым сплавом и удаления порообразователя из отливки с помощью растворителя после ее затвердевания, Причем в слои перед уплотнением добавляется дисперсный накопитель; в 1-й и 2-й слои — оксид кремния (ВО2) в количестве 4 — 6% от объема преобразователя слоя; в 3-й слой — графит — 5 — 7% от объема порообразователя слоя. Полученную отливку нагревают до 430 — 435 С и штампуют. 1 з, п.ф-л ы, 1 табл, готовки поршня из алюминиевого сплава, ее нагрев до 480 — 500 С и дальнейшую штамповку, Этот поршень обладает достаточно высокими прочностными характеристиками, но также высокой теплопроводностью и недостаточной износостойкостью. К тому же, в силу специфики работы поршня, когда различные его зоны подвергаются разного рода воздействиям, желательно иметь поршень, обладающий повышенной жаропрочностью и низкой теплопроводностью днища и зоны канавок под поршневые кольца, а также повышенной износостойкостью юбочной части, Цель изобретения — достижение повышенной жаропрочности и низкой теплопро1722677

15

50 водности дни(ца поршня и зоны канавок под поршневые кольца, повышенной износостойкости юбки.

Указанная цель достигается тем, что литую заготовку поршня изготавливают пористой с послойной дифференцированной пористостью: 1-й слой — днище — с пористостью 80 — 85%, 2-й слой — зона канавок под поршневые кольца — с пористостью 70—

75%, 3-й слой — юбка — с пористостью 60—

65 /

Формирование пористых слоев осуществляется путем послойной (в 3 слоя) засыпки в пресс-форму нагретого порообразователя, последовательного уплотнения слоев, заливки алюминиевым сплавом и удаления порообразователя из отливки с помощью растворителя после ее затвердевания, Причем в слои порообразователя перед уплотнением добавляют дисперсный наполнитель: в 1-й и 2-й слои, формирующие соответственно днище поршня и зону канавок под поршневые кольца, — оксид кремния SiOz в количестве

4 — 6 об,%; в 3-й слой, формирующий юбочную часть — графит в количестве 5 — 7 об.%.

Полученную пористую заготовку нагревают до 430 — 435 С (при температуре свыше

427 С высококремнистый алюминиевый сплав приобретает сверхпластичность, что объясняют коагуляцией кремния), помещают в матрицу и штампуют.

Изобретение позволяет значительно улучшить эксплуатационные характеристики поршня; тем самым повышаются надежность работы поршня и срок его службы, По предлагаемому способу изготовлены поршни с различной пористостью зон.заготовки и различным содержанием наполнителя в порообразователе. Для изготовления заготовок поршней используют порообразователь фракции 50-200 мкм, Каждый поршень получают следующим образом.

Порообразователь засыпают в 2 поддона, в один из которых добавляют оксид кремния SiOz фракции 50 — 80 мкм к количестве 5%, в другой — графит фракции

50 — 80 мкм B количестве 6% (для поршня, имеющего пористость 1-й, 2-й и 3-й зон заготовки 80, 70 и 60% соответственно, содержание наполнителей варьируют: Я!Ог — в интервале 2-8%, графита — в интервале 39%), тщательно перемешивают содержимое поддонов. Оба поддона помещают в печь и нагревают их содержимое до 600 С, снова перемешивают и доводят нагрев до 650 С.

Затем нагретый порообразователь с наполнителем засыпают послойно в прессформу: 1-й слой — на высоту, равную высоте днища заготовки поршня; 2-й слой — на высоту, равную высоте зоны канавок под поршневые кольца заготовки; 3-й слой — на высоту, равную высоте юбочной части заготовки поршня. Каждый слой после засыпки уплотняют до достижения заданной пористости, 1-й и 2-й слои порообразователя содержат оксид кремния, 3-й слой — графит.

Высоты слоев порообразователя и величины давления прессования порообразователя рассчитывают, исходя из конструктивных размеров поршня и заданной пористости зон заготовки поршня.

Затем в пресс-форму вливают нагретый до 750 С алюминиевый сплав, содержащий

23% кремния, После затвердевания и охлаждения отливку извлекают из формы и подвергают экстрагированию — удалению порообразователя с помощью растворителя (горячей воды).

Полученную пористую заготовку нагревают зо 434 С, помещают в матрицу и подвергают штамповке, в результате которой закрываются поры — получают поршень двигателя внутреннего сгорания. Из зон поршня вырезают образцы и подвергают испытаниям.

Свойства поршня представлены в таблице. Для сравнения в этой же таблице представлены свойства поршня, изготовленного по способу-прототипу.

Днище поршня и зона канавок под поршневые кольца приобретают высокую жаропрочность и низкую теплопроводность, что объясняется следующим, Во-первых, высокая пористость заготовки обуславливает наличие развитой поверхности металла, на которой при нагреве перед штамповкой образуется пленка AlzOa, способствующая повышению жаропрочности и снижению теплопроводности (температура плавления

Alz0a — 2500 С, коэффициент теплопроводности — 30 Вт/м К; для сравнения эти же величины для алюминиевого сплава соответственно равны приблизительно 600—

620 С и 140 — 150 Вт/м К). Во-вторых, большая пористость и малый размер пор (50 — 200 мкм) обуславливают малые толщины стенок металлического каркаса и вследствие этого малый размер зерен кремния (1/4 размера пор, т,е. 15-50 мкм), содержащегося в сплаве в количестве 20 — 25%, что также способствует повышению прочности указанных зон, В-третьих, повышению прочности и снижению теплопроводности способствуют частицы оксида кремния размерами 50 — 80 мкм, которые перед заливкой металлом находятся в порообразователе, а после удаления последнего из отливки остаются в металле (температура плавления и

1722677

Поршень, изготовленный по предпагаемому способу

Поршень, зготовленный по

Показатели

2-я зона с пористостью,2

65 70 с содЛС0,2. 75

3-я зона с пористостью, 80 55 60 с сод.графита,2

3 t 5 1 7 1 9

1-я зона с пористостью, 2 способу5 70 прототипу

2 j4 (6 jS

Прочность на разрою при

20ьС 6з, КПа 310

Прочность на разрыв при

350 С бз, КПа

326

342 360 367 350 365 314 322 360 380 378 353 375 316

35 32 33 32 30 31 45 39 37 38 37 38 35

153 171 190 180 170 184 148 140 147 170 164 150 172 150 - - - - - - - 138

Коэффициент теплопроводности при

20 С, я, Вт/и К 37

142

Коэффициент трения (без смазки) 0,25 0,26 0,21 0,20 0,21 0,22 0,22 0,4

Коэффициент трения (со смазкой) 0,018 0,02 Ц015 Ц014 0,015 0,014 0,015 0,1

45

Составитель Е. LLI вецов

Техред М.Моргентал Корректор М. Шароши

Редактор И. Касарда

Заказ 1020 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 коэффициент теплопроводности оксида кремния составляют соответственно

1710 С и 2 Вт/м К.

Графит, добавляемый в слой порообразователя, формирующий юбку поршня, после заливки металлом остается в нем и действует как смазка. В результате эта часть поршня, работающая в условиях интенсивного трения, приобретает высокие антифрикционные свойства.

Формула изобретения

1. Способ изготовления поршня двигателя внутреннего сгорания иэ алюминиевых сплавов, заключающийся в изготовлении литой заготовки, ее нагреве и последующей штамповке, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества готового изделия, литую заготовку изготавливают с послойной дифференцированной пористостью, а именно; 1 слой — днище — с пористостью 80 — 85, 2 слой — зона канавок под поршневые кольца — 70-75 $, 3 слой— юбка поршня — 60 — 6507, причем нагрев по5 ристой заготовки под штамповку осуществляют до 430-435 С.

2. Способ поп1, отличающийся тем, что пористые слои заготовки формируют путем поочередной засыпки и уплотне10 ния в пресс-форме нагретого порообразователя каждого иэ слоев, которые затем заливают алюминиевым сплавом и удаляют порообразователь из отливки после ее затвердевания, причем первый и вто15 рой слои порообразователя содержат дисперсный оксид кремния SION в количестве 4-6 об,орэ от порообразователя каждого

СЛОЯ, трЕтИй СЛОЙ вЂ” ГрафИт 5-7 Об.07 От ПОрообразователя слоя. м