1. Използвайте технология за бързо прототипиране и триизмерен софтуер, за да създадете подходяща форма на отливката и да определите първоначално разделителната повърхнина, позицията на леяковата система и системата за топлинен баланс на матрицата. Преобразувайте двуизмерния чертеж на отливката в триизмерни твърдотелни данни, определете подходящото свиване според сложността и дебелината на стената на отливката (обикновено 0.05%~0.06%), задайте позицията и формата на разделителната повърхнина и според данните за машината за леене под налягане изберете позицията и диаметъра на инжекционния бутало и броя на отливките във всяка матрица. Направете подходящо разположение на отливките, след което моделирайте триизмерно леяковата и преливната система.
2. Извършете симулация на потока и температурното поле, за да оптимизирате допълнително леяковата система и системата за топлинен баланс на матрицата. След като обработите данните за отливката, леяковата система и преливната система, въведете граничните условия, например параметрите на процеса на леене, физичните параметри на сплавта, и използвайте симулационния софтуер, за да моделирате запълването на матрицата от сплавта и движението на течния метал в кухината. Може да се извърши и симулация на втвърдяването и температурното поле, за да се оптимизира допълнително леяковата система и да се определи разположението на охлаждащите точки в матрицата. Резултатите показват чрез изображения ориентацията на течната сплав и разпределението на температурното поле през целия процес на запълване. Анализът позволява да се открият зоните с възможни дефекти. При последващото проектиране се прилагат мерки като промяна на положението и ориентацията на вътрешния затвор и добавяне на уловител за шлака, за да се подобри запълването и да се предотвратят и отстранят дефектите на отливката.
3. Проектирайте цялостната конструкция на матрицата според 3D модела. Докато протича симулацията, може да се проектира общото разположение на матрицата, включително следните аспекти:
(1) Извършете проектиране на общото разположение на матрицата според данните за машината за леене под налягане.
Първата задача при проектирането на общото разположение е да се определят позицията на впръскване и диаметърът на инжекционния бутало. Позицията на впръскване трябва да осигури разполагането на отливката в центъра на плочата на машината за леене под налягане, без да се допуска конфликт с четирите водещи колони на машината и механизма за изтегляне на сърцевина. От позицията на впръскване зависи дали отливката може да бъде извадена плавно от кухината. Диаметърът на буталото влияе пряко върху коефициента на впръскване и съответно върху необходимата сила на затваряне на матрицата. Затова определянето на тези два параметъра е първата стъпка в проекта.
(2) Проектиране на вложки и ядра.
Основно трябва да се вземат предвид здравината и твърдостта на формообразуващите вложки, размерът на уплътнителната повърхност, съединяването между вложките, разположението на избутващите щифтове и охлаждащите точки и други подобни фактори. Правилното съчетаване на тези елементи е основно изискване за осигуряване на експлоатационния живот на матрицата. При големите матрици трябва особено внимателно да се обмислят начинът на напасване на уязвимите части и уплътнителната повърхност. Това е от ключово значение за предотвратяване на ранната повреда на матрицата и изтичането на алуминий по време на леенето под налягане. Важно е също за отвеждането на газовете от големите матрици и за технологията им на обработка.
(3) Проектирайте основата на матрицата и механизма за изтегляне на сърцевина.
При малки и средни матрици за леене под налягане може директно да се изберат стандартни основи. При големите матрици трябва да се изчислят твърдостта и здравината на основата, за да се предотврати еластичната ѝ деформация, която би повлияла върху точността на размерите на отливката по време на леенето. При проектирането на механизма за изтегляне на сърцевина е важно да се осигурят подходящите монтажни хлабини между подвижните компоненти и правилното им позициониране един спрямо друг. Като се отчита влиянието на топлинното разширение върху плъзгащата хлабина при работа на основата на матрицата, монтажната хлабина при големите матрици трябва да е между 0.2~0.3mm, а хлабината в челното съединение на формообразуващата част — между 0.3~0.5mm. Изборът зависи от размера на матрицата и условията на нагряване. За позициониране на формообразуващия плъзгач спрямо гнездото му се използва шпонка с квадратно сечение. Смазването на механизма за изтегляне на сърцевина също е ключов аспект на проекта. То влияе пряко върху надеждността при непрекъсната работа на матрицата за леене под налягане. Добрата система за смазване е важна за повишаване на производителността при леенето под налягане.
(4) Подреждането на отоплителни и охладителни канали и изборът на компоненти за топлинен баланс.
Тъй като течният метал с висока температура навлиза в кухината на матрицата с висока скорост и под високо налягане, той предава много топлина на вложката. Отвеждането на тази топлина е въпрос, който задължително трябва да се отчете при проектирането на матрицата, особено при големите матрици за леене под налягане. Системата за топлинен баланс влияе пряко върху размера и вътрешното качество на отливката. При съвременните системи за топлинен баланс тенденцията е компонентите да се монтират бързо и дебитът да се регулира прецизно. С развитието на модерната промишлена обработка компонентите за топлинен баланс все по-често се избират чрез директно проектиране: производителите предоставят двуизмерни и триизмерни данни за компонентите, а проектантът ги избира според нуждите. Така може да се гарантира качеството на компонентите и да се съкрати цикълът на проектиране.
(5) Проектиране на механизма за изстрелване.
Механизмът за изтласкване може да бъде механичен или хидравличен. При механичното изтласкване се използва собственият изтласкващ механизъм на машината, а при хидравличното — хидравличният цилиндър, монтиран към самата матрица. При проектирането на механизма за изтласкване трябва центърът на равнодействащата сила на изтласкване да съвпада възможно най-точно с центъра на равнодействащата сила на отделяне. Това изисква добра насоченост и твърдост на механизма, както и надеждна стабилност при работа. При големите матрици механизмът за изтласкване е сравнително тежък. Под тежестта на матрицата компонентите на механизма и рамата могат да огънат избутващия щифт и да причинят блокиране при изтласкването. Топлинното разширение на матрицата също оказва значително влияние върху механизма за изтласкване, затова позиционирането между изтласкващия елемент и рамата на матрицата, както и фиксирането на водещата колона на избутвача, са изключително важни. Водещата колона при тези матрици обикновено се закрепва към плочата. За позициониране на плочата, подложката и рамата се използват кръгъл щифт или шпонка с квадратно сечение и по-голям диаметър, което намалява влиянието на топлинното разширение върху механизма за изтласкване. При необходимост изтласкващият елемент може да се подпре с търкалящи лагери и водещи плочи. При проектирането трябва да се обърне внимание и на смазването между компонентите. Проектантите на матрици в Северна Америка обикновено монтират специална плоча за гресиране на избутващите щифтове от задната страна на подвижната рама, за да подобрят смазването на изтласкващите компоненти. В долната част на подвижната рама се добавя плоча за смазочно масло с маслен канал, свързан с проходния отвор на избутващия щифт. По време на работа се подава смазочно масло, което смазва механизма за изтласкване и предотвратява блокирането му.
(6) Проектиране на направляващия и позициониращия механизъм.
В цялостната конструкция на матрицата направляващият и позициониращият механизъм оказват най-голямо влияние върху нейната стабилност и пряко влияят върху точността на размерите на отливката. Направляващият механизъм на матрицата включва основно направляване при затваряне, направляване при изтегляне на сърцевината и направляване при изтласкване. Обикновено направляващите елементи трябва да използват триещи се двойки от специални материали, за да се намали износването. Необходимо е и добро смазване. Между всяка триеща се двойка трябва да се предвиди необходимият маслен канал. Трябва специално да се отбележи, че при изключително големите плъзгачи обикновено се използва направляваща конструкция с медна втулка и твърда водеща колона. Подходящото позициониране осигурява плавно движение и точно позициониране на плъзгача.
Позициониращият механизъм на матрицата включва позиционирането между подвижната и неподвижната половина, позиционирането при връщането на изтласкващия механизъм, позиционирането между формообразуващия плъзгач и гнездото му, както и позиционирането между избутващата част на рамата и самата рама. Позиционирането между подвижната и неподвижната половина е подвижно и изисква по-висока точност на напасване. При малките матрици може директно да се използват изпъкналите и вдлъбнатите повърхности между формообразуващите вложки. При големите матрици за леене под налягане трябва да се използват специални позициониращи механизми, за да се компенсира топлинното разширение. Точността се влияе и от останалите позициониращи конструкции между компонентите, които са фиксирани; обикновено за тях се използват кръгли щифтове и шпонки с квадратно сечение. Позиционирането чрез изпъкналите и вдлъбнатите повърхности между формообразуващите вложки осигурява точно подравняване на подвижната и неподвижната половина и предотвратява разместването на матрицата.
(7) Други конструкции, например вакуумна система, механизъм за пресоване и система за отвеждане на газовете.
Освен описаната по-горе конструкция някои матрици имат специални изисквания, например вакуумна система, механизъм за пресоване и отвеждане на газовете чрез вълнообразна плоча. При проектирането на вакуумната система основно се разработва уплътнителната конструкция. За да се запази добро уплътнение между формообразуващите части при нормалната работна температура на матрицата, обикновено се използва силиконова гума. При проектирането на механизма за пресоване е важно да се контролират моментът и ходът на пресоване, за да се постигне желаният резултат. Отвеждането на газовете чрез вълнообразна плоча е централизирана система. Този метод се използва сравнително често, особено при тънкостенни отливки от алуминиева сплав, детайли под налягане с високи изисквания за плътност и отливки от магнезиева сплав. Междината във вълнообразната плоча трябва да е достатъчно голяма, но да не позволява на течната сплав да пръска по време на леенето под налягане; обикновено тя се поддържа в диапазона 0.3~0.6mm.
