ПОРШЕНЬ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, а именно к поршню двигателя внутреннего сгорания, и может быть использована в высоконагруженных дизельных двигателях, работающих в тяжелых условиях эксплуатации.
Из уровня техники известен поршень (патент на изобретение RU 2353499, В23Р 15/10 F02F 3/00, опубл. 10.12.2004). Согласно указанному изобретению поршень содержит верхнюю и нижнюю части, имеющие сопрягаемые поверхности, которые соединены друг с другом посредством сварного соединения, образованного методом индукционной сварки, причем в месте размещения соединенных между собой сопрягаемых поверхностей частей поршня в зоне расположения сварного шва толщина его стенок уменьшена.
Такой поршень характеризуется простотой и дешевизной соединения отдельных его частей. При этом получается соединение, обладающее структурной целостностью, которое имеет сравнительно небольшую и однородную зону, которая непосредственно примыкает к указанному соединению. Достигается точное регулирование процесса нагревания соединительных поверхностей двух частей поршня, появляется возможность соответственно уменьшить толщину сечений стенок поршней, а также вес поршней с сопутствующим снижением себестоимости их производства и, кроме того, добиться заметного сокращения расхода топлива и выброса вредных веществ в атмосферу при последующей эксплуатации таких поршней.
Однако при всех преимуществах такого поршня его изготовление достаточно затратно. Требуется применение дополнительных соответствующих крепежных приспособлений и другого специального технологического оборудования, необходимого для удерживания соединяемых между собой деталей и обеспечения требуемой опоры для них при проведении индукционной сварки.
Задача, на решение которой направлена данная полезная модель, заключалась в создании поршня двигателя внутреннего сгорания, состоящего из отдельных частей, соединение которых обладало бы достаточной прочностью и характеризовалось простой и дешевизной его осуществления за счет использования стандартного технологического оборудования, применяемого при производстве двигателей внутреннего сгорания для капиллярной пайки комплектующих двигателя разной номенклатуры, и соответственно расширение области применения такого оборудования.
Данная задача решается за счет создания поршня двигателя внутреннего сгорания, содержащего верхнюю и нижнюю части, имеющие сопрягаемые поверхности, которые согласно полезной модели соединены друг с другом посредством паяного соединения, образованного методом капиллярной пайки в защитной атмосфере диссоциированного аммиака. При этом температура плавления материала каждой из соединяемых частей поршня выше температуры нагрева при пайке.
Сопрягаемые поверхности частей поршня могут быть выполненными лежащими как в одной, так и в разных плоскостях.
Первая и вторая части поршня могут быть изготовлены как из одного материала, так и из разных.
Краткое описание чертежей
На прилагаемых чертежах для пояснения сущности полезной модели показаны:
На фиг. 1 - вид в перспективе верхней и нижней частей поршня непосредственно перед проведением пайки;
На фиг. 2 - вид по фиг. 1, но соединяемые друг с другом детали показаны в закрепленном положении, в котором они находятся при нагревании соединяемых между собой поверхностей;
На фиг. 3 -поперечный разрез по фиг. 1
На фиг. 4 - вид в перспективе готового обработанного поршня;
На фиг. 5 - вариант соединения частей поршня, когда соединительные поверхности лежат в одной плоскости;
На фиг. 6 - вариант соединения частей поршня, когда соединительные поверхности лежат в разных плоскостях.
Осуществление полезной модели
В соответствии с предпочтительным вариантом реализации полезной модели, поршень 1 изготавливается состоящим, по меньшей мере, из двух частей. Каждая из этих частей формируется отдельно одна от другой таким образом, чтобы обеспечивалось наличие, по меньшей мере, одной, а предпочтительно - двух групп, сопрягающихся между собой и соединяемых друг с другом поверхностей, простирающихся по окружности, которые посредством капиллярной пайки соединяются друг с другом, образуя при этом паяное соединение между указанными частями.
Поршень 1 содержит первую (верхнюю) часть 2 и вторую (нижнюю) часть 3. Обе эти части изготавливаются из металла, а предпочтительно - из стали, например, легированной, антикоррозионной. Однако полезная модель не ограничивается применением только лишь этих материалов. Указанные первая и вторая части поршня могут быть изготовлены путем литья, ковки, методом порошковой металлургии, либо иных технологических процессов изготовления металлических деталей. Сорта стали, используемые при изготовлении частей поршня, могут быть одними и теми же, либо разными. При этом температура, до которой требуется нагревать первую и вторую части поршня для того, чтобы осуществить пайку материалов, из которых они изготовлены, должна быть меньше температуры плавления этих материалов.
Согласно предпочтительному варианту реализации полезной модели, первая часть 2 поршня представляет собой верхнюю часть головки поршня 1, а вторая его часть 3 содержит нижнюю часть головки поршня 1 и юбку поршня. Первая (верхняя) и вторая (нижняя) части 2 и 3 поршня 1 дополняют друг друга, благодаря чему после соединения их между собой указанные части 2 и 3 вместе образуют поршень 1.
Первая часть 2 поршня содержит днище 4 поршня, в котором выполнена камера сгорания 5. Также на днище 4 могут быть выполнены одна или несколько выточек под клапана 6.
Прежде чем приступить к пайке частей 2 и 3 поршня, первая часть 2 подвергается соответствующей предварительной механической обработке. После чего предпочтительно она также подвергается еще и дополнительной чистовой механической обработке, в результате которой обеспечивается чистовая отделка поверхности чашеобразной камеры сгорания 5, клапанных выточек 6, соединительных поверхностей 7 и 8. Также обеспечивается чистовая обработка поверхности выемки 9 под кольцевой охладительный канал, расположенный между наружной поверхностью 10 и кольцевым ребром 11 и простирающийся вверх относительно соединительных поверхностей 7 и 8 по направлению к верхней стенке 12 с наружной стороны относительно чашеобразной камеры сгорания 5. Также обеспечивается чистовая обработка поверхности внутреннего купола 13, простирающегося в радиальном направлении с внутренней стороны относительно кольцевого ребра 11. На поршне 1 выполнен ряд кольцевых канавок, расположенных в пределах наружного кольцевого пояса 14 головки поршня 1. Такие кольцевые канавки предпочтительно выполняются в процессе последующей механической обработки поршня 1, которая производится после того, как соответствующие поверхности его будут соединены между собой.
Прежде чем приступить к пайке частей 2 и 3 поршня, нижняя часть головки поршня 2 предпочтительно подвергается соответствующей предварительной механической обработке. После чего предпочтительно она подвергается дополнительной чистовой механической обработке, в результате которой обеспечивается чистовая отделка соединительных поверхностей 15 и 16, поверхности выемки 17 (ответной выемке 9) под кольцевой охладительный канал, отверстий под поршневой палец и других элементов.
Вторая (нижняя) часть 3 поршня содержит юбку 18 поршня, которая представляет собой единую конструкцию с нижней частью головки поршня.
К соединительным поверхностям 7, 8 или 15, 16 подготовленных первой и второй частей 2 и 3 поршня подают в дозированном количестве твердый припой. В качестве твердого припоя используется, например, припой на основе меди. Подача припоя осуществляется, например, путем нанесения пасты, полученной смешиванием медного порошка по ГОСТ 4960-75 с индустриальным маслом по ГОСТ 20799-75 в определенном соотношении (определяемом исходя из технологического удобства нанесения пасты в зону пайки), либо, например, путем закрепления каким-либо образом в области соединительных поверхностей колечка из медной проволоки.
Далее, при помощи центрирующего пояса 19, выполненного на одной из частей 2 или 3, эти части поршня состыковывают по сопрягаемым соединительным поверхностям 7, 15 и 8, 16 соответственно, с образованием достаточно тугого соединения. Скрепленные таким образом части 2 и 3 в результате принимают положение, формирующее поршень после пайки и в таком положении помещаются в печь, в качестве которой может быть использована конвейерная электропечь, где осуществляется процесс капиллярной пайки в защитной атмосфере диссоциированного аммиака.
По завершении операции пайки проводится заключительная операция окончательной механической обработки поршня 1, на котором в ходе этой операции выполняется целый ряд кольцевых канавок 20, расположенных в пределах зоны, имеющей форму кольцевого пояса 14. Кольцевые канавки 20 при этом предпочтительно располагаются над канавкой для отвода масла 21.
В результате проведения операции пайки частей 2 и 3 поршня друг с другом образуется соответствующий замкнутый кольцевой масляный канал 22, расположенный между верхней и нижней частями 2 и 3 поршня и ограничиваемый с разных сторон внутренними и наружными стенками соответственно 10, 11, а также верхней стенкой 12 и нижней стенкой 23, при этом паяное соединение 24 находится в пределах кольцевого масляного канала 22.
В верхней и нижней частях 2 и 3 поршня могут быть выполнены также соответствующие каналы для подачи масла в кольцевой масляный канал 22 и отвода масла оттуда. Данные каналы могут быть получены как в процессе их формирования частей 2 и 3, так и в ходе последующей механической их обработки. Для обеспечения соответствующих преимуществ эти каналы могут выполняться перед осуществлением операции пайки во время проведения работ по окончательной чистовой обработке других поверхностей.
Перед проведением операции пайки предусматривается проведение соответствующей термической обработки частей 2, 3 с тем, чтобы получить в результате необходимую структуру стали, имеющую твердость в пределах, характеризующихся числом твердости 25-35 по Роквеллу.
На фиг. 6 показан другой вариант исполнения поршня, в котором граница раздела получаемого паяного соединения 24, проходящая в стыке между верхней и нижней внутренними стенками 12, 23, лежит не в одной, а в двух плоскостях.