Вкладыши имеют заплечики для крепления их специальными болтами нли крепежными планками специального профиля.
Выталкивание отливок в них осуществляется поршнем плунжера.

Наряду с простейшими изготовляются пресс-формы различной степени сложности вплоть до уникальных, имеющих большое количество стержней, расположенных параллельно и перпендикулярно плоскости разъема пресс-форм, механизмы автоматического регулирования температуры и другие механизмы.
Трудоемкость изготовления и стоимость таких пресс-форм очень высоки.

Унифицированные и нормализованные пресс-формы более экономичны и производительны, поэтому они постепенно вытесняют обычные неунифицированные.
Унифицированные и нормализованные пресс-формы применяются при массовом и мелкосерийном производствах, где в одном блоке отливается несколько наименований деталей, для каждой из которых изготовляются свои вкладыши или пакеты; по мере их износа они заменяются дублерами.

Унификация и нормализация пресс-форм производится практически на всех заводах, занимающихся литьем под давлением, поэтому существует несколько направлений по конструктивному их оформлению и по терминологии.

По имеющейся классификации можно выделить следующие группы пресс-форм:

1) состоящие из унифицированных или нормализованных вкладышей или пакетов и блоков к ним, которые называют блок-формой и формоблоком;

2) состоящие из нормализованных или унифицированных пакетов и унифицированных постаментов к ним;

3) изготовляемые из универсальных сборных узлов (УСФ).

В зависимости от конструкции отливок различают пресс-формы для изготовления деталей с резьбой, армированных деталей, крышек и т. д.

Например, пресс-формы для изготовления деталей, имеющих резьбу, можно классифицировать по следующим признакам:

а) по расположению резьбы - на пресс-формы для отливки деталей с наружной резьбой, с внутренней резьбой и с наружной и внутренней резьбой;

б) по величине резьбовой поверхности - на пресс-формы для отливки деталей с резьбой по всей окружности и с резьбой по полуокружности;

в) по способу оформления резьбы - на пресс-формы для получения отливок с резьбой в неразъемных и в разъемных резьбаобразующих элементах;

г) по способу вывинчивания отливок из резьбаобразующих элементов - на пресс-формы с вывинчиванием отливок из резьбаобразующих элементов и с вывинчиванием резьбаобразующих элементов из отливок (вывинчивание производится как на машине, так и вне машины).

Пресс-формы для изготовления армированных отливок можно классифицировать по следующим признакам:

1) по материалу, применяемому в качестве армирующего элемента (цветные и черные металлы, специальные сплавы, пластмассы, керамика, дерево, фибра и другие материалы);

2) по количеству армирующих элементов (один или несколько) (например, отливки весом 75 кг, имеющей 50 вес. % армирующих элементов);

3) по расположению армирующих элементов в рабочей полости: параллельно, перпендикулярно плоскости разъема и под углом;

4) по форме армирующих элементов (элементы типа штифтов, шпилек, болтов, осей, втулок, гаек, гладких втулок, подшипников и других фигур различных сложных конфигураций).

Пресс-формы для изготовления деталей при мелкосерийном производстае при групповой технологии разделяются по габаритам - площади проекции отливки на поверхность разъема пресс-формы; по подводу литника к отливке; по типу съема отливки из пресс-формы; по поверхности разъема отливки.

Пресс-формы классифицируются также в зависимости от конструкции и мощности машин, габаритных размеров плит для их крепления, хода подвижной плиты.

Рис. 1. Схема узлов прессования машин с вертикальной холодной камерой прессования

По линии разъема различают пресс-формы с вертикальным разъемом для машин с вертикальным расположением плит и пресс-формы с горизонтальным разъемом- для машин с горизонтальным расположением плит.

Рис. 2. Схема узлов прессования машин с горизонтальной холодной камерой прессования

Указанные пресс-формы могут быть одноразъемные и многоразъемные.

Машины с горизонтальным расположением крепежных плит очень неудобны для эксплуатации пресс-форм и поэтому они применяются в ограниченном количестве.

По габаритным размерам и весу пресс-формы подразделяются на мало-, средне- и крупногабаритные.

По высоте и ширине пресс-формы изготовляются с размерами до 4000 х 4000 мм, третий размер зависит от допустимого хода машины и размера отливки в этом направлении.
Максимальный вес отливок, получаемых литьем под давлением, находится в пределах 25-45 кг, но известны и более тяжелые армированные отливки, вес которых за счет арматуры достигает 75 кг.
Самая крупная прессформа размерами 3700 х 3680 х 1070 мм и весом 30 000 кг была изготовлена в США для отливки блока 6-цилиндрового двигателя.

Пресс-формы в зависимости от количества отливок, изготовляемых в ней, разделяются на одногнездные и многогнездные (в некоторых пресс-формах изготовляется до 50 и более мелких отливок).

В зависимости от способа подогрева и охлаждения пресс-формы изготовляются как с регулированием температуры (автоматическим и полуавтоматическим), так и без регулирования температуры.
Автоматическое регулирование температуры пресс-форм возможно при использовании жидких теплоносителей, в том числе и металлических, или электрических нагревателей, применяемых совместно с водяным охлаждением.
Полуавтоматическое регулирование температуры осуществляется с помощью электрических и других нагревателей.

Пресс-формы изготовляются с автоматическим, полуавтоматическим или ручным приводами для съема отливок и извлечения стержней из отливки.

Автоматический привод, использующий ход машины, применяется для съема отливок плитой или выталкивателями.
Для крепления подвижной части пресс-формы и фиксации системы выталкивателей иногда используются постаменты.

Автоматические приводы для съема стержней подразделяются на механические и гидравлические.
Механические приводы могут быть с наклонным клином, наклонным плоским клином, изогнутыми штырями, копирующими устройствами и другими механизмами.
Полуавтоматический гидравлический привод предусматривает ручное управление.
В качестве ручных применяются винтовые, рычажные, эксцентриковые, с зубчатыми колесами и другие приводы.

Пресс-формы в зависимости от основы сплавов, применяемых для изготовления отливок, имеют особенности в оформлении рабочей полости и в конструкции приводов выталкивателей и стержней.

По способу изготовления вкладышей, оформляющих внешние контуры отливки, пресс-формы очень разнообразны.
Вкладыши изготовляются преимущественно механической обработкой из проката или поковок, но в последние годы применяются вкладыши, изготовляемые также другими способами: холодным выдавливанием, литьем по выплавляемым моделям, литьем под давлением и др.

По расположению рабочей полости для оформления внешних контуров отливки различают пресс-формы с расположением отливок только в матрице, только в пуансоне или в пуансоне и матрице.

В последнее время внедряются пресс-формы с удалением литников и облоя в процессе съема отливки, с автоматической очисткой рабочей полости и автоматическим нанесением на нее смазки, так называемые автоматические комплексы.

Детали пресс-формы по их назначению можно разделить на следующие группы:

Группа I. Детали, формообразующие рабочую полость пресс-формы: вкладыши матриц и пуансонов, вставки или куски, стержни и выталкиватели;

Группа II. Детали металлопровода: стакан, втулка, наконечник прессующего плунжера, пятка и рассекатель;

Группа III. Детали конструктивного назначения: плиты или обоймы матриц и пуансонов, плиты толкателей, опорные и подкладные, направляющие колонки и втулки, упоры, различные детали узлов и механизмов. Эта группа содержит очень много различных наименований деталей, и чем сложнее пресс-форма, тем их больше.

Детали группы I определяют стойкость пресс-форм и качество отливок по чистоте и точности размеров.
Детали групп II и III определяют работоспособность пресс-форм.
Конструкции этих деталей и качеству материалов, применяемых для их изготовления, необходимо уделять самое большое внимание.
 
Детали, соприкасающиеся с жидким металлом, можно разделить на детали формообразующие, или оформляющие контуры отливки и на детали металлопровода.

Формообразующие детали (вкладыши, стержни, выталкиватели), оформляющие отливку, являются основой пресс-формы.
Эти детали определяют внешние контуры отливки, ее качество- шероховатость поверхности и точность размеров.
 
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.

Фото. 1. Пресс-форма (подвижная - слева и неподвижная - справа полуформы) для литья под давлением на машине с горизонтальной холодной камерой прессования (изначально - с вертикальной холодной камерой прессования; доработанная)

Как было показано на рис. 2, расположение отливок во вкладышах может быть симметричным - одновременно во вкладыше матрицы и пуансона, и несимметричным - только во вкладыше пуансона или в матрице.
Для удобства удаления отливок, особенно сложной конфигурации, в большинстве случаев отливку располагают в пуансоне (подвижной части пресс-формы).

Крепление вкладышей в плитах осуществляется различными способами.
Плиты для крепления вкладышей могут иметь сквозные и несквозные отверстия.
В плитах со сквозными отверстиями крепление вкладышей осуществляется буртами толщиной 8-12 мм..
При быстросменных вкладышах их крепление производится болтами.
В плитах с несквозными отверстиями вкладыши крепятся болтами со стороны плиты матрицы и пуансона.

Рис.3. Неподвижная - слева и подвижная - справа обоймы 2-у гнездовой пресс-формы для литья металлов под давлением

При изготовлении отливок из высокотемпературных сплавов простейшие пресс-формы состоят из вкладышей, направляющих колонок, втулок и специальных
крепежных планок.
Вкладыши крепятся в подвижной и неподвижной матрицах, а те, в свою очередь, устанавливаются в соответствующие им обоймы.
Закрепление вкладыша осуществляется через бурт толщиной и шириной около 30 мм.
Крепежная планка имеет специальный профиль с привареиными проушинами для болтов.

Конструкция обойм (подвижная и неподвижная) для крепления в них матриц приведена на рис. 3.

Конструкция матрицы для сложной рабочей полости пресс-формы и установки в нее вкладышей приведена на рис. 4.
Отливки располагаются в двух матрицах симметрично.
В подвижной матрице имеются канавки, а в центре рабочей полости звездообразные и кольцевая канавки, каждая канавка образовывает бобышку.

Поверхность рабочей полости вкладышей изготовлялась по 8-му классу чистоты (ГОСТ 2789-73), плоскость разъема и отверстие для литниковой втулки камеры прессования - по 7-му классу, посадочные плоскости- по 6-му классу.

Внешние размеры вкладышей для посадки их в гнезда плит матрицы и пуансона, а также сами гнезда изготовлены по 3-му классу точности.
К точности размеров отливок требования не предъявлялись, поэтому они были выполнены по 7-му классу точности.
Однако в ряде случаев отливки способом литья под давлением, например для цинковых сплавов, необходимо получать по 2-3-му классам точности и 8-10-му классам чистоты.

Для получения такой точности требуется дополнительная доводка вкладышей пресс-формы.
С повышением температуры плавления сплавов, применяемых для изготовления отливок, с увеличением сложности отливки получить высокую точность и высокую чистоту их поверхности становится труднее.

Отливки из алюминиевых сплавов обычно получают с учетом износа вкладышей пресс-форм по 4- 5-му классам точности и с чистотой поверхности по 5-6-му классам.
Для получения указанной точности размеры во вкладыше необходимо изготовить по 2-3-му классам, а чистоту поверхности рабочей полости отполировать до 9-го класса при тщательной доводке вкладышей.

Таким образом, повышение точности размеров и повышение чистоты поверхности отливок приводит к повышению стоимости отливок.

Рис. 4. Неподвижная - слева и подвижная - справа матрицы пресс-формы для литья металлов под давлением

В некоторых случаях вкладыши изготовляют из отдельных кусков-вставок.
Следует иметь в виду, что при изготовлении отливок из высокотемпературных сплавов на основе меди и железа это нежелательно, так как в стык затекает жидкий
металл, образуя облой-заливы.
Наличие облоя нарушает нормальную работу машины, а пресс-формы быстро выходят из строя.

Внутренние полости отливок оформляют стержни, а иногда их устанавливают для уменьшения пористости и мелких раковин в отливках с целью повышения прочности деталей.
Стержни в процессе работы испытывают большие тепловые, гидродинамические и термамеханические нагрузки.
Жидкий металл, охватывающий стержень по всей окружности, затрудняет отвод тепла и поэтому стержни нагреваются до более высокой температуры, чем вкладыши.
Кроме того, стержни, являющиеся преградой для движения струи жидкого металла, воспринимают гидродинамический удар с дополнительным выделением тепла за счет превращения кинетической энергии в тепловую.
Гидродинамический удар увеличивает давление жидкого металла на стержень в 1,5-2 раза.

На поверхности стержней в местах соприкосновения с жидким металлом возникают интенсивные диффузионные процессы, особенно при изготовлении отливок из алюминиевых сплавов.
Это приводит к налипанию и привариванию к ним металла и быстрому износу стержней.

Следует отметить, что назначение стержней не ограничивается только получением сквозных отверстий.
Они используются для получения литой резьбы, литых кернов, служат приспособлением для установки арматуры, образуют различные фасонные отверстия, выемки и т. д.

Для повышения стойкости стержней иногда применяют охлаждение их водой.
Пресс-форма и стержень охлаждается водой, маслом или применяют гликоли (двухатомные спирты жирного ряда).

Внутренняя полость стержня разделена перегородкой на две половины, соединенные между собои отверстием.
Вода по шлангу или металлической трубке подводится к штуцеру, а от него по каналам к стержню, после чего она таким же путем выводится из пресс-формы.

Рис. 5. Трубка охлаждения - слева и штуцер - справа пресс-формы

В настоящее время некоторые пресс-формы имеют до 40-50 стержней.
При выходе из строя хотя бы одного стержня иногда требуется переборка всей пресс-формы, на что затрачивается значительное время.
Поэтому стержни для повышения стойкости изготовляют из тугоплавких материалов, высоколегированных сталей, применяют специальные режимы термической и химико-термической обработки их, различные виды покрытий и т. д.

Для удаления отливок из пресс-формы предназначаются выталкиватели.
Кроме того, их используют для вентиляции рабочей полости.
Выталкиватели формируют какую-то небольшую часть поверхности отливки и чем больше выталкивателей, тем большую поверхность они формируют.

На рабочеи поверхности пресс-формы вкладыши с выталкивателями образуют стык, который может сминаться.
В образовавшейся зазор затекает жидкий металл, образуя облой-залив на поверхности отливки.
Появление облоя вызывает дополнительную механическую обработку и нарушает товарный вид отливок.

Выталкиватели, изготовленные из сталей У10А и У12А, пригодны при производстве отливок из цинковых, а иногда и из алюминиевых и магниевых сплавов.
Они совершенно непригодны при изготовлении отливок из сплавов на основе меди и железа, поэтому в этом случае их изготовляют из высоколегированных сталей типа 3Х2В8Ф, 4Х5МФС и др.

Рис. 6. Плита толкателей - слева и толкатель - справа пресс-формы

По профилю выталкиватели подразделяются на цилиндрические, штифтовые, ступенчатые, трубчатые, сегментные, плоские и др.

Чаще всего применяются цилиндрические-ступенчатые выталкиватели, на которые на ряде заводов имеются нормали, предусматривающие унификацию диаметра цилиндра, его длины и диаметра головки.

Унификация выталкивателей позволяет подготовить их для работы заранее, а после выхода из строя переточить на меньший диаметр.
Крепление выталкиваелей производится так же, как и стержней - буртом, прижимаемой специальной плитой.

Для надежной работы выталкивателей длина их направляющей части должна быть не менее 20 мм.
Рабочая часть выталкивателей изготовляется по скользящей посадке 2-3-го классов точности.
Зазор между выталкивателем и отверстием во вкладыше выполняют в пределах 0,08-0,1 мм, а иногда до 0,2 мм.
Зазор должен быть максимально допустимый, он зависит от применяемых материалов для изготовления вкладышей и выталкивателей, материалов отливок, температуры заливки, температуры подогрева пресс-форм, скорости потока жидкого металла, удельного давления на стенки рабочей полости и других факторов.

Поэтому рекомендации, указанные выше, являются ориентировочными, а вопрос о выборе зазора решается в зависимости от конкретных условий.
Отверстия под головки выталкивателей в плите выполняются на 1 мм больше диаметра головки.

Цилиндрический ступенчатый выталкиватель показан на рис. 6.
Выталкиватели прямоугольные, овальные и других фасонных профилей в нерабочих местах изменяют на круглые с тем, чтобы отверстия для их крепления можно было бы сверлить.

Трубчатые и сегментные выталкиватели применяют при изготовлении отливок типа втулок или отливок, имеющих приливы в виде втулок.
 

Для машин с горизонтальной и вертикальной холодной камерой прессования требуются различные конструкции деталей металлапровода.
Детали металлоправода машин с горячей камерой прессования конструктивно тоже отличаются от таких деталей машин с холодной камерой прессования.
Они пока применяются для изготовления отливок из сплавов с температурой плавления до 500° С, стойкость их удовлетворительная, поэтому их конструкции не рассматриваются.

Детали металлоправода работают в тяжелых условиях - они оформляют подводящие каналы к отливке.
У машин с горизонтальной холодной камерой прессования камера почти всегда разделена на две части- стакан и втулку, которая по длине равна толщине матрицы.
В нее поступает горячий металл.

При возможном попадании в зазоры жидкого металла на трущихся поверхностях возникают задиры.
В связи с этим литниковые стаканы имеют стойкость меньшую, чем вкладыши.
Наибольший разгар возникает на месте падения струи жидкого металла.

Внутренний диаметр стакана (камера прессования) и литниковой втулки выполняется примерно с отклонением +0,02 мм, а внешний диаметр наконечника (поршень) плунжера с отклонением -0,02 мм.
Величина отклонения зависит от диаметра.
Зазор при отливке цинковых и алюминиевых сплавов между стаканом и наконечником плунжера равняется 0,08 мм.

Величина зазора зависит от материалов, применяемых для изготовления стаканов, втулок и наконечников, сплавов, применяемых для изготовления отливок, температуры заливки и подогрева пресс-форм, скорости движения плунжера, величины удельного давления и многих других факторов.
Поэтому величина зазора выбирается в зависимости от конкретных условий.

Рис. 7. Вставка неподвижной полуформы - слева и литниковая втулка - справа пресс-формы

Шероховатость поверхности стакана, втулки и наконечника должна соответствовать 7-8-му классам чистоты (ГОСТ 2789-73).
Для нормальной работы машины необходимо точно состыковать стакан и втулку.
Крепление втулки и стакана производится в опорной плите, или в неподвижной плите крепления, или же во фланце втулки.
Все зависит от умения конструктора и требований заказчика пресс-формы.
После установки пресс-формы с новой втулкой следует проверить работу всего узла.
Прессующий наконечник плунжера (или просто - поршень) на всех машинах с горизонтальной камерой прессования охлаждается проточной водой (по крайней мере это должно быть предусмотренно), что уменьшает приваривание металла к стакану (камера прессования) и уменьшает склонность к задирам, но увеличивает склонность к появлению сетки разгара.

Стаканы, втулки и наконечники изготовляют из стали 3Х2В8Ф, с последующей закалкой и отпуском до HRC 40-50.
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 ВЧ 50-1,5 и наконечник, изготовленный из стали 30ХМА, 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 51 000 циклов теплосмен.

Детали металлапровода 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, литниконая втулка и рассекатель.

Вследствие высоких требований к чистоте поверхности отливок и к точности размеров отливок, стойкость вкладышей, стержней, и других деталей низкая.
На стаканы, наконечники, пятки и литникавые втулки имеются нормали, в которых приводятся все основные размеры и зазоры между трущимися деталями.

Рассекателем называют стержень в подвижной половине пресс-формы, выступающий над линией разъема против литникового хода.
Рассекатели предназначаются для сокращения времени образования напорного потока в литниконом ходе, для создания плавного входа потока в литник, для уменьшения объема литникового хода и для извлечения литника из литникового хода при раскрытии пресс-формы.
Рассекатели, как и литникавые втулки, испытывают большие тепловые и гидравлические нагрузки и быстро изнашиваются, поэтому их изготовляют в виде легко сменяемой 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 литниконую втулку на 2-3 мм.
Крепление рассекателей производится во вкладыше пуансона (подвижная полуформа) буртом высотой 5-8 мм.

Здесь:

*матрица - неподвижная полуформа пресс-формы, через который поставляется или подводят металл к оформляющей полости пресс-формы;

*пуансон - подвижная часть пресс-формы, которая принимает жидкий металл и после затвердевания и охлаждения извлекает из своей полости отливку.

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.
 
Таблица. 1. Марки отечественной стали для прессформ и ее зарубежные аналоги

Страны СНГ (ГОСТ, ТУ)	Зарубежные аналоги
	Германия (DIN/BOHLER)		США (AISI/ASTM)
Х12	1.2080	Х210Cr12	D3
Х12В	1.2436	Х210CrW12	-
Х12МФ*	1.2379	Х155CrVMo12-1	D2
Х12МФ4-МП	-	К190РМ	-
95ХФ	1.2210	115CrV 3	L2
9Х1Ф	1.2067	102Cr 6	L3
9Г2Ф	1.2842	90MnCrV 8	O2
95ХГВФ	1.2510	100MnCrW 4	O1
3Х3В9Ф	1.2581	Х30WCrV9-3	H21
95Х5ГМ	1.2363	Х100CrMoV5-1	А2
95ХМ	1.2303	100CrMo 5	L7
95Х18	1.4125	Х105CrMo17	A473 (440C)
5ХНМ	1.2713	55NiCrMoV 6	L6
5ХВ2СФ	1.2550	60WCrV 7	S1
5Х3М2Ф	-	-	S7
5ХН2МФ	1.2714	56NiCrMoV 7	-
3Х3М3Ф	1.2365	Х32CrMoV3 3	H10
4Х5МФС	1.2343	Х38CrMoV5-1	H11
4Х5МФ1С	1.2344	Х40CrMoV5-1	H13

Читать...
И.И.Горюнов, Пресс-формы для литья под давлением, Справочное пособие, Л., "Машиностроение", 1973, 256с. .DjVu

Примечание:
Для просмотра в браузере файлов DjVu скачайте и установите на свой компьютер плагин DjVu Browser Plug-in (Free-download) от Caminova, Inc.