Ճնշաձուլման կաղապարի նախագծման, մշակման և արտադրության գործընթացը

1. Արագ նախատիպավորման տեխնոլոգիայի և եռաչափ ծրագրերի միջոցով ստեղծել ձուլվածքի ողջամիտ ձևը և նախապես որոշել բաժանման մակերեսը, լցման համակարգի դիրքն ու կաղապարի ջերմային հավասարակշռման համակարգը։ Եռաչափ պինդ մոդելը ստանալ երկչափ ձուլվածքի գծագրից՝ ըստ պահանջների։ Ձուլվածքի բարդությունից և պատի հաստությունից ելնելով՝ որոշել ողջամիտ կծկման չափը (սովորաբար 0.05%~0.06%), բաժանման մակերեսի դիրքն ու ձևը։ Ճնշաձուլման մեքենայի տվյալների հիման վրա ընտրել ներարկման մխոցի դիրքն ու տրամագիծը և յուրաքանչյուր կաղապարով ձուլվող դետալների քանակը, կազմել ճնշաձուլման դետալների ողջամիտ դասավորություն, ապա եռաչափ մոդելավորել լցման և արտահոսքի համակարգերը։

2. Կատարել հոսքի և ջերմաստիճանի դաշտերի մոդելավորում՝ կաղապարի լցման համակարգն ու ջերմային հավասարակշռման համակարգը հետագա օպտիմալացնելու համար։ Ձուլվածքի, լցման համակարգի և արտահոսքի համակարգի տվյալները մշակելուց հետո մոդելավորման ծրագրում մուտքագրել սահմանային պայմանների տվյալները, օրինակ՝ ճնշաձուլման գործընթացի պարամետրերն ու համաձուլվածքի ֆիզիկական հատկությունները։ Ծրագիրը կարող է մոդելավորել համաձուլվածքի լցման գործընթացը և հեղուկ համաձուլվածքի շարժումը կաղապարի խոռոչում, ինչպես նաև պնդացման և ջերմաստիճանային դաշտերը՝ լցման համակարգն ավելի օպտիմալացնելու և կաղապարի հովացման կետերի դիրքը որոշելու համար։
Մոդելավորման արդյունքներում պատկերների և գրաֆիկների ձևով ներկայացվում են ամբողջ լցման ընթացքում հեղուկ համաձուլվածքի ուղղվածությունն ու ջերմաստիճանային դաշտի բաշխումը։ Վերլուծությամբ կարելի է գտնել հնարավոր թերությունների տեղերը։ Հետագա նախագծման ժամանակ կիրառվում են այնպիսի միջոցառումներ, ինչպիսիք են ներքին ներարկման մուտքի դիրքն ու ուղղությունը փոխելը և խարամի հավաքման գրպան ավելացնելը՝ լցման արդյունքը բարելավելու և ձուլման թերությունները կանխելու կամ վերացնելու համար։

3. Կաղապարի 3D մոդելի հիման վրա նախագծել դրա ընդհանուր կառուցվածքը։ Մոդելավորումը շարունակվելիս կարելի է նախագծել կաղապարի ընդհանուր դասավորությունը, որը ներառում է հետևյալ կետերը՝

(1) Կաղապարի ընդհանուր դասավորությունը նախագծել ըստ ճնշաձուլման մեքենայի տվյալների։

Ընդհանուր դասավորության առաջին խնդիրն է որոշել ներարկման դիրքն ու մխոցի տրամագիծը։ Ներարկման դիրքը պետք է որոշվի այնպես, որ ճնշաձուլված դետալը գտնվի ճնշաձուլման մեքենայի սալի կենտրոնում, և մեքենայի չորս ձգող ձողերը չխանգարեն միջուկը քաշող մեխանիզմին։ Այս դիրքը որոշում է՝ արդյոք դետալը հնարավոր կլինի սահուն հանել խոռոչից։ Մխոցի տրամագիծն անմիջականորեն ազդում է ներարկման հարաբերակցության և, հետևաբար, կաղապարի համար անհրաժեշտ սեղմող ուժի վրա։ Այդ պատճառով այս երկու պարամետրերի որոշումը նախագծման առաջին քայլն է։

(2) Նախագծել ձևավորող ներդիրներն ու միջուկները։

Հիմնականում պետք է հաշվի առնել ձևավորող ներդիրի ամրությունն ու կոշտությունը, հերմետիկացման մակերեսի չափերը, ներդիրների միացումը, արտամղիչ ձողերի և հովացման կետերի դասավորությունը և այլն։ Այս տարրերի ճիշտ համադրությունը կաղապարի ծառայության ժամկետն ապահովելու հիմնական պայմանն է։ Խոշոր կաղապարների դեպքում հատկապես պետք է դիտարկել մաշվող մասերի և հերմետիկացման մակերեսի համակցման եղանակը։ Սա կարևոր է կաղապարի վաղաժամ վնասումը և ճնշաձուլման ընթացքում ալյումինի արտահոսքը կանխելու համար։ Դա անհրաժեշտ է նաև խոշոր կաղապարի օդահեռացման և մշակման տեխնոլոգիայի համար։

(3) Նախագծել կաղապարի հիմքն ու միջուկ քաշող մեխանիզմը։

Փոքր և միջին չափի ճնշաձուլման կաղապարների համար կարելի է ուղղակի ընտրել ստանդարտ հիմքեր։ Խոշոր կաղապարների հիմքի կոշտությունն ու ամրությունը պետք է հաշվարկել, որպեսզի ճնշաձուլման ընթացքում դրա առաձգական դեֆորմացիան չազդի դետալի չափային ճշգրտության վրա։ Միջուկ քաշող մեխանիզմի նախագծման կարևոր կետերն են շարժական բաղադրիչների միջև տեղավորման բացակի և դրանց փոխադարձ դիրքավորման ճիշտ սահմանումը։ Կաղապարի աշխատանքի ընթացքում հիմքի ջերմային ընդարձակման ազդեցությունը հաշվի առնելով՝ խոշոր կաղապարների տեղավորման բացակը պետք է լինի 0.2~0.3mm, իսկ ձևավորող մասի միացման բացակը՝ 0.3~0.5mm՝ կախված կաղապարի չափից և տաքացման պայմաններից։ Ձևավորող սահնակի և սահնակի հենակի միջև դիրքավորման համար օգտագործվում է քառակուսի բանալի։ Միջուկ քաշող մեխանիզմի քսումն էլ նախագծման կարևոր մաս է․ այն անմիջականորեն ազդում է ճնշաձուլման կաղապարի շարունակական աշխատանքի հուսալիության վրա։ Քսման արդյունավետ համակարգը ճնշաձուլման արտադրողականությունը բարձրացնելու կարևոր բաղադրիչ է։

4) Հավասարակշռվածության եւ ջերմային բաղադրամասերի ընտրությունը ։

Բարձր ջերմաստիճանի հեղուկը բարձր արագությամբ և բարձր ճնշմամբ լցվում է կաղապարի խոռոչ և մեծ քանակությամբ ջերմություն փոխանցում կաղապարի ներդիրին։ Այս ջերմությունը հեռացնելը կաղապարի նախագծման ժամանակ պարտադիր լուծվող խնդիր է, հատկապես խոշոր ճնշաձուլման կաղապարներում։ Ջերմային հավասարակշռման համակարգն անմիջականորեն ազդում է ձուլված դետալի չափերի և ներքին որակի վրա։ Ժամանակակից կաղապարների ջերմային հավասարակշռման համակարգերի զարգացման միտումներն են արագ տեղադրումը և հոսքի ճշգրիտ կառավարումը։ Արդի մշակող արդյունաբերության զարգացման շնորհիվ ջերմային հավասարակշռման բաղադրիչները հաճախ ընտրվում են պատրաստի նախագծային տարբերակով․ բաղադրիչներ արտադրող ընկերություններն ուղղակի տրամադրում են երկչափ և եռաչափ տվյալները, իսկ նախագծողն ընտրում է անհրաժեշտ տարբերակը։ Սա կարող է ապահովել բաղադրիչների որակը և կրճատել նախագծման ցիկլը։

5. ա) Բացարձակ մեխանիզմ սահմանիր ։

Արտամղման մեխանիզմները լինում են երկու տեսակի՝ մեխանիկական և հիդրավլիկ։ Մեխանիկական արտամղման դեպքում շարժումը կատարում է սարքավորման սեփական արտամղման մեխանիզմը, իսկ հիդրավլիկ արտամղման դեպքում՝ կաղապարում տեղադրված հիդրավլիկ գլանը։ Արտամղման մեխանիզմի նախագծման հիմնական խնդիրն է հնարավորինս համակենտրոնացնել արտամղման արդյունարար ուժի կենտրոնը և արձակումից առաջացող արդյունարար ուժի կենտրոնը։ Դրա համար մեխանիզմը պետք է ունենա ճիշտ ուղղորդում, կոշտություն և հուսալի աշխատանքային կայունություն։ Խոշոր կաղապարներում արտամղման մեխանիզմը համեմատաբար ծանր է։ Կաղապարի քաշի պատճառով մեխանիզմի բաղադրիչներն ու շրջանակը կարող են շեղել արտամղիչ ձողը և առաջացնել խցանում։ Միաժամանակ կաղապարի ջերմային ընդարձակումը նույնպես զգալիորեն ազդում է արտամղման մեխանիզմի վրա։ Հետևաբար չափազանց կարևոր են արտամղիչ տարրի և կաղապարի շրջանակի միջև դիրքավորումը և արտամղիչի ուղղորդող սյուների ամրացման դիրքը։ Այս կաղապարներում ուղղորդող սյուները սովորաբար ամրացվում են թիթեղին, իսկ թիթեղը, միջադիրն ու կաղապարի շրջանակը դիրքավորվում են մեծ տրամագծով կլոր քորոցով կամ քառակուսի բանալիով՝ արտամղման մեխանիզմի վրա ջերմային ընդարձակման ազդեցությունը նվազագույնի հասցնելու համար։ Անհրաժեշտության դեպքում արտամղիչ տարրը կարելի է հենել գլորող առանցքակալներով և ուղղորդող թիթեղներով։ Արտամղման մեխանիզմը նախագծելիս պետք է նաև հաշվի առնել բաղադրիչների միջև քսումը։ Հյուսիսային Ամերիկայի կաղապարների նախագծողները հաճախ շարժական կաղապարի շրջանակի հետևում ավելացնում են հատուկ քսման թիթեղ՝ արտամղիչ ձողերը յուղելու և արտամղվող բաղադրիչների քսումը բարելավելու համար։ Շարժական կաղապարի շրջանակի ստորին հատվածում տեղադրվում է քսայուղի թիթեղ՝ անցուղով, որը միանում է արտամղիչ ձողի միջանցիկ անցքին։ Աշխատանքի ընթացքում յուղ է ավելացվում՝ արտամղման մեխանիզմը քսելու և խցանումը կանխելու համար։

(6) Ուղղորդող և դիրքավորման մեխանիզմի նախագծում։
Կաղապարի ամբողջ կառուցվածքում ուղղորդող և դիրքավորման մեխանիզմն ամենամեծ ազդեցությունն ունի կաղապարի կայունության վրա և անմիջականորեն ազդում է ձուլվածքի չափային ճշգրտության վրա։ Կաղապարի ուղղորդող մեխանիզմը հիմնականում ներառում է կաղապարի փակման ուղեցույցը, միջուկ քաշող մեխանիզմի ուղեցույցը և արտամղման ուղեցույցը։ Սովորաբար մաշվածությունը նվազեցնելու և մաշակայունությունը բարձրացնելու համար ուղղորդող տարրերում պետք է կիրառել հատուկ նյութերից շփման զույգեր։ Անհրաժեշտ է նաև ապահովել լավ քսում․ յուրաքանչյուր շփման զույգի միջև պետք է նախատեսել համապատասխան յուղի անցուղի։ Հատկապես պետք է նշել, որ շատ մեծ սահնակի ուղղորդող կառուցվածքում սովորաբար օգտագործվում են պղնձե ուղղորդող թև և կարծր ուղղորդող սյուն։ Սահնակի սահուն ընթացքն ու ճշգրիտ դիրքավորումն ապահովելու համար պետք է կիրառել լավ դիրքավորման ձև։
Կաղապարի դիրքավորման մեխանիզմը հիմնականում ներառում է շարժական և անշարժ կաղապարների միջև դիրքավորումը, արտամղման և հետադարձման դիրքավորումը, ձևավորող սահնակի և սահնակի հենակի միջև դիրքավորումը, շրջանակի արտամղման մասի և կաղապարի շրջանակի միջև դիրքավորումը և այլն։ Շարժական ու անշարժ կաղապարների միջև դիրքավորումը շարժական տեսակ է և պահանջում է ավելի բարձր համադրման ճշգրտություն։ Փոքր կաղապարներում կարելի է ուղղակի օգտագործել ձևավորող ներդիրների ուռուցիկ և գոգավոր մակերեսները։ Խոշոր ճնշաձուլման կաղապարներում ջերմային ընդարձակումը վերացնելու համար անհրաժեշտ են հատուկ դիրքավորման մեխանիզմներ։ Դիրքավորման ճշգրտության վրա ազդում են նաև այլ դիրքավորման կառուցվածքներ՝ բաղադրիչների միջև ամրացված դիրքավորման տարրերը, որոնց համար սովորաբար օգտագործվում են կլոր քորոցներ և քառակուսի բանալիներ։ Ձևավորող ներդիրների ուռուցիկ ու գոգավոր մակերեսների դիրքավորումը ապահովում է շարժական և անշարժ ձևերի ճիշտ համընկնումն ու կանխում կաղապարի շեղված եզրերի առաջացումը։

(7) Այլ նախագծումներ, օրինակ՝ վակուումային, արտամղման և ալիքավոր թիթեղով օդահեռացման մեխանիզմները։
Բացի վերը նշված կառուցվածքներից՝ որոշ կաղապարներ ունեն հատուկ պահանջներ, օրինակ՝ վակուումային համակարգ, արտամղման մեխանիզմ կամ ալիքավոր թիթեղով օդահեռացում։ Վակուումային համակարգի նախագծումը հիմնականում կնիքի ձևի ընտրությունն է։ Կաղապարի ձևավորող մասերի միջև նորմալ աշխատանքային ջերմաստիճանում լավ հերմետիկություն պահպանելու համար որպես կնիք սովորաբար օգտագործվում է սիլիկոնե ռետին։ Արտամղման մեխանիզմի նախագծման հիմնական խնդիրն է վերահսկել արտամղման պահը և ծավալը՝ ցանկալի ազդեցությունն ապահովելու համար։ Ալիքավոր թիթեղով օդահեռացումը կենտրոնացված օդահեռացման եղանակ է։ Այն հաճախ կիրառվում է, հատկապես բարակ պատերով ալյումինե համաձուլվածքի ճնշաձուլվածքների, բարձր խտություն պահանջող ճնշակայուն մասերի և մագնեզիումի համաձուլվածքի ճնշաձուլվածքների համար։ Ալիքավոր թիթեղի բացակը պետք է բավական մեծ լինի, սակայն չպետք է թույլ տա, որ ճնշաձուլման ընթացքում համաձուլվածքի հեղուկը ցայտի։ Բացակը սովորաբար սահմանվում է 0.3~0.6mm։