Мелкосерийные пресс-формы! Заказать >>

Проектирование пресс-форм

При проектировании пресс-форм особое внимание следует обращать на особенности пресс-форм для литья под давлением черных металлов, так как этот процесс еще только осваивается. Некоторые из указанных ниже особенностей будут справедливы и для литья бронзы. Основные особенности литья под давлением черных металлов следующие.
1. Пресс-формы следует проектировать только в виде блок-форм даже при массовом производстве отливок, так как вкладыши быстро выходят из строя. Один блок может быть использован для изготовления многих деталей.
2. Вкладыши нужно проектировать целковые без кусков — вставок. Применение отдельных вставок приводит к быстрому выходу вкладышей из строя из-за смятия в стыках и появления большого облоя, который нарушает ритм работы машины ввиду трудности удаления отливок из рабочей полости пресс-форм.
3. Радиусы закруглений в углах по сравнению с алюминиевыми сплавами во избежание быстрого появления трещин в острых углах должны быть увеличены.
4. Выталкивание отливок предпочтительнее осуществлять плитой.
5. Выталкиватели следует применять ступенчатые, особое внимание необходимо обращать на выбор оптимально допустимых зазоров.
6. Предусматривать возможность быстрой замены выталкивателей и стержней и иметь запасные.
7. Сечение впускного отверстия для металла необходимо увеличить по сравнению с алюминиевыми сплавами по толщине и ширине. Для плоских деталей типа пластин толщина литникового канала в месте подвода должна быть равна .телу отливки с небольшим пережимом для указания места отрезки, а на противоположном конце она должна быть в 1,5—2 раза толще. Такие размеры литникового канала обеспечивают лучшие условия для питания отливки.
8. Пресс-формы должны иметь подогрев индукционными или электрическими нагревателями сопротивления.
9. Для повышения стойкости вкладышей необходимо предусматривать обязательный промежуточный отпуск их для снятия напряжений как при литье стали, так и при литье бронзы и латуни. При этом температура применяемого отпуска должна быть на 30—50° С ниже основного отпуска, применяемого для вкладышей, а продолжительность отпуска должна быть более 6 ч с последующим медленным охлаждением. Интервал между отпусками зависит от многих факторов, но он должен быть таким, чтобы первый и последующие отпуски проводились до начала появления трещин. Это мероприятие повышает стойкость вкладышей в 1,5—3 раза.
Пресс-формы для литья под давлением высокотемпературных сплавов быстрее выходят из строя, поэтому выбор стойких материалов для вкладышей, а также выбор наиболее оптимального режима эксплуатации пресс-форм нужно предусматривать еще при их проектировании.
Важным вопросом при литье цветных сплавов является определение исполнительных размеров элементов пресс-форм вследствие нестабильности линейной усадки. Свободная линейная усадка алюминиевых сплавов, как видно из табл. 41, находится в пределах от 0,8 до 1,6%, а затрудненная — от 0,3 до 0,8%. Колебания усадки зависят от применяемой марки сплава, изменения химического состава сплава в процессе разливки, степени насыщения жидкого металла газами в процессе его плавки и разливки; температуры металла, поступающего в рабочую полость, температуры подогрева пресс-форм, способа ведения процесса (обычный, вакуумный, кислородный), степени затруднения усадки со стороны рабочей полости и др.
В настоящее время почти все машины для литья под давлением работают по полуавтоматическому циклу. Химический состав сплава, содержание газов, температуры подогрева пресс-форм и металла, поступающего в рабочую полость, при этом процессе не контролируются. Следовательно, изменить колебания усадки от указанных выше факторов очень трудно, а в зависимости от степени затруднения усадки — вообще невозможно. В связи с этим размеры рабочей полости задаются с учетом последующей доводки, которая иногда занимает очень много времени.
Расчет исполнительных размеров рабочей полости пресс-форм приведен в работах [6, 12, 20, 33]. Однако необходимо отметить, что без накоплений соответствующими специалистами опыта по доводке пресс-форм могут быть ошибки, вызывающие большой объем дополнительной работы.

НОРМАЛИЗАЦИЯ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ ПРЕСС-ФОРМ

Процесс изготовления пресс-форм для литья под давлением является тру-, доемким. На изготовление пресс-форм весом 13—20 т затрачивается 10 000— 15 000 чел-ч, а стоимость их достигает 150 000 руб. Самые крупные пресс-формы весят 30—45 т. Такие пресс-формы изготовляют более года.
Сущность нормализации пресс-форм сводится к ограничению числа их конструкций. Нормализуются выталкиватели, стержни, плиты, направляющие колонки и втулки, ползуны, фиксаторы, замки, упоры, вкладыши, приводы выталкивателей и стержней, постаменты, гидравлические стержнедержатели, блоки и отдельные узлы. Нормализуются также стаканы, наконечники, пятки и литниковые втулки. Нормализация стаканов, камер сжатия и наконечников плунжера предусматривает не только первоначальные размеры, но также и ремонтные размеры. Например, для машин модели 512 предусматривается возможность шестикратного использования стаканов и наконечников:
Номер ремонтного
размера .... 1 2 3 4 5
Диаметр стакана в
мм...... 100 100,5 101 101,5 102
Диаметр наконечника в мм . . . 99,85 100,35 100,85 101,35 101,85
Нормализация позволяет заранее изготовлять детали (в виде заготовок или полностью), узлы, блоки, которые затем собираются в узлы или в пресс-формы. Это сокращает время на изготовление пресс-форм и снижает их стоимость.
Наиболее интересная работа по унификации и нормализации пресс-форм проведена на предприятиях Ленинградского оптико-механического объединения (ЛОМО) под руководством д-ра техн. наук С. П. Митрофанова. В результате проведенной работы по унификации 600 наименований деталей были установлены четыре группы — А, Б, В и Г. В группу А выделено 42% наименований деталей, группу Б —25%, группу В—21% и группу Г—12%. Разделение деталей на группы производилось по признакам, указанным В п. 7.
В процессе работы выяснилось, что в этих укрупненных группах необходимо создать подгруппы, которые окончательно определили типы конструкций пресс-форм. Объединение отливок по группам дало возможность создать унифицированные, типовые пакеты и блоки для каждой группы и подгруппы. Разбивка на группы позволила также установить для каждой группы свою типовую литниковую систему, что значительно упростило выбор их в процессе проектирования пресс-форм.
Что касается поверхности разъема пресс-форм, то последняя определялась конструкцией отливки. При этом необходимо учитывать следующее: 1) поверхность разъема пресс-форм выбирается так, чтобы будущая отливка могла легко удаляться из нее; 2) она должна совпадать с плоскостью наибольшего сечения отливки; 3) наибольшая плоскость отливки должна находиться в подвижной части пресс-формы для того, чтобы после ее раскрывания отливка оставалась всегда в ней.
Для 600 наименований деталей было создано девять унифицированных пакетов, из них четыре для группы А, два для группы Б, один для группы В и два для группы Г.
В группу А входили круглые и прямоугольные детали типа рамок с площадью проекции отливки на поверхность разъема пресс-формы S = 80, 200 и 400 см2. Литник для всей группы был принят центральный. Отливки с S = 80 см2 изготовлялись на машине Полак 408. Для отливки этой подгруппы создано два унифицированных пакета ФЛ1 и ФЛ2: один для съема отливок плитой, а другой для съема выталкивателями. Отливки с S = 200 и 400 см2 изготовлялись соответственно на машинах моделей 511 и 512. Для этой подгруппы созданы пакеты ФЛЗ и ФЛ4 со съемом отливок выталкивателями.
В группу Б входили круглые детали с S = 80 и 200 см2, для которых принят боковой литник; съем отливок производился выталкивателями. Отливки изготовлялись соответственно на машинах Полак 408 и 511. Для этих подгрупп созданы унифицированные пакеты ФЛ5 и ФЛ6.
В группу В входили прямоугольные детали типа крышек с S = 400 см2, которые изготовлялись на машине модели 515. Для них принят боковой литник со съемом отливок выталкивателями. Для изготовления этой группы деталей создан унифицированный пакет ФЛ7.
В группу Г входили детали с одним или двумя боковыми отверстиями с S = = 200 и 400 см2, для которых принят литник в центре и сбоку. Съем отливок производился выталкивателями. Отливки соответственно изготовлялись на машинах модели 511 и 512. Для изготовления подгрупп деталей созданы унифицированные пакеты ФЛ8 и ФЛ9.
Пакет представляет собой постоянный комплекс деталей и узлов, одинаковый для всех отливаемых деталей, входящих в какую-либо группу (А, Б, В, Г). Для законченной литейной пресс-формы пакет оснащают вкладышами для данной отливки и дополнительно производят мелкие доработки пакета. Пакеты изготовляются заранее небольшими партиями и находятся в собранном виде (без вкладышей) в инструментальном цехе. Большинство деталей пакетов одинаковы по своей конструкции, поэтому стало возможным изготовлять их увеличенными партиями, а это позволило применять типовые технологические процессы и групповую оснастку.
Дальнейшая работа по унификации пресс-форм для литья под давлением привела к еще более совершенному виду — блок-формам.
Блок, так же как и пакет, состоит из определенного комплекса деталей и узлов, в обоймах которого имеются гнезда под сменные оформляющие отливку вкладыши. Блок постоянно закреплен на литейной машине. Конструкция блока позволяет, не снимая его с машины, производить смену вкладышей на все детали той или иной группы. Пример пресс-формы или блока со сменными вкладышами, где крепление вкладыша производится болтами. Унифицированные пресс-формы с быстросменными вкладышами нашли широкое применение в промышленности. Эта особенность конструкции дает возможность изготовить по одному комплекту деталей блока на каждую подгруппу и производить отливку деталей, заменяя только вкладыши.
Недостатком блока является принудительное направление литниковой системы, что не всегда позволяет применить наиболее рациональный подвод металла к отливке. Кроме того, применение блоков сопряжено с изготовлением точных, взаимозаменяемых вкладышей.
Недостатком пакетов является и то, что при смене вкладышей их необходимо снимать с машины и производить переборку.
Для осуществления полной взаимозаменяемости вкладышей необходимо в инструментальном цехе иметь калибры и контркалибры, воспроизводящие все размеры ранее изготовленных блоков.
Несмотря на указанные недостатки, блоки успешно применяются в производстве. Одновременно с применением блоков применяются и пакеты, так как существующие типоразмеры блоков не могут полностью охватывать всю номенклатуру отливаемых деталей методом литья под давлением. Внедрение унифицированных форм-пакетов и блоков значительно расширяет возможности применения метода литья под давлением при мелкосерийном производстве, так как без больших затрат позволяет создать единую пресс-форму для деталей, идущих малыми партиями. Проектирование и изготовление пакетов и блоков менее трудоемко, чем проектирование и изготовление специальных или обычных пресс-форм.
С применением пакетов трудоемкость проектирования пресс-форм уменьшилась на 30%, а трудоемкость изготовления пресс-форм в инструментальном цехе снизилась иа 25%. Еще большее снижение трудоемкости дает применение блоков, которое составляет соответственно 40 и 50%.
Метод групповой технологии литья под давлением и экономичный метод конструирования пресс-форм применяется на многих заводах страны, накоплен большой опыт по его применению. В настоящее время созрела необходимость обобщения опыта и создания руководящего материала или общегосударственных нормалей.
Подлежат также унификации постаменты, которые предназначаются для крепления в него подвижной части пресс-формы и фиксации системы выталкивателей и механизма, приводящего в движение эту систему. В универсальных постаментах укрепляются нормализованные пакеты. Задняя часть постамента укрепляется на подвижной части машины в формодержателе.
В работе [54] описана серия универсальных постаментов, из которых УП1—УП4 предназначены для машины Полак 408, УП5 и УП6 — для машин Полак 600 и 1220; УП7 — для машин Полак 900 и 2225. Универсальный постамент УП1 предназначается для заливки в разъем пресс-формы и ручного сбрасывания отливки с неподвижной стороны, УП2 — для заливки также в разъем пресс-формы, но с механическим сбрасыванием (съемом) отливки с подвижной стороны; УПЗ и УП4 — для заливки в разъем и центральной заливки со сбрасыванием отливок выталкивателями; УП5 — для механического сбрасывания отливок при обратном ходе прессующего механизма машин, а также при настройке для сбрасывания отливок плитой и выталкивателями; УП6 — для ручного сбрасывания отливок реечным механизмом; УП7 — для гидравлического сбрасывания отливок.
Универсальные постаменты по существу выполняют работу блоков, но к каждому из них созданы нормализованные пакеты.
Разработаны и применяются также универсальные сборные формы (УСФ), которые при сравнительно небольшом количестве применяемых деталей и узлов позволяют получать разнообразные конструкции пресс-форм. В универсальных сборных формах оказалось возможным из одних и тех же элементов создать большое количество различных вариантов конструкций пресс-форм и типоразмеров блоков. Эта система действует много лет и практически используется для 95% изготовляемых деталей способом литья под давлением. Исключение составляют особо сложные по конструкции или крупногабаритные отливки, для которых еще не созданы нормализованные блоки. При разработке универсальных сборных форм учитывались следующие конструктивные особенности: 1) количество разъемов — одноразъемные и многоразъемные; 2) съем отливок — плитой и выталкивателями; 3) профиль вкладыша — круглые, прямоугольные; 4) количество гнезд — одногнездные и многогнездные; 5) габаритные размеры вкладышей; 6) длина хода бокового стержня — 15, 25 и 40 мм; 7) высота подвижных и неподвижных плит блоков; 8) длина хода выталкивателей.
Конструкция блоков для одноразъемных пресс-форм мало отличается от ранее созданных блоков. Блоки для многоразъемных пресс-форм предусматривают возможность дополнительного разъема, перпендикулярного разъему с любой из трех или четырех сторон. Движение боковых ползунов обеспечивается наклонными клиньями. В плитах предусматриваются отверстия для прямоугольных вкладышей. Специальными в этих пресс-формах являются только вкладыши и плиты, в которых устанавливаются стержни; они вместе со стержнями крепятся к ползунам болтами или штифтами.
Для получения сложной отливки при использовании универсального блока требуется изготовить только оформляющие вкладыши и стержни. Отпадает необходимость в изготовлении плит, приводов стержней и привода выталкивателей. Отличительной особенностью созданных блоков и всей системы нормализации является то, что блоки имеют сборную конструкцию. Это обеспечивает возможность применения большого количества вариантов одних и тех же конструкций с разными толщинами плит, с различным ходом выталкивания и с различной длиной хода боковых стержней. Элементы блоков собраны в простейшие узлы. Один и тот же узел имеет определенное количество вариантов в зависимости от предусмотренного числа плит разной высоты, длины стержней, хода и т. д.
По принятой системе в универсальных сборных формах предусмотрены следующие узлы.
1. Узел крепления неподвижной плиты. Для обеспечения возможности установки пресс-форм на различные машины предусмотрена унификация их крепления. Крепление плиты по конструкции выполнено двух типов — для машин с вертикальной и горизонтальной камерой прессования. Для машин с вертикальной камерой прессования предусмотрена унификация литниковых втулок и т. д.
2. Узел неподвижных плит. В одной разъемной пресс-форме узел собирается из неподвижной плиты, имеющей отверстие под оформляющий вкладыш, литниковой втулки, четырех направляющих колонок, рым-болта для подъема пресс-формы и кожуха, предохраняющего рабочего от брызг металла при запрессовке. Варианты сборок плит зависят от толщин неподвижных плит, размеров вкладышей, количества гнезд (отверстий под вкладыши), длины направляющих колонок и от типа машины. Длина направляющих колонок, в свою очередь, зависит от высоты подвижных плит. Этот узел в многоразъемных и одноразъемных пресс-формах имеет аналогичную конструкцию.
3. Узел подвижных плит. Варианты сборок плит зависят от толщины подвижных плит, размеров вкладышей и длины хода боковых стержней, так как в зависимости от этого меняются ползуны и упоры для них.
4. Узел подкладных плит. Этот узел имеет отверстия под вкладыши и выступающую часть направляющих втулок, установленных в подвижной плите, и направляющие колонки плит толкателей. Все плиты выполняются толщиной 30 мм, а варианты сборок их зависят только от габаритных размеров и количества гнезд.
5. Узел стойки. Узел состоит из стойки и запрессованных в нее двух шпилек, обеспечивающих правильное взаимное расположение подкладных плит и плит крепления. Количество вариантов стоек зависит от размеров плит и длины хода выталкивателей.
6. Узел плит выталкивателей. Для обеспечения нормальной работы без перекосов всей системы выталкивания плиты выталкивателей перемещаются по четырем направляющим колонкам. Выталкиватели во вкладышах установлены свободно с зазором в 0,5 мм. Число вариантов узла плит выталкивателей зависит от размеров, конфигурации и количества гнезд в пресс-форме. Толщина плит выталкивателей устанавливается постоянной для всех пресс-форм.
7. Узел плиты съема. Этот узел состоит из подкладной плиты, выталкивателей, имеющих отверстия для вкладышей, и четырех упоров. Толщина плит съема и высота упоров постоянные. Число вариантов зависит только от габаритных размеров пресс-формы.
8. Плита крепления. Плита имеет отверстия под вкладыши и пазы для крепления пресс-формы к постаменту машины. Толщина плит для всех пресс-форм постоянная.
Возможность использования для разных конструкций пресс-форм одних и тех же узлов является одним из важнейших преимуществ системы универсальных сборных форм (УСФ).
Изготовленные узлы, установленные по типоразмерам, хранятся в стеллажах. Отдельно хранятся и собранные оформляющие вкладыши и все специальные детали пресс-форм. Сборка их осуществляется наладчиком литейного цеха. Так как посадочные размеры всех вкладышей выполняются по скользящей и ходовой посадке 3-го класса точности системы отверстий, то сборка, как правило, никаких затруднений не вызывает. Сборка производится по технологической карте.