Конструктивные и формообразующие детали пресс-форм

Конструктивные детали

Основные детали по назначению делят на три группы: конструктивные; формообразующие и вспомогательные крепления.

Конструктивные детали служат для установки формообразующих деталей в подвижной и неподвижной полуформах, обеспечения их точного взаимного расположения и направления, а также для крепления пресс-форм к машине. К этим деталям относятся неподвижные плиты-обоймы, плиты подкладные и прижимные, плиты выталкивателей, бруски, постаменты, контртолкатели, направляющие колонки, направляющие втулки, упоры и др. Конструктивные детали должны быть достаточно прочными, не деформироваться под влиянием усилий, передаваемых формообразующими деталями при действии гидродинамического давления в процессе заполнения и при действии статического давления подпрессовки. При проектировании конструктивных деталей необходимо учитывать тепловые условия работы пресс-формы.

Наиболее широко применяемые материалы для изготовления корпусных деталей пресс-форм приведены в табл.57.

Для изготовления конструктивных деталей пресс-формы (плиты, выталкиватели, втулки, колонки и т.д.) применяют углеродистую и низколегированную стали 40,45,50 и 35ХМЛ (ГОСТ 977-88).

Важными и ответственными конструктивными деталями пресс-форм являются корпусные детали, к которым относятся неподвижные и подвижные обоймы.

Обоймы неподвижные и подвижные

Обоймы - плиты служат для крепления в пресс-форме вкладышей, вставок, гидро- и пневмоцилиндров, щек и стержней. В зависимости от конструкции, габаритных размеров и конфигурации вкладышей обоймы бывают прямоугольные, квадратные, круглые и др. Между неподвижной и подвижной обоймами проходит плоскость разъема пресс-формы. Отверстия под вкладыши в обоймах могут быть прямоугольными или круглыми, сквозными или несквозными. В любом случае при назначении габаритных размеров обойм необходимо предусматривать, чтобы расстояние от края обоймы до вкладыша было не менее 50 мм. В случае изготовления вкладышей из отдельных вставок необходимо рассчитывать толщину стенки обоймы, куда монтируют отдельные части вкладыша, так как возможно попадание жидкого металла в стык между ними и во время гидравлического удара обойма будет воспринимать большие нагрузки.

 

Конструктивные и формообразующие детали пресс-форм

Минимальная толщина обойм 40 мм. Если вкладыши устанавливают заподлицо с обоймами, то толщину обойм выдерживают в пределах 3-го класса точности. Если плоскость разъема проходит только по лицевым плоскостям вкладышей, то толщину обойм уменьшают на 1 -2 мм и допуском не ограничивают.

Анализ работы пресс-форм системы ’’Вайнгартен” (с 1976 по 1980 г.) показал, что имела место низкая стойкость неподвижной обоймы и неподвижной вставки. После съема 10-35 тыс. отливок на полу- формах образовались сквозные трещины. Данные о стойкости и характере трещин приведены в табл.58. Неподвижная обойма изготовлена из стали 42СrМo4 (ДИН 17007), а вставка- из стали 2344 (ДИН 1, стандарт ФРГ). Конструкции неподвижной и подвижной обоймы ’’Блок цилиндров” приведены на рис.68.

Неподвижная плита литейной машины служит для крепления неподвижной части пресс-формы к блоку прессования машины. В центре плиты находится отверстие, диаметр К глубина которого соответствуют диаметру и высоте фланца камеры прессования. Этим отверстием фиксируется неподвижная полуформа. В крепежных плитах пресс- форм машин с вертикальной камерой прессования делают отверстие под фланец литниковой втулки. Крепежная плита неподвижной обоймы является одновременно подкладной плитой, служащей опорой для вкладышей или стержней. Для крепления на машине плита имеет отверстия под болты или пазы. В некоторых случаях плиту изготовляют шире обоймы на 20 мм на сторону для крепления прихватами.

Таблица 58. Стойкость неподвижной обоймы пресс-форм фирмы 'Вайнгартен* при литье блоков цилиндров на УМПО

Конструктивные и формообразующие детали пресс-форм

Рис.68. Корпусные детали пресс-формы "Блок цилиндров”:

Конструктивные и формообразующие детали пресс-форм

1 - неподвижная обойма; 2 - подвижная обойма; 3 - подкладная плита

Подвижная обойма служит для крепления и монтажа формообразующих частей, механизмов толкателей, гидроцилиндров-ползунов и механизмов для удаления отливок. Она крепится к подвижной плите литейной машины (мелких и средних пресс-форм) или через подкладную плиту (пресс-форма ’’Блока цилиндров”).

Плита подкладная подвижной обоймы предназначена для восприятия во время запрессовки металла усилия, передаваемого через опирающиеся на нее сквозные вкладыши, вставки и неподвижные стержни. Чтобы устранить брак отливок по размерной точности, подкладная плита должна обладать достаточной жесткостью. Для пресс-форм малых и средних размеров толщина подкладной плиты может быть 30- 50 мм, для крупногабаритных пресс-форм - до 70 мм. В крупногабаритных пресс-формах с большими оформляющими полостями рекомендуется вместо толстой подкладной плиты устанавливать дополнительные упоры или увеличивать толщину брусков с тем, чтобы вкладыш частично опирался на них.

Плита выталкивателей и плита прижимная предназначены для монтажа и закрепления выталкивателей. Плиты скрепляют винтами. Толщина плиты выталкивателей определяется высотой головок выталкивателей. Плита прижимная воспринимает усилие упоров машины при раскрытии пресс-форм и поэтому должна быть достаточно жесткой. В этих плитах монтируют направляющие втулки для колонок, фиксирующих положение плит выталкивателей. При установке гидровыталкивателя в прижимной плите выполняют резьбовые отверстия для выталкивающих стержней или отверстие под центральный шток гидровыталкивателя.

Плита для неподвижных стержней служит для их монтажа и фиксации при выталкивании отливок трубчатыми выталкивателями. Закрепляют эту плиту между плитой основания и брусками. Толщина плиты зависит от размеров стержней и составляет 20-30 мм.

Плита основания служит для крепления подвижной части пресс- формы к подвижному блоку машины. В плите сверлят отверстия или пазы для крепления болтами подвижной полуформы на постаменте машины или же ее изготовляют шире остальных плит на 20 мм на сторону для крепления полуформы прихватами. В плите основания предусматривают отверстия под выталкивающие упоры.

Бруски (обычно два) монтируют между подкладной плитой и плитой основания. Длина брусков должна обеспечивать необходимый ход плит выталкивателей, расположенных между ними. Бруски имеют сквозные отверстия под болты для фиксации и крепления плиты основания и подвижной обоймы. В одном из брусков выполняют резьбовые отверстия под грузовые винты, необходимые для транспортировки пресс- формы. Площадь опоры брусков рассчитывают на смятие.

Рекомендуемые ряды толщин обоймы, врезных вкладышей, крепежных, подкладных и прижимных плит, плит выталкивателей и брусков приведены в табл.57. Эти толщины должны обеспечивать механическую прочность и работоспособность конструктивных деталей в условиях повышенных температур.

Упоры служат, во-первых, для того, чтобы воспринимать усилия от подкладной плиты, и, во-вторых, для фиксации положения плит выталкивателей. В первом случае их размеры и число требуют специального расчета, так как усилия, которые они должны воспринимать, зависят от размеров отливки. Во втором случае размеры упоров определяются только конструктивными соображениями. Упоры устанавливают в плите основания (или в плите для неподвижных стержней) и упирают торцами в подкладную плиту. Когда пресс-форму изготовляют на основании стандартного форм-пакета, упоры монтируют в подкладной плите - в этом случае они служат ограничителями хода. Рекомендуемый ряд диаметров упоров: 20, 30, 40, 50 и 60 мм. Длина упоров определяется главным образом ходом выталкивателей.

Формообразующие детали

К формообразующим деталям относятся детали, которые в процессе заливки соприкасаются с жидким металлом. Эти детали определяют внешние контуры и внутренние геометрические очертания и точность отверстий и каналов отливки. К ним также относятся стержни, ползуны, литниковые втулки и рассекатели.

Вкладыши. Формирование внешних контуров отливки происходит во вкладышах. Стойкость вкладышей определяет стойкость пресс- форм, а следовательно, и рентабельность производства и стоимость отливок. Вкладыши изготовляются из высоколегированных и легированных сталей. Выбор материалов для вкладышей, режимов термической обработки, эксплуатации является важнейшим вопросом, определяющим работоспособность вкладышей.

Вкладыши чаще всего имеют прямоугольный или круглый профиль. Габаритные размеры вкладышей устанавливаются исходя из размеров отливки. Расстояние от рабочей полости до края вкладыша принимается не менее 15-20 мм. Толщина тела вкладыша, учитывая необходимость достаточного посадочного места для стержней и возможных кусков - вставок, принимается равной глубине оформляющей тело отливки плюс 15-20 мм. Меньшая толщина тела вкладыша, особенно при литье высокотемпературных сплавов, может приводить к возникновению трещин в тонких сечениях.

Вставки. Вставками называют детали пресс-форм, которые служат для оформления внутренней поверхности отливки. Например, "неподвижная вставка" пресс-формы "Блок цилиндров” состоит из четырех или шести вставок, монтированных в неподвижной обойме.

При конструировании вкладышей и вставок рекомендуется соблюдать принцип равностенности сечений. Местные утолщения затрудняют термообработку и могут привести к короблению, закалочным трещинам и излишним внутренним напряжениям, снижающим стойкость вкладышей.

Вкладыши крепят в обоймах пресс-форм различными способами. Врезные вкладыши крепят винтами. Недостатком этого крепления является то, что по мере износа резьбы вкладыш может разбалтываться в гнезде. Сквозные вкладыши закрепляют в обоймах с помощью опорного буртика, высота которого (6-12 мм) зависит от усилия выталкивания отливки. Этот способ крепления более надежен и прост. Круглые вкладыши фиксируются в обоймах от поворота штифтами или шпонками. Оформляющую полость иногда изготовляют не в отдельных вкладышах, а в обойме, которую часто называют матрицей. Такие конструкции пресс-форм экономически нецелесообразны, их используют только для литья сплавов с низкой температурой плавления.

При литье сплавов с высокой температурой плавления применяют вкладыши, в которых оформляющая полость выполнена с двух сторон. Эти вкладыши делают сквозными и фиксируют опорными буртиками, располагающимися симметрично относительно плоскостей вкладыша.

Если отливка имеет сложные по конфигурации выемки или отверстия, оформляемые стержнями большой длины или сложной Формы, то вкладыши собирают из нескольких вставок. Применение вставок значительно сокращает затраты на механическую обработку пресс- формы. В некоторых случаях вставки делают с целью замены наиболее быстроизнашивающихся деталей оформляющей полости, подверженных непосредственному воздействию струи металла. Вставки должны тщательно подгоняться друг к другу. В противном случае образуются заливы металла, ухудшающие поверхность отливки или требующие дополнительной зачистки. Вставки устанавливают так, чтобы облой,

возникающий при попадании жидкого сплава в зазоры между вставкой и вкладышем, находился в направлении удаления отливки. Назначением вставок является также дополнительная вентиляция пресс- формы через воздухоотводы между самими вставками и между вставками и вкладышами.

Стержни. Стержни могут быть неподвижными и резьбовыми.

Неподвижные стержни устанавливают в пресс-форме перпендикулярно плоскости разъема. Для облегчения удаления отливки стержни имеют конусность или уклон. На стержнях, установленных в неподвижной полуформе, конусность должна быть больше, чтобы отливка при раскрытии пресс-формы осталась на стержнях подвижной части. Для предотвращения коробления и поломки отливок при их удалении около стержней в подвижной полуформе располагают дополнительные выталкиватели.

Неподвижные стержни крепят в пресс-форме различными способами. Наиболее распространен способ крепления стержней буртиком, опирающимся в пресс-форме на подкладную плиту. Высота Н посадочной части стержня зависит от размера его оформляющей части. При наличии врезных вкладышей стержни опираются на дно обоймы. Стержни небольшого диаметра рекомендуется пропускать через обойму до упора в подкладную плиту. Если в многогнездных пресс-формах, где центральный стержень является одновременно рассекателем, для съема отливок с неподвижных стержней применяют трубчатые выталкиватели, то стержни монтируют в дополнительной плите между брусками и плитой основания. Иногда для крепления таких стержней применяют планку или прижимную гайку. Для повышения устойчивости стержней и для получения в отливках глубоких отверстий небольших диаметров устанавливают замок, что дает возможность выполнять отверстия в отливках без облоя.

На рис.69 приведены различные способы фиксации неподвижных стержней во вкладышах или обоймах.

Конструктивные и формообразующие детали пресс-форм

Неподвижные и подвижные стержни имеют посадочную, направляющую и оформляющую части. Посадочная часть стержня служит для его закрепления в пресс-форме. Ее выполняют для неподвижных стержней по 2-му классу точности по плотной посадке, а для подвижных - по скользящей посадке. Посадочную часть стержней чаще всего делают цилиндрической (кроме крупногабаритных стержней). Направляющая часть стержней служит для их фиксации в оформляющей полости. Ее выполняют по 2-му классу точности по широкоходовой посадке при литье сплавов на основе свинца, олова, магния, алюминия или цинка и по теплоходовой посадке при литье латуни и черных сплавов. Направляющая часть стержня должна быть длинней его оформляющей части. Оформляющая часть стержня служит для получения в отливках внутренних полостей с заданной точностью.

Подвижные стержни оформляют все полости и отверстия в отливке, расположенные не перпендикулярно к плоскости разъема, а параллельно или под углом к ней. Подвижные стержни с помощью различных механизмов извлекаются из отливки или до раскрытия, или, чаще всего, во время раскрытия пресс-формы. Требования к оформляющей части этих стержней такие же, как и к оформляющей части неподвижных стержней. Чтобы обеспечить плавное поступательно-возвратное движение в пресс-форме подвижные стержни имеют увеличенную длину направляющей части. Это дает возможность избегать перекосов, заливов жидкого металла и подтеков смазки. Как правило, длина направляющей части подвижных стержней должна составлять не менее 2,25 их диаметра или высоты сечения.

Наиболее надежно и без перекосов работают подвижные стержни, направляющая часть которых расположена полностью в обойме или вкладыше. Для устранения перекосов стержня, расположенного в плоскости разъема пресс-формы, ползун стержня ставят в специальной направляющей втулке, закрепленной в обойме подвижной полу- формы. В неподвижной обойме сделано углубление под выступающую часть втулки. Полость ползуна защищена от попадания в нее грязи или жидкого металла втулкой.

Размеры направляющей части подвижных стержней с целью предохранения от попадания брызг и грязи, а также для обеспечения плавного хода стержня выполняют для алюминиевых и цинковых сплавов по широкоходовой посадке 2-го класса точности, для латуни - по теплоходовой посадке 2-го класса точности. Шероховатость поверхности посадочных соединений выполняют по 7-му классу, шероховатость поверхности оформляющей части стержня - по 8-10-му классам (ГОСТ 2789-73).

Ползуны или щеки оформляют наружные боковые поверхности и поднутрения отливок. В отличие от стержней щеками принято называть подвижные детали больших размеров. К щекам предъявляют те же требования, что и к подвижным стержням. Щеки состоят из оформляющей и направляющей деталей, соединяемых между собой с помощью штифтов, ласточкиного хвоста или хвостовика, входящего в Т-образный паз ползуна. В обойме движение щек также осуществляется по Т-образным пазам. Щеки делятся на две детали в целях экономии дорогостоящей легированной стали.

Литниковые втулки и рассекатели. Литниковые втулки предназначены для сопряжения пресс-формы с камерой прессования машины, рассекатели - для направления струи жидкого металла, поступающего через литниковые втулки, в каналы литниковой системы и далее в оформляющую полость. Литниковые втулки и рассекатели больше других деталей пресс-формы подвержены динамическому, химическому и термическому воздействию жидкого металла. Поэтому их всегда делают в виде сменных вставок.

Диаметр отверстий литниковой втулки пресс-формы машины с горизонтальной камерой прессования равен диаметру отверстия камеры прессования, так как втулка является продолжением камеры и в нее входит прессующий поршень. Рассекатель в виде сменной вставки служит не только для направления потока, но и для защиты подвижной обоймы от действия жидкого металла. Все формообразующие детали пресс-форм изготовляются преимущественно из высоколегированных хромовольфрамованадиевых и хромомолибденовых сталей мартенситного класса.

Литниковые втулки, наконечники, стаканы изготовляют из стали ЗХ2В8Ф, 4Х5МФС, 4Х5МФ1С. Однако применение одинаковых материалов для трущихся пар не всегда дает положительные результаты. Так, при литье алюминиевых сплавов высокую стойкость имели стаканы, изготовленные из магниевого чугуна марки ВЧ50-1.5, и наконечник, изготовленный из стали ЗОХМА, обработанные перед работой химико-термическим сульфоцианированием. Положительные результаты при литье алюминиевых сплавов были получены при изготовлении камеры прессования и наконечника из магниевого чугуна. В США одна фирма при литье алюминиевых сплавов изготовляет наконечники из бериллиевой бронзы, которые выдерживают 51000 циклов теплосмен.

Детали металлопровода к машине с вертикальной камерой прессования отличаются от деталей, указанных выше, не только конструкцией, но и условиями, при которых работают. Условия работы на этих машинах более тяжелые. Детали узла камеры прессования, соприкасающиеся с жидким металлом, следующие: стакан, пятка, литниковая втулка и рассекатель. Стойкость деталей металлопровода, изготовленных из стали ЗХ2В8Ф, при литье алюминиевых сплавов приведена ниже:

Конструктивные и формообразующие детали пресс-форм

Вследствие высоких требований к чистоте поверхности отливок и к точности размеров отливок, стойкость вкладышей, стержней и других деталей низкая.

Рассекателем называют стержень в подвижной половине пресс- формы, выступающий над линией разъема против литникового хода. Рассекатели предназначаются для сокращения времени образования напорного потока в литниковом ходе, для создания плавного хода и для извлечения литника из литникового хода при раскрытии пресс- формы. Рассекатели, как и литниковые втулки, испытывают большие тепловые и гидравлические нагрузки и быстро изнашиваются, поэтому их изготовляют в виде легкосменяемой втулки-стержня.

Конструкции рассекателей очень разнообразны. Наиболее распространенный тип рассекателей состоит из усеченного конуса с закруглением на концевой части, цилиндрической части и бурта. Цилиндрическая часть рассекателя для удержания литника обычно входит в литниковую втулку на 2-3 мм. Крепление рассекателей производится во вкладыше пуансона буртом высотой 5-8 мм. Посадочные размеры выполняются по 3-му классу точности. В некоторых случаях через рассекатель пропускают выталкиватель для съема отливки. Иногда в цилиндрической части рассекателя делают небольшую выемку для более надежного извлечения отливки из матрицы. В этом случае в рассекатель устанавливают выталкиватель. При съеме отливок плитой рассекатель крепится в задней плите. В незакаленных плитах ставят закаленные втулки. В некоторых случаях рассекатель может заменять стержень.

Смотрите также