Виливка блоку циліндрів двигуна внутрішнього згоряння та спосіб її отримання
Винахід відноситься до лиття у металеві форми. При відливанні блоку циліндрів двигунів внутрішнього згоряння гільзи перед встановленням їх форму нагрівають. У процесі заливання сплаву форму знакові частини піщаних стрижнів через вентиляційні канали в металевих матрицях форми приєднують до вакуумної системи. Гільзи мають кільцеві ущільнюючі буртики на зовнішній бічній поверхні. Торцеві поверхні буртиків виконані як плоскими, і у вигляді усічених конусів, звернених великими підставами убік торця гільзи, що вони розташовані. Нагрівання гільз до температури, меншої температури початку змін мікроструктури матеріалу гільз, але більшої температури кристалізації матеріалу виливки забезпечує щільний контакт гільз з тілом виливки. Наявність буртиків на гільзі призводить до обтиснення їх сплавом виливка, що забезпечує герметичність сорочки охолодження блоку циліндрів. 2 с. та 1 з.п. ф-ли, 4 іл.
Винахід відноситься до галузі лиття металеві форми деталей з алюмінієвих сплавів, зокрема блоків циліндрів ДВС з залитими чавунними гільзами, а також до конструкцій зазначених гільз циліндрів.
Відомі блоки циліндрів ДВС, відлиті з алюмінієвих сплавів із залитими в тіло блоку чавунними гільзами циліндрів, виконані методом лиття під тиском (ЛПД) [1,2].
Цей спосіб отримання виливків блоку економічно доцільний лише при виробництві ДВЗ з малим робочим об'ємом циліндрів (менше 2,0 л) і відносно невеликої маси виливки, оскільки вартість ливарного обладнання залежить від маси виливки. Крім того, технологія ЛПД дає можливість отримання блоків тільки з відкритою верхньою площиною (open deck) [3], що ускладнює застосування блоків такої конструкції на ДВС з робочим об'ємом понад 2,0 л.
Відомі також виливки блоків циліндрів, одержувані методом гравітаційного лиття металеві форми із застосуванням піщаних стрижнів [1].
На відміну від способу отримання виливків ЛПД цей спосіб не вимагає застосування дорогих і складних ливарних машин, дозволяє отримувати великогабаритні виливки з масою кілька десятків кілограмів, а також дає можливість конструктивно виконувати такі виливки із закритою верхньою площиною (closed deck), що значно підвищує жорсткість верхнього пояса блоку циліндрів і дозволяє надійніше ущільнити газовий стик між блоком і головкою. У той же час при виконанні виливків блоків зазначеним способом виникають серйозні проблеми щодо забезпечення щільності і герметичності стінок водяної сорочки, надійності контакту гільз з матеріалом блоку у разі, наприклад, необхідності виготовлення виливків з водяними протоками між гільзами, що заливаються, т. к. в такому випадку товщина стінок виливки біля чавунних гільз може становити лише 3-3,5 мм.
Відомо, що для створення щільного шару алюмінієвого сплаву навколо зовнішньої поверхні гільз, гільзи перед встановленням форми у ряді випадків попередньо нагрівають, наприклад, до температури близько 200 o C [2].
Для досягнення надійності посадки гільз у тіло блоку також використовується рифлення зовнішньої поверхні гільзів кільцевими канавками [2].
При гравітаційному способі отримання виливків блоку з протоками між гільзами згадані вище умови посадки гільз у тіло блоку не гарантують герметичність водяної сорочки, т.к. при малій товщині стінок виливки в міжгільзовому просторі (як вказувалося раніше - не більше 3,5 мм) не забезпечується їх щільність. У зв'язку з цим може виникати повідомлення порожнини водяної сорочки з атмосферою через пори та неспаї згаданихстінок, нещільності в прикордонному шарі між зовнішньою поверхнею гільз і навколишніми стінками водяної сорочки з виходом до торців гільз.
Досвід освоєння промислового виробництва виливків блоку циліндрів автомобільного 4-циліндрового ДВС з робочим об'ємом циліндрів 2,9 л методом гравітаційного лиття (маса виливка близько 30 кг) показав, що відомі прийоми забезпечення надійного контакту гільз з тілом блоку та отримання герметичності порожнини водяної руба позитивні результати.
Завданням цього винаходу є створення виливки блоку циліндрів ДВС і способу її отримання, при якому покращується контакт залитих чавунних гільз з тілом блоку і підвищується щільність стінок виливка, за рахунок чого забезпечується герметичність водяної сорочки блоку.
Запропонований винахід вирішує це завдання наступним чином. На бічній поверхні гільзи в обох її торців виконані кільцеві буртики, що забезпечує обтискання та ущільнення стику між тілом блоку і гільзою по зовнішнім торцевим поверхням буртиків при остиганні сплаву. Буртики можуть виконуватися як із плоскими торцевими поверхнями, так і з торцевими поверхнями у вигляді усічених конусів, великі підстави яких звернені до ближнього торця гільзи. Перед встановленням гільз у форму їх нагрівають до температури, меншої, ніж температура початку змін у мікроструктурі матеріалу гільзи на 100-120 o C, але більшої, ніж температура кристалізації матеріалу виливки на 20-30 o C, а знакові частини піщаних стрижнів, що утворюють водяну сорочку блоку через вентиляційні канали в металевих матрицях форми приєднують до вакуумної системи в процесі заливання і кристалізації металу у формі.
Суть винаходу пояснюється кресленнями.
На фіг. 1 зображено поздовжній розріз виливкиблоку циліндрів до вилучення її з форми та вибивання піщаних стрижнів. Виливок зображений у тому положенні, в якому ведеться заповнення форми розплавом. Літникова система не показана.
На фіг.2 зображено поперечний розріз цієї виливки.
На фіг. 3 та фіг. 4 зображені гільзи з різними варіантами виконання кільцевих буртиків на зовнішній бічній поверхні.
Форма складається з бічних матриць 1 і 2 і торцевих матриць 3 і 4, верхнього металевого стрижня 5 і нижньої плити 6. На металевих стрижнях 7, закріплених на нижній плиті 6, встановлені чавунні гільзи 8 з кільцевими ущільнюючими буртиками 9 і 1 гільз розміщений піщаний стрижень 11 водяної сорочки блоку, що має кілька знакових частин 12 з виходом у вентиляційні канали 13 металевих матриць 1, 2, 3, 4.
Гільзи перед установкою підігріваються до температури приблизно 600 o C, яка вибрана, виходячи з наступних умов.
Збільшення температури підігріву гільз перед їх встановленням у форму, наприклад, до температури сплаву, що заливається (700-720 o C) дозволяє значно поліпшити заповнення сплавом міжгільзових просторів і підвищити щільність стінок виливки, прилеглих до гільзів, особливо, де товщина стінок мінімальна.
Однак при цьому відбувається неприпустиме зниження твердості матеріалу гільз через початок змін у мікроструктурі чавуну, зокрема у зв'язку з появою зернистого перліту.
Якщо знизити температуру попереднього підігріву гільз на 100-120 o , то змін у мікроструктурі чавуну не відбувається, твердість гільз практично не змінюється, в той же час проливність і щільність стінок виливки, у тому числі і в міжгільзовому просторі, виходить задовільною, т. до температура гільз залишається на 20-30 o вищетемператури кристалізації сплаву, яка складає 570-580 o C, що забезпечує збереження рідкоплинності розплаву при заповненні порожнин навколо гільз циліндрів.
При заливці рідкий алюмінієвий сплав подається в металеву форму одночасно зверху та знизу, утворюючи виливок блоку 14 циліндрів.
З початком подачі розплаву включається вакуумна система, яка через вентиляційні канали 13 металевих матрицях форми через знакові частини 12 піщаного стрижня 11 відсмоктує гази, що утворюються при вигорянні стрижневої суміші, завдяки чому покращується проливність стінок виливки в міжгільзовому просторі.
Після кристалізації та охолодження розплаву внаслідок відмінності коефіцієнтів лінійного розширення чавуну та алюмінієвого сплаву відбувається обтискання гільз як по зовнішній бічній поверхні, так і по торцях матеріалом тіла виливки завдяки наявності в обох торців гільз кільцевих ущільнюючих буртиків.
Джерела інформації 1. Смоль Г. І. Американські легкові автомобілі (огляд). - М: ЦНТІ, 1961, с. 23-33.
2. Конструкція малолітражних двигунів. Збірник статей. - М: Машинобудування, 1969, с. 98-100.
3. Автомобільна промисловість США. 1993, N 4, с. 18-23.
1. Відливання блоку циліндрів двигуна внутрішнього згоряння з алюмінієвого сплаву, що містить залиті чавунні гільзи з кільцевими ущільнюючими буртиками, розташованими на зовнішній бічній поверхні гільз у обох торців, відрізняється тим, що торцеві поверхні буртиків виконані як плоскими, так і у вигляді великими основами у бік торця гільзи, біля якого вони розташовані.
2. Спосіб отримання виливки блоку циліндрів двигуна внутрішнього згоряння з алюмінієвого сплаву методом гравітаційного лиття в металевіформи з піщаними стрижнями для утворення водяної сорочки блоку, що мають знакові частини, що включає попередній нагрівання встановлених у форму чавунних гільз перед заливкою сплаву, який відрізняється тим, що гільзи нагрівають до температури, меншої температури початку змін мікроструктури матеріалу гільз, але більшої температури кристалізації матеріалу виливки.
3. Спосіб за п.2, який відрізняється тим, що знакові частини піщаних стрижнів приєднують до вакуумної системи в процесі заливання сплаву у форму через вентиляційні канали металевої форми.