Требования к пресс-формам. Пресс-форма - это инструмент для изготовления модели. От требований к точности модели зависит необходимая точность размеров полости формы и соответственно размеров отливки. Поэтому главное требование к пресс-форме заключается в том, чтобы в ней можно было получить модели отливки с заданной точностью размеров и шероховатостью поверхности.

Точность размеров модели и качество воспроизведения ее конфигурации зависят от точности размеров полости пресс-формы и ее конструкции; чем меньше разъемов имеет пресс-форма, тем выше точность моделей. Поэтому всегда стремятся использовать минимальное число разъемов. Однако для получения сложных моделей приходится делать несколько разъемов, чтобы модель можно было извлечь из пресс-формы.

Для хорошего заполнения полости пресс-формы модельным составом она должна иметь соответствующую литниковую систему, а для удаления воздуха из полости пресс-формы при запол­нении ее модельным составом - вентиляционную систему.

Конструкция пресс-формы должна быть такой, чтобы модель можно было легко и быстро, без деформаций и повреждений извлечь из рабочей полости пресс-формы.

Большинство модельных составов имеют низкую теплопровод­ность, а поэтому медленно охлаждаются в пресс-форме. Пресс-форма должна обеспечить достаточную скорость охлаждения. Это достигается устройством в ней системы охлаждения водой или другими теплоносителями. Такие пресс-формы часто исполь­зуют в массовом производстве, где важно обеспечить высокую производительность оборудования. Для получения по одной пресс-форме достаточного количества качественных моделей она должна обладать необходимой долговечностью. Наконец, пресс-форма должна иметь такую конструкцию, чтобы ее можно было просто и быстро изготовить, а материалы для нее были не дефицит­ными.

По конструкции и методам изготовления обычно различают пресс-формы для единичного и мелкосерийного, серийного и массо­вого производства.

Пресс-формы для единичного и мелкосерийного производства.

При отработке технологического процесса в единичном произ­водстве опытных отливок, при изготовлении мелких серий подго­товка производства отливок  должна занимать минимальное время. Поэтому экономически целесообразно быстро изготовлять отливку упрощенной конфигурации с припусками на обработку ре­занием, используя простую по конструкции пресс-форму. Увели­чение объема обработки резанием для небольшого числа отли­вок более выгодно, чем усложнение конструкции пресс-формы.

В единичном и мелкосерийном производстве применяют пресс-формы из цемента, гипса и дерева, пластмасс и эластичных материалов. Такие пресс-формы просты в изготовлении и позволяют получать от нескольких десятков до нескольких сотен точных моделей, так как долговечность их невелика. Это связано с изнашиванием центрирующих элементов, отъемных частей и стержней, с изменением геометрии рабочих поверхностей пресс-форм.

Пресс-формы изготовляют с одной рабочей полостью (гнез­дом), то есть для получения одной модели. Конструкцию пресс-формы упрощают уменьшением числа (или исключением) вспомогатель­ных элементов и механизмов. Сборку, установку стержней, раз­борку пресс-формы и удаление моделей выполняют вручную.

        Цементные и гипсовые пресс-формы (рис. 1.2, а) изготовляют по модели-эталону (мастер-модели). Эталон может состоять из двух частей, а иногда и более. Его часто выполняют из дерева и покрывают лаком, поверхность модели покрывают тонким разделительным слоем масла и помещают на модельную плиту 9. Затем на нее устанавливают рамку 6, в которую заливают водную суспензию гипса с добавлением пылевидного кварца, кварцевого песка для повышения прочности гипсовую пресс-форму армируют метал­лической проволокой или в состав суспензии вводят поливинилацетатную эмульсию. После охватывания гипса модель извлекают, пресс-форму подсушивают, покрывают лаком. Аналогично изго­товляют вторую половину пресс-формы (рис. 1.2, б). Пресс-форму собирают и, накрыв плитой 12, через канал 11 заполняют ее модельным составом 10 (рис. 1.2, в).

    Рис. 1.2. Схема изготовления гипсовой пресс-формы: а, б – изготовление верхней (а) и нижней (б) полуформ; в – запрессовка модельного состава; 1 – вкладыш; 2,5 – втулки; 3,4 – стержни; 6 – рамка; 7,8 – половины моделей; 9 – модельная плита; 10 – модельный состав; 11 – литниковый канал; 12 – плита.

Если модель имеет на поверхности мелкий рельеф, а требо­вания к точности размеров отливок невысокие, пресс-формы изго­товляют из жидких холодно твердеющих компаундов на основе синтетических смол. Синтетическую смолу смешивают с катализатором твердения и заливают в рамку на модель-эталон. В резуль­тате полимеризации смола переходит в твердое состояние. Модель легко удаляется, даже если она имеет выступающие части, поднутрения и т. п. Аналогично изготовляют пресс-формы из эпоксидных и акриловых смол, которые после полимеризации пере­ходят в твердое состояние; в смесь смолы и катализатора твер­дения обычно вводят наполнитель (алюминиевый, железный по­рошок и др.). Такие пресс-формы имеют высокую прочность.

Пресс-формы по модели-эталону изготовляют также из сплавов на основе свинца, олова, цинка, алюминия. Пресс-формы для сложных моделей иногда изготовляют методами гальванопластики с последующей металлизацией. В этом случае применяют модели-эталоны из алюминиевых или цинковых сплавов [16].

Пресс-формы из эластичных материалов чаще используют при производстве сложных художественных и отлливок ювелирного назначения.

Пресс-формы для серийного и массового производства.

          В серийном и массовом производстве применяют многогнездность пресс-формы. В серийном производстве пресс-формы изготовляют из стали и алюминиевых сплавов. Детали пресс-формы получают обработкой резанием. Как правило, пресс-формы имеют горизонтальную поверхность разъема, что обусловлено удобством лечения моделей, так как сборку, разборку, извлечение и съем моделей выполняют вручную.

Пресс-форма (рис. 1.3, а) для двух моделей состоит из нижней матрицы 1 и верхней, съемной матрицы 2. Нижняя матрица имеет вставки 3, которые оформляют сложную часть модели. Вставки крепят к нижней матрице винтами. Цилиндрическое отверстие в модели (рис. 1.3, б) оформляется подвижным стержнем 4 (см. рис. 1.3, а). Точность соединений матриц обеспечивается направляющими штырями 10. Скрепляют матрицы откидными болтами с барашками.

Модельный состав запрессовывают вливают через литинковый канал 5 и питатели 6. После затвердевания моделей удаляют стержни и сни­мают верхнюю матрицу. Чтобы освободить мо­дели, которые удержи­ваются толкателями 7, надо извлечь фиксатор 8 и опустить нижнюю матрицу до плиты осно­вания 9.

В массовом произ­водстве для моделей сложной конфигурации применяются стальные пресс-формы. Простые детали    пресс-формы изготовляют обработ­кой резанием, слож­ные — литьем с после­дующей доводкой обра­боткой резанием, шли­фованием. Перемеще­ние, стержней, матриц и запирание пресс-форм осуществляются рееч­ными, винтовыми, пневматическими механизмами. Пресс-формы, как правило, выполняют с вертикальным разъемом.

В матрицах монтируют сменные вкладыши с формообразующими полостями, что удлиняет продолжительность эксплуатации пресс-формы. Для сокращения длительности цикла изготовления модели в стенках пресс-форм выполняют каналы водяного охлаж­дения. Полости сложной конфигурации, глухие карманы пресс-форм вентилируют с помощью узких каналов по разъему или по стержням.

Пресс-форма (рис. 1.4) состоит из подвижной и неподвижной 3 матриц, неподвижных стержней 8, выполняющих отверстия и полости в моделях, плиты выталкивателей 4 моделей, плиты стержней 5, стоек 6, трубчатых толкателей 7, каналов 2 для заполнения полости пресс-формы модельным составом, каналов 9 системы термостатирования пресс-формы. При раскрытии пресс-формы звено моделей остается в неподвижной матрице и удаляется из нее толкателями после того, как подвижная матрица отойдет на расстояние, большее высоты моделей. Такие пресс-формы устанавливают на карусельных автоматах изготовления моделей.

 Матрицы и вставки, оформляющие рабочие полости изготовля­ют из сталей 35, 45, 40Х; стержни, выталкиватели, литниковые втулки - из стали У8А; плиты выталкивателей, стой­ки, основания  -  из стали 35.

    Рис. 1.4. Пресс-форма для изготовления моделей в массовом производстве: 1 – подвижная матрица; 2 – канал для подачи модельного состава; 3 – неподвижная матрица; 4 – плита выталкивателей; 5 – плита стержней; 6 – стойки; 7 – трубчатые толкатели; 8 – стержни; 9 – каналы системы термостатирования пресс-формы.

 Механизмы перемещения стержней. Стержни, оформляющие отверстия, оси которых перпендикулярны к плоскости разъема пресс-формы, чаще всего делают неподвижными. Отверстия, оси которых расположены параллельно плоскости разъема, выполняют подвижными стержнями. Нежелательно располагать подвижные стержни под углом к плоскости разъема, так как механизмы для их удаления усложняют конструкцию пресс-формы.

Для перемещения подвижных стержней применяют копирные механизмы, механизмы с зубчатыми передачами, наклонным пальцем, с винтовыми канавками. Такие механизмы позволяют перемещать стержни на любую длину хода и развивать значитель­ные усилия при удалении стержней. Однако эти механизмы уве­личивают габаритные размеры пресс-формы.

Размеры рабочей полости  пресс-формы рассчитывают  с учетом усадки модельного состава, расширения керамической формы при прокаливании и заливке, и усадки ме­талла отливки.

Шероховатость поверхности рабочей полости пресс-формы должна быть в пределах R_а = 0,16…0,04 мкм. Меньшая шерохо­ватость поверхности удорожает стоимость изготовления пресс-формы, но практически не улучшает качества поверхности отливки.