1. Pomocou technológie rýchleho prototypovania a trojrozmerného softvéru vytvorte vhodný tvar odliatku a predbežne určte deliacu plochu, polohu vtokového systému a systém tepelnej rovnováhy formy. Podľa požiadaviek preveďte dvojrozmerný výkres odliatku na trojrozmerné objemové dáta. V závislosti od zložitosti odliatku a hrúbky jeho steny určte vhodnú mieru zmrštenia (zvyčajne 0.05%~0.06%), polohu a tvar deliacej plochy. Podľa údajov o stroji na tlakové liatie určte polohu a priemer vstrekovacieho piesta a počet odliatkov na jeden cyklus, vytvorte vhodné rozloženie odliatkov a následne trojrozmerný model vtokového a prepadového systému.
2. Vykonajte simuláciu prúdenia a teplotného poľa, aby ste ďalej optimalizovali vtokový systém a systém tepelnej rovnováhy formy. Po spracovaní údajov o odliatku, vtokovom systéme a prepadovom systéme zadajte do simulačného softvéru okrajové podmienky, napríklad parametre procesu odlievania, fyzikálne parametre zliatiny a údaje o odlievanom materiáli. Softvér dokáže simulovať plnenie zliatiny aj smer prúdenia tekutej zliatiny vo vnútri dutiny formy. Môže tiež simulovať tuhnutie a teplotné pole, aby sa ďalej optimalizoval vtokový systém a určila poloha chladiacich bodov formy.
Výsledky simulácie znázorňujú informácie o orientácii tekutej zliatiny a rozložení teplotného poľa počas celého procesu plnenia vo forme obrázkov a grafických zobrazení. Analýzou možno odhaliť miesta, na ktorých sa môžu vyskytnúť chyby. V následnom návrhu možno zlepšiť plnenie a predchádzať chybám odliatku alebo ich odstrániť napríklad zmenou polohy a orientácie vnútorného vtoku a pridaním zberného vrecka na trosku.
3. Navrhnite celkovú konštrukciu formy podľa 3D modelu. Počas simulácie možno navrhnúť všeobecné usporiadanie formy vrátane nasledujúcich aspektov:
(1) Navrhnite všeobecné usporiadanie formy podľa údajov o stroji na tlakové liatie.
Prvou úlohou pri návrhu všeobecného usporiadania je určiť polohu vstrekovania a priemer piesta. Poloha vstrekovania sa musí určiť tak, aby sa odliatok nachádzal v strede upínacej dosky stroja na tlakové liatie a aby štyri spojovacie tyče stroja neprekážali mechanizmu na vytiahnutie jadra. Poloha vstrekovania ovplyvňuje, či možno odliatok hladko vyhodiť z dutiny. Priemer piesta priamo ovplyvňuje vstrekovací pomer, a tým aj uzatváraciu silu potrebnú pre formu na tlakové liatie. Určenie týchto dvoch parametrov je preto prvým krokom nášho návrhu.
(2) Konštrukčné vložky a jadrá.
Hlavnými hľadiskami sú pevnosť a tuhosť tvarovacej vložky, veľkosť tesniacej plochy, vzájomné napojenie vložiek, usporiadanie vyhadzovacích kolíkov a chladiacich bodov a ďalšie faktory. Rozumná kombinácia týchto prvkov je základnou podmienkou zabezpečenia životnosti formy. Pri veľkých formách treba venovať osobitnú pozornosť spôsobu lícovania náchylných častí a tesniacej plochy. To je kľúčové na predchádzanie predčasnému poškodeniu formy a úniku hliníka počas tlakového liatia. Dôležité sú aj odvzdušnenie veľkej formy a technológia jej spracovania.
(3) Navrhnite základňu formy a mechanizmus na vytiahnutie jadra.
Pri malých a stredne veľkých formách na tlakové liatie možno priamo použiť štandardné základne foriem. Pri veľkých formách treba vypočítať tuhosť a pevnosť základne, aby sa zabránilo tomu, že jej pružná deformácia počas tlakového liatia ovplyvní rozmerovú presnosť odliatku. Pri návrhu mechanizmu na vytiahnutie jadra je kľúčové určiť vôľu medzi pohyblivými súčasťami a ich vzájomné polohovanie. Vzhľadom na vplyv tepelnej rozťažnosti na posuvnú vôľu počas prevádzky základne formy má byť lícovacia vôľa veľkej formy 0.2~0.3mm a dosadacia vôľa tvarovacej časti 0.3~0.5mm; zvolí sa podľa veľkosti formy a podmienok ohrevu. Na polohovanie medzi tvarovacím posúvačom a jeho lôžkom sa používa štvorcové pero. Mazanie mechanizmu na vytiahnutie jadra je tiež dôležitou súčasťou návrhu. Tento faktor priamo ovplyvňuje spoľahlivosť nepretržitej prevádzky formy na tlakové liatie. Kvalitný mazací systém je dôležitou súčasťou zvyšovania produktivity práce pri tlakovom liatí.
(4) Usporiadanie vykurovacích a chladiacich kanálov a výber komponentov tepelnej bilancie.
Keď vysokoteplotná tekutina vstupuje do dutiny formy vysokou rýchlosťou a pod vysokým tlakom, privádza do tvarovacej vložky veľké množstvo tepla. Odvod tohto tepla je problém, ktorý treba pri návrhu formy zohľadniť, najmä pri veľkých formách na tlakové liatie. Systém tepelnej rovnováhy priamo ovplyvňuje rozmery odliatku aj jeho vnútornú kvalitu. Trendom moderných systémov tepelnej rovnováhy foriem je rýchla inštalácia a presná regulácia prietoku. S rozvojom moderného spracovateľského priemyslu sa čoraz častejšie uplatňuje priamy výber navrhnutých komponentov tepelnej rovnováhy: výrobcovia komponentov dodávajú priamo ich dvojrozmerné a trojrozmerné dáta a konštruktéri si vyberajú podľa potrieb. Tak možno zabezpečiť kvalitu komponentov a zároveň skrátiť konštrukčný cyklus.
(5) Navrhnite spúšťací mechanizmus.
Vyhadzovací mechanizmus možno rozdeliť na dva typy: mechanické a hydraulické vyhadzovanie. Pri mechanickom vyhadzovaní sa na vysunutie používa vlastný vyhadzovací mechanizmus zariadenia, zatiaľ čo pri hydraulickom vyhadzovaní túto činnosť zabezpečuje hydraulický valec zabudovaný priamo vo forme. Pri návrhu vyhadzovacieho mechanizmu je kľúčové čo najviac zosúladiť stred výslednice vyhadzovacej sily so stredom výslednice sily potrebnej na uvoľnenie dielu. Mechanizmus preto musí mať správne vedenie vyhadzovania, dostatočnú tuhosť a spoľahlivú prevádzkovú stabilitu. Pri veľkých formách je vyhadzovací mechanizmus pomerne ťažký. Hmotnosť formy môže spôsobiť priehyb vyhadzovacej tyče v súčastiach mechanizmu a ráme, čo môže viesť k zaseknutiu vyhadzovania. Vyhadzovací mechanizmus výrazne ovplyvňuje aj tepelná rozťažnosť formy, preto je mimoriadne dôležité polohovanie vyhadzovacích prvkov voči rámu formy a upevnenie vodiacich stĺpikov vyhadzovača. Vodiac stĺpik vyhadzovača týchto foriem býva spravidla upevnený na upínacej doske. Doska, dištančná vložka a rám formy sa polohujú kolíkom alebo štvorcovým perom väčšieho priemeru, čím sa minimalizuje vplyv tepelnej rozťažnosti na vyhadzovací mechanizmus. V prípade potreby možno vyhadzovací prvok podoprieť valivými ložiskami a vodiacimi doskami. Pri návrhu mechanizmu treba zároveň dbať na mazanie jednotlivých prvkov.
Konštruktéri foriem v Severnej Amerike zvyčajne pridávajú na zadnú stranu pohyblivého rámu formy špeciálnu mazaciu dosku na mazanie vyhadzovacích tyčí, aby sa zlepšilo mazanie vyhadzovaných súčastí. Na spodnú časť pohyblivého rámu formy sa umiestni olejová mazacia doska s olejovým kanálom prepojeným s priechodným otvorom vyhadzovacej tyče. Počas prevádzky sa dopĺňa mazací olej, ktorý maže vyhadzovací mechanizmus a zabraňuje jeho zaseknutiu.
(6) Návrh vodiaceho a polohovacieho mechanizmu.
V celej konštrukcii formy má vodiaci a polohovací mechanizmus najväčší vplyv na jej stabilitu a priamo ovplyvňuje aj rozmerovú presnosť odliatku. Vodiaci mechanizmus formy zahŕňa najmä vedenie pri zatváraní formy, vedenie pri vyťahovaní jadra a vedenie vyhadzovača. Na obmedzenie opotrebovania a zvýšenie odolnosti proti nemu by vodiace prvky mali spravidla používať treciu dvojicu z osobitného materiálu. Nevyhnutné je aj kvalitné mazanie. Medzi každou trecou dvojicou musí byť vytvorený potrebný okruh mazacieho oleja. Osobitne treba zdôrazniť, že pri vedení mimoriadne veľkých posúvačov sa zvyčajne používa medená vodiaca objímka a pevný vodiaci stĺpik. Vhodná konštrukcia polohovania zabezpečuje plynulý pohyb posúvača a presné ustavenie.
Polohovací mechanizmus formy zahŕňa najmä polohovanie medzi pohyblivou a pevnou polovicou formy, polohovanie pri návrate vyhadzovača, polohovanie medzi tvarovacím posúvačom a jeho lôžkom a polohovanie medzi vyhadzovacou časťou rámu a rámom formy. Polohovanie medzi pohyblivou a pevnou polovicou formy je pohyblivé polohovanie, pri ktorom sa vyžaduje vyššia presnosť lícovania. Pri malých formách možno priamo použiť vypuklé a vyduté plochy medzi tvarovacími vložkami. Veľké formy na tlakové liatie musia používať osobitné polohovacie mechanizmy na elimináciu tepelnej rozťažnosti. Presnosť polohovania ovplyvňujú aj ďalšie typy polohovacích konštrukcií, ktorými sa súčiastky navzájom ustavujú; ide o pevné polohovanie, pri ktorom sa zvyčajne používajú okrúhle kolíky a štvorcové perá. Polohovanie pomocou vypuklých a vydutých plôch medzi tvarovacími vložkami zabezpečuje presné vzájomné ustavenie pohyblivej a pevnej časti formy a predchádza presadeniu formy.
(7) Ďalšie konštrukčné prvky, napríklad vákuový systém, vytláčací mechanizmus a odvzdušňovací mechanizmus.
Okrem vyššie uvedených konštrukčných prvkov majú niektoré formy osobitné požiadavky, ako sú vákuový systém, vytláčací mechanizmus a odvzdušňovanie vlnitou doskou. Návrh vákuového systému sa zameriava najmä na spôsob utesnenia. Na zachovanie dobrého tesnenia medzi tvarovacími časťami formy pri bežnej prevádzkovej teplote sa na utesnenie zvyčajne používa silikónová guma. Pri návrhu vytláčacieho mechanizmu je kľúčové regulovať načasovanie a množstvo vytláčania, aby sa dosiahol požadovaný účinok. Odvzdušňovanie vlnitou doskou je centralizovaný spôsob odvádzania vzduchu. Používa sa pomerne často, najmä pri odliatkoch z hliníkovej zliatiny s tenkou stenou, tlakových súčiastkach s vysokými požiadavkami na kompaktnosť a odliatkoch z horčíkovej zliatiny. Medzera vlnitej dosky musí byť dostatočne veľká, ale nesmie spôsobiť rozstrekovanie tekutej zliatiny počas tlakového liatia. Medzera vlnitej dosky sa zvyčajne udržiava v rozsahu 0.3~0.6mm.
