Проектирование и изготовление пресс-формы

Пресс-форма должна отвечать следующим основным требованиям:

обеспечивать получение моделей с заданной точностью и чистотой поверхности;

- иметь минимальное число разъемов при обеспечении удобного и быстрого извлечения моделей;

-   иметь устройства для удаления воздуха из рабочих полостей;

    быть технологичными в изготовлении, долговечными и удобными в работе.

Выбор типа пресс-формы зависит от точности, предъявляемой к отливкам, свойств модельного состава и характера производства.

Изготавливаем пресс-форму из стали 35 т.к. этот материал хорошо зарекомендовал себя в этой области применения, он более долговечен по сравнению с легкими сплавами.

Пресс-форму проектируют на основании чертежа отливки.

Изготовление рабочей полости пресс-формы должно производиться с точностью, обеспечивающей получение отливки по 5-7 классам точности, в зависимости от конструкции, размеров и требований к отливкам. Однако не следует ужесточать условия изготовления пресс-форм, назначая более высокие классы точности, так как неизбежные колебания усадки модельного состава, формы и металла сводят на нет высокую точность размеров, полученную в пресс-форме. Практически точность размеров рабочей полости пресс-форм должна быть на 1-2 класса выше требуемой точности отливок.

Величину допуска на размер в пресс-форме рекомендуется принимать не более одной пятой величины допуска на размер отливки. Таким образом пресс-форма для отливки «Пробка» относится к 6 классу точности по ГОСТ 26645-85 и имеет шероховатость рабочей поверхности Rz 80.

Для обеспечения изготовления пресс-форм с минимальной доводкой рекомендуется уточненный расчет размеров рабочей полости пресс-форм по следующим формулам:

для наружных размеров отливки

_пф = l_отл + l_отл (К / 100) - 0,5 Δ_о = l_отл (1 + (К / 100)) - 0,5 ∙ Δ_о, (3)

для внутренних размеров

_пф = l_отл + l_отл (К / 100) + 0,5 Δ_о = l_отл (1 + (К / 100)) + 0,5 ∙ Δ_о, (4)

где l_пф - номинальный размер рабочей полости пресс-форм, мм;_отл - номинальный размер отливки, мм;

Δ_о -допуск на размер отливки, мм;

К- коэффициент суммарной линейной усадки, %, равная:

К = У_мод - У_ф ± У_мет (5)

У_мод - свободная линейная усадка моделей, %;

У_ф - среднее линейное расширение формы при прокалке перед заливкой, %;

У_мет - свободная линейная усадка металла, %.

Уменьшение или увеличение номинального размера пресс-формы на половину несимметричного допуска (0,5 Δ_о) в формулах производится для того, чтобы размер пресс-формы, а, следовательно, модели и отливки совпадал со средним, а не номинальным чертежным размером.

При симметричном допуске на размер (плюс - минус) увеличивать или уменьшать номинальный размер пресс-форм на 0,5 Δ_о не следует.

Литниковое отверстие пресс-формы имеет следующее назначение:

обеспечение заполнения полости пресс-формы;

снижение давления в моделях до удаления их из пресс-формы с целью предотвращения местного вспучивания поверхности.

При выборе размера литникового отверстия необходимо учитывать давление и температуру при запрессовке модельного состава, конструкцию и размеры модели, а также ее положение в пресс-форме. На основании опытных данных размер отверстия по диаметру рекомендуется делать не менее 5 мм.

Для обеспечения точного соединения половин пресс-формы друг с другом применяются центрирующие штыри. Основание и крышка пресс-формы скрепляются откидными болтами с барашками.

Стержни предназначены для выполнения в моделях отверстий и полостей, которые не могут быть выполнены непосредственно пресс-формой, поэтому отверстие в модели получается с помощью металлического стержня, который извлекается из пресс-формы сверху. Для удобства его извлечения из пресс-формы необходимо предусмотреть ручку.

Изготовление моделей

деталь отливка металл модель

Процесс изготовления моделей включает операции приготовления модельных составов, получения моделей отливок и ЛПС, отделки и контроля моделей, сборки их в блоки и контроля последних.

Требования к модельным составам:

. Состав должен точно воспроизводить конфигурацию рабочей полости пресс-формы и ее поверхности, не прилипать к пресс-форме. Поверхность модели должна быть чистой, глянцевой.

. После затвердевания в пресс-форме состав должен иметь твердость и прочность достаточные для того, чтобы модели не деформировались и не повреждались на всех технологических операциях.

. Усадка состава при охлаждении и расширение его при нагреве должны быть минимальными и стабильными.

. Состав должен быть несложным в приготовлении, иметь минимальное число компонентов, желательно недорогих и недефицитных.

. Температура плавления модельного состава должна быть невысокой, в пределах 60-100 Сº. В этом случае облегчается изготовление моделей и удаление их из полости литейных форм. Одновременно температура начала размягчения состава должна быть не ниже 32-35 С, т.е. на 10-15 С превышать температуру помещений, в которых изготовляют, хранят модели, собирают в блоки и наносят на них суспензию.

. Выплавляемый модельный состав должен обладать хорошей жидкотекучестью в расплавленном состоянии для облегчения изготовления моделей и выплавления их из форм.

. Модельные составы, запрессовываемые в пастообразном состоянии, должны обладать в этом состоянии хорошей текучестью, позволяющей получать модели с четкой проработкой контуров полости пресс-формы и ее поверхности при малых давлениях прессования.

. Продолжительность затвердевания модельного состава в пресс-форме должна быть минимальной.

. Плотность состава должна быть невысокой. Желательно, чтобы она была менее 1000 кг/м³. Это облегчает работу с модельными блоками, уменьшает опасность поломки их и деформации под действием собственной массы моделей, а при выплавлении моделей в горячей воде способствует лучшему отделению модельного состава для повторного использования.

. Химическое взаимодействие состава с материалом пресс-форм, а также со связующем раствором и огнеупорной основой суспензии недоступно.

. Модельный состав должен хорошо смачиваться суспензией.

. Хорошее спаивание модельного состава весьма желательно, так как это облегчает сборку блоков припаиванием и соединение сложных моделей, изготовляемых по частям.

. Зольность модельного состава должна быть минимальной.

. Структура состава должна быть механически однородной.

. Желательно, чтобы модельный состав был пригодным для многократного повторного использования, потери его в процессе применения были минимальными, а технологические свойства не ухудшались при работе и хранении.

. Модельный состав в любом состоянии должен быть безвредным для здоровья работающих, также как и продукты его деструкции, образующиеся, например, при прокаливании форм. Отходы модельного состава не должны загрязнять окружающую среду.

Недостаточное соответствие свойств модельных составов оптимальным свойствам является одной из важнейших причин высокой трудоемкости изготовления моделей и сборки блоков в ряде отраслей промышленности, невысокой размерной точности отливок, значительного брака моделей и дефектов оболочек форм, связанных с недостатками модельных составов. Недостатки применяемых модельных составов одна из причин значительных технологических потерь на основных операциях процесса литья по выплавляемым моделям.

Воскообразные модельные составы применяются для изготовления моделей мелких отливок средней сложности по 5-7-му классу точности. Выбираем модельный состав Салют - 2.

Модельные составы Салют - 2 хорошо смачивается суспензией, имеет невысокую температуру плавления, достаточную жидкотекучесть, низкую зольность, пригодны для многократного использования.

Предварительное приготовление модельного состава состоит в поочередном или одновременном расплавлении составляющих, фильтровании расплавов и разливке их в формы-изложницы. В условиях серийного и массового производства расплав можно не сливать в изложницы, а подавать либо непосредственно на операцию изготовления модели либо на приготовление пастообразного состава. При подготовке выплавляемых модельных составов используют до 90% возврата, собранного при удалении моделей из оболочек форм. Не следует нагревать состав более чем на 50-60 °С выше температуры плавления. Возврат модельного состава, содержащего легко омыляемые компоненты необходимо не только освежать, но и периодически регенерировать. Разработаны методы, обеспечивающие надежное разделение выплавляющей среды (обычно горячей воды) и модельного состава.

Пресс-форму очищают, протирают, обдувают, смазывают рабочую поверхность, собирают. На карусельном автомате все это делается автоматически.

Температура пресс-формы оказывает решающее влияние на качество моделей, особенно при изготовлении моделей свободной заливкой. Пресс-формы перед началом работы обычно подогревают, введением в них модельного состава.

При этом первые две три модели отправляются в переплав. Оптимальная температура пресс-формы зависит от свойств состава и формы модели. Для модельного состава типа Салют - 2 она находится в пределах 22 - 28˚С. Колебание точности моделей, и низкая температура увеличивает внутренние напряжение в моделях и приводит к короблению и образованию трещин в них.

За время разборки для выема модели и сборки, пресс-формы обычно не успевают охладиться до оптимальной температуры. Поэтому применяют принудительное охлаждение, например погружение в воду. В автоматической пресс - форме предусмотрены ходы, по которым циркулирует вода, которая и является источником охлаждения.

Наиболее выгодным и практичным способом запрессовки в нашем случае, является запрессовка с применением пастообразного состава Салют - 2, содержащего воздух. Запрессовка происходит с помощью высокопроизводительных установок для изготовления выплавляемых моделей.

Использование пастообразного состава, содержащего воздух, хорошо тем, что воздух предотвращает образование наружных усадочных дефектов, повышает точность и стабильность размеров моделей, не требуется дополнительная подпрессовка. Модели, полученные таким способом менее теплопроводны, что так же существенно влияет, как на период формирования линейной оболочки (так как может вызвать растрескивания еще не прочных ее слоев) так и во время процесса вытапливания, когда модельный состав оказывает значительное давление на оболочку формы.

Процесс изготовления моделей в пресс-формах включает подготовку пресс-формы, введение в ее полость модельного состава, выдержку модели до затвердевания, разборку пресс-формы и извлечение моделей, а также охлаждение моделей до температуры производственного помещения.

Подготовка пресс-формы: пресс-форму очищают (протирают, обдувают), смазывают их рабочую поверхность, собирают, в ряде случаев подогревают или охлаждают. Очистку, т.е. удаление частиц модельного состава, оставшихся в углублениях и отверстиях полости пресс-формы, производят обычно обдувкой сжатым воздухом. Состав, прилипший к пресс-форме, удаляют деревянными счищалками.

Заполняем пресс-форму модельным составом запрессовкой в пастообразном состоянии.

Готовые модели после извлечения их из пресс-форм и предварительного визуального контроля охлаждают в проточной воде или обдувкой на воздухе.

Собираем модели в блоки припаиванием моделей деталей к модели литниковой системы с помощью подогретого ножа, шпателя или специального электропаяльника. Нагретое лезвие ножа или электрического паяльника помещают между посадочной частью питателя модели и моделью литниковой системы в месте, где модель должна быть припаяна. Затем одной стороной плоской части лезвия касаются одновременно питателя модели, а другой - посадочного места модели литниковой системы, оплавляя их, после чего нож быстро убирают и соединяемые части слегка прижимают одну к другой.

После сборки моделей в блоки необходима выдержка для полного охлаждения всех частей модельного блока до температуры производственного помещения.

Для естественного охлаждения и хранения блоков перед нанесением оболочки их устанавливают или подвешивают на стеллажи, этажерки, подвесные конвейеры-накопители, ставят в шкафы или термостаты. Устройства для хранения модельных блоков изготовляют и устанавливают так, чтобы исключалась опасность поломки моделей и загрязнения их поверхности. В помещении, где хранятся, блоки недопустимы колебания температуры.

Дальше следует этап сборки.Применяют два способа сборки моделей в блоке: припаиванием и сборкой модельных звеньев.

Так как отливка “Пробка” это крупная отливка, то модельный блок собирается припаиванием. Нагретое лезвие ножа или электропаяльника помещают между посадочной частью питателя модели и моделью литниковой системы в месте, где модель должна быть припаяна. После оплавления обоих сторон нож убирают, а соединяемые части слегка прижимают. На стояк напаивают 20 модели. Состав наносят многократным погружением и охлаждением стояков в расплав модельного состава.