» » Матрица и пуансон
23.04.2015

Матрица и пуансон представляют собой две стальные плиты с внутренними полостями, собранные на направляющих колонках; при совмещении они должны образовать полость для отливки. Внутренние плоскости соприкосновения плит хорошо пришлифованы для плотного замыкания форм.
Матрицей называется часть формы, имеющая полость, в которой оформляется наружная часть отливки. Матрица укрепляется на неподвижной части машины.
Пуансоном называется подвижная половина формы, в которой остается отливка. Так как отливка должна остаться на выступающих частях формы, обжимая их при усадке, то в пуансоне преимущественно располагают все выступающие части. В отдельных случаях допускается установка выступающих частей также и в матрице, однако непременным условием является то, чтобы площадь и глубина этих частей были меньше, чем у таковых же, установленных на пуансоне, и чтобы общее усилие обжатия на выступающих частях пуансона было больше, чем на матрице. Также допускается в отдельных случаях устройство полостей для выполнения наружных контуров отливки в пуансоне, например, когда отливка имеет утолщение в среднем поясе или когда плоскость разъема формы совпадает с плоскостью разъема симметричной отливки. Во всех остальных случаях следует по возможности избегать устройства полостей в пуансоне, так как это ухудшает условия вентиляции форм.
Рабочей полостью формы называется часть формы, которая непосредственно соприкасается с расплавленным металлом. Она должна быть изготовлена из легированной стали, к ней предъявляются наиболее высокие требования в отношении точности размеров и внешней отделки.
Главная трудоемкость работы по изготовлению форм заключается в выполнении фасонных полостей и выступающих частей, расположенных в рабочей полости.
Большинство остальных частей формы следует отнести к так называемой оснастке, требования к которой в отношении качества металла, точности размеров и чистоты поверхности значительно ниже.
Следует стремиться к максимальной нормализации этих частей, чтобы при изготовлении всякой новой формы можно было ограничиться изготовлением лишь рабочих частей, стержней и выталкивателей.
Поэтому необходимо по возможности отказываться от цельных матриц и пуансонов и применять сменные матрицы и пуансоны, вставляемые в достаточно массивные плиты формы, обеспечивающие равномерный нагрев формы. Массивность плит важна также потому, что при большом давлении закрывающего форму горизонтального цилиндра машины возможны деформации и прогиб плит.
В плиту могут быть вставлены как одна, так и несколько матриц, причем при установке нескольких матриц каждая имеет одну полость для отливки.
В одной сменной матрице более значительного размера (обычно нормализованной) может быть также различное количество гнезд (полостей). Они могут быть изготовлены непосредственно в самой сменной матрице или установлены в ней в виде матриц-вставок.
Сменные матрицы и матрицы-вставки должны быть нормализованы с разбивкой на типы и размеры. В равной степени должны быть нормализованы отверстия для их посадки в плиты и матрицы. Это даст возможность использовать их для ряда форм.
При применении матриц-вставок значительно облегчается механическая и термическая обработки. При термической обработке сравнительно небольших компактных вставок менее вероятны поводки, чем при обработке цельных матриц для нескольких полостей или плите переменными сечениями, образованными при наличии полостей или выступов.
При применении вставок основные плиты в большинстве случаев термической обработке не подвергаются.
Широкое применение матриц-вставок дает возможность в большинстве случаев изготовлять основные плиты пуансона и матрицы из углеродистой стали и применять легированную сталь только для частей формы, соприкасающихся непосредственно с жидким металлом.
Установка сменных матриц в плиту и матриц-вставок в матрицы может быть произведена двумя способами:
1. С нерабочей стороны (через сквозное отверстие) с креплением заплечиками, прижимаемыми основанием матрицы или пуансона (фиг. 31). Высота сменной матрицы или вставки при этом должна быть равна или больше высоты плиты. Преимущества подобных вставок состоят в возможности одновременной обработки сквозных отверстий в матрице и пуансоне, что при меньших затратах времени обеспечивает точность сопряжения половинок рабочей полости. При этом отсутствуют винты для каждой вставки. Этот способ установки применяется:
а) при цилиндрических вставках, когда облегчается одновременная расточка в плитах матрицы и пуансона; посадка и подгонка вставок в отверстие плит не являются сложными;
б) при мелких вставках, когда затруднитачьно их крепить винтами с обратной стороны;
в) при глубоких полостях, когда вставка по высоте приближается к высоте плиты.
Матрица и пуансон

2. Co стороны плоскости разъема в коробчатые или цилиндрические гнезда с креплением винтами с обратной стороны (фиг. 32). При толстых плитах высота матрицы или вставки равна примерно половине высоты плиты. Преимущества такого способа установки состоят в возможности регулирования высоты сменных матриц, что имеет значение при существующей тенденции к применению массивных плит. При этом отпадает необходимость в заплечиках и прижимных плитах.
Независимо от того, где выполняется фасонная полость или выступ (в цельной плите, сменной матрице или матрице-вставке), в ряде случаев из технологических соображений необходимо прибегать к составным из сопрягаемых элементов вставкам с разъемом по труднодоступным для обработки местам.
Вставки, с помощью которых выполняются высокие выступающие части формы, не должны состоять из двух сопряженных кусков, так как при нагреве они могут разойтись по вершинам. Такие вставки должны проходить сквозь основную вставку.
Пример 1. Полость для крышки 1 водопроводного крана (фиг. 33) с переходом от шестигранного сечения к цилиндрическому выполняется в двух вставках: 2 и 3.
Пример 2. Глубокие тонкие полости (типа ребер) невозможно изготовить выборкой углубленных каналов в цельной матрице-вставке. К тому же очистка таких каналов от остатков металла и загрязнений крайне затруднительна. Для получения глубоких узких полостей в матрице делается сквозное отверстие, в которое устанавливается ряд наборных пластинок таким образом, чтобы они образовали стенки и дно полостей (фиг. 34).
Матрица и пуансон

Применение наборных вставок значительно повышает технологичность изготовления форм, но требует точности изготовления всех сопряженных частей.
Плоскость разъема формы должна совпадать с наибольшей плоскостью сечения отливки. Для детали, схематически изображенной на фиг. 35, она может проходить по А—A1. He следует делать разъема по оси симметрии В—B1 (если это не диктуется конфигурацией отливки), так как образующиеся заливы и заусенцы могут ухудшить чистоту детали по периферии. При разъеме по А—A1 снятие заусенцев и заливов в углах не влечет за собой искажения поверхности и легче осуществляется.
Матрица и пуансон

Наибольшая полость должна находиться в матрице (т. е. на фиг. 35 разъем должен быть по А—A1, а не по Б—Б1), так как в ней выполняются наружные контуры отливки.
По возможности не следует располагать глубокие полости в пуансоне, так как из них трудно удалить воздух. Металл, поступающий через ходовой литник, прорезанный в матрице, на своем пути вытесняет воздух из полости формы; воздух выходит через вентиляционные каналы, устроенные в плоскости разъема. Так как полость, расположенная в пуансоне, находится ниже плоскости разъема, то в ней образуются встречные потоки металла, поступающего под большим давлением, и воздуха, стремящегося к каналам в плоскости разъема. Металл преграждает путь воздуху, и на участке отливки, расположенном ниже плоскости разъема, образуются воздушные раковины.
Матрица и пуансон

В форме, показанной на фиг. 36, по конструктивным соображениям трудно избежать расположения полости в пуансоне. При применении вставки 1 (неподвижного стержня) плоскость разъема будет проходить по линии A1Б1 и вся полость окажется расположенной в матрице (фиг. 36, б).
Матрица и пуансон

Однако конструкция многих деталей вынуждает располагать полости в плите пуансона, иногда на значительной глубине. В таких случаях возможно образование в глубине отливки воздушных раковин; поэтому участки отливки, выполненные в углублении пуансона, не следует подвергать механической обработке из-за опасности обнаружения раковин.
He все детали допускают разъемы форм по плоскости. Однако устройство разъема по кривой или по ломаной поверхности крайне сложно и применяется очень редко. В форме с прямыми плитами пуансона и матрицы можно при помощи вставок получить разъем по кривой (фиг. 37) или по ломаной поверхности (фиг. 38).
Матрица и пуансон

He следует устанавливать головки крепежных винтов со стороны плоскости разъема, чтобы их не заливало металлом.
Направляющие колонки. Обе половинки форм центрируются направляющими колонками, которые в количестве от двух до четырех штук устанавливаются преимущественно в подвижном плите. Отверстия для колонок делаются в неподвижной плите.
На фиг. 39 показана рациональная конструкция направляющих колонок и их метод посадки в плиту. Колонки имеют коническую заточку с небольшим радиусом при переходе от конуса к цилиндру. Посадка колонки в плите производится на высоту l, не превышающую трех диаметров d колонки. Около плоскости разъема в отверстии для колонки вытачивается фаска, образующая при закрытии формы резервуар, благодаря устройству которого грязь и капли масла не мешают плотному закрытию формы.
Матрица и пуансон

Отверстия для колонок указанного типа рассверливаются непосредственно в плитах; подобные колонки применяются для малых форм, не требующих особой точности (до 5-го класса).
Для средних и крупных форм, а также для особо точных форм (до 4-го класса) применяются направляющие колонки со втулками (фиг. 40). При движении закаленной колонки по закаленной же втулке обеспечивается хорошее направление и точность. Из технологических соображений посадочные диаметры колонки и втулки делаются одинаковыми, что позволяет совместно проходить отверстия в плитах на универсальном оборудовании.
Матрица и пуансон

Посадка колонки в плиту — с допуском T (тугая посадка 2-го класса), по d и — допуски по X3 и A3, по D — допуск B7.
Охлаждение форм. Чтобы предохранить формы от чрезмерного нагрева и усталости, их необходимо охлаждать водой.
Охлаждение формы увеличивает продолжительность ее службы. При высоких темпах работы охлаждение значительно способствует увеличению производительности.
Для охлаждения плит пуансона и матрицы в них высверливают каналы, сообщающиеся через ниппели и резиновый шланг с водопроводом и канализацией. Обычно устраивают три канала, но в зависимости от конфигурации отливок иногда приходится ограничиваться одним или двумя каналами. Каналы нужно располагать в теле плиты, ближе к рабочей поверхности, где больше разгар, однако с таким расчетом, чтобы их расстояние до полости и до различных отверстий и сопряжений в форме было не меньше 10 мм. Каналы должны проходить в массиве плиты, не пересекая стыка вставных частей формы, либо должны применяться глубокие ниппели, подводящие воду через стык непосредственно к вставке (фиг. 41).
Матрица и пуансон

Так как наиболее сильному нагреву подвергается матрица, особенно в той части, где расположен ходовой литник, в некоторых формах применяется охлаждение только для плиты матриц.
Охлаждение форм значительно усложняется при применении небольших вставок, посредством которых выполняются рабочие полости, подвергающиеся наибольшему разгару, а следовательно, требующие наиболее интенсивного охлаждения.
В этом случае применяется способ охлаждения при помощи медных вставных трубок, устанавливаемых между основанием вставок и основанием матрицы или пуансона. Охлаждение трубками менее эффективно, чем охлаждение по каналам в теле плиты; оно допускается только для вставок или составных форм.
Литниковые втулки. Литниковые втулки предназначены для сопряжения формы с камерой прессования.
В машинах с горячей камерой металл из котла поступает для заливки через мундштук. Если в процессе работы непрерывно подводить мундштук к гнезду, устроенному для него в форме, и, стремясь не допустить выбрызгивания металла, прижимать мундштук к гнезду с большим усилием, то гнездо быстро разработается и выведет из строя всю форму. Гнездо разрушается еще и потому, что принимает удар расплавленного металла, поступающего под значительным давлением.
Чтобы сохранить форму, между ней и мундштуком устанавливают сменную литниковую втулку. Втулка должна иметь точное и плотное сопряжение с одной стороны с мундштуком и с другой стороны с цилиндрической выточкой формы (фиг. 42).
Матрица и пуансон

Для возможности беспрепятственного удаления из втулки отливки с литником конус литникового отверстия втулки делают одинаковым с конусом литникового отверстия формы.
В машинах с холодными камерами прессования применяются следующие литниковые втулки.
Втулка камеры прессования (фиг. 43). Она служит для предохранения наполнительного стакана 1 камеры от износа в месте его сопряжения с литниковым каналом 3. Втулка 2 своей выступающей наружной частью служит также для центрирования формы на машине.
Матрица и пуансон

Втулка формы, установленной на машине с вертикальной камерой (фиг. 44). Литниковая втулка формы, изготовленная из легированной стали, своим торцем сопрягается с литниковой втулкой камеры сжатия и служит каналом для прохода в матрицу металла, доводя его до плоскости разъема через плиту из поделочной стали. Если такая втулка предназначена подводить металл в многогнездной форме к нескольким матрицам, то через ее торцы (в плоскости разъема формы) должны проходить также каналы для питателей. В отливках цилиндрического или коробчатого типа, изготовляемых с центральными литниками с помощью нижних торцев литниковой втулки, можно оформить контуры верхней части детали. В углубление по диаметру D с задней стороны неподвижной плиты формы на глубину H должна входить головка литниковой втулки машины. В данной конструкции глубина выточки H очень легко может быть получена шлифованием торца литниковой втулки, а отверстие диаметром D для центрирования формы на машине является одновременно посадочным для литниковой втулки.
Втулка формы, установленной на машине типа 1,5 G с горизонтальной камерой прессования (фиг. 45). В выемки матрицы 1 по диаметру D на глубину 9,67 мм должны входить заплечики горизонтального стакана камеры прессования, для точного сопряжения с которыми подгоняются торцы втулки по высоте Н.
Матрица и пуансон

Для облегчения выхода литника во втулке имеется конус. Учитывая, что на торцах втулки прорезаются питатели, втулку точно устанавливают с помощью штифта.
Основания матриц и пуансонов. Основание 1 плиты матрицы (фиг. 46) служит для крепления в плите матрицы 2, вставок 3, устанавливаемых на заплечиках стержней 4 и наклонных пальцев 5, являющихся приспособлением для вытаскивания подвижных стержней. В ряде машин основание служит для крепления плиты к машине, например, у машин типа Полак в основании располагаются нормализованные крепежные отверстия и выточка для посадки плиты на выступающую (центрирующую) часть литниковой втулки 6. Благодаря наличию такого основания нет необходимости сверлить крепежные отверстия в каждой плите. Основание, таким образом, может быть использовано для ряда форм.
В машинах с горизонтальной камерой сжатия основание имеет большую площадь, чем плита, поэтому крепежные отверстия сверлят в выступающих бортах или используют их для установки прихватов.
Основание 1 плиты пуансона 2 (фиг. 47) служит для крепления в плите пуансона, сменных пуансонов, пуансонов-вставок, фасонных вставок, рассекателей, неподвижных стержней и направляющих колонок.
При постоянных больших постаментах на формодержателе основание имеет площадь, более значительную, чем плита пуансона, и служит для перехода от пуансона к постаменту.
Матрица и пуансон

В большинстве форм, где применяются выталкиватели, к задней части основания крепятся стойки, между которыми двигаются плиты, несущие систему выталкивателей.
Основания скрепляют с плитами винтами. Основания пуансона должны быть достаточно массивны, особенно при работе на мощных машинах, где усилие, замыкающее форму, очень велико. Особенно это важно при наличии стоек, так как при этом основание является балкой на двух опорах, испытывающей большую нагрузку.
В формах, где сменные матрицы и различные вставки крепятся с обратной стороны на винтах, плиты матриц оснований не имеют.