Tolérances de coulée par différents processus de coulée

UN tolérance au coulage Spécifie l'écart autorisé entre la taille nominale et réelle d'une fonctionnalité.

Par exemple, une tolérance ± 0,5 mM sur un 100 La dimension mm signifie que la pièce finie peut mesurer entre 99.5 mm et 100.5 mm.

De telles influences de précision ajustement de la composante, performance mécanique, et fiabilité de l'assemblage.

En même temps, Chaque dixième de millimètre rasé du budget de tolérance peut Augmenter le coût des moisissures de 10 à 20%, augmenter les taux de ferraille jusqu'à 15%, et Ajoutez deux à quatre semaines du délai d'outillage.

Cet article examine une gamme de processus de coulée - de sable vert à moulage sous pression- et quantifie leurs capacités de tolérance typiques.

Nous allons également examiner OIN 8062 et d'autres normes de l'industrie, contour nécessaire motif et allocations d'usinage,

et recommander inspection et statistique - processus de contrôle Méthodes qui vous aident à trouver l'équilibre optimal entre le coût et la précision.

1. Comprendre les tolérances dans le casting

Avant de sélectionner un processus, clarifier ces concepts fondamentaux:

• Tolérance est la variation totale autorisée dans une dimension.
• Allocation La surdimension délibérée ou la sous-dimension est-elle intégrée pour le retrait de la coulée, brouillon, ou usinage ultérieur.
• Ajuster décrit comment deux pièces d'accouplement interagissent, allant de Le dégagement des ajustements (lâche) à Interférence ajuste (serré).

De plus, Les tolérances de coulée peuvent être linéaire (par ex., ±0,5mm) ou géométrique (par ex., circularité, perpendicularité), défini en utilisant DG&T symboles.

Souviens-toi: chaque classe de tolérance vous spécifiez peut se traduire par des coûts tangibles et des impacts de planification.

Par conséquent, Planification initiale attentive - alignée avec les capacités de votre partenaire manufacturier - verse des dividendes en qualité et le coût total de possession.

2. Normes et nomenclature

Avant de spécifier les tolérances, Vous avez besoin d'une langue commune. Les normes internationales et régionales définissent les deux dimensionnel et géométrique tolérances de coulée, Ainsi, les concepteurs et les fonderies peuvent parler avec précision.

OIN 8062 Tolérance au coulage (CT) et tolérance à la coulée géométrique (GCT)

OIN 8062-3 définir Tolérance à la coulée dimensionnelle (DCT) notes de Ct1 à travers CT16, où les nombres CT inférieurs correspondent à des tolérances plus couchées. En pratique:

• CT1 - CT4 (± 0,05–0,3 % de dimension) Suite des pièces de mise en casse de haute précision et permanentes.
• CT5 - CT9 (± 0,1 à 0,8 %) s'appliquer à l'investissement et aux moulages de mouchoir à coquille.
• CT10 - CT14 (± 0,4–2,0 %) Couvrir diverses méthodes de casting de sable.
• CT15 - CT16 (± 2,5–3,5 %) Servir les pièces moulées très grandes ou non critiques.

Par exemple, sur un 200 Fonctionnalité MM:

• UN CT4 la partie pourrait tenir ± 0,6 mm,
• Tandis qu'un CT12 La coulée de sable pourrait permettre ± 4 mm.

Complément des notes CT, OIN 8062-2 définir Tolérances de coulée géométrique (GCT)- Formulaire de couverture (platitude, circularité), orientation (perpendicularité, parallélisme), et positionner (position vraie).

Chaque grade GCT (G1 - G8) Couches de contrôle géométrique sur l'enveloppe dimensionnelle nominale.

Régional & Spécifications de l'industrie

Tandis que l'ISO fournit un cadre global, De nombreuses industries font référence aux normes sur mesure:

Nadca (Association de casting nord-américaine):

• Normale tolérance: ± 0,25 mm par 100 mm (environ. ISO CT3 -CT4).
• Précision tolérance: ± 0,10 mm par 100 mm (environ. ISO CT1 - CT2).
• Nadca définit également des classes distinctes pour hauteur, trou, et platitude des tolérances spécifiques aux matériaux coulés comme le zinc, aluminium, et du magnésium.

SFSA 2000 (Society of America des fondateurs de Steel):

• Fournit des tolérances de casting de sable allant ± 0,4–1,6 mm par 100 mm, Selon le type de moisissure (Green-sable vs. en résine liée à la résine).
• Ses tables correspondent à peu près à ISO CT11 - CT13.

Bs 6615 (Standard britannique pour la fonderie)

• Couvertures sable, coquille, et investissement processus.
• Indemnités typiques:

• • Coulée de sable ± 0,5 à 2,0 mm / 100 mm (CT11 - CT14)
  • Coulée de coquille ± 0,2 à 0,8 mm / 100 mm (CT8 - CT12)
  • Coulée d'investissement ± 0,1 à 0,5 mm / 100 mm (CT5 - CT9)

3. Table de tolérance au coulage (unité: mm)

Le tableau suivant répertorie les valeurs maximales de tolérance totale pour différentes grades CT (Grade de tolérance de coulée CT1 - CT16) Dans différentes gammes de taille de base.

4. Aperçu des principaux processus de coulée

Les processus de coulée se répartissent en trois grandes catégories -consommable, permanent / mobile, et techniques de spécialité—Chaco offrant des capacités de tolérance distinctes, finitions de surface, et les structures de coûts.

Méthodes consommables

Casting de sable vert

La coulée de sable vert reste la méthode la plus économique et la plus flexible pour les parties grandes ou simples.

Foundries mélange du sable de silice, argile, et l'humidité pour former des moules qui donnent ISO CT11 - CT14 Tolérances - sur ± 0,5 à 2,0% d'une dimension donnée (c'est-à-dire, ± 0,5 à 2,0 mm sur 100 mm).

Finition de surface GAMENTS GRANDE RA 6–12 μm, et le coût d'outillage reste bas (souvent <$500 par modèle).

Chimiquement lié & Sable sans cuisson

La mise à niveau vers des moules de sable liés à la résine ou sans cuisson resserre les tolérances CT9 - CT12 (± 0,3–1,2%), Améliore la force du moule, et réduit le lavage.

La rugosité de surface tombe à RA 3-6 μm, Rendre ces méthodes bien adaptées aux pièces de complexité moyenne où la précision du sable vert s'avère marginal.

Investissement (Chanteur perdu) Fonderie

Moulage de précision, Aussi connu sous le nom de perdu perdu, produit des formes complexes et des murs minces avec CT5 - CT9 tolérances - ± 0,1 à 0,5% (± 0,1 à 0,5 mm par 100 mm).

C'est excellente finition de surface (RA 0,8-2,0 μm) et la capacité de maintenir les détails fins justifier des coûts d'outillage plus élevés (Souvent 2 000 $ à 10 000 $ par modèle) dans l'aérospatiale, médical, et applications industrielles haut de gamme.

Casting à pois perdu

Casting à pois perdu combine des motifs consommables avec du sable non lié, offre CT10 - CT13 capacités (± 0,4–1,5%).

Pendant la finition de surface (RA 4-8 μm) et le contrôle dimensionnel se situe entre le sable vert et le casting d'investissement, Cette méthode excelle à produire du complexe, assemblages monoblocs sans cœurs.

Permanent & Méthodes axées sur la pression

Moulage sous pression (Chaud & Chambre froide)

Moulage sous pression donne les tolérances les plus serrées -CT1 - CT4, ou ± 0,05–0,3% de dimension (± 0,05–0,3 mm par 100 mm).

Plages de finition de surface typique RA 0,5 à 1,5 μm. Coûts d'outillage haut de gamme (Souvent 10 000 $ à 200 000 $ par dé) rembourser temps de cycle aussi vite que 15 à 60 secondes et excellente répétabilité pour l'aluminium, zinc, et pièces de magnésium.

Mourir de gravité & Casting à basse pression

Gravité et moulage à basse pression, en utilisant des moules métalliques réutilisables, atteindre CT2-T6 tolérances (± 0,1 à 0,5%) avec RA 1-4 μm finitions.

Parce qu'ils fonctionnent sans vitesses d'injection élevées, Ces méthodes réduisent la porosité et renforcent les composants, en particulier dans les applications de roues et de pompes automobiles.

Techniques de spécialité

Casting centrifuge

En faisant tourner des moules à 200 à 2 000 tr / min, Forces de coulée centrifuges métalle fondu vers l'extérieur, produisant des murs et des anneaux de tuyaux denses. La tolérance radiale tombe CT3– CT8 (± 0,1 à 0,5%).

La finition de surface se trouve généralement à RA 3-8 μm, et le refroidissement directionnel améliore les propriétés mécaniques dans les roulements robustes et les tuyaux.

Plâtre & Moule en céramique

Moules en plâtre et en céramique - très utilisé pour l'art, bijoux, et parties aérospatiales en petit lot - Profiter CT6 - CT9 tolérances (± 0,2 à 0,8%) et RA 2-5 μm finitions.

Bien que plus lent et plus cher que le sable, Ces processus s'adaptent aux détails fins et aux alliages spéciaux.

5. Capacités de tolérance par procédé de casting

Dans cette section, Nous présentons une vision consolidée de chaque processus typique OIN 8062 Grade CT,

son correspondant tolérance linéaire (en pourcentage de dimension et en millimètres sur 100 mm), et un représentant état de surface.

6. Facteurs affectant les tolérances de coulée

Les tolérances de coulée ne sont pas des propriétés fixes d'un processus - elles résultent d'une interaction complexe entre le comportement matériel, conception d'outillage, Paramètres de traitement, et partie géométrie.

Propriétés des matériaux

Le type de métal ou d'alliage affecte directement le retrait, fluidité, et stabilité dimensionnelle.

• Taux de contraction thermique: Les métaux rétrécissent lors du refroidissement. Par exemple:

• • Fer gris: ~ 1,0%
  • Aluminium alliages: ~ 1,3%
  • Alliages de zinc: ~ 0,7%
  • Acier: ~ 2,0% (varie avec le contenu du carbone)

Un rétrécissement plus élevé entraîne une déviation plus dimensionnelle à moins que la conception de l'outillage.

• Comportement de fluidité et de solidification:

• • Métaux avec Fluidité plus élevée (par ex., aluminium, bronze) remplir plus précisément les moules.
  • Solidification rapide en sections minces ou en métaux à faible fluidité peuvent provoquer des vides et un retrait inégal.

• Effets d'alliage:

• • Silicium en fonte améliore la fluidité mais augmente également l'expansion.
  • Nickel et chrome Améliorer la stabilité dimensionnelle des aciers.

Variables de moule et d'outillage

Le système de moisissure est souvent le plus grand contributeur à une variation dimensionnelle telle que coupée.

• Précision de modèle:

• • CNC-Machin Les modèles atteignent une bien meilleure tolérance que celles fabriquées à la main.
  • L'usure au fil du temps dégrade la précision, en particulier dans la coulée de sable à volume élevé.

• Angles de projet:

• • Requis pour libérer la coulée du moule, Les angles typiques sont:

• • • 1° –3 ° pour les surfaces externes
    • 5° –8 ° pour les cavités internes

• • Un projet excessif ajoute une variation dimensionnelle et doit être pris en compte.

• Rigidité et expansion de la moisissure:

• • Moules de sable sont compressibles et se développent sous chaleur, qui affecte les tolérances.
  • Dies en métal (En casting de dé) sont plus dimensionnellement stables, soutenir des tolérances plus strictes.

• Conductivité thermique:

• • Refroidissement rapide (par ex., moules métalliques) minimise la distorsion.
  • Refroidissement lent (par ex., moules en céramique ou en plâtre) permet plus de temps pour la contraction et la déformation matérielles.

Paramètres du processus

Comment le métal est coulé, solidifié, et refroidie modifie considérablement les dimensions finales.

• Température de versement:

• • La surchauffe augmente l'érosion des moisissures et exagère le rétrécissement.
  • Underchasting entraîne une mauvaise garniture de moisissures et des arrêts à froid.

• Conception de déclenchement et de levée:

• • Une mauvaise déclenchement peut provoquer des turbulences et un piégeage d'air, conduisant à la porosité et à la distorsion.
  • Des contrevenants insuffisants entraînent des cavités rétractables qui réduisent l'intégrité géométrique.

• Taux de refroidissement et contrôle de la solidification:

• • Des techniques telles que frissons, ventilation, et zones de refroidissement contrôlées aider à affiner la précision dimensionnelle.
  • En sections plus épaisses, Une solidification inégale peut provoquer rétrécissement différentiel et gauchissement.

• Section Épaisseur et complexité:

• • Les sections minces refroidissent plus rapidement, résultant en une taille de grain plus petite et un meilleur contrôle dimensionnel.
  • Les géométries complexes avec des épaisseurs de paroi variables sont sujettes à points chauds et contraintes internes, affectant la forme finale.

Taille et géométrie des pièces

Des pièces plus grandes accumulent plus de contraintes thermiques et mécaniques, conduisant à une distorsion accrue:

• UN 1000 moulage en acier mm peut varier ± 3–5 mm, tandis qu'un 100 partie en aluminium MM peut maintenir ± 0,1 mm avec la coulée d'investissement.
• Les pièces asymétriques se déforment souvent en raison d'un refroidissement déséquilibré et d'un flux métallique inégal.
• Incorporation épaisseur de paroi uniforme, côtes, et transitions arrondies améliore la prévisibilité dimensionnelle.

Tableau de résumé - Facteurs clés & Impacts typiques

Facteur	Impact typique sur la tolérance
Retrait thermique du matériau	+0.7% à +2.5% Déviation par rapport à la dimension du moule
Précision de modèle (Manuel vs CNC)	± 0,5 mm à ± 0,05 mm variance
Exigence d'angle de projet	Ajoute 0,1 à 1 mm par 100 mm de profondeur
Déviation de la température versée (± 50 ° C)	Changement dimensionnel jusqu'à ± 0,2 mm
Variation d'épaisseur de paroi	Peut provoquer une distorsion de ± 0,3 à 0,6 mm
Extension de moisissure (Sable contre métal)	± 0,1 mm à ± 1,0 mm en fonction du type de moisissure

7. Indemnités de conception de motif et de moisissure

Pour atteindre les tolérances finales, Les concepteurs construisent des allocations spécifiques:

• Allocation de retrait: Ajouter 1,0–1,3 mm par 100 MM pour l'aluminium, 1.0 mm / 100 mm pour le fer.
• Projection de projets: 1° –3 ° Contin par face verticale.
• Allocation d'usinage: 1–3 mm (en fonction du processus et de la criticité des fonctionnalités).
• Distorsion & Secouer: 0,5 à 1,0 mm supplémentaire dans les parois minces pour contrer le motif secouer et la distorsion.

Par méticuleusement Appliquer ces valeurs, Les ingénieurs s'assurent que la surdimension tel que positionne les dimensions critiques dans la fenêtre de tolérance souhaitée.

8. Conception pour le contrôle de la tolérance

Conception efficace Minimise l'écart entre les dimensions telles que cassées et finies:

• Forme proche: Visez à fournir des fonctionnalités à moins de ± 10% de la taille finale, Réduire l'usinage par 70%.
• DG&T Focus: Appliquer des commandes serrées uniquement sur les interfaces critiques; Autoriser les tolérances de grade CT sur les surfaces non critiques.
• Lignes directrices sur la géométrie: Utilisez des filets généreux (>1 rayon mm), épaisseur de paroi uniforme (Variation ≤ 10 mm), et des côtes stratégiquement placées pour limiter la distorsion.

Tel conception de fonctionnalités intentionnelles aide les moulages à émerger plus près de leur géométrie cible, Préserver à la fois le coût et la qualité.

9. Inspection et assurance qualité

MMT, scanners laser, et les systèmes CT permettent rapidement, mesure de haute densité:

• Vernier & Micromètre: «Contrôles au comptant» pour la vérification des premiers pass.
• Cmm / balayage optique: Cartographie à champ complet contre les modèles CAO; incertitude typique: ± 0,005 mm.
• Tomodensitométrie: Valide les géométries internes, distribution des pores, et l'uniformité de l'épaisseur murale.

Les plans de qualité devraient inclure Inspection du premier article (Fai), PPAP pour l'automobile, ou Intelligence échantillonnage (par ex., Intelligence 1.0) pour les courses à volume élevé.

Analyse des causes radiculaires cible les excursions de tolérance - qu'elles soient dues au décalage des moisissures, distorsion thermique, ou usure de motif.

10. Capacité de processus statistique

Pour quantifier la capacité de votre opération de casting à répondre à la tolérance:

• Calculer CP (Potentiel de traitement) et Cpk (Performance de traitement) valeurs; viser CP ≥1,33 et CPK ≥1,0 pour un contrôle de tolérance robuste.
• Utiliser CPS graphiques pour surveiller les paramètres de moulage critiques: dureté de moule, température de versement, et les tendances de la dimension.
• Mettre en œuvre BICHE (Conception d'expériences) Pour identifier les facteurs clés et optimiser, compactage des moisissures, et les taux de refroidissement.

11. Conclusion

Les tolérances de coulée représentent un lien critique d'intention de conception, capacité de processus, et réalité économique.

En fondant les décisions en OIN 8062 Grades CT, s'aligner sur Nadca ou SFSA exigences, et incorporer correctement allocations de motif, Les ingénieurs et les fonderies peuvent fournir des pièces qui répondent à la fois des objectifs de performance et de budget.

De plus, rigoureux inspection, contrôle statistique, et technologies numériques émergentes—Les moisissures de sable imprimées en 3D à la simulation en temps réel - resserrer les tolérances et réduire l'usinage coûteux en aval.

Finalement, La bonne stratégie de tolérance garantit que votre composant coulé passe en douceur de l'atelier de modèle à la chaîne de montage, à l'heure, au budget, et dans les spécifications.