close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 15061

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.12.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 15061
(13) C1
(19)
F 02F 3/16 (2006.01)
B 21D 53/18 (2006.01)
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОХЛАЖДАЮЩЕГО КАНАЛА
ПОРШНЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
(21) Номер заявки: a 20090753
(22) 2009.05.25
(43) 2009.12.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Волочко Александр Тихонович; Изобелло Александр Юрьевич; Клушин Валерий Александрович; Овчинников Владимир Васильевич (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) MX PA04000387 A, 2005.
SU 174467, 1965.
SU 389280, 1973.
SU 1312216 A1, 1987.
DE 10163060 A1, 2003.
FR 2044242, 1971.
BY 15061 C1 2011.12.30
(57)
Способ изготовления охлаждающего канала для поршня двигателя внутреннего сгорания, при котором наружное кольцо и внутреннее кольцо соединяют друг с другом с образованием полости масляного охлаждения так, что кромки внутреннего кольца выступают
из наружного кольца от 2 до 5 мм, и запрессовывают выступающие кромки, при этом
внутреннее кольцо выполнено с наружным выступом, обеспечивающим натяг с наружным
кольцом в радиальном направлении от 0,2 до 0,4 мм и осевом направлении от 0,3 до
0,5 мм, а торцевая сторона внутреннего кольца имеет с внутренней стороны фаску, выполненную под углом, составляющим от 45 до 70°.
Фиг. 1
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к созданию двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано при формировании охлаждающего
канала поршня двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
BY 15061 C1 2011.12.30
Известен способ изготовления трубчатого охлаждающего канала для поршня ДВС из
легкого сплава [1], включающий гибку трубчатой заготовки в кольцо с последующей сваркой встык. На наружной стороне трубчатого канала устанавливают цилиндрические или
кольцевые дистанционные элементы, которые свариваются со вставкой под поршневое
кольцо для формирования зазора между радиально внутренней стороной вставки и радиально наружной стороной канала от 0,7 мм до 10 % от диаметра поршня. Зазор необходим
для беспрепятственного затекания металла в литейную форму при отливке поршня.
При таком исполнении канала происходит недостаточный отвод тепла от трущейся
пары гильза-поршень. Данный способ предусматривает изготовление вставки под поршневое кольцо и трубчатого канала из материалов, имеющих более низкий коэффициент
линейного расширения, чем у поршневого алюминиевого сплава. При последующем алитировании, перед заливкой алюминиевым расплавом и в процессе термообработки поршня может происходить нарушение сплошности между сплавом и внешней стенкой канала,
что приводит к прорыву газов и влечет за собой вероятность отрыва дна поршня.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому, его прототипом является
способ изготовления охлаждающей камеры U-образного сечения [2], включающий изготовление металлического кольца профилегибочными операциями из полосы на шнековой
оправке с последующей сваркой встык гнутого профиля. Далее свободные кромки кольца
присоединяются к кольцевым гнездам на внутренней поверхности опорного ободка с помощью кольцевых сварных швов. В результате получается канал для охлаждения, внутренняя поверхность которого образована металлическим кольцом и поверхностью
опорного ободка между кольцевыми гнездами.
Недостатком прототипа является то, что U-образное металлическое кольцо имеет коэффициент линейного расширения более низкий, чем у поршневого сплава, что, в свою
очередь, сказывается на интенсивности теплоотвода из-за возникновения зазора между
кольцом и материалом поршня. Кроме того, необходима электронно-лучевая сварка Uобразного кольца к вставке под поршневое кольцо, что в совокупности с профилегибочными операциями при изготовлении кольца делает весь процесс производства охлаждающей камеры достаточно трудоемким.
Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности отвода тепла от
днища и камеры сгорания поршня.
Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления охлаждающего канала
поршня двигателя внутреннего сгорания, при котором наружное и внутреннее кольца соединяют друг с другом с образованием полости масляного охлаждения так, что кромки
внутреннего кольца выступают из наружного кольца от 2 до 5 мм, и запрессовывают выступающие кромки, при этом внутреннее кольцо выполнено с наружным выступом, обеспечивающим натяг с наружным кольцом в радиальном направлении от 0,2 до 0,4 мм и
осевом направлении от 0,3 до 0,5 мм, а торцевая сторона внутреннего кольца имеет с
внутренней стороны фаску, выполненную под углом, составляющим от 45 до 70°.
Сущностью заявляемого технического решения является то, что охлаждающий канал
формируется методом тепловой сборки, характеризующейся малой трудоемкостью. Причем тепловая сборка колец осуществляется с натягами в радиальном и осевом направлениях, что способствует надежному соединению двух колец и исключению возможности
затекания алюминиевого расплава на стадиях алитирования и литья поршня.
Натяг колец в радиальном и осевом направлениях менее 0,2 и 0,3 мм соответственно
может привести к затеканию металла при алитировании или литье поршня.
В случае величины натяга более 0,4 и 0,5 мм (радиальное и осевое направления) происходит деформация колец в месте контакта и их последующее разрушение.
Внутреннее кольцо необходимо изготавливать больше наружного по высоте на 2-5 мм
ввиду последующей запрессовки выступающих кромок внутреннего кольца. Данная операция снижает вероятность попадания алюминиевого расплава в охлаждающую полость.
2
BY 15061 C1 2011.12.30
Высота выступающей кромки внутреннего кольца менее 2 мм не удовлетворяет необходимому минимальному количеству металла для выполнения запрессовки. В свою очередь, увеличение высоты свыше 5 мм требует дополнительных усилий прессования и
характеризуется неэффективным использованием металла, находящегося на торце нирезистового кольца.
Фаска в торцевой части внутреннего кольца не должна быть менее 45°, так как в процессе запрессовки выступающая часть металла потечет внутрь стального кольца. Изготовление фаски свыше 70° увеличивает энергосиловые затраты на запрессовку.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами (фиг. 1, 2). На фиг. 1 изображено поперечное сечение заявляемого охлаждающего канала поршня, а на фиг. 2 - поперечное сечение поршня ДВС с заявляемым охлаждающим каналом.
Охлаждающий нирезистовый канал состоит из охлаждающей полости (1), наружного
нирезистового кольца (2) и запрессованного внутреннего кольца (3) из стали 40X.
В головке поршня двигателя внутреннего сгорания (1), на месте установки верхнего
компрессионного кольца, расположен охлаждающий канал (2).
Способ реализуют следующим образом.
Наружное кольцо (фиг. 1, поз. 2) охлаждающей камеры поршня двигателя внутреннего сгорания нагревают до температуры 600-850 °С в течение 20-30 мин. После чего в него
помещают холодное внутреннее кольцо (фиг. 1, поз. 3) и проводят прессование колец
между двумя плитами. В процессе остывания внутренний диаметр наружного кольца
уменьшается, и за счет натягов происходит запрессовка внутреннего кольца. Далее охлаждающая камера подвергалась алитированию и заливке в поршень. Затем поршень распиливали по радиальным направлениям в нескольких местах и оценивали качество
сформированного канала.
Для исследования интенсивности теплоотвода были проведены стендовые испытания
поршней, выполненных с камерой по заявляемому способу и прототипу.
Результаты исследований приведены в таблице.
3
№
Режимы изготовления камеры охлаждения
Температура
Трудоемкость
Натяг колец в Натяг колец Фаска с внуту
Выступающая сборки (сварки) кромки ниренней стороп/ радиальном
в осевом
резистовой
кромка стальноколец, мин
п направлении, направлении, ны внутреннего
вставки, °С
го кольца, мм
мм
мм
кольца, °
Изменение температуры у кромки нирезистовой
вставки (в сравнении с прототипом), °С
0,1
0,4
50
3,0
2-7
-
-
2
3
4
0,2
0,35
0,4
0,4
0,4
0,4
50
50
50
3,0
3,0
3,0
2-7
2-7
2-7
243-250
241-244
240-248
10-21
16-23
12-24
5
0,47
0,4
50
3,0
2-7
-
-
0,35
0,2
50
3,0
2-7
-
-
7
8
0,35
0,35
0,3
0,5
50
50
3,0
3,0
2-7
2-7
234-242
245-252
18-30
8-19
9
0,35
0,65
50
3,0
2-7
-
-
10
0,35
0,4
35
3,0
2-7
-
-
11
12
0,35
0,35
0,4
0,4
45
70
3,0
3,0
2-7
2-7
240-243
242-245
17-24
15-22
6
4
Нарушение контакта
между кольцами во
время алитирования
Пластическая деформация стального
кольца в радиальном
направлении
Затекание металла
между кольцами в
процессе алитирования
Деформация стального и нирезистового
колец в осевом
направлении
Прессование выступающих кромок
внутреннего кольца
ведет к течению металла внутрь кольца
-
BY 15061 C1 2011.12.30
1
Примечание
Продолжение таблицы
Изменение темТемпература пературы у кромТрудоемкость
Натяг колец в Натяг колец Фаска с внуту
Выступающая сборки (сварки) кромки ни- ки нирезистовой
ренней стороп/ радиальном
в осевом
резистовой вставки (в сравкромка стальноколец, мин
п направлении, направлении, ны внутреннего
вставки, °С нении с прототиго кольца, мм
мм
мм
кольца, °
пом), °С
№
5
0,35
0,4
75
3,0
2-7
-
-
0,35
0,4
50
1,0
2-7
-
-
15
16
0,35
0,35
0,4
0,4
50
50
2,0
50
2-7
2-7
237-246
239-245
14-27
15-25
17
0,35
0,4
50
7,0
2-7
-
-
10-15
260-264
-
14
18
Прототип
Примечание
Большие усилия
прессования выступающих торцов
внутреннего кольца
Недостаток металла
для запрессовки
Большие усилия
прессования выступающих торцов
внутреннего кольца
-
BY 15061 C1 2011.12.30
13
Режимы изготовления камеры охлаждения
BY 15061 C1 2011.12.30
Из приведенных данных следует, что при использовании заявляемого способа формирования охлаждающего канала температура у верхней кромки нирезистовой вставки значительно уменьшается, что характеризуется увеличением эффективности отвода тепла от
поршня в зеркало цилиндра. При этом происходит снижение трудоемкости при сборке
охлаждающей камеры более чем в 2 раза.
Источники информации:
1. Поршень из легкого сплава: Патент Германии 10163060, МПК F 02F 3/22, дата публикации 2003-07-10.
2. Металлическое кольцо на ободке для образования охлаждающего канала на поршне
двигателя внутреннего сгорания и способ его изготовления: Патент Испании 04000387,
МПК B 21D 53/18, дата публикации 2005-03-07 (прототип).
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
880 Кб
Теги
15061, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа