1. Utilizați tehnologia de prototipare rapidă și software de proiectare tridimensională pentru a stabili o formă adecvată a piesei turnate și pentru a determina preliminar suprafața de separație, poziția sistemului de turnare și sistemul de echilibrare termică a matriței. Convertiți desenul bidimensional al piesei turnate în date solide tridimensionale conform cerințelor. În funcție de complexitatea și grosimea pereților piesei turnate, determinați o contracție adecvată (de obicei 0.05%~0.06%), stabiliți poziția și forma suprafeței de separație, apoi, pe baza datelor mașinii de turnare sub presiune, selectați poziția și diametrul poansonului de injecție și numărul pieselor turnate pentru fiecare ciclu de matriță. Aranjați corespunzător piesele și apoi realizați modelarea tridimensională a sistemului de turnare și a sistemului de preaplin.
2. Efectuați simulări ale câmpului de curgere și ale câmpului de temperatură pentru a optimiza în continuare sistemul de turnare și sistemul de echilibrare termică a matriței. După procesarea datelor piesei turnate, ale sistemului de turnare și ale sistemului de preaplin, introduceți parametrii procesului de turnare, parametrii fizici ai aliajului și celelalte condiții la limită. Software-ul de simulare poate modela umplerea cu aliaj și mișcarea aliajului lichid în cavitatea matriței. De asemenea, poate simula solidificarea și câmpul de temperatură pentru optimizarea suplimentară a sistemului de turnare și determinarea poziției punctelor de răcire ale matriței.
Rezultatele simulării reprezintă prin imagini și grafice orientarea aliajului lichid și distribuția temperaturii pe parcursul umplerii. Analiza permite identificarea zonelor în care pot apărea defecte. În etapa următoare de proiectare, se pot modifica poziția și orientarea porții de injecție și se poate adăuga un buzunar de colectare a zgurii pentru a îmbunătăți umplerea și a preveni sau elimina defectele de turnare.
3. Proiectați structura generală a matriței pe baza modelului 3D. În timp ce se desfășoară simularea, se poate concepe configurația generală a matriței, care include următoarele aspecte:
(1) Realizați configurația generală a matriței pe baza datelor mașinii de turnare sub presiune.
În proiectarea configurației generale, primul pas este stabilirea poziției de injectare și a diametrului poansonului. Poziția de injectare trebuie aleasă astfel încât piesa turnată să fie centrată pe placa mașinii de turnare sub presiune și niciunul dintre cele patru tirante ale acesteia să nu interfereze cu mecanismul de extragere a miezului. Poziția de injectare determină și dacă piesa turnată poate fi ejectată ușor din cavitate. Diametrul poansonului influențează direct raportul de injectare și, prin urmare, forța de închidere necesară matriței pentru turnare sub presiune. Stabilirea acestor doi parametri este, așadar, primul pas al proiectării.
(2) Formează inserții și nuclee.
Considerentele principale sunt rezistența și rigiditatea inserției de formare, dimensiunea suprafeței de etanșare, îmbinările dintre inserții, dispunerea tijelor de împingere și a punctelor de răcire etc. Combinarea corectă a acestor elemente este esențială pentru durata de viață a matriței. În cazul matrițelor mari, trebuie analizate cu atenție metoda de potrivire a componentelor supuse uzurii și suprafața de etanșare. Acestea sunt esențiale pentru a preveni deteriorarea prematură a matriței și scurgerea aluminiului în timpul turnării sub presiune. De asemenea, trebuie luate în calcul evacuarea aerului din matrițele mari și tehnologia de prelucrare a matriței.
(3) Proiectarea plăcii de bază a matriței și a mecanismului de extragere a miezului.
Matrițele mici și medii pentru turnare sub presiune pot folosi direct plăci de bază standard. Pentru matrițele mari trebuie calculată rigiditatea și rezistența plăcii de bază, astfel încât deformarea elastică a acesteia să nu afecteze precizia dimensională a piesei turnate în timpul procesului. La proiectarea mecanismului de extragere a miezului, este esențial să se controleze jocul de montaj dintre componentele mobile și poziționarea acestora. Deoarece dilatarea termică influențează jocul de alunecare în timpul funcționării matriței, jocul de montaj pentru matrițele mari trebuie să fie între 0.2~0.3mm, iar jocul de îmbinare al părții de formare trebuie să fie între 0.3~0.5mm; valorile se aleg în funcție de dimensiunea matriței și condițiile de încălzire. Glisorul de formare se poziționează în suportul său cu o pană pătrată. Lubrifierea mecanismului de extragere a miezului este, de asemenea, un aspect esențial al proiectării, deoarece influențează direct fiabilitatea funcționării continue a matriței pentru turnare sub presiune. Un sistem de lubrifiere eficient contribuie la creșterea productivității muncii în turnarea sub presiune.
(4) Amenajarea canalelor de încălzire și răcire și selectarea componentelor echilibrului termic.
Deoarece lichidul fierbinte pătrunde cu viteză mare și la presiune ridicată în cavitatea matriței, inserția acesteia absoarbe multă căldură. Evacuarea acestei călduri este un aspect important al proiectării, mai ales în cazul matrițelor mari pentru turnare sub presiune. Sistemul de echilibrare termică influențează direct dimensiunea piesei turnate și calitatea sa internă. Instalarea rapidă și controlul precis al debitului sunt tendințe actuale în dezvoltarea sistemelor moderne de echilibrare termică a matrițelor. Odată cu dezvoltarea industriei de prelucrare, componentele pentru echilibrarea termică sunt tot mai des selectate și proiectate direct pe baza datelor bidimensionale și tridimensionale furnizate de producători. Utilizatorii le pot alege în funcție de necesități, asigurând astfel calitatea componentelor și scurtând ciclul de proiectare.
(5) Proiectează mecanismul de lansare.
Mecanismul de ejectare poate fi de două tipuri: mecanic sau hidraulic. Ejectarea mecanică folosește mecanismul de ejectare integrat în mașină, în timp ce ejectarea hidraulică este realizată de cilindrul hidraulic montat pe matriță. La proiectarea mecanismului de împingere, este esențial ca centrul rezultantei forțelor de împingere să fie cât mai concentric cu centrul rezultantei forțelor de desprindere. Prin urmare, mecanismul trebuie să asigure ghidarea corespunzătoare, rigiditate și stabilitate fiabilă în funcționare. La matrițele mari, mecanismul de ejectare este relativ greu. Greutatea sa și a cadrului poate devia tijele de împingere și poate provoca blocarea ejectării. Dilatarea termică a matriței influențează, de asemenea, în mare măsură mecanismul de ejectare. Din acest motiv, poziționarea elementelor ejectorului față de cadrul matriței și fixarea stâlpilor de ghidare ai împingătorului sunt foarte importante. De regulă, stâlpii de ghidare ai matrițelor de acest tip sunt fixați pe placa de prindere. Placa, distanțierele și cadrul matriței sunt poziționate cu un știft rotund sau cu o pană pătrată de diametru mai mare, pentru a reduce la minimum efectul dilatării termice asupra mecanismului de ejectare. Dacă este necesar, elementele de ejectare pot fi sprijinite cu rulmenți și plăci de ghidare. La proiectarea mecanismului trebuie avută în vedere și lubrifierea dintre componente. Proiectanții de matrițe din America de Nord montează adesea o placă specială pentru lubrifierea tijelor de împingere, pe partea din spate a cadrului mobil, pentru a îmbunătăți lubrifierea componentelor de ejectare. În partea inferioară a cadrului mobil se montează o placă pentru ulei de lubrifiere, prevăzută cu un canal care comunică cu orificiul traversant al tijei de împingere. În timpul funcționării se adaugă ulei de lubrifiere, pentru a lubrifia mecanismul de ejectare și a preveni blocarea acestuia.
(6) Proiectarea mecanismului de ghidare și poziționare.
În structura generală a matriței, mecanismul de ghidare și poziționare influențează cel mai mult stabilitatea matriței și afectează direct precizia dimensională a piesei turnate sub presiune. Mecanismele de ghidare ale matriței includ în principal ghidarea la închiderea matriței, ghidarea mecanismului de extragere a miezului și ghidarea împingătorului. În general, elementele de ghidare trebuie să formeze cu suprafețele de contact o pereche de frecare din materiale speciale, pentru a reduce uzura. Este indispensabilă și o lubrifiere adecvată. Între fiecare pereche de frecare trebuie prevăzut circuitul de ulei lubrifiant necesar. Trebuie remarcat în special că mecanismul de ghidare al glisoarelor foarte mari folosește, de regulă, bucșe de ghidare din cupru și coloane de ghidare dure. O soluție bună de poziționare asigură deplasarea lină a glisorului și poziționarea precisă.
Mecanismul de poziționare al matriței include poziționarea dintre matrițele mobilă și fixă, poziționarea la resetarea împingătorului, poziționarea dintre glisorul de formare și suportul său, precum și poziționarea dintre partea de împingere a cadrului și cadrul matriței. Poziționarea dintre matrița mobilă și cea fixă este mobilă și necesită o precizie ridicată de potrivire. La matrițele mici se pot utiliza direct suprafețele convexe și concave dintre inserțiile de formare. Matrițele mari pentru turnare sub presiune trebuie să utilizeze mecanisme speciale de poziționare pentru a compensa dilatarea termică. Precizia de poziționare a celorlalte structuri depinde de poziționarea componentelor între ele; acestea sunt poziționări fixe și se realizează, de regulă, cu știfturi rotunde și pene pătrate. Potrivirea suprafețelor convexe și concave dintre inserțiile de formare asigură poziționarea precisă a matrițelor mobilă și fixă și previne deplasarea acestora una față de cealaltă.
(7) Alte proiectări: sistemul de vidare, mecanismul de extrudare și mecanismul de evacuare a aerului.
Pe lângă structurile menționate mai sus, unele matrițe au cerințe speciale, precum un sistem de vidare, un mecanism de extrudare sau evacuarea aerului prin plăci ondulate. Proiectarea sistemului de vidare se referă în principal la metoda de etanșare. Pentru a menține o etanșare eficientă între elementele de formare ale matriței la temperatura normală de lucru, se utilizează de regulă garnituri din cauciuc siliconic. La proiectarea mecanismului de extrudare trebuie controlate momentul și cantitatea de material extrudat, pentru a obține efectul dorit. Evacuarea prin placă ondulată este o metodă centralizată de evacuare a aerului. Aceasta este folosită frecvent, mai ales pentru piesele turnate sub presiune din aliaj de aluminiu cu pereți subțiri, piesele rezistente la presiune care necesită o densitate ridicată și piesele din aliaj de magneziu.
Spațiul dintre plăcile ondulate trebuie să fie suficient de mare, dar nu atât de mare încât aliajul lichid să stropească în timpul turnării sub presiune. De regulă, acest spațiu este controlat între 0.3~0.6mm.
