1. Используя технологию быстрого прототипирования и трехмерное программное обеспечение, определить рациональную форму отливки, а также первоначально установить поверхность разъема, положение системы заливки и систему теплового баланса пресс-формы. Преобразовать двухмерный чертеж отливки в трехмерные твердотельные данные в соответствии с требованиями, определить разумную степень усадки в зависимости от сложности и толщины стенки отливки (обычно 0.05%~0.06%), определить положение и форму поверхности разъема, а также определить положение и форму поверхности разъема в соответствии с данными литьевой машины, выбрать положение и диаметр инжекционного пуансона и количество отливаемых деталей на одну пресс-форму, выполнить рациональное размещение отливаемых деталей, а затем выполнить трехмерное моделирование литниковой системы и системы перелива.
2. Провести моделирование поля потока и температурного поля для дальнейшей оптимизации системы заливки в форму и системы теплового баланса формы. После обработки данных о литье, системе заливки и системе перелива ввести данные граничных условий, такие как параметры процесса литья нефрита, физические параметры сплава, и программное обеспечение для моделирования сможет смоделировать процесс заполнения сплава и тенденцию движения жидкого сплава внутри полости формы. Также можно выполнить моделирование затвердевания и моделирование температурного поля для дальнейшей оптимизации литниковой системы и определения местоположения точки охлаждения формы.
Результаты моделирования представляют информацию об ориентации жидкого сплава и распределении температурного поля на протяжении всего процесса заполнения в виде изображений, а также позволяют выявлять потенциально дефектные участки путем анализа. В дальнейшем проектировании для улучшения эффекта заполнения и предотвращения и устранения дефектов литья применяются такие меры, как изменение положения и ориентации внутреннего литникового канала и добавление мешка для сбора шлака.
3. Разработайте общую структуру пресс-формы в соответствии с 3D-моделью. В процессе моделирования мы можем разработать общую компоновку пресс-формы, включая следующие аспекты:
(1) Выполните общую компоновку формы в соответствии с данными литейной машины.
Первоочередной задачей при проектировании общей компоновки является определение положения впрыска и диаметра пуансона. Положение впрыска должно быть определено таким образом, чтобы отливка располагалась в центре плиты литейной машины, а четыре тяги литейной машины не мешали механизму выталкивания стержня. Положение впрыска влияет на плавность извлечения отливки из полости. Диаметр пуансона напрямую влияет на коэффициент впрыска и, следовательно, на усилие смыкания, необходимое для литейной формы. Поэтому определение этих двух параметров является первым шагом в нашем проектировании.
(2) Конструкция формовочных вставок и сердечников.
Главными факторами, которые необходимо учитывать, являются прочность и жесткость формовочной вставки, размер уплотнительной поверхности, соединение вставок, расположение толкателей и точек охлаждения и т.д. Разумное сочетание этих элементов является основным требованием для обеспечения срока службы пресс-формы. Для больших пресс-форм особенно важно учитывать способ сопряжения уязвимых частей и уплотнительной поверхности. Это ключ к предотвращению преждевременного повреждения пресс-формы и утечки алюминия в процессе литья под давлением. Также необходимы большие объемы вытяжной вентиляции и технология обработки пресс-форм.
(3) Разработайте основание пресс-формы и механизм извлечения стержня.
Для литьевых форм малого и среднего размера можно напрямую использовать стандартные основания. Для крупногабаритных форм необходимо рассчитать жесткость и прочность основания, чтобы предотвратить влияние упругой деформации основания на точность размеров отливаемой детали в процессе литья. Ключевым моментом в проектировании механизма вытягивания стержня является обеспечение зазора между подвижными элементами и их позиционирования. С учетом влияния теплового расширения на зазор скольжения в процессе работы основания формы, зазор для больших форм должен составлять от 0.2 до 0.3 мм, а зазор между формовочной деталью и основанием – от 0.3 до 0.5 мм, выбор которого зависит от размера формы и условий нагрева. Для позиционирования между формовочным ползунком и его седлом используется квадратный шпоночный ключ. Смазка механизма вытягивания стержня также является важным аспектом проектирования. Этот фактор напрямую влияет на надежность непрерывной работы литьевой формы. Отличная система смазки является важным фактором повышения производительности труда при литье под давлением.
(4) Расположение каналов нагрева и охлаждения и выбор компонентов теплового баланса.
Поскольку высокотемпературная жидкость поступает в полость пресс-формы с высокой скоростью и под высоким давлением, она передает много тепла вставке пресс-формы. Вопрос отвода этого тепла необходимо учитывать при проектировании пресс-формы, особенно для крупных литейных форм. Система теплового баланса напрямую влияет на размеры отлитой детали и ее внутреннее качество. Быстрая установка и точное управление потоком являются тенденцией развития современных систем теплового баланса пресс-форм. С развитием современной обрабатывающей промышленности выбор компонентов теплового баланса все чаще смещается в сторону прямого проектирования, то есть компании-производители компонентов напрямую предоставляют двухмерные и трехмерные данные компонента, проектируя его по запросу пользователя. Это позволяет не только обеспечить качество компонентов, но и сократить цикл проектирования.
(5) Разработайте механизм запуска.
Механизм выталкивания можно разделить на два типа: механический и гидравлический. При механическом выталкивании используется собственный механизм выталкивания оборудования, а при гидравлическом — гидравлический цилиндр, установленный на самой пресс-форме. Ключевым моментом при проектировании механизма выталкивания является стремление к максимально возможной концентричности центров выталкивающей и освобождающей сил, что требует от механизма выталкивания хорошей ориентации, жесткости и надежной стабильности работы. Для больших пресс-форм вес механизма выталкивания относительно велик. Компоненты механизма выталкивания и рамы могут деформировать толкатель из-за веса пресс-формы, вызывая заклинивание при выталкивании. В то же время, тепловое расширение пресс-формы также влияет на механизм выталкивания. Поэтому крайне важны позиционирование между элементом выталкивания и рамой пресс-формы, а также фиксированное положение направляющей стойки толкателя. Направляющая толкателя в этих пресс-формах обычно крепится к шаблону, а шаблон, прокладка и рама пресс-формы фиксируются круглым штифтом или квадратным ключом большего диаметра, что позволяет минимизировать влияние теплового расширения на механизм выталкивания. При необходимости для поддержки элемента выталкивания могут использоваться подшипники качения и направляющие пластины. При этом при проектировании механизма выталкивания следует уделять внимание смазке между элементами. Конструкторы пресс-форм в Северной Америке обычно добавляют специальную пластину для смазки толкателя на задней части подвижной рамы пресс-формы, чтобы улучшить смазку выталкиваемых компонентов. В нижней части подвижной рамы пресс-формы устанавливается пластина для смазки маслом, имеющая масляный канал, сообщающийся со сквозным отверстием толкателя. Смазочное масло добавляется во время работы для смазки механизма выталкивания и предотвращения заклинивания.
(6) Конструкция направляющего и позиционирующего механизма.
В общей конструкции пресс-формы направляющий и позиционирующий механизм является фактором, оказывающим наибольшее влияние на стабильность пресс-формы, а также напрямую влияющим на точность размеров отливки. Направляющий механизм пресс-формы включает в себя: направляющую закрытия пресс-формы, направляющую для вытягивания стержня и направляющую для толкания. Как правило, направляющие элементы должны быть изготовлены из специального материала с фрикционными элементами для уменьшения износа и снижения его сопротивления. В то же время, необходима хорошая смазка. Между каждой фрикционной парой должна быть создана необходимая система смазки. Следует особо отметить, что направляющая конструкция сверхбольшого скользящего блока обычно представляет собой направляющую в виде медной направляющей втулки и жесткой направляющей колонны, а использование хорошей системы позиционирования обеспечивает плавное движение скользящего блока и точное позиционирование.
Механизм позиционирования пресс-формы включает в себя: позиционирование между динамическими и статическими формами, позиционирование с помощью толкания и возврата, позиционирование между формовочным ползунком и его седлом, позиционирование между толкающей частью рамы и рамой пресс-формы и т. д. Позиционирование между динамическими и статическими формами представляет собой подвижное позиционирование, и точность координации выше. В небольших пресс-формах можно напрямую использовать выпуклые и вогнутые поверхности между формовочными вставками. В больших литейных формах необходимо использовать специальные механизмы позиционирования для устранения теплового расширения. На точность позиционирования влияют другие типы позиционирующих конструкций, такие как позиционирование между компонентами, фиксированное позиционирование, и обычно для позиционирования используются круглые штифты и квадратные ключи. Позиционирование выпуклых и вогнутых поверхностей между формовочными вставками обеспечивает точное позиционирование между динамическими и статическими формами и предотвращает появление неровностей на краях пресс-формы.
(7) Другие конструкции, такие как вакуумный, экструзионный и вытяжной механизмы.
Помимо вышеупомянутой конструкции, некоторые пресс-формы имеют особые требования, такие как вакуумная система, механизм экструзии и гофрированный вытяжной клапан. Конструкция вакуумной системы в основном связана с проектированием формы уплотнения. Для обеспечения хорошей герметизации между формовочными деталями при нормальной рабочей температуре пресс-формы обычно используется силиконовая резина. Ключевым моментом в проектировании механизма экструзии является контроль времени и количества экструзии для обеспечения эффекта экструзии. Вытяжной клапан с волнообразной пластиной представляет собой централизованную форму вытяжного клапана. Метод вытяжного клапана с волнообразной пластиной используется чаще, особенно для деталей из алюминиевых сплавов с тонкой толщиной стенок, деталей, устойчивых к давлению и требующих высокой плотности, а также деталей из магниевых сплавов. Зазор между волнообразными пластинами должен быть достаточно большим, но при этом не должно происходить разбрызгивания расплавленного сплава во время процесса литья под давлением; зазор между волнообразными пластинами обычно контролируется в пределах 0.3–0.6 мм.
