عوامل اصلی موثر بر دقت ابعادی ریخته گری

1. خلاصه اجرایی

دقت ابعادی ریخته گری نتیجه خالص بسیاری از علل متقابل است: فیزیک مواد (انقباض & تغییرات فاز), پویایی فرآیند (ریختن, تثبیت), دقت ابزار (الگو & ساخت هسته), هندسه طراحی (بخش ها & ویژگی ها), عملیات حرارتی, محیط جابجایی و اندازه گیری.

هر یک از اینها می تواند میلی متر را معرفی کند (یا کسری از میلی متر) انحراف در یک ویژگی مشخص.

نتایج خوب از همکاری اولیه بین طراح و ریخته گری به دست می آید, تخصیص صریح ویژگی های به عنوان بازیگر در مقابل ماشینکاری, و ترکیبی از قوانین طراحی, کنترل فرآیند و بازرسی.

2. دقت ابعادی ریخته گری چقدر است?

دقت ابعادی قطعات ریخته گری به این اشاره دارد که هندسه نهایی یک جزء ریخته گری چقدر با اسمی مطابقت دارد. (در نظر گرفته شده است) ابعاد مشخص شده در نقشه مهندسی یا مدل CAD.

به عبارت دیگر, این درجه ای است که "به عنوان بازیگر" شکل را تکرار می کند "به عنوان طراحی" شکل.

زیرا تمام فرآیندهای ریخته گری شامل انقباض فلز است, شیب حرارتی, متغیرهای اعوجاج قالب و ابزار, ریخته گری نمی تواند کاملاً با ابعاد نظری مطابقت داشته باشد.

در عوض, دقت ابعادی از طریق کنترل و ارزیابی می شود تحمل ها, کنترل های هندسی, و اندازه گیری آماری.

استانداردسازی دقت: کلاس های تحمل

دقت ابعادی در ریخته گری در سطح جهانی استاندارد شده است, برجسته ترین توسط:

ISO 8062-1/2/3

• سی تی (تحمل) کلاس برای ابعاد خطی - CT1 (دقت بسیار بالا) به CT16 (درشت).
• GCT (تحمل ریخته گری هندسی) برای صافی, گرد بودن, موقعیت, و غیره.

استانداردهای دیگر اغلب به آنها ارجاع می شود

• از 1680
• ANSI/ASME Y14.5 (برای GD&T بر روی ویژگی های ماشینکاری شده)
• ASTM A802 (تحمل های ریخته گری فولاد)

این چارچوب‌ها به طراحان و ریخته‌گری‌ها اجازه می‌دهند تا تحمل‌ها را به‌طور واضح با هم ارتباط برقرار کنند و دقت قابل‌دستیابی را برای هر فرآیند پیش‌بینی کنند..

3. طبقه بندی سطح بالای عوامل تأثیرگذار

1. مواد ذاتی - جمع شدگی آلیاژ, تحولات فاز, انبساط ناهمسانگرد.
2. فیزیک فرآیند - دمای ذوب, تلاطم, پر کردن, الگوی انجماد.
3. ابزار سازی & قالب ها - دقت الگو, تغییر هسته, حرکت / نشست قالب.
4. هندسه & طراحی - مدول بخش, جزایر, دیوارهای نازک در مقابل ضخیم.
5. حرارتی & درمان های پس از گچ گیری - اعوجاج عملیات حرارتی, رفع تنش ها.
6. پس پردازش & دست زدن - توالی ماشینکاری, تاب برداشتن فیکسچر.
7. اندازه گیری & محیط زیست - درجه حرارت در هنگام بازرسی, پایداری داده.
8. انسان & کنترل سیستم - تمرین اپراتور, SPC, رانش دستور غذا.

4. عوامل مرتبط با مواد

انقباض خطی و انقباض حجمی

• چی: تمام فلزات در خنک شدن از مایع → جامد → دمای اتاق منقبض می شوند. انقباض خطی (فاکتور مقیاس الگو) عامل اصلی تغییر ابعاد است.
• محدوده های معمولی (گویا):آلیاژهای آلومینیوم ~ 0.6-1.5٪, چدن ~ 1.0-1.6٪, کربن & فولادهای آلیاژی ~ 1.8-2.5٪, آلیاژهای مس ~ 1.8-2.2٪. مقادیر واقعی آلیاژ هستند & وابسته به فرآیند; با ریخته گری تایید کنید.
• اثر: یک اسمی 200 ویژگی میلی متر با 1.2% انقباض کوتاه می شود 2.4 میلی متر مگر اینکه در الگو جبران شود.

تحولات فاز & انجماد ناهمسانگرد

• برخی از آلیاژها (فولاد, آلیاژهای نیکل بالا) دچار تغییرات فاز شوند (آستنیت → فریت / پرلیت / مارتنزیت) که تغییرات ابعادی را فراتر از انقباض حرارتی ساده اضافه یا کم می کند. انجماد جهت دار می تواند انقباض ناهمسانگرد ایجاد کند.

جداسازی انجماد & نقاط داغ

• غنی‌سازی/کاهش موضعی عناصر در نواحی بین دندریتی تفاوت‌های ریزساختاری ایجاد می‌کند و می‌تواند انقباض را متمرکز کند یا حفره‌های محلی ایجاد کند که ابعاد محلی را تغییر می‌دهد..

کاهش: کنترل آلیاژ و مذاب را مشخص کنید; از ریخته گری عوامل انقباض و ابعاد الگو را بخواهید; از طرح های انجماد همدما/کنترل شده استفاده کنید.

5. عوامل مرتبط با فرآیند

قابلیت مسیر ریخته گری

(تلورانس به عنوان یک تحمل خطی معمولی نشان داده شده است 100 میلی متر. مقادیر بر اساس آلیاژ متفاوت است, هندسه & قابلیت ریخته گری)

دمای ذوب & گرم کردن

• سوپر گرمای بیشتر سیالیت را افزایش می دهد اما حلالیت گاز و آشفتگی را افزایش می دهد; هر دو در صورت مدیریت نادرست می توانند باعث افزایش تخلخل جمع شدگی و عدم دقت ابعاد شوند.

پر کردن دینامیک و آشفتگی

• آشفتگی اکسیدها را به دام می اندازد, اشتباه و بسته شدن سرد ایجاد می کند; پر شدن ناقص هندسه موثر را تغییر می دهد و می تواند قطعات را تحریف کند زیرا پوسته یخ زده فلز بعدی را محدود می کند..

دروازه, در حال افزایش & جامد سازی جهت دار

• گیتینگ ضعیف منجر به انقباض حفره ها در مکان های ناخواسته می شود. قرارگیری مناسب رایزر تغذیه فلز را به مناطق جامد تضمین می کند و هندسه نهایی را کنترل می کند.

روش های کمک فشار/خلاء

• خلاء HPDC یا پر کردن فشار کم تخلخل گاز را کاهش می دهد و ثبات ابعادی ویژگی های نازک را بهبود می بخشد.; فرآیندهای فشرده و نیمه جامد اثرات انقباض را کاهش می دهند.

6. ابزار سازی & الگو / عوامل اصلی

ابزار سازی, الگوها و هسته ها را تنظیم می کنند هندسه اولیه از ریخته گری و تا حد زیادی تعیین کننده تکرارپذیری و جبران سیستماتیک.

عملکرد ضعیف ابزارسازی یا کنترل ناکافی هسته باعث ایجاد رانش ابعادی می شود, تغییر مسیر, و اعوجاج های غیر قابل بازیابی که پردازش پایین دست همیشه نمی تواند آنها را برطرف کند.

دقت الگو & جبران کاهش

هندسه الگو خط پایه ای است که از آن تمام انقباضات و انقباض های ابزار اعمال می شود. نکات کلیدی:

• مقیاس بندی الگو: الگوها باید با استفاده از صحیح مقیاس شوند انقباض خطی فاکتور برای آلیاژ و فرآیند (آلیاژها/فرآیندهای مختلف به فاکتورهای مقیاس متفاوتی نیاز دارند).
• تحمل الگو: تلورانس های الگوساز باید بیشتر از تلورانس های قطعه مورد نیاز باشد تا خطای الگو منبع اصلی تغییرات نباشد..
• افست سیستماتیک: اعوجاج ابزار, فرسودگی الگو و ناهماهنگی یراق آلات باعث ایجاد افست های تکرارشونده می شود; اینها باید در طول اجرای آزمایشی اندازه گیری و اصلاح شوند.

کاهش: قبل از اولین ریختن، ابعاد الگو را مستند و بررسی کنید; نیاز به ریخته گری برای تهیه نقشه های الگو (با فاکتورهای کوچک کننده اعمال شده) و گزارش های بررسی الگوی مقاله اول.

مواد نسوز و استحکام پوسته

سیستم نسوز (مواد, دوغاب, ساخت لایه, ضخامت) سفتی پوسته و پاسخ حرارتی را کنترل می کند. اثرات کلیدی:

• عدم تطابق CTE: دیرگدازهای مختلف تحت گرما به طور متفاوتی منبسط/انقباض می شوند - این امر اندازه حفره را در حین ریختن و خنک شدن تغییر می دهد.
• سفتی پوسته: پوسته های نازک یا ضعیف تحت فشار متالوستاتیک تغییر شکل می دهند, ایجاد برآمدگی یا تغییر ابعاد موضعی.
• تنوع فرآیند: مخلوط دوغاب, تکنیک پوشش و کنترل خشک کردن / فرسودگی بر تراکم پوسته و تکرارپذیری تأثیر می گذارد.

کاهش: دستور العمل های دوغاب و برنامه لایه ها را برای قطعه استاندارد کنید; حداقل ضخامت پوسته و برنامه پخت را مشخص کنید; یکپارچگی پوسته را بررسی کنید (بصری, ابعادی) قبل از ریختن برای قطعات مهم.

دقت اصلی, تغییر مسیر & اعوجاج هسته

هسته ها ویژگی ها و حفره های داخلی را تعیین می کنند - دقت و پایداری آنها بسیار مهم است.

مکانیسم های رایج:

• تغییر هسته: صندلی اصلی ضعیف, چاپ ناکافی هسته یا لرزش در حین ریختن باعث حرکت هسته ها می شود, جابجایی محل سوراخ ها.
• اعوجاج هسته: پشتیبانی نشده, هسته های بلند یا نازک می توانند تحت فشار فلز یا شوک حرارتی خم شوند یا ارتعاش کنند, تغییر هندسه داخلی.
• فرسایش هسته / شستشو: فلز با سرعت بالا می تواند سطوح ضعیف هسته را فرسایش دهد, تغییر سطوح و ابعاد سوراخ.

کاهش: طراحی پرینت هسته قوی و اینترلاک های مکانیکی مثبت; سختی هسته و پشتیبان‌های هسته‌های بلند را مشخص کنید; کنترل سرعت ریختن و دروازه برای محدود کردن فرسایش جت; در صورت نیاز از پوشش های هسته استفاده کنید.

پشتیبانی قالب & ثبات ابعادی

نحوه پشتیبانی قالب یا قالب در حین ریختن بر قوام ابعادی تأثیر می گذارد:

• انحراف قالب: فلز در اثر چرخه از بین می رود و منعطف می شود - رشد حرارتی و بارهای گیره هندسه حفره را در طول عمر تغییر می دهد.
• نشست قالب شنی: فشرده سازی شن و ماسه, هواگیری و فشار گیره باعث حرکت قالب یا برگشت فنر در ریخته گری های بزرگ می شود.
• سایش ابزار: چرخه های مکرر باعث ایجاد شیارهای سایش و رانش ابعادی در ابزار فلزی می شود.

کاهش: تکیه گاه ها و گیره های قالب مهندسی برای به حداقل رساندن انحراف; کنترل تراکم شن و ماسه و پخت بایندر; فواصل تعمیر و نگهداری قالب را برنامه ریزی کنید; انحراف ابعاد را از طریق SPC نظارت کنید و بازرسی های دوره ای ابزار را اجرا کنید.

دمای

دمای قالب در هنگام ریختن و در حین انجماد بر پر شدن تأثیر می گذارد, انقباض و تنش های پسماند:

• قالب سرد: گرادیان حرارتی بیش از حد می تواند باعث سرما شود, سوء هاضمه, یا افزایش تنش های کششی و ترک خوردگی.
• قالب داغ: دمای بیش از حد قالب باعث افزایش انبساط مواد قالب شده و می تواند ابعاد قالب را تغییر دهد و درشتی دانه را افزایش دهد..
• گرادیان های حرارتی: گرمای ناهموار قالب منجر به انجماد و اعوجاج نامتقارن می شود.

کاهش: استاندارد کردن روش های پیش گرم کردن قالب/ قالب و کنترل دما; نظارت بر دمای قالب در مکان های بحرانی; از شبیه‌سازی حرارتی برای پیش‌بینی گرادیان‌ها برای قطعات پیچیده و تنظیم قرارگیری گیت/سرد استفاده کنید.

7. طراحی & عوامل هندسی

تغییر ضخامت بخش

• بخش های جدا شده ضخیم به آرامی جامد می شوند و نقاط داغ و حفره های انقباض ایجاد می کنند; بخش‌های نازک به سرعت سرد می‌شوند و ممکن است منحرف شوند یا منجر به انحراف شوند. از تغییرات ناگهانی ضخامت خودداری کنید.

جزایر, روسای, دنده ها و فیله ها

• باس های بزرگ مناطق کوچک محلی را ایجاد می کنند; دنده ها به سفتی کمک می کنند اما برای جلوگیری از به دام افتادن گرما باید اندازه آنها باشد. فیله ها غلظت تنش را کاهش می دهند و جریان فلز را بهبود می بخشند.

ویژگی های بلند نازک و اعوجاج

• بخش های بلند و باریک (شفت ها, باله ها) در برابر تاب خوردگی ناشی از انجماد و متعاقب آن اعوجاج ماشینکاری آسیب پذیر هستند.

راهنمای DFM: سعی کنید ضخامت دیوارها را یکنواخت نگه دارید; به جای ضخامت از دنده استفاده کنید, مسیرهای خوراک را به بخش های سنگین اضافه کنید, فیله و پیش نویس را اضافه کنید.

8. تاریخچه حرارتی & درمان های پس از بازی

عملیات حرارتی اعوجاج ناشی از

• محلول آنیل, عادی سازی, خاموش کردن یا کاهش استرس می تواند ابعاد را تغییر دهد - گاهی اوقات به طور غیر قابل پیش بینی در بخش های بزرگ. کوئنچ شیب ها و تنش های پسماند ایجاد می کند که قطعات را تاب می دهد.

تنش های پسماند ناشی از انجماد

• خنک شدن سریع و انقباض محدود باعث ایجاد تنش‌های پسماند می‌شود که در حین ماشین‌کاری یا سرویس کاهش می‌یابد, تغییر هندسه (بازگشت بهار).

کاهش: توالی عملیات حرارتی را زودتر مشخص کنید; دستگاه پس از عملیات حرارتی که در آن تحمل عملکردی مورد نیاز است; در صورت لزوم از تسکین استرس استفاده کنید.

9. دست زدن, دنباله ماشینکاری & جلوه های ثابت

کمک هزینه ماشینکاری & دنباله

• ماشینکاری مواد را برای دستیابی به دقت نهایی حذف می کند. توالی یابی (که ابتدا ماشین کاری می شود) و فیکسچرها اعوجاج تجمعی را کنترل می کنند. ماشینکاری قبل از کاهش استرس کامل می تواند باعث پیچ خوردگی شود.

تثبیت & ارجاعات داده

• طراحی ضعیف فیکسچر باعث اعوجاج گیره و اندازه‌گیری‌های اشتباه می‌شود. از سطوح مبنا و وسایل ثابت استفاده کنید; هنگام اندازه گیری از گیره بیش از حد خودداری کنید.

گشتاور بست و تنش های مونتاژ

• سفت کردن پیچ می تواند بخش های نازک را منحرف کند و صافی فلنج را تغییر دهد. محدوده و توالی گشتاور را مشخص کنید.

کاهش: نظم ماشینکاری را تعریف کنید, توصیه طراحی فیکسچر, گشتاور را مشخص کنید & دستورالعمل های مونتاژ.

10. اندازه گیری, محیط زیست & اثرات مترولوژی

دما در اندازه گیری

• فلزات با دما منبسط می شوند. قانون مشترک: الف 1 تغییر درجه سانتی گراد باعث تغییر خطی 16-25 ppm/°C برای فولاد/آلومینیوم می شود; در الف 500 قطعه میلی متری 1 درجه سانتی گراد ≈ 0.008-0.012 میلی متر - مربوط به تحمل های تنگ.
  همیشه در دمای استاندارد اندازه گیری کنید (معمولا 20 درجه سانتی گراد) یا جبران کند.

دقت ابزار & اثرات کاوشگر

• نوع پروب CMM, طول قلم و استراتژی کاوش خطای اندازه گیری را معرفی می کنند. برای ویژگی های نازک, نیروی کاوشگر می تواند بخشی را منحرف کند.

پایداری داده & تکرارپذیری اندازه گیری

• انتخاب داده ناسازگار باعث پراکندگی می شود. از تثبیت داده های قابل تکرار استفاده کنید و پروتکل های اندازه گیری را تعریف کنید.

کاهش: دمای اندازه گیری را مشخص کنید, استراتژی CMM, و معیارهای پذیرش; نیاز به FAI با شرایط محیطی گزارش شده است.

11. نتیجه گیری

دقت ابعادی در ریخته‌گری توسط یک عامل مشخص نمی‌شود، بلکه توسط یک عامل مشخص می‌شود تعامل مواد, ابزار سازی, کنترل فرآیند, و رفتار حرارتی در کل چرخه تولید.

هر مرحله - از طراحی الگو و جبران انقباض تا پایداری قالب, انتخاب آلیاژ, و شرایط انجماد - تنوع بالقوه ای را معرفی می کند که باید درک شود و به طور فعال مدیریت شود.

ریخته گری با دقت بالا نیاز دارد:

• الگوها و هسته های دقیق با کمک هزینه کوچک شدن کنترل شده
• سیستم های قالب و پوسته پایدار با رفتار حرارتی و مکانیکی قابل پیش بینی
• پارامترهای فرآیند به شدت حفظ می شود از جمله دمای ریختن, دمای قالب, و قوام دروازه
• مواد با کیفیت با ویژگی های انبساط حرارتی و انجماد شناخته شده
• بازرسی قوی, SPC, و حلقه های بازخورد برای تشخیص زودهنگام تغییرات

زمانی که این عوامل به صورت کل نگر مهندسی شوند, یک ریخته‌گری می‌تواند ریخته‌گری‌هایی را ارائه دهد که به‌طور مداوم تحمل‌های ابعادی محدودی دارند, کاهش هزینه های ماشینکاری, بهبود تناسب مونتاژ, و عملکرد محصول نهایی را افزایش دهد.

در نهایت, دقت ابعادی هر دو است دستاورد فنی و الف نظم فرآیند-یکی که تامین کنندگان ریخته گری سطح بالا را از تولیدکنندگان معمولی متمایز می کند.

 

سوالات متداول

کدام نوع آلیاژ بیشترین تأثیر را در دقت ابعاد دارد?

آلیاژهای منیزیم (1.8-2.5% جمع شدگی خطی) بیشترین خطر انحراف ابعاد را دارند, در حالی که چدن خاکستری (0.8–1.2 ٪) پایدارترین است.

آیا ریخته گری شن و ماسه می تواند به دقت ابعادی بالایی دست یابد?

ریخته گری شن و ماسه با رزین می تواند به ISO برسد 8062 CT8-10 (±0.3-0.5mm برای قطعات 100mm), مناسب برای قطعات با دقت متوسط (به عنوان مثال, محفظه پمپاژ).

برای دقت CT5-7, ریخته گری سرمایه گذاری یا HPDC مورد نیاز است.

جبران انقباض قالب چگونه کار می کند?

قالب ها با سرعت انقباض خطی آلیاژ بزرگ می شوند. به عنوان مثال, یک آلومینیوم 100 میلی متری (1.5% انقباض) قطعه به یک قالب 101.5 میلی متری نیاز دارد - این تضمین می کند که ریخته گری نهایی به 100 میلی متر منقبض می شود..

علت اصلی تاب خوردگی در ریخته گری چیست؟?

خنک کننده ناهموار (به عنوان مثال, بخش های ضخیم کندتر از قسمت های نازک خنک می شوند) استرس درونی ایجاد می کند, منجر به انحراف.

استفاده از آهن سرد یا خنک کننده آب برای متعادل کردن سرعت خنک کننده می تواند تاب خوردگی را تا 40 تا 50 درصد کاهش دهد..

چگونه پس از درمان بر دقت ابعاد تاثیر می گذارد?

تمیز کردن ارتعاشی می تواند قطعات دیواره نازک را 0.1 تا 0.2 میلی متر منحرف کند, در حالی که انحرافات دمای عملیات حرارتی (± 10 درجه سانتیگراد) می تواند باعث تغییر ابعاد 0.1-0.2 میلی متر شود.

تمیز کردن ملایم (لرزش فرکانس پایین) و کنترل دقیق عملیات حرارتی این مسائل را کاهش می دهد.