Tärkeimmät valukappaleiden mittatarkkuuteen vaikuttavat tekijät

1. Tiivistelmä

Valukappaleiden mittatarkkuus on monien vuorovaikutteisten syiden nettotulos: materiaalifysiikka (kutistuminen & vaiheen muutokset), prosessin dynamiikkaa (kaataminen, jähmettyminen), työkalujen tarkkuus (kuvio & ydinten tekeminen), suunnittelugeometria (osiot & ominaisuuksia), lämpökäsittelyt, käsittely- ja mittausympäristö.

Mikä tahansa näistä voi tuoda millimetrejä (tai millimetrin murto-osia) tietyn ominaisuuden poikkeama.

Hyviä tuloksia syntyy suunnittelijan ja valimon varhaisesta yhteistyöstä, Valettujen vs. koneistettavien ominaisuuksien eksplisiittinen allokointi, ja sekoitus suunnittelusääntöjä, prosessin valvonta ja tarkastus.

2. Mikä on valukappaleiden mittatarkkuus?

Valukappaleiden mittatarkkuus viittaa siihen, kuinka tarkasti valetun komponentin lopullinen geometria vastaa nimellistä (tarkoitettu) suunnittelupiirustuksessa tai CAD-mallissa ilmoitetut mitat.

Toisin sanoen, se on, missä määrin "valittuina" muoto toistaa "suunniteltuna" muoto.

Koska kaikkiin valuprosesseihin liittyy metallin kutistuminen, lämpögradientit, muotin vääristymät ja työkalumuuttujat, valukappaleet eivät voi täysin vastata teoreettisia mittoja.

Sen sijaan, mittatarkkuutta valvotaan ja arvioidaan toleranssit, geometriset säätimet, ja tilastollinen mittaus.

Tarkkuuden standardointi: toleranssiluokat

Valukappaleiden mittatarkkuus on maailmanlaajuisesti standardoitu, erityisesti:

ISO 8062-1/2/3

• CT (Suvaitsevaisuus) luokka lineaarisille mitoille — CT1 (erittäin korkea tarkkuus) CT16:een (karkea).
• GCT (Geometrinen valutoleranssi) tasaisuuden vuoksi, pyöreys, asema, jne.

Usein viitataan muihin standardeihin

• -Sta 1680
• ANSI/ASME Y14.5 (GD:lle&T koneistetuissa ominaisuuksissa)
• ASTM A802 (teräksen valutoleranssit)

Nämä puitteet antavat suunnittelijoille ja valimoille mahdollisuuden viestiä toleranssit selkeästi ja ennustaa saavutettavaa tarkkuutta jokaiselle prosessille.

3. Vaikuttavien tekijöiden korkeatasoinen luokitus

1. Sisäinen materiaali - seoksen kutistuminen, vaihemuunnoksia, anisotrooppinen laajeneminen.
2. Prosessifysiikka - sulamislämpötila, turbulenssi, täyte, jähmettymiskuvio.
3. Työkalu & muotit - kuvion tarkkuus, ytimen vaihtaminen, muotin liike / asettuminen.
4. Geometria & design — osamoduuli, saaret, ohuet vs paksut seinät.
5. Lämpö & post-cast hoidot - lämpökäsittelyn vääristymä, vaimentaa jännityksiä.
6. Jälkikäsittely & käsittelyä — työstöjärjestys, telineen vääntyminen.
7. Mittaus & ympäristö — lämpötila tarkastuksen aikana, peruspisteen vakaus.
8. Ihmisen & järjestelmän ohjaus — operaattorin käytäntö, SPC, resepti ajautuminen.

4. Materiaaliin liittyvät tekijät

Lineaarinen kutistuminen ja volyymi supistuminen

• Mitä: kaikki metallit supistuvat jäähtyessään nesteestä → kiinteästä → huoneenlämpötilasta. Lineaarinen kutistuminen (kuvion skaalaustekijä) on mittasuhteiden muutoksen hallitseva tekijä.
• Tyypilliset vaihteluvälit (havainnollistava):alumiiniseokset ~0,6–1,5 %, valurauta ~1,0–1,6 %, hiili & seosteräkset ~1,8–2,5 %, kuparilejeeringit ~1,8–2,2 %. Todelliset arvot ovat metalliseos & prosessista riippuvainen; vahvista valimolla.
• Vaikutus: nimellinen 200 mm ominaisuus 1.2% kutistuminen lyhenee 2.4 mm, ellei sitä ole kompensoitu kuviossa.

Vaiheen muunnokset & anisotrooppinen jähmettyminen

• Jotkut metalliseokset (teräkset, runsaasti Ni-seoksia) käy läpi vaihemuutoksia (austeniitti → ferriitti/perliitti/martensiitti) jotka lisäävät tai vähentävät mittamuutoksia yksinkertaisen lämpökutistumisen lisäksi. Suunnattu jähmettyminen voi aiheuttaa anisotrooppista kutistumista.

Kiinteytyserottelu & hotspotit

• Alkuaineiden paikallinen rikastuminen / ehtyminen interdendriittisilla alueilla tuottaa mikrorakenteellisia eroja ja voi keskittää kutistumisen tai luoda paikallisia onteloita, jotka muuttavat paikallisia mittoja.

Lieventäminen: määritä seos ja sulatteen hallinta; kysy valimolta kutistumiskertoimia ja kuvion mittoja; käytä isotermisiä/hallittuja jähmettymismalleja.

5. Prosessiin liittyvät tekijät

Casting Route -ominaisuus

(Toleranssi esitetään tyypillisenä lineaarisena toleranssina per 100 mm. Arvot vaihtelevat seoksen mukaan, geometria & valimokyky.)

Sulamislämpötila & ylikuumentaa

• Korkeampi tulistus lisää juoksevuutta, mutta lisää kaasun liukoisuutta ja turbulenssia; molemmat voivat aiheuttaa lisääntynyttä kutistumishuokoisuutta ja mittojen epätarkkuutta, jos niitä käsitellään väärin.

Täyttödynamiikka ja turbulenssi

• Turbulenssi sitoo oksideja, aiheuttaa virheitä ja kylmäsulkuja; epätäydellinen täyttö muuttaa tehokasta geometriaa ja voi vääristää osia, koska jäätynyt kuori rajoittaa myöhempää metallia.

Portti, nousussa & Suunta jähmettyminen

• Huono portti johtaa kutistumisonteloihin ei-toivotuissa paikoissa. Oikea nousuputken sijoitus varmistaa metallin syöttämisen jähmettymisalueille ja ohjaa lopullista geometriaa.

Paine/tyhjiöavusteiset menetelmät

• Tyhjiö HPDC tai matalapainetäyttö vähentää kaasun huokoisuutta ja parantaa ohuiden ominaisuuksien mittapysyvyyttä; puristus- ja puolikiinteät prosessit vähentävät kutistumisvaikutuksia.

6. Työkalu & kuvio / ydintekijät

Työkalu, kuviot ja ytimet asettaa alkuperäinen geometria valun ja määrittävät suurelta osin toistettavuuden ja systemaattiset poikkeamat.

Huono työstökäytäntö tai riittämätön sydämen ohjaus aiheuttaa mittapoikkeaman, ydinmuutos, ja ei-palautettavat vääristymät, joita jatkokäsittely ei aina voi korjata.

Kuvion tarkkuus & pienentää kompensaatiota

Kuvion geometria on perusviiva, josta alkaen kaikki kutistuma- ja työkalupoikkeamat sovelletaan. Keskeiset kohdat:

• Kuvion skaalaus: kuviot on skaalattava oikealla lineaarinen kutistuminen seoksen ja prosessin tekijä (erilaiset seokset/prosessit vaativat erilaisia ​​mittakaavatekijöitä).
• Kuvioita sietävä: kuviontekijän toleranssien tulee olla tiukemmat kuin vaaditut osatoleranssit, jotta kuviovirhe ei ole hallitseva vaihtelulähde.
• Systemaattiset siirrot: työkalujen vääristymä, kuvion kuluminen ja kiinnitysvirhe tuottavat toistettavia siirtymiä; nämä tulee mitata ja korjata pilottiajojen aikana.

Lieventäminen: dokumentoi ja tarkista kuvion mitat ennen ensimmäistä kaatamista; vaatia valimoa toimittamaan kuviopiirroksia (kutistuskertoimilla) ja ensimmäisen artikkelin mallin tarkistusraportit.

Tulenkestävät materiaalit ja kuoren lujuus

Tulenkestävä järjestelmä (materiaali, lietettä, kerrosrakenne, paksuus) säätelee kuoren jäykkyyttä ja lämpövastetta. Tärkeimmät tehosteet:

• CTE-epäsopivuus: eri tulenkestävät laajenevat/kutistuvat eri tavalla lämmön vaikutuksesta – tämä muuttaa ontelon kokoa kaatamisen ja jäähdytyksen aikana.
• Kuoren jäykkyys: ohuet tai huonosti tiivistyneet kuoret deformoituvat metallostaattisen paineen vaikutuksesta, aiheuttaa pullistumia tai paikallisia mittamuutoksia.
• Prosessien vaihtelu: lietteen sekoitus, pinnoitustekniikka ja kuivumisen/palamisen hallinta vaikuttavat kuoren tiheyteen ja toistettavuuteen.

Lieventäminen: standardoi lietereseptit ja osan kerrosaikataulut; määritä kuoren vähimmäispaksuus ja kovettumisaikataulu; tarkasta kuoren eheys (visuaalinen, ulottuvuus-) ennen kriittisten osien kaatamista.

Ytimen tarkkuus, ydinmuutos & ydinsärö

Sydämet paikantavat sisäiset ominaisuudet ja poraukset – niiden tarkkuus ja vakaus ovat kriittisiä.

Yleisiä mekanismeja:

• Ydinvaihto: huono ydin istuin, riittämättömät ydinjäljet ​​tai tärinä kaatamisen aikana saavat ytimet liikkumaan, reikien paikkoja vaihtamalla.
• Ytimen vääristymä: ei tueta, pitkät tai ohuet ytimet voivat taipua tai täristä metallin paineen tai lämpöiskun vaikutuksesta, muuttaa sisäistä geometriaa.
• Ytimen eroosio / huuhtelu: suurnopeusmetalli voi kuluttaa heikkoja ydinpintoja, porauksen viimeistelyn ja mittojen muuttaminen.

Lieventäminen: suunnittele vankat ydintulosteet ja positiiviset mekaaniset lukitukset; määritä ytimen kovuus ja tukikannat pitkille ytimille; ohjaa kaatonopeutta ja porttia suihkun eroosion rajoittamiseksi; käytä ydinpinnoitteita tarvittaessa.

Muotin tuki & ulottuvuusvakaus

Muotin tai muotin tukeminen kaatamisen aikana vaikuttaa mittojen sakeuteen:

• Muotin taipuma: metalli kuolee lämpöä ja joustaa kierron aikana – lämpökasvu ja puristuskuormat muuttavat ontelon geometriaa käyttöiän aikana.
• Hiekkamuotin asettuminen: hiekan tiivistys, tuuletus ja puristuspaine aiheuttavat muotin liikettä tai takaiskua suurissa valukappaleissa.
• Työkalujen kuluminen: toistuvat syklit tuottavat metallityökaluihin kulumisuria ja mittapoikkeamaa.

Lieventäminen: insinöörituet ja puristimet taipumisen minimoimiseksi; valvoa hiekan tiivistymistä ja sideaineen kovettumista; ajoita muottien huolto- ja korjausvälit; tarkkaile mittapoikkeamaa SPC:n avulla ja suorita säännöllisiä työkalutarkastuksia.

Muotin lämpötila

Muotin lämpötila kaatamisen ja jähmettymisen aikana vaikuttaa täyttöön, kutistuminen ja jäännösjännitykset:

• Kylmä muotti: liiallinen lämpögradientti voi aiheuttaa vilunväristystä, väärinkäytökset, tai lisääntyneet vetojännitykset ja halkeilu.
• Kuuma muotti: liiallinen muotin lämpötila lisää muottimateriaalien laajenemista ja voi muuttaa valumittoja ja lisätä rakeiden karkeutta.
• Lämpögradientit: epätasainen muotin kuumennus johtaa epäsymmetriseen jähmettymiseen ja vääristymiseen.

Lieventäminen: standardoi muotin/muotin esilämmitys- ja lämpötilansäätömenettelyt; valvoa muotin lämpötiloja kriittisissä paikoissa; käytä lämpösimulaatiota monimutkaisten osien kaltevuuden ennustamiseen ja portin/jäähdytyspaikan säätämiseen.

7. Design & geometriatekijöitä

Leikkauksen paksuuden vaihtelu

• Paksut eristetyt osat jähmettyvät hitaasti ja muodostavat kuumia kohtia ja kutistuvia onteloita; ohuet osat jäähtyvät nopeasti ja voivat vääntyä tai johtaa virheisiin. Vältä äkillisiä paksuuden muutoksia.

saaret, pomot, kylkiluut ja fileet

• Suuret pomot luovat paikallisia kutistuvia alueita; kylkiluut lisäävät jäykkyyttä, mutta ne on mitoitettava, jotta lämpö ei jää kiinni. Fileet vähentävät jännityspitoisuutta ja parantavat metallin virtausta.

Pitkät ohuet piirteet ja vääristymät

• Pitkät kapeat osat (akselit, evät) ovat alttiita jähmettymisen aiheuttamalle vääntymiselle ja sitä seuraavalle koneistuksen vääristymälle.

DFM-opastus: yritä pitää seinämän paksuus yhtenäisenä; käytä kylkiluita paksuuden sijaan, lisää syöttöreittejä raskaisiin osiin, lisää fileet ja luonnos.

8. Lämpöhistoria & valun jälkeiset hoidot

Lämmönkäsittely aiheuttama vääristymä

• Liuoksen hehkutus, normalisointi, karkaisu tai jännityksen vähentäminen voivat muuttaa mittoja – joskus arvaamattomasti suurissa osissa. Karkaisu luo kaltevia ja jäännösjännityksiä, jotka vääntävät osia.

Kiinteytymisestä aiheutuvat jäännösjännitykset

• Nopea jäähdytys ja rajoitettu supistuminen synnyttävät jäännösjännitykset, jotka rentoutuvat koneistuksen tai huollon aikana, muuttaa geometriaa (takaisku).

Lieventäminen: määritä lämpökäsittelyjärjestys ajoissa; kone lämpökäsittelyn jälkeen, jos vaaditaan toiminnallisia toleransseja; käytä tarvittaessa stressin lievitystä.

9. Käsittely, koneistussekvenssi & kiinnitysefektit

Työstövarat & järjestys

• Koneistus poistaa materiaalia lopullisen tarkkuuden saavuttamiseksi. Sekvensointi (joka on ensin koneistettu) ja valaisimet säätelevät kumulatiivista säröä. Koneistus ennen täydellistä jännityksen lievitystä voi aiheuttaa vääntymisen.

Kalteva & perusviittauksia

• Huono kiinnitysrakenne aiheuttaa puristimen vääristymiä ja virheellisiä mittauksia. Käytä peruspintoja ja vakaita kiinnikkeitä; Vältä ylipuristumista mittauksen aikana.

Kiinnitysmomentit ja kokoonpanojännitykset

• Pulttien kiristäminen voi vääristää ohuita osia ja muuttaa laipan tasaisuutta. Määritä vääntömomenttirajat ja järjestys.

Lieventäminen: määrittele koneistusjärjestys, suosittele kalustesuunnittelua, määritä vääntömomentti & asennusohjeet.

10. Mittaus, ympäristö & metrologiset vaikutukset

Lämpötila mittaushetkellä

• Metallit laajenevat lämpötilan myötä. Yhteinen sääntö: eräs 1 °C:n muutos aiheuttaa ~16–25 ppm/°C lineaarisen muutoksen teräkselle/alumiinille; a 500 mm osa 1 °C ≈ 0,008–0,012 mm – olennainen tiukoille toleransseille.
  Mittaa aina normaalilämpötilassa (yleensä 20 ° C) tai kompensoida.

Instrumentin tarkkuus & anturin vaikutukset

• CMM-anturin tyyppi, kynän pituus ja mittausstrategia aiheuttavat mittausvirheen. Ohuille ominaisuuksille, koetusvoima voi kääntää osaa.

Peruspisteen vakaus & mittauksen toistettavuus

• Epäjohdonmukainen peruspistevalinta tuottaa sirontaa. Käytä toistettavaa peruspistekiinnitystä ja määritä mittausprotokollat.

Lieventäminen: määritä mittauslämpötila, CMM-strategia, ja hyväksymiskriteerit; vaativat FAI:ta raportoiduilla ympäristöolosuhteilla.

11. Johtopäätös

Valukappaleiden mittatarkkuutta ei määrää yksittäinen tekijä, vaan se materiaalien vuorovaikutusta, työkalu, prosessin ohjaus, ja lämpökäyttäytyminen koko tuotantosyklin ajan.

Joka askel – kuviosuunnittelusta ja kutistuksen kompensoinnista muotin vakauteen, seosten valinta, ja jähmettymisolosuhteet – tuo esiin mahdollisia vaihteluita, jotka on ymmärrettävä ja joita on hallittava aktiivisesti.

Erittäin tarkka valu vaatii:

• Tarkat kuviot ja ytimet kontrolloiduilla kutistumispäästöillä
• Vakaat muotti- ja kuorijärjestelmät ennustettavalla termisellä ja mekaanisella käyttäytymisellä
• Tiukasti ylläpidetyt prosessiparametrit mukaan lukien kaatolämpötila, muotin lämpötila, ja portin johdonmukaisuus
• Laadukkaat materiaalit tunnetuilla lämpölaajenemis- ja jähmettymisominaisuuksilla
• Vankka tarkastus, SPC, ja palautesilmukat havaita vaihtelu ajoissa

Kun nämä tekijät on suunniteltu kokonaisvaltaisesti, valimo voi toimittaa valukappaleita, jotka täyttävät jatkuvasti tiukat mittatoleranssit, vähentää koneistuskustannuksia, parantaa kokoonpanon istuvuutta, ja parantaa lopputuotteen suorituskykyä.

Lopulta, mittatarkkuus on sekä a tekninen saavutus ja a prosessikuri— joka erottaa korkean tason valujen toimittajat tavallisista tuottajista.

 

Faqit

Millä metalliseostyypillä on suurin vaikutus mittatarkkuuteen?

Magnesiumlejeeringit (1.8–2,5 % lineaarinen kutistuminen) niillä on suurin mittapoikkeaman riski, kun taas harmaa valurauta (0.8–1,2 %) on vakain.

Voiko hiekkavalulla saavuttaa korkean mittatarkkuuden?

Hartsisidottu hiekkavalu voi saavuttaa ISO-arvon 8062 CT8-10 (±0,3–0,5 mm 100 mm:n osille), sopii keskitarkkoihin osiin (ESIM., pumppukotelot).

CT5–7-tarkkuuteen, Investointivalu tai HPDC vaaditaan.

Kuinka muotin kutistumisen kompensointi toimii?

Muotit ovat ylimitoitettuja lejeeringin lineaarisen kutistumisnopeuden vuoksi. Esimerkiksi, 100 mm alumiinia (1.5% kutistuminen) osa tarvitsee 101,5 mm:n muotin – tämä varmistaa, että lopullinen valu kutistuu 100 mm:iin.

Mikä on tärkein syy valukappaleiden vääntymiseen?

Epätasainen jäähdytys (ESIM., paksut osat jäähtyvät hitaammin kuin ohuet) aiheuttaa sisäistä stressiä, johtaa vääntymiseen.

Kylmän raudan tai vesijäähdytyksen käyttäminen jäähdytysnopeuksien tasapainottamiseksi voi vähentää vääntymistä 40–50 %.

Miten jälkikäsittely vaikuttaa mittatarkkuuteen?

Tärypuhdistus voi vääntää ohutseinäisiä osia 0,1–0,2 mm, lämpökäsittelyn lämpötilapoikkeamat (±10 °C) voi aiheuttaa 0,1–0,2 mm mittamuutoksia.

Hellävarainen puhdistus (matalataajuinen tärinä) ja tarkka lämpökäsittelyn ohjaus lieventää näitä ongelmia.