1.2 Поршневая пара машины литья под давлением с холодной горизонтальной камерой прессования
Поршневая пара является важнейшим узлом машины литья под давлением с холодной горизонтальной камерой прессования. Поршневая пара Она представляет собой узел, состоящий из неподвижной камеры прессования и подвижного пресс-поршня (рисунок 1.11 – 1.12 и рисунок 1.13 – 1.14).
Неподвижная камера прессования – это полый цилиндр, размеры и материал которого определяются конкретной маркой машины ЛПД. Она выполняет роль проводника (канала) пресс-поршня, производящего запрессовку расплава.
В отечественном производстве поршневая пара изготавливается из хромовольфрамовой стали марок: 3Х2В8Ф (ГОСТ 5950-2000) и 4ХВ2С (ГОСТ 5950-2000).
Рисунок 1.11 – Неподвижная камера прессования и подвижный
пресс-поршень машины литья под давлением с холодной горизонтальной камерой прессования
Рисунок 1.12 – Схема неподвижной камеры прессования и
подвижного пресс-поршня машины литья под давлением
с холодной горизонтальной камерой прессования:
1 – пресс-поршень; 2 – камера прессования; 3 – расплав
Подвижной частью поршневой пары является пресс-поршень, представляющий собой монолитный цилиндр с конструктивными элементами на рабочей поверхности, контактирующей с камерой прессования (например, выточками). Пресс-поршень механически связан с гидравлической силовой установкой машины ЛПД. Он выполняет функцию прессования, производя запрессовку расплава по камере прессования в рабочую полость пресс-формы.
Применяемые материалы для изготовления пресс-поршня:
Хромовольфрамные стали типа 3Х2В8Ф (ГОСТ 5950-2000) и 4Х2В8Ф (ГОСТ 5950-2000);
Мартенсито-стареющие стали марок: Н18К12М3Т2 и Н12К15М10 являются дорогостоящим материалом и обладают рядом особенностей, которые необходимо учесть технологам и термистам при изготовлении деталей;
Бронзовые сплавы марок БрНБТ (ГОСТ48-21-779-85) и БрБ2 (ГОСТ 18175 - 78).
Рисунок 1.13 – Пресс-поршень машины литья под давлением
с холодной горизонтальной камерой прессования
Рисунок 1.14 – Схема пресс-поршня машины литья под
давлением с холодной горизонтальной камерой прессования
1.2.1 Варианты конструкции поршневой пары
Конструкция поршневой пары во многом определяет величину ее эксплуатационного ресурса. Прежде всего речь идет о конструктивных элементах, расположенных в зоне контакта сопрягающихся деталей (камеры прессования и пресс-поршня).
Конструктивно узел прессования машин литья под давлением с горизонтальной холодной камерой прессования состоит из камеры прессования 1 (рисунок 1.15), закрепленной на части своей длины в неподвижной плите 2 машины, прессующего поршня 3, соединенного штоком 4 с механизмом прессования и литниковой втулки 5, установленной в неподвижной полуформе 6. Иногда камеру прессования и литниковую втулку объединяют в один элемент. Наибольшее распространение такая конструкция камеры прессования получила в литейном производстве США [6].
Рисунок 1.15 – Схема узла прессования машины литья
под давлением с холодной горизонтальной камерой прессования:
1 – камера прессования; 2 – неподвижная плита машины;
3 – прессующий поршень; 4 – шток;
5 – литниковая втулка; 6 – неподвижная полуформа
Поршневая пара имеет заливочное окно в камере прессования, открытое в ее осевую полость под сплав и поршень, находящийся в ней в заднем положении перед заливкой сплава. Окно отделено от заднего торца камеры перемычкой. В верхней части перемычки выполнено поперечное окно под смазку.
Поршневая пара имеет поршень, в полости которого размещена передняя часть штока, соединенная с ним резьбой; в штоке имеется осевой канал, в котором находится с зазором трубопровод, соединенный неразъемной передней частью с полым хвостовиком диска, размещенного без зазоров между дном поршня и передним торцом штока; хвостовик соединен со штоком резьбой и штифтом, в диске выполнены поперечные окна, выходящие в полость хвостовика и в боковой кольцевой зазор между диском и поршнем; на штоке выполнена кольцевая канавка, в которой имеется уплотнительный элемент и образованы поперечные окна, открытые в осевой канал штока; имеются также продольные проточки, выполненные на резьбовой поверхности штока и соединяющие кольцевую канавку с кольцевым зазором; на заднем торце поршня имеются поперечный паз, в которых размещены выступы переднего торца втулки, размещенной на штоке и зафиксированной на нем от вращения шпонкой, но с возможностью осевого перемещения; в задний торец этой втулки упирается своим передним торцом гайка-втулка, навернутая на шток, причем ее задняя часть - втулка располагается на его цилиндрической поверхности для исключения попадания грязи в это резьбовое соединение [5].
В ряде работ указывается, что можно несколько повысить эффективность работы узла прессования путем совершенствования конструкции прессующего поршня.
Например, известен вариант конструктивного выполнения пресс-поршня, предусматривающий соединении со штоком наружной резьбой хвостовик корпуса с конусным наружной передней частью, охваченного навернутым кольцом - втулкой с конусным в передней части отверстием и продольными прорезями, закрытыми с его заднего торца, с которого выполнены на нем под ключ лыски, закрытые с его переднего торца; кроме того, с конца хвостовика корпуса образована полость под трубку, установленную в ней с зазором для циркуляции хладагента, обеспечивающего отвод тепла от пресс-поршня при производственном цикле[7].
Недостатки такого пресс-пршня, значительная длина корпуса из-за хвостовика, ввернутого в шток, и поэтому повышенный расход металла на его изготовление; отсутствие герметизации резьбового соединения хвостовик корпуса - шток и попадание по этому соединению хладагента - воды в камеру прессования от перемещающегося по ней пресс - поршня со штоком при работе, что увеличивает пористость получаемых отливок; неэффективное охлаждение корпуса в зоне пересечения его переднего торца и боковой поверхности вследствие значительной толщины стенок от дна его полости до этой зоны; отсутствие идеального теплового контакта между поверхностями корпуса и кольца - втулки, увеличивающего там термосопротивление и перегрев последнего с ускоренным износом его; попадание в прорези кольца - втулки сплава и соединение его с корпусом исключает вращение этого кольца, что делает неремонтопригодным такой пресс - поршень; попадание сплава в резьбовое соединение гайка - корпус затрудняет сворачивание ее с корпуса.
Пресс-поршень содержит внутреннюю полость под шток, наружную боковую поверхность головку в виде усеченного конуса, который выполнен высотой, большей половины длины заливочного окна камеры прессования.
Недостаток пресс-поршня конус не воздействует на струю металла, заливаемого в камеру прессования через заливочное окно; вследствие локального воздействия этой струи на внутреннюю поверхность камеры, расположенную напротив заливочного окна, она перегревается и образуется сетка трещин, превращающаяся затем в углубление, параметры которого возрастают; в нем задерживается металл при вытеснении его из камеры, воздействующий и на нее, и на пресс-поршень и ускоряющий их износ. [8]
В следующей работе представлен поршень для машин ЛПД с холодной камерой прессования содержащий корпус и по меньшей мере один уплотняющий поясок, установленный вокруг корпуса. Уплотняющий поясок имеет разрез или разрыв, позволяющий устанавливать поясок на корпусе поршня. Корпус и поясок снабжены соединительными средствами для одновременного запирания пояска относительно корпуса в осевом и угловом направлениях. В каждом уплотняющем пояске выполнено по меньшей мере два отверстия, с которыми зацеплены соответствующие радиальные выступы, отходящие от корпуса поршня. Достигается повышение надежности крепления уплотнительного пояска.
Недостатками поршня является конструкция приводящая к увеличение трудоемкости монтирования и демонтажа поршня, а также изготовление или приобретение новых деталей для поршня приводит к существенным затратам [9].
Прессующий поршень имеет с заднего торца полость под шток и несколько пар наружных лысок под ключ. Лыски выполнены с закрытыми с переднего и заднего торцов поршня и смещены между собой в угловом направлении. Пары лысок могут быть смещены между собой в осевом направлении. Обеспечивается увеличение поперечной площади, длины и площади контакта поршня с камерой прессования и повышение качества отливок.
Недостатки такого прессующего поршня при наворачивании его на шток возможен срыв ключа с лысок, открытых с заднего торца: уменьшение площади его боковой поверхности и, следовательно, площади контакта с камерой прессования; увеличение трудоемкости его из-за наличия лысок; уменьшенная площадь его поперечного сечения из-за выполнения этих лысок в одном месте; из-за открытых с заднего торца лысок возрастает осевой в горизонтальной плоскости перекос пресс - поршня в камере прессования из-за уменьшения его контактной длины на длину лысок и подлив залитого в камеру прессования сплава в зазоры между этими элементами оснастки, ухудшающий качество литья вследствие увеличения трения между ними и поэтому падение давления запрессовки сплава из камеры в пресс-форму [10].
В процессе работы элементы узла прессования подвергаются значительным тепловым и силовым нагрузкам, поэтому к материалам, из которых они изготавливаются, предъявляются высокие требования по термостойкости и прочности при высокой температуре.
Для повышения стойкости элементов узла прессования, для уменьшения износа при взаимном перемещении и под действием высоких температур материал, из которого они изготавливаются, должен иметь высокую прочность и твердость в сочетании с удовлетворительной пластичностью, а также возможно меньший коэффициент термического расширения. Чем меньше коэффициент линейного термического расширения, тем меньше колебания зазоров в сопряжениях [4].
Из тех же материалов изготавливаются прессующие поршни.
Элементы узла прессования подвергаются термической обработке до высокой твердости и для снижения физико-химического взаимодействия с жидким металлом в некоторых случаях подвергают химико-термической обработке.
Для уменьшения трения между элементами узла прессования в процессе работы, их обрабатывают с высокой точностью, обеспечивая низкую шероховатость.
Для повышения общей стойкости узла прессования, прессующий поршень делают из материала с меньшей твердостью, чем камеру прессования. В этом случае более быстрый износ поршня компенсируется его меньшей стоимостью и более легкой заменяемостью.
Большое значение для работы узла прессования имеет способ его установки на машине ЛПД. Пресс-поршень устанавливаться в камере прессования так, чтобы в случае необходимости его можно было легко заменить. Целесообразно в поршневой паре сделать сменным пресс-поршень для снижения затрат и облегчения ремонтно-восстановительных работ [1].