1. A gyors prototípusgyártás és a háromdimenziós szoftverek segítségével alakítsunk ki megfelelő öntvényformát, és határozzuk meg kezdetben az osztósíkot, az öntőrendszer helyét és a szerszám hőegyensúlyi rendszerét. Az öntvény kétdimenziós rajzát alakítsuk át háromdimenziós szilárdtest-adatokká, majd az öntvény összetettsége és falvastagsága alapján határozzuk meg a megfelelő zsugorodási tényezőt (általában 0,05%~0,06%). Határozzuk meg az osztósík helyét és alakját, majd a nyomásos öntőgép adatai alapján válasszuk ki a fröccsdugattyú helyét és átmérőjét, valamint az egy szerszámciklusban készülő öntvények számát. Készítsünk megfelelő elrendezést az öntvényekhez, majd végezzük el az öntőrendszer és a túlfolyórendszer háromdimenziós modellezését.
2. Áramlási és hőmérsékleti szimulációval optimalizáljuk tovább a szerszám öntőrendszerét és hőegyensúlyi rendszerét. Az öntvény, az öntőrendszer és a túlfolyórendszer adatainak feldolgozása után adjuk meg a határfeltételeket, például az öntési folyamat paramétereit, az ötvözet fizikai tulajdonságait, majd a szimulációs szoftverrel modellezzük az ötvözet kitöltési folyamatát és a folyékony ötvözet mozgását a szerszámüregben. A szoftver a dermedést és a hőmérsékleti mezőt is szimulálja, ami segít az öntőrendszer további optimalizálásában és a szerszám hűtési pontjainak meghatározásában.
A szimuláció eredményei képek és ábrák formájában mutatják be a folyékony ötvözet áramlási irányát és a hőmérsékleti mező eloszlását a teljes kitöltési folyamat során. Az elemzés segítségével azonosíthatók a várhatóan hibás területek. A későbbi tervezés során az olyan intézkedések, mint a belső beömlő helyének és irányának módosítása, illetve salakfogó kialakítása, javítják a kitöltést, valamint megelőzik és kiküszöbölik az öntvényhibákat.
3. Tervezzük meg a szerszám teljes szerkezetét a 3D-s modell alapján. A szimulációval párhuzamosan elkészíthetjük a szerszám általános elrendezését, többek között az alábbiak szerint:
(1) A nyomásos öntőgép adatai alapján készítsük el a szerszám általános elrendezését.
Az általános elrendezés tervezésének első lépése a fröccsöntési pozíció és a fröccsdugattyú átmérőjének meghatározása. A fröccsöntési pozíciót úgy kell megválasztani, hogy az öntvény a nyomásos öntőgép lapjának közepére kerüljön, és a gép négy vezetőoszlopa ne ütközzön a magkihúzó mechanizmussal. A pozíció meghatározza, hogy az öntvény akadálytalanul kivethető-e a szerszámüregből. A fröccsdugattyú átmérője közvetlenül befolyásolja a nyomásviszonyt, ezáltal pedig a nyomásos öntőszerszámhoz szükséges záróerőt. Ezért e két paraméter meghatározása a tervezés első lépése.
(2) A formázó betétek és magok megtervezése.
A fő szempontok a formázó betét szilárdsága és merevsége, a tömítőfelület mérete, a betétek illesztése, valamint a kilökőrudak és a hűtési pontok elrendezése. E tényezők megfelelő összehangolása alapvető a szerszám élettartamának biztosításához. Nagy szerszámok esetén különösen fontos a kopásnak kitett alkatrészek és a tömítőfelületek illesztési módjának megtervezése. Ez kulcsfontosságú a korai szerszámkárosodás és az alumínium szivárgásának megelőzéséhez a nyomásos öntés során, valamint a nagy szerszám megfelelő légtelenítéséhez és megmunkálhatóságához.
(3) A szerszámalap és a magkihúzó mechanizmus megtervezése.
A kis és közepes méretű nyomásos öntőszerszámokhoz közvetlenül választható szabványos szerszámalap. Nagy szerszámoknál ki kell számítani az alap merevségét és szilárdságát, hogy a szerszámalap rugalmas deformációja ne befolyásolja az öntvény méretpontosságát a nyomásos öntési folyamat során. A magkihúzó mechanizmus tervezésénél kulcsfontosságú a mozgó alkatrészek illesztési hézagának és egymáshoz viszonyított helyzetének meghatározása. Figyelembe kell venni a hőtágulás hatását a szerszámalap működés közbeni csúszóhézagára. Nagy szerszámoknál az illesztési hézag 0.2~0.3mm, a formázó részek illesztési hézaga pedig 0.3~0.5mm legyen; a pontos értéket a szerszám mérete és a felmelegedés mértéke alapján kell megválasztani. A formázó csúszkát és a csúszkaüléket négyszögkulccsal kell pozicionálni. A magkihúzó mechanizmus kenése szintén fontos tervezési szempont, mivel közvetlenül befolyásolja a szerszám folyamatos működésének megbízhatóságát. A megfelelő kenőrendszer a nyomásos öntés termelékenységének növelésében is fontos szerepet játszik.
(4) A fűtő- és hűtőcsatornák elrendezése, valamint a hőegyensúlyi elemek kiválasztása.
Mivel a magas hőmérsékletű folyékony fém nagy sebességgel és nagy nyomással jut a szerszámüregbe, jelentős hőterhelést okoz a szerszámbetétben. Ennek a hőnek az elvezetését a szerszám tervezésekor mindenképpen figyelembe kell venni, különösen nagy nyomásos öntőszerszámok esetén. A hőegyensúlyi rendszer közvetlenül befolyásolja az öntvény méretét és belső minőségét. A gyors szerelhetőség és az áramlás pontos szabályozása a modern szerszámok hőegyensúlyi rendszereinek fejlődési iránya. A korszerű feldolgozóipar fejlődésével a hőegyensúlyi elemeket egyre gyakrabban kész, tervezésre alkalmas formában választják ki: a gyártó cégek közvetlenül biztosítják az alkatrészek kétdimenziós és háromdimenziós adatait. A tervező igény szerint választhat, így nemcsak az alkatrészek minősége garantálható, hanem a tervezési ciklus is lerövidíthető.
(5) A kilökőmechanizmus megtervezése.
A kilökés kétféleképpen valósítható meg: mechanikus vagy hidraulikus kilökéssel. A mechanikus változat a berendezés saját kilökőmechanizmusával, a hidraulikus pedig a szerszámba épített hidraulikus hengerrel végzi a kilökést. A kilökőmechanizmus tervezésénél arra kell törekedni, hogy a kilökőerő eredőjének középpontja és a leválasztóerő eredőjének középpontja minél inkább egybeessen. Ehhez a mechanizmusnak megfelelő vezetést, merevséget és megbízható működési stabilitást kell biztosítania. Nagy szerszámoknál a kilökőmechanizmus tömege jelentős lehet. Az alkatrészek és a keret tömege elhajlíthatja a kilökőrudat, ami kilökési elakadást okozhat. A szerszám hőtágulása szintén jelentős hatással van a kilökőmechanizmusra. Ezért kiemelten fontos a kilökőelemek pozicionálása a szerszámkerethez képest, valamint a kilökőrúd-vezetőoszlopok rögzítési helye. Az ilyen szerszámok kilökőrúd-vezetőoszlopait általában a sablonra rögzítik, a sablont, a távtartót és a szerszámkeretet pedig nagyobb átmérőjű kerek csapokkal vagy négyszögkulcsokkal pozicionálják, hogy minimálisra csökkentsék a hőtágulás kilökőmechanizmusra gyakorolt hatását. Szükség esetén gördülőcsapágyak és vezetőlemezek használhatók a kilökőelemek alátámasztására. A kilökőmechanizmus tervezésekor az elemek közötti kenésre is ügyelni kell. Az észak-amerikai szerszámtervezők gyakran külön kenőlemezt szerelnek a mozgó szerszámfél hátoldalára a kilökőrudak kenéséhez, ezzel javítva a kilökőelemek kenését. A mozgó szerszámfél aljára kenőolajlemezt szerelnek, amelyet olajcsatorna köt össze a kilökőrudak átmenő furataival. A munka során betöltött kenőolaj keni a kilökőmechanizmust, és megelőzi az elakadást.
(6) A vezető- és pozicionáló mechanizmus megtervezése.
A szerszám teljes szerkezetében a vezető- és pozicionáló mechanizmusok befolyásolják leginkább a működés stabilitását, és közvetlenül hatnak az öntvény méretpontosságára is. A szerszám vezetőrendszere főként a szerszámzárás, a magkihúzás és a kilökés vezetését foglalja magában. A kopás csökkentése érdekében általában speciális anyagból készült súrlódó párokat kell alkalmazni. A megfelelő kenés szintén elengedhetetlen, ezért minden súrlódó párhoz ki kell alakítani a szükséges kenőolaj-ellátást. Különösen fontos, hogy a rendkívül nagy csúszkák vezetéséhez általában réz vezetőhüvelyt és edzett vezetőoszlopot alkalmaznak. A csúszka akadálytalan mozgását és pontos pozicionálását megfelelő pozicionáló szerkezettel kell biztosítani.
A szerszám pozicionáló mechanizmusai közé tartozik a mozgó és álló szerszámfelek egymáshoz viszonyított pozicionálása, a kilökőmechanizmus visszaállításának pozicionálása, a formázó csúszka és a csúszkaülék közötti pozicionálás, valamint a keret kilökőelemeinek és a szerszámkeretnek az egymáshoz viszonyított pozicionálása. A mozgó és álló szerszámfelek pozicionálása mozgó pozicionálás, amely nagy illesztési pontosságot igényel. Kis szerszámoknál közvetlenül alkalmazhatók a formázó betétek közötti domború és homorú felületek. Nagy nyomásos öntőszerszámoknál speciális pozicionáló mechanizmusra van szükség a hőtágulás kiküszöbölésére. A pozicionálási pontosságra a többi pozicionáló szerkezet is hatással van. Ezek az alkatrészek közötti rögzített pozicionálást biztosítják, általában kerek csapokkal és négyszögkulcsokkal. A formázó betétek domború és homorú felületei pontosan illesztik egymáshoz a mozgó és álló szerszámfelet, és megakadályozzák a szerszámfelek elcsúszását.
(7) Egyéb kialakítások, például vákuum-, extrudáló- és légtelenítő mechanizmusok.
A fentieken kívül egyes szerszámok különleges követelményeket támasztanak, például vákuumrendszerre, extrudáló mechanizmusra vagy hullámoslemez-alapú légtelenítésre van szükség. A vákuumrendszer tervezése elsősorban a tömítés kialakítását jelenti. Annak érdekében, hogy normál üzemi hőmérsékleten a szerszám formázó elemei között megfelelő legyen a tömítés, általában szilikongumit használnak. Az extrudáló mechanizmus tervezésénél az időzítés és az extrudálás mértékének szabályozása a kulcs a megfelelő hatás biztosításához. A hullámos lemezes légtelenítés központosított megoldás. Ezt a módszert gyakran alkalmazzák, különösen vékony falú alumíniumötvözet-öntvényeknél, nagy tömörséget igénylő, nyomásálló alkatrészeknél, valamint magnéziumötvözetből készült nyomásos öntvényeknél. A hullámos lemez hézagának elég nagynak kell lennie, de úgy, hogy az öntés során ne fröccsenhessen ki az ötvözet. A hézag általában 0.3~0.6mm.
