Таблица. 1.

Рекомендуемые уклоны стенок отливок приведены в табл. 2.
Уклоны должны быть предусмотрены в конструкции детали отливки.
Уклоны на подвижных стержнях даются больше, чем на неподвижных, так как они извлекаются до раскрытия пресс-формы, когда металл еще не полностью закристаллизовался.
7. Располагать ребра, стенки и приливы для избежания коробления отливок симметрично.
8. Применять плавные закругления и галтели у пересекающихся стенок, бобышек и ребер, обеспечивающих спокойное и хорошее заполнение рабочей полости пресс-формы.
Когда отношение площадей двух рядом расположенных сечений равно 1: 2, переход нужно выполнять в виде галтелей.
При более резком увеличении толщины стенки переход от одного сечения к другому необходимо выполнять с соблюдением конусности не выше 1: 4.
Сопряжение пересекающихся стенок следует выполнять в виде галтели с радиусом, равным трети суммы толщины сопрягаемых стенок.
Минимальный радиус закругления для внутренних углов равняется 1 мм.
9. Применять армирование отливок, что сравнительно легко осуществляется при литье под давлением.
10. Избегать впадин и пустот; выступы на внутренних стенках выполнять так, чтобы они не препятствовали удалению отливки из рабочей полости пресс-формы.
11. Добиваться простой формы стержней: не применять чрезмерно длинных и тонких стержней, разборных металлических стержней, так как это усложняет и удорожает оснастку и сам процесс работы пресс-формы.
Полностью использовать возможности получения отверстий без последующей механической обработки.
Диаметры выполняемых в литье отверстий зависят от сплавов, применяемых для изготовления отливок, глубины и других факторов.

В США разработан стандарт для глубин отверстий отливок, получаемых литьем под давлением, в котором в зависимости от сплава и диаметра отверстия регламентируется его глубина (табл. 3.)
12. Предусматривать объединение нескольких деталей в один узел без излишнего усложнения пресс-форм.
13. Не назначать отклонения размеров более жесткие, чем ±0,15% линейного размера, если это не вызывается особыми условиями.
При необходимости отклонение можно доводить до ±0,05% для любого размера.
Размеры до 175 мм должны иметь отклонения +0,25%.

Американский институт литья под давлением (American Die-Casting Institute) разработал ряд стандартов на допуск для отливок, получаемых способом литья под давлением.

Отклонения основных размеров (в мм) приведены в табл. 4.
Отклонения второстепенных размеров (в мм) приведены в табл. 5.
Дополнительные отклонения на размеры, оформляющие плоскостью разъема пресс-формы в разных полуформах (в мм), приведены в табл. 6.
Отклонения на части отливок, которые оформляются подвижными стержнями (в мм), приведены в табл. 7.

Путем применения специальных мероприятий можно получить более высокую точность, но стоимость отливок при этом повышается.
На поле допуска большое влияние оказывает усадка металла отливок, значения которой приведены в табл. 8.
Следует иметь в виду, что приведенные значения усадки являются ориентировочными, так как усадка зависит от очень многих факторов и в первую очередь от степени ее затруднения.
В некоторых случаях усадки совсем нет.

Стойкость рабочей поверхности вкладышей пресс-форм зависит от ее конструктивных элементов.
Поэтому правильный их выбор при проектировании является важнейшим вопросом конструирования пресс-форм.

Острые углы и резкие переходы в сопряжениях могут служить причиной возникновения трещин.
Неправильно выбранный допуск или неправильно учтенная линейная усадка какого-либо размера потребует дополнительной работы по доводке пресс-формы, а в некоторых случаях большой переделки вкладышей.

Неправильно выбранные зазоры между стержнем и вкладышем, между толкателем и вкладышем, а также между камерой прессования и наконечником плунжера могут привести к нарушению ритма работы машины.

Кроме рабочей полости, во вкладышах изготовляется литниковая система для подвода жидкого металла и вентиляционная система для удаления воздуха из рабочей полости пресс-формы.
Литниковая и вентиляционная системы оказывают большое влияние на качество получаемых отливок, поэтому выбор их конструктор должен согласовать с технологами-литейщиками.

Применяемые глубины вентиляционных каналов обычно находятся в следующих пределах:
 

Основа сплава	Глубина каналов в мм
Свинец	0,04 — 0,07
Цинк	0,06 — 0,09
Алюминий	0,08 — 0,11
Магний	0,09 — 0,13
Медь	0,10 — 0,15
Железо	0,12 — 0,17

Предлагают глубину каналов делать равной 0,20—0,30 мм, что является неправильным, так как уже при глубине 0,20 мм жидкая сталь (даже без перегрева) проходит через каналы.
При заливке металла, имеющего кашеобразное состояние, приведенные верхние пределы глубин вентиляционных каналов могут быть увеличены на 20—30%.
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.
 
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 целиковые 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.
       

Поз.	Обозначение	Наименование	Кол.
		Детали
1	0513 — 1007/1	Mampuцa подвижная	1
2	0513 — 1007/2	Пуансон	1
3	0513 — 1007/3	Вставка	1
4	0513 — 1007/4	Знак	1
5	0513 — 1007/5	Плита подвижная	1
6	0513 — 1007/6	Обойма подвижная	1
7	0513 — 1007/7	Обойма неподвижная верхняя	1
8	0513 — 1007/8	Обойма неподвижная нижняя	1
9	0513 — 1007/9	Плита опорная	1
10	0513 — 1007/10	Втулка литниковая	1
11	0513 — 1007/11	Плита крепления неподвижная	1
12	0513 — 1007/12	Плита крепления подвижная	1
13	0513 — 1007/13	Стойка верхняя	1
14	0513 — 1007/14	Стойка нижняя	1
15	0513 — 1007/15	Плита толкателей	1
16	0513 — 1007/16	Плита толкающая	1
17	0513 — 1007/17	Вставка подвижная	1
18	0513 — 1007/18	Выталкиватель Ø14	4
19	0513 — 1007/19	Штуцер	4
20	0513 — 1007/20	Пробка	9
21	0513 — 1007/21	Выталкиватель Ø16	1
22	0513 — 1007/22	Колонка направляющая	4
23	0513 — 1007/23	Втулка направляющая	4
24	0513 — 1007/24	Колонка направляющая	4
25	0513 — 1007/25	Втулка направляющая	4
26	0513 — 1007/26	Колонка опорная	1
27	0513 — 1007/27	Колонка возврата	4
28	0513 — 1007/28	Выталкиватель Ø8	3
29	0513 — 1007/29	Упор	3
30	0513 — 1007/30	Выталкиватель Ø10	3
		Стандартные изделия
40	ГОСТ 4751—75	Рым-болт М20	2
41	ГОСТ 7805-70	Болт М1б—8g х 120.58	8
42		Болт М1б—8g х 190.58	4
43		Болт М1б—8g х 240.58	4
44	ГОСТ 11738—80	Винт М1б— 8g х б0.58	4
45		Винт М12— 8g х 1б0.58	1
46		Винт М12—8g х 45.58	9
47		Винт М8—8g х 45.58	4
48	ГОСТ 3128—70	Штифт бmб х 10	1
49		Штифт 1бmб х 40	2
50	ГОСТ 15522—70	Гайка М12.12.40Х.016	1

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. 8, 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 жикого 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.
Процесс изготовления пресс-форм для литья под давлением является трудоемким.
На изготовление пресс-форм весом 13—20 т затрачивается 10 000—15 000 чел-ч.
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 некоторых моделей 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%.

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 литиик 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.
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 приведен на рис. 1, где крепление вкладыша производится болтами.

Рис.1. Пресс-форма для изготовления крышки прибора с быстросменными вкладышами:
1, 2 - подвижная и неподвижная части пресс-формы; 3, 4 - вкладыши; 5 - болт для крепления вкладышей; 6 - сборный выталкиватель.

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 на 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.

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 95,4 изготовляемых деталей способом литья под давлением.
Исключение составляют особо сложные по конструкции или крупногабаритные отливки, для которых еще не созданы нормализованные блоки.
 

 

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.
 
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.