1. Tehnologijom brze izrade prototipova i trodimenzionalnim softverom oblikujte odljevak te početno odredite razdjelnu ravninu, položaj uljevnog sustava i sustav toplinske ravnoteže kalupa. Prema zahtjevima pretvorite dvodimenzionalni nacrt odljevka u trodimenzionalne podatke čvrstog modela. Ovisno o složenosti i debljini stijenke odljevka odredite odgovarajuće skupljanje, koje je obično 0,05 %–0,06 %. Odredite položaj i oblik razdjelne ravnine. Na temelju podataka o stroju za tlačno lijevanje odaberite položaj i promjer ubrizgavajućeg klipa te broj odljevaka po ciklusu. Zatim razumno rasporedite odljevke i izradite trodimenzionalni model uljevnog i preljevnog sustava.
2. Provedite simulaciju strujanja i temperaturnog polja kako biste dodatno optimizirali uljevni sustav i sustav toplinske ravnoteže kalupa. Nakon obrade podataka o odljevku, uljevnom i preljevnom sustavu unesite rubne uvjete, kao što su parametri lijevanja i fizička svojstva legure. Simulacijski softver može prikazati punjenje šupljine te kretanje tekuće legure unutar nje, a može simulirati i skrućivanje i temperaturno polje. Rezultati pomažu optimizirati uljevni sustav i odrediti položaj rashladnih točaka kalupa. Rezultati simulacije prikazuju smjer strujanja tekuće legure i raspodjelu temperature tijekom cijelog punjenja. Analizom se mogu utvrditi područja u kojima bi se mogli pojaviti nedostaci. U sljedećoj fazi projektiranja moguće je promijeniti položaj i orijentaciju unutarnjeg uljevnog otvora ili dodati džep za skupljanje troske kako bi se poboljšalo punjenje te spriječili ili uklonili nedostaci odljevka.
3. Dizajnirajte cjelokupnu strukturu kalup prema 3D modelu. Dok je simulacijski proces u tijeku, možemo dizajnirati opću strukturu kalup, uključujući sljedeće aspekte:
(1) Izvedi opću konstrukciju oblikovanja kalup prema podacima stroja za čamac.
To je prva zadaća za određivanje položaja injekcije i promjera udara u općem rasporedu. Položaj injekcije treba odrediti kako bi se osiguralo da se dio za čamac nalazi u središtu čahure stroja za čahure, a četiri šipke uređaja za kleštanje ne mogu ometati mehanizam čahure. Položaj injekcije je vezan za to da li dio za čahure može biti glatko izbačen iz šupljine. ; Promjer punča izravno utječe na omjer injekcije, te stoga sila stezanja potrebna za kleštanje. Stoga, određivanje tih dva parametara je prvi korak u našem dizajnu.
(2) Projektiranje umetci i jezgre.
Pri projektiranju treba prvenstveno uzeti u obzir čvrstoću i krutost umetka za oblikovanje, veličinu brtvene površine, spojeve između umetaka, raspored potisnih šipki i rashladnih točaka te druge čimbenike. Njihova pravilna kombinacija osnovni je uvjet za dug vijek trajanja kalupa. Kod velikih kalupa posebno treba razmotriti način spajanja osjetljivih dijelova i izvedbu brtvenih površina. Time se sprječavaju prijevremena oštećenja kalupa i istjecanje aluminija tijekom tlačnog lijevanja. Važno je uzeti u obzir i odzračivanje velikog kalupa te tehnologiju njegove obrade.
(3) Projektiranje baze kalupa i mehanizma za izvlačenje jezgre.
Za male i srednje kalupe za tlačno lijevanje mogu se upotrijebiti standardne baze. Kod velikih kalupa potrebno je proračunati krutost i čvrstoću baze kako bi se spriječilo da njezina elastična deformacija tijekom lijevanja naruši dimenzijsku točnost odljevka. Pri projektiranju mehanizma za izvlačenje jezgre ključno je odrediti zazor između pomičnih dijelova i njihovo međusobno pozicioniranje. Zbog toplinskog širenja tijekom rada kalupa, zazor kod velikih kalupa treba biti 0,2–0,3 mm, a spojni zazor dijela koji oblikuje odljevak 0,3–0,5 mm; odabir ovisi o veličini kalupa i uvjetima zagrijavanja. Za pozicioniranje oblikovnog klizača u njegovu ležištu upotrebljava se četvrtasti ključ. Podmazivanje mehanizma za izvlačenje jezgre također je važno jer izravno utječe na pouzdanost neprekidnog rada kalupa za tlačno lijevanje. Kvalitetan sustav podmazivanja ključan je za povećanje produktivnosti lijevanja.
(4) Uređivanje kanala grijanja i hlađenja i odabir komponenti toplinske ravnoteže.
Tekućina visoke temperature ulazi u šupljinu kalupa velikom brzinom i pod visokim tlakom te prenosi mnogo topline na umetak. Odvođenje te topline važan je dio projektiranja kalupa, osobito velikih kalupa za tlačno lijevanje. Sustav toplinske ravnoteže izravno utječe na dimenzije odljevka i njegovu unutarnju kvalitetu. Suvremeni sustavi razvijaju se u smjeru brze montaže i precizne regulacije protoka. Razvoj industrijske obrade potiče i izravan odabir standardiziranih komponenti za toplinsku ravnotežu: proizvođači komponenti dostavljaju njihove dvodimenzionalne i trodimenzionalne podatke, a projektant odabire odgovarajuće rješenje prema potrebi. Time se osigurava kvaliteta komponenti i skraćuje vrijeme projektiranja.
(5) Dizajnirajte mehanizam lansiranja.
Mehanizam izbacivanja može biti mehanički ili hidraulički. Mehanički sustav koristi vlastiti izbacivački mehanizam stroja, dok hidraulički sustav pokreće cilindar ugrađen u kalup. Pri projektiranju treba nastojati da središte rezultantne sile izbacivanja bude što koncentričnije sa središtem sile koja oslobađa odljevak. Zato mehanizam mora imati dobro usmjerenje, krutost i pouzdanu stabilnost rada. Kod velikih kalupa sklop za izbacivanje može biti težak. Masa kalupa može uzrokovati otklon potisnih šipki i zaglavljivanje. Toplinsko širenje također znatno utječe na mehanizam, pa je osobito važno pozicionirati izbacivačke elemente u okviru kalupa i učvrstiti vodilice potisnih šipki. Kod ovih kalupa vodilice su obično pričvršćene na ploču. Ploča, podložna pločica i okvir pozicioniraju se klinovima većeg promjera ili četvrtastim ključevima kako bi se smanjio utjecaj toplinskog širenja na izbacivački mehanizam. Po potrebi se za oslanjanje izbacivačkih elemenata mogu upotrijebiti kotrljajući ležajevi i vodilne ploče. Pri projektiranju treba predvidjeti i podmazivanje svih elemenata. Projektanti kalupa u Sjevernoj Americi često na stražnju stranu pomične polovice okvira ugrađuju posebnu ploču za podmazivanje potisnih šipki. Ploča sadrži uljni kanal povezan s provrtima za šipke. Tijekom rada dodaje se ulje za podmazivanje mehanizma izbacivanja i sprječavanje zaglavljivanja.
(6) Projektiranje mehanizma za vođenje i pozicioniranje. U cjelokupnoj konstrukciji kalupa taj mehanizam najviše utječe na njegovu stabilnost, a izravno određuje i dimenzijsku točnost odljevka. Sustav vođenja obično obuhvaća vođenje pri zatvaranju kalupa, vođenje pri izvlačenju jezgre i vođenje potisnih elemenata. Radi smanjenja trošenja trebaju se upotrebljavati parovi kliznih elemenata od posebnih materijala. Nužno je i dobro podmazivanje, uz odgovarajući uljni kanal između svakog para kliznih elemenata. Kod vrlo velikih klizača obično se primjenjuju bakrena vodilna čahura i čvrst vodilni stup. Prikladno pozicioniranje osigurava glatko kretanje i precizno vođenje klizača. Mehanizam za pozicioniranje kalupa obuhvaća pozicioniranje pomične i nepomične polovice, pozicioniranje pri povratku potisnih elemenata, pozicioniranje klizača u ležištu te pozicioniranje potisnog sklopa u okviru kalupa. Pozicioniranje pomične i nepomične polovice dinamičko je i zahtijeva visoku točnost. Kod malih kalupa mogu se izravno upotrijebiti konveksne i konkavne površine između oblikovnih umetaka. Veliki kalupi za tlačno lijevanje zahtijevaju posebne mehanizme koji kompenziraju toplinsko širenje. Ostali načini pozicioniranja između pojedinačnih elemenata statični su i obično se izvode okruglim klinovima ili četvrtastim ključevima. Precizno spajanje konveksnih i konkavnih površina umetaka osigurava pravilno poravnanje pomične i nepomične polovice te sprječava pomak rubova kalupa.
(7) Ostala rješenja: vakuum, istiskivanje i odzračivanje. Uz prethodno opisanu konstrukciju neki kalupi zahtijevaju vakuumski sustav, mehanizam za istiskivanje i odzračivanje valovitom pločom. Projektiranje vakuumskog sustava prvenstveno obuhvaća oblik brtvljenja. Za dobro brtvljenje između oblikovnih dijelova pri normalnoj radnoj temperaturi kalupa obično se upotrebljava silikonska guma. Mehanizam za istiskivanje mora biti projektiran tako da se precizno kontroliraju vrijeme i količina istiskivanja. Odzračivanje valovitom pločom centralizirani je način odvođenja plinova. Često se primjenjuje kod dijelova od aluminijskih legura lijevanih pod tlakom s tankim stijenkama, tlačno opterećenih dijelova koji zahtijevaju visoku zbijenost te dijelova od magnezijevih legura. Zazor valovite ploče mora biti dovoljno velik da omogući odzračivanje, ali ne smije dopustiti prskanje tekuće legure tijekom lijevanja. Obično iznosi 0,3–0,6 mm.
