5 Tipi di tolleranze di modello nella fusione

1. Introduzione

Le indennità di modello sono fondamentali per fusione del metallo, garantire che il prodotto finale soddisfi le specifiche di progettazione nonostante i comportamenti intrinseci dei materiali e del processo.

La fusione del metallo è soggetta a ritiro, dilatazione termica, attrito dello stampo, e requisiti di post-elaborazione, rendendo essenziale modificare intenzionalmente le dimensioni del modello prima della produzione.

Comprendere e applicare le tolleranze corrette migliora la precisione dimensionale, finitura superficiale, e prestazioni meccaniche, riduce gli scarti, e ottimizza l’efficienza produttiva.

2. Cosa sono le indennità di modello?

Indennità di modello sono aggiustamenti dimensionali intenzionali apportati ai modelli di fusione per compensare i cambiamenti prevedibili che si verificano durante il processo di fusione.

Quando il metallo fuso si solidifica e si raffredda, le sue dimensioni non corrispondono esattamente al modello originale a causa di fattori come restringimento, distorsione, attrito dello stampo, e operazioni di post-elaborazione.

Le indennità di modello assicurano che il il getto finito soddisfa le specifiche di progetto.

In sostanza, le tolleranze del modello sono "correzioni" integrate applicate a un modello di cui tenere conto:

• Ritiro del metallo durante la solidificazione
• Operazioni di lavorazione o finitura che rimuovono materiale
• Angoli di sformo necessari per una facile rimozione dello stampo
• Distorsione o deformazione durante il raffreddamento
• Strati aggiuntivi dai rivestimenti, placcatura, o cure termali

Calcolando e applicando attentamente queste indennità, le fonderie possono produrre getti che lo siano dimensionalmente accurato, funzionale, ed economico, anche per forme complesse o componenti di alta precisione.

Le quote progettate correttamente riducono le rilavorazioni, Tassi di rottami, e migliorare l’efficienza complessiva della produzione.

3. Tipi di tolleranze di modello

Le indennità di modello sono modifiche dimensionali intenzionali applicato ai modelli di fusione per garantire che le fusioni finali conformarsi esattamente ai requisiti di progettazione, compensare comportamento del materiale durante la solidificazione, e accogliere operazioni post-casting.
Ogni tipo di indennità ha un scopo distinto, affrontare fenomeni specifici nel processo di fusione.
Le indennità adeguatamente progettate sono essenziali per minimizzando i difetti, riducendo la rilavorazione, e garantire le prestazioni funzionali dei componenti fusi.

Indennità di restringimento

• Scopo: Per compensare contrazione del metallo durante la solidificazione e il raffreddamento.
  Senza indennità di restringimento, i getti saranno più piccoli del previsto, potenzialmente non soddisfare le specifiche di progettazione.
  L'indennità di ritiro garantisce precisione dimensionale, vestibilità funzionale, e compatibilità con le parti accoppiate.

  

• Meccanismo:
  L'indennità di ritiro compensa riduzione del volume durante la solidificazione e il raffreddamento.

• • Ritiro liquido: Quando il metallo fuso si raffredda alla temperatura del solidus, Gli atomi si avvicinano, provocando un riduzione della densità.
    Il posizionamento del montante garantisce che il metallo fuso dagli alimentatori alimenta le aree in contrazione, prevenendo la carie.
  • Ritiro solido: Un'ulteriore contrazione avviene quando il metallo solidificato si raffredda a temperatura ambiente.
    Il sovradimensionamento del modello spiega questo espandendo le dimensioni iniziali del modello proporzionalmente ai tassi di ritiro specifici del materiale.
  • Gradienti termici e spessore della sezione: Le sezioni più spesse si raffreddano più lentamente, portando ad un ritiro differenziale.
    Il design corretto del modello incorpora sovradimensionamento variabile, garantendo dimensioni uniformi nelle regioni sottili e spesse.

Esempi di ritiro specifici del materiale:

Significato: Previsione accurata del ritiro previene i difetti come la porosità, crepe, o disadattati, particolarmente dentro aerospaziale, automobilistico, e componenti industriali.

Tolleranza di lavorazione

• Scopo: Fornire materiale extra su superfici critiche per garantire ciò lavorazione post-fusione raggiunge il dimensioni finali precise e qualità della superficie.
  Senza sovrametallo di lavorazione, i casting potrebbero fallire tolleranze dimensionali a causa della rugosità superficiale, irregolarità della muffa, o piccole variazioni di ritiro.

  

• Meccanismo:
  Il sovrametallo di lavorazione fornisce materiale extra su superfici funzionali per compensare:

• • Irregolarità superficiali: Gli stampi in sabbia o rivestimento introducono rugosità e piccole deviazioni dimensionali. Lo spessore extra lo consente rimozione del materiale per ottenere tolleranze precise.
  • Correzioni post-fusione: Variazioni di ritiro, lieve deformazione, oppure i difetti localizzati vengono corretti durante la lavorazione, garantire che la geometria finale corrisponda al progetto tecnico.
  • Rimozione prevedibile: I modelli includono a spessore precalcolato per girare, fresatura, o macinare, garantendo una profondità di lavorazione uniforme ed evitando il taglio eccessivo.

• Gamma tipica: 1–5 mm a seconda dei requisiti del materiale e della tolleranza.
• Impatto: Garantisce integrità funzionale di componenti di precisione come gli ingranaggi, alberi, o flange.

Industria del tiraggio

• Scopo: Per abilitare rimozione liscia e senza danni del modello dalla cavità dello stampo.
  L'indennità di leva impedisce raschiando, lacrimazione, o rottura delle pareti dello stampo, che potrebbero comportare difetti superficiali o imprecisioni dimensionali.

• Meccanismo:
  L'indennità di leva introduce a leggera rastremazione su superfici verticali o quasi verticali del modello:

• • Riduzione dell'attrito: La conicità si riduce attrito tra le pareti solide dello stampo e il modello durante l'estrazione.
  • Danni alla muffa ridotti al minimo: Previene lo strappo, allungamento, o rottura di stampi in sabbia o conchiglie, mantenimento integrità della cavità.
  • Forze di rimozione uniformi: Assicura che le pareti sottili e le caratteristiche complesse non si attacchino, consentire precisione dimensionale costante attraverso più casting.
  • Ottimizzazione dell'angolo: L'angolo di sformo viene determinato in base a tipo di metallo, materiale dello stampo, e altezza della parete, tipicamente 1–3° per i metalli, maggiore per plastiche o resine.

• Impatto: Riduce tassi di rifiuto, riduce al minimo l'usura dello stampo, e permette elevata ripetibilità nella produzione, soprattutto per getti complessi o alti.

Indennità di distorsione

• Scopo: Per compensare deformazione geometrica causato da raffreddamento non uniforme, sollecitazioni interne, o ritiro differenziale.
  Senza tolleranza di distorsione, i getti lunghi o con pareti sottili possono deformarsi, intrecciare, o piegarsi, portando a disallineamento, problemi di assemblaggio, o rifiuto.

• Meccanismo:
  L'indennità di distorsione spiega deformazione causata da raffreddamento non uniforme o da tensioni residue:

• • Gradienti di contrazione termica: Poiché le sezioni spesse e sottili si raffreddano a velocità diverse, le sollecitazioni interne possono causare deformazioni o flessioni. I modelli predeformati contrastano la distorsione prevista.
  • Rilassamento dello stress: Anticipando modelli di stress residuo, il modello è intenzionalmente progettato con una geometria che ripristina la forma desiderata dopo il raffreddamento.
  • Regolazione guidata dalla simulazione: Le moderne fonderie utilizzano simulazioni termiche e strutturali per prevedere la distorsione e calcolare gli offset precisi del modello.

• Applicazioni: Critico dentro componenti asimmetrici, cornici di grandi dimensioni, e alloggiamenti di turbine.

Indennità per il rap

• Scopo: Per rendere conto leggero ingrandimento o distorsione di cavità di muffa causate dal forza applicata durante la rimozione del disegno (rappare).
  Senza questa indennità, pareti sottili o nuclei intricati possono collassare o deformarsi, compromettere la precisione dimensionale.

• Meccanismo:
  L'indennità per il rap compensa allargamento della cavità causato da forze meccaniche durante la rimozione del disegno:

• • Trasferimento di forza: Quando il modello viene estratto, l'energia viene trasferita al materiale dello stampo, comprimendo o allungando leggermente le pareti dello stampo.
  • Risposta specifica del materiale: Gli stampi in sabbia sciolta o gli stampi a guscio fine possono deformarsi sotto le forze di estrazione.
    Lo schema è leggermente sottodimensionato nelle aree critiche in modo che la cavità corrisponda alle dimensioni di progetto dopo la battitura.
  • Protezione a parete sottile: Garantisce che le caratteristiche delicate rimangano intatte, prevenzione rotture o difetti superficiali durante la sformatura.

• Applicazioni: Particolarmente importante per stampi di sabbia verde e geometrie complesse.

Tolleranza di lavorazione o finitura per rivestimento o placcatura

• Scopo: Per fornire materiale aggiuntivo a compensare la perdita materiale durante finitura superficiale, galvanica, o rivestimenti duri.
  Ciò garantisce il il getto finale rimane entro le tolleranze dimensionali dopo la rimozione o la deposizione del rivestimento.

• Meccanismo:
  L'indennità di finitura lo garantisce il materiale rimosso durante il trattamento superficiale non compromette la precisione dimensionale:

• • Deposizione o rimozione di materiale: Galvanotecnica, pittura, oppure la lucidatura può alterare le dimensioni della superficie.
    Lo spessore extra sul modello garantisce il le dimensioni finali rimangono entro la tolleranza dopo il rivestimento o la finitura.
  • Indennità uniforme: I modelli includono a margine calcolato, tipicamente 0,05–0,2 mm, per adattarsi alla variabilità del processo.
  • Fondamentale per tolleranze strette: Particolarmente importante per il settore aerospaziale, automobilistico, o parti decorative dove integrità superficiale e precisione dimensionale sono critici.

• Valori tipici: 0.05–0,2 mm a seconda del tipo e dello spessore del rivestimento.
• Applicazioni: Finiture automobilistiche, componenti aerospaziali, o hardware decorativo che richiede elevata qualità della superficie e resistenza alla corrosione.

4. Fattori che influenzano le indennità di modello

Le indennità di modello sono aggiustamenti dimensionali intenzionali applicato ai modelli di fusione per garantire che la fusione finale soddisfi le specifiche di progettazione.

L'entità e il tipo di indennità dipendono da una combinazione di proprietà del materiale, Metodo di casting, geometria, e requisiti di post-elaborazione.

Proprietà dei materiali

• Espansione termica e contrazione: I metalli e le leghe si espandono quando riscaldati e si contraggono durante la solidificazione.
  Le leghe ad alto punto di fusione come l'acciaio inossidabile e gli acciai ad alto tenore di carbonio possono richiedere tolleranze di ritiro maggiori rispetto ai metalli a basso punto di fusione come l'alluminio o lo zinco.
• Comportamento di solidificazione: Materiali con significativa contrazione liquido-solido (per esempio., acciaio al manganese, zinco) richiedono tolleranze precise per evitare vuoti interni o imprecisioni dimensionali.
• Trasformazioni di fase: Leghe che subiscono trasformazioni allo stato solido (per esempio., formazione di perlite negli acciai) potrebbe subire un ulteriore restringimento, influenzare il calcolo delle indennità.

Metodo di fusione

• Colata in sabbia contro. Colata di investimento: Gli stampi in sabbia sono più porosi e comprimibili, spesso riducendo la necessità di indennità di leva, mentre la fusione a cera persa con stampi in ceramica rigida richiede tolleranze di stiro e ritiro attentamente calcolate.
• Permanente vs. Stampi consumabili: Stampi consumabili (per esempio., sabbia verde o cera persa) potrebbe richiedere tolleranze maggiori sia per il ritiro che per la distorsione, mentre muffe permanenti (acciaio o ghisa) sono dimensionalmente stabili, consentendo tolleranze più strette.

Geometria e spessore della sezione

• Forme complesse: Pareti sottili, costole lunghe, o cavità profonde possono causare un raffreddamento non uniforme e un ritiro localizzato, richiedendo distorsioni e tolleranze per il rap.
• Variazione della sezione: Grandi differenze nello spessore della sezione possono portare a un ritiro differenziale; le sezioni più spesse si solidificano più lentamente, potenzialmente causando segni di affondamento, mentre le sezioni più sottili possono raffreddarsi rapidamente e contrarsi meno.

Requisiti di lavorazione e finitura

• Indennità di lavorazione: Parti che saranno sottoposte a lavorazione post-fusione (per esempio., Flange, superfici cuscinetti) richiedono materiale aggiuntivo, tipicamente 1–3 mm a seconda della lega e del processo di lavorazione.
• Tolleranze per rivestimento o placcatura: È possibile aggiungere tolleranze aggiuntive per compensare lo spessore dei rivestimenti, anodizzazione, o operazioni di placcatura.

Manipolazione e rimozione del modello

• Indennità di leva: I modelli devono includere angoli di sformo per consentire una rimozione agevole dagli stampi senza danneggiare la cavità dello stampo.
  Il tiraggio richiesto varia a seconda del tipo e del materiale dello stampo: 1–3° per metalli in stampi di sabbia, 2–5° per stampi di rivestimento rigidi.
• Indennità per il rap: Una forza eccessiva durante la rimozione dello stampo può causare deformazioni; i margini possono compensare leggere distorsioni dello stampo durante l'espulsione.

Condizioni ambientali e di processo

• Temperatura e Umidità: I materiali della muffa come sabbia o gesso si espandono o si contraggono con il contenuto di umidità, influenzando la precisione dimensionale.
• Pratiche di fonderia: Velocità di raffreddamento, compattazione della muffa, e il preriscaldamento dello stampo può influenzare leggermente i margini del modello, soprattutto nelle fusioni di alta precisione o di grandi dimensioni.

5. Sfide comuni e migliori pratiche

Le tolleranze del modello sono essenziali per garantire fusioni accurate, ma applicarli in modo errato può portare a errori dimensionali, difetti, e aumento dei costi.

6. Conclusione

Le indennità di modello sono fondamentale per il successo del casting, influenzando direttamente la precisione dimensionale, prestazioni meccaniche, ed efficienza di produzione.

Comprendere e applicare i **cinque tipi principali: restringimento, lavorazione, bozza, distorsione, e quote di battuta/rivestimento:**aiuta ingegneri e professionisti della fonderia a produrre prodotti di alta qualità, Casting senza difetti.

L'integrazione delle quote con la simulazione moderna e un solido controllo di qualità garantisce coerente, produzione economicamente vantaggiosa, anche per geometrie complesse e materiali ad alte prestazioni.

 

Domande frequenti

Qual è l'indennità di modello più importante?

L'indennità di ritiro è la più critica, poiché affronta direttamente la contrazione volumetrica del metallo durante il raffreddamento.

Un margine di ritiro errato porta a getti sottodimensionati, che spesso vengono rottamati o richiedono costose riparazioni di saldatura.

Come viene calcolata l'indennità di restringimento?

Il margine di ritiro è calcolato come percentuale lineare della dimensione nominale del getto:

Dimensione del modello = dimensione nominale × (1 + tasso di contrazione). Per esempio, UN 100 mm parte in ghisa grigia (1.0% restringimento) richiede a 101 modello mm.

Perché è necessaria l'indennità di leva?

La tolleranza di sformo previene danni allo stampo e deformazione del modello durante la rimozione.

Senza progetto, l'attrito tra il modello e la sabbia dello stampo può causare l'erosione della sabbia o la rottura del modello, portando a getti difettosi.

Quanto sovrametallo di lavorazione è necessario per la fusione a cera persa?

La fusione a cera persa ha una superficie liscia come se fosse fusa (RA 1,6-3,2 μm), quindi il sovrametallo di lavorazione è inferiore (0.5–1,5 mm per superfici esterne) Rispetto al casting di sabbia (2–4 mm).

Quando è richiesta la tolleranza alla distorsione?

Per l'asimmetrico è necessario un margine di distorsione, a pareti sottili, o getti di acciaio ad alto tenore di carbonio, dove il raffreddamento irregolare o le trasformazioni di fase causano deformazioni. Viene spesso determinato tramite simulazione o calchi di prova.

Cos'è l'indennità per il rap, e perché è piccolo??

La tolleranza di battitura compensa l'allargamento della cavità dello stampo durante la battitura del modello.

È piccolo (0.1–0,5 mm) perché le modifiche della cavità indotte dalla battitura sono minime rispetto al ritiro o al margine di lavorazione.