1. Mithilfe von Rapid-Prototyping-Technologie und 3D-Software wird eine geeignete Gussform erstellt. Dabei werden zunächst die Trennfläche, die Position des Gießsystems und das Wärmeausgleichssystem der Form festgelegt. Die zweidimensionale Gusszeichnung wird gemäß den Anforderungen in dreidimensionale Volumendaten umgewandelt. Die angemessene Schwindungsrate (üblicherweise 0.05 % bis 0.06 %) wird anhand der Komplexität und Wandstärke des Gussteils bestimmt. Position und Form der Trennfläche werden anhand der Druckgussmaschinendaten festgelegt. Position und Durchmesser des Einspritzstempels sowie die Anzahl der Druckgussteile pro Form werden ausgewählt. Anschließend wird ein optimales Layout der Druckgussteile erstellt und das Anguss- und Überlaufsystem dreidimensional modelliert.
2. Zur weiteren Optimierung des Formgießsystems und des Wärmebilanzsystems der Form werden Strömungs- und Temperaturfeldsimulationen durchgeführt. Nach der Verarbeitung der Daten des Gussvorgangs, des Gießsystems und des Überlaufsystems werden die Randbedingungen, wie z. B. die Prozessparameter des Jadegusses und die physikalischen Parameter der Legierung, eingegeben. Die Simulationssoftware kann dann den Füllprozess der Legierung und die Strömungsrichtung der flüssigen Legierung im Formhohlraum simulieren. Zusätzlich können Erstarrungs- und Temperaturfeldsimulationen durchgeführt werden, um das Anguss-System weiter zu optimieren und die Position des Formkühlpunkts zu bestimmen.
Die Simulationsergebnisse stellen die Orientierung der flüssigen Legierung und die Temperaturverteilung während des gesamten Füllvorgangs in Form von Bildern und Grafiken dar. Durch die Analyse lassen sich potenzielle Fehlerstellen identifizieren. Im weiteren Konstruktionsprozess werden Maßnahmen wie die Änderung der Position und Ausrichtung des inneren Angusses sowie die Verwendung eines Schlackensammelbeutels umgesetzt, um den Füllvorgang zu optimieren und Gussfehler zu vermeiden bzw. zu beseitigen.
3. Entwerfen Sie die Gesamtstruktur der Form anhand des 3D-Modells. Während der Simulation kann der allgemeine Aufbau der Form unter Berücksichtigung folgender Aspekte entworfen werden:
(1) Die allgemeine Auslegung der Form erfolgt nach den Daten der Druckgießmaschine.
Die Bestimmung der Einspritzposition und des Stempeldurchmessers ist der erste Schritt bei der allgemeinen Konstruktionsplanung. Die Einspritzposition muss so gewählt werden, dass das Druckgussteil mittig auf der Druckmaschinenplatte positioniert ist und die vier Zugstangen der Druckgießmaschine den Kernauswurfmechanismus nicht behindern. Die Einspritzposition ist entscheidend dafür, ob das Druckgussteil problemlos aus dem Formhohlraum ausgeworfen werden kann. Der Stempeldurchmesser beeinflusst direkt das Einspritzverhältnis und somit die für die Druckgussform erforderliche Schließkraft. Daher ist die Bestimmung dieser beiden Parameter der erste Schritt in unserer Konstruktion.
(2) Konstruktion von Formeinsätzen und Kernen.
Die wichtigsten Aspekte sind die Festigkeit und Steifigkeit des Formeinsatzes, die Größe der Dichtfläche, die Verbindung der Einsätze, die Anordnung der Schubstangen und Kühlpunkte usw. Die sinnvolle Kombination dieser Elemente ist die Grundvoraussetzung für die Lebensdauer der Form. Bei großen Formen ist es besonders wichtig, die Abstimmung der empfindlichen Teile auf die Dichtfläche zu berücksichtigen. Dies ist entscheidend, um vorzeitige Beschädigungen der Form und Aluminiumaustritt während des Druckgussprozesses zu verhindern. Außerdem erfordert es eine optimierte Formentlüftung und Formbearbeitungstechnologie.
(3) Entwerfen Sie die Formbasis und den Kernziehmechanismus.
Für kleine und mittelgroße Druckgussformen können Standard-Formböden verwendet werden. Bei großen Formen müssen Steifigkeit und Festigkeit des Formbodens berechnet werden, um zu verhindern, dass elastische Verformungen die Maßgenauigkeit des Druckgussteils während des Gießprozesses beeinträchtigen. Entscheidend für die Konstruktion des Kernziehmechanismus ist das Verständnis des Passspiels zwischen den beweglichen Komponenten und deren Positionierung. Unter Berücksichtigung der Wärmeausdehnung auf das Gleitspiel während des Betriebs des Formbodens sollte das Passspiel bei großen Formen zwischen 0.2 und 0.3 mm und das Stoßspiel des Formteils zwischen 0.3 und 0.5 mm liegen. Diese Werte werden abhängig von der Formgröße und den Erwärmungsbedingungen gewählt. Zur Positionierung zwischen dem geformten Schieber und dem Schiebersitz wird ein Vierkantkeil verwendet. Auch die Schmierung des Kernziehmechanismus ist ein wichtiger Konstruktionsaspekt. Dieser Faktor beeinflusst die Zuverlässigkeit des kontinuierlichen Betriebs der Druckgussform maßgeblich. Ein ausgezeichnetes Schmiersystem ist ein wichtiger Faktor zur Steigerung der Arbeitsproduktivität beim Druckgießen.
(4) Die Anordnung der Heiz- und Kühlkanäle und die Auswahl der Wärmebilanzkomponenten.
Da die heiße Flüssigkeit unter hohem Druck und hoher Geschwindigkeit in den Formhohlraum eintritt, erhitzt sie den Formeinsatz stark. Die Wärmeabfuhr ist ein wichtiges Problem bei der Formkonstruktion, insbesondere bei großen Druckgussformen. Das Wärmeausgleichssystem beeinflusst direkt die Abmessungen und die innere Qualität des Druckgussteils. Schnelle Installation und präzise Durchflussregelung sind die Entwicklungstrends moderner Wärmeausgleichssysteme für Formen. Mit der Weiterentwicklung der modernen Fertigungsindustrie werden Wärmeausgleichskomponenten zunehmend direkt nach dem Designmodell ausgewählt. Das heißt, die Komponentenhersteller liefern die zwei- und dreidimensionalen Daten der Komponenten direkt an den Anwender. Dies sichert nicht nur die Qualität der Komponenten, sondern verkürzt auch den Konstruktionszyklus.
(5) Entwerfen Sie den Startmechanismus.
Der Auswerfmechanismus lässt sich in zwei Arten unterteilen: mechanisches und hydraulisches Auswerfen. Beim mechanischen Auswerfen wird der Auswerfmechanismus der Anlage selbst genutzt, beim hydraulischen Auswerfen hingegen der im Werkzeug integrierte Hydraulikzylinder. Entscheidend für die Konstruktion des Auswerfmechanismus ist eine möglichst zentrische Anordnung der Schwerpunkte von Auswerf- und Auswurfkraft. Dies erfordert eine präzise Auswerfrichtung, hohe Steifigkeit und zuverlässige Betriebsstabilität. Bei großen Werkzeugen ist das Gewicht des Auswerfmechanismus relativ hoch. Durch dieses Gewicht können die Komponenten des Auswerfmechanismus und der Werkzeugrahmen die Auswerferstange verbiegen, was zu einem Auswerferstau führen kann. Gleichzeitig beeinflusst die starke Wärmeausdehnung des Werkzeugs den Auswerfmechanismus. Daher sind die Positionierung des Auswerferelements am Werkzeugrahmen und die feste Position der Auswerferführungsstange von entscheidender Bedeutung. Die Auswerferführungsstange dieser Formen ist in der Regel an der Formplatte befestigt. Formplatte, Unterlegscheibe und Formrahmen werden mittels eines Rundstifts oder Vierkantkeils mit größerem Durchmesser positioniert, um die Auswirkungen der Wärmeausdehnung auf den Auswerfmechanismus zu minimieren. Bei Bedarf können Wälzlager und Führungsplatten zur Unterstützung des Auswerfelements eingesetzt werden. Gleichzeitig ist bei der Konstruktion des Auswerfmechanismus auf die Schmierung der einzelnen Elemente zu achten. Formenkonstrukteure in Nordamerika verwenden üblicherweise eine spezielle Schmierplatte zur Schmierung der Auswerferstange an der Rückseite des beweglichen Formrahmens, um die Schmierung der ausgeworfenen Teile zu verbessern. Am Boden des beweglichen Formrahmens befindet sich eine Schmierölplatte mit einem Ölkanal, der mit der Durchgangsbohrung der Auswerferstange verbunden ist. Während des Betriebs wird Schmieröl nachgefüllt, um den Auswerfmechanismus zu schmieren und ein Verklemmen zu verhindern.
(6) Konstruktion des Führungs- und Positionierungsmechanismus.
Im gesamten Formaufbau hat der Führungs- und Positioniermechanismus den größten Einfluss auf die Stabilität der Form und wirkt sich direkt auf die Maßgenauigkeit des Druckgussteils aus. Der Führungsmechanismus der Form umfasst im Wesentlichen die Formschließführung, die Kernziehführung und die Druckführung. Im Allgemeinen sollten die Führungselemente Reibpaare aus Spezialmaterial verwenden, um Verschleiß zu minimieren. Gleichzeitig ist eine gute Schmierung unerlässlich. Zwischen jedem Reibpaar muss ein entsprechender Schmierölkreislauf eingerichtet sein. Besonders hervorzuheben ist, dass die Führungsstruktur des extra großen Gleitblocks üblicherweise aus einer Kupferführungshülse und einer robusten Führungssäule besteht. Eine präzise Positionierung gewährleistet den reibungslosen Lauf des Gleitblocks und die genaue Positionierung.
Der Formpositionierungsmechanismus umfasst im Wesentlichen die Positionierung zwischen dynamischen und statischen Formteilen, die Schub-Rückstell-Positionierung, die Positionierung zwischen Formschieber und Schiebersitz sowie die Positionierung zwischen dem Druckteil des Formrahmens und dem Formrahmen. Die Positionierung zwischen dynamischen und statischen Formteilen ist eine bewegliche Positionierung mit hoher Koordinationsgenauigkeit. Kleine Formen können direkt die konvexen und konkaven Flächen zwischen den Formeinsätzen nutzen. Große Druckgussformen erfordern spezielle Positioniermechanismen, um die Wärmeausdehnung zu kompensieren. Die Positioniergenauigkeit wird durch andere Positionierungsstrukturen beeinflusst, wie z. B. die Positionierung zwischen Komponenten. Diese ist fest und verwendet in der Regel Rundstifte und Vierkantkeile. Die Positionierung der konvexen und konkaven Flächen zwischen den Formeinsätzen gewährleistet eine präzise Positionierung zwischen den dynamischen und statischen Formteilen und verhindert Formfehler.
(7) Andere Konstruktionen wie Vakuum-, Extrusions- und Abgasmechanismen.
Zusätzlich zu den oben genannten Strukturen weisen einige Formen spezielle Anforderungen auf, wie z. B. ein Vakuumsystem, einen Extrusionsmechanismus und eine Wellenplattenentlüftung. Die Auslegung des Vakuumsystems entspricht im Wesentlichen der Auslegung der Dichtungsform. Um eine gute Dichtwirkung zwischen den Formteilen bei der üblichen Formarbeitstemperatur zu gewährleisten, wird in der Regel Silikonkautschuk zur Abdichtung verwendet. Entscheidend für die Auslegung des Extrusionsmechanismus ist die präzise Steuerung von Zeitpunkt und Menge der Extrusion, um den gewünschten Extrusionseffekt zu erzielen. Die Wellenplattenentlüftung ist eine zentrale Entlüftungsform. Dieses Verfahren findet insbesondere bei dünnwandigen Aluminium-Druckgussteilen, druckfesten Teilen mit hohen Kompaktheitsanforderungen und Magnesium-Druckgussteilen breite Anwendung. Der Spalt zwischen Wellenplatte und Formplatte muss ausreichend groß sein, darf aber kein Spritzen der Legierung während des Druckgussprozesses verursachen. Üblicherweise liegt der Spalt zwischen Wellenplatte und Formplatte zwischen 0.3 und 0.6 mm.
