Tolleranze di lancio da diversi processi di fusione

UN tolleranza al casting Specifica la deviazione ammissibile tra le dimensioni nominali e effettive di una funzione.

Ad esempio, una tolleranza ± 0,5 mm su a 100 MM Dimensione significa che la parte finita può misurare ovunque tra 99.5 mm e 100.5 mm.

Tali influenze di precisione adattamento componente, prestazioni meccaniche, E affidabilità dell'assemblea.

Allo stesso tempo, Ogni decimo di un millimetro si rastrava dal budget di tolleranza può Aumenta il costo dello stampo del 10-20%, Aumentare i tassi di rottami di fino a 15%, E Aggiungi da due a quattro settimane di tempo di consegna degli utensili.

Questo articolo esamina una serie di processi di fusione, da Verde -sacca A pressofusione—E quantifica le loro tipiche capacità di tolleranza.

Esamineremo anche ISO 8062 e altri standard del settore, Descrizione necessaria Modello e indennità di lavorazione,

e raccomandare ispezione E Controllo statistico -processo Metodi che ti aiutano a trovare l'equilibrio ottimale tra costo e precisione.

1. Comprensione delle tolleranze nel casting

Prima di selezionare un processo, chiarire questi concetti di base:

• Tolleranza è la variazione totale consentita in una dimensione.
• Indennità è il oversize deliberato o sottodimensionato costruito per il casting restringimento, bozza, o successiva lavorazione.
• Adatto descrive come interagiscono due parti di accoppiamento, che vanno da L'autorizzazione si adatta (sciolto) A si adatta all'interferenza (stretto).

Inoltre, Le tolleranze di casting possono essere lineare (per esempio., ±0,5 mm) O geometrico (per esempio., circolarità, perpendicolarità), definito usando GD&T simboli.

Ricordare: ogni classe di tolleranza si specifica può tradursi in costi tangibili e impatti di programmazione.

Di conseguenza, Attenta pianificazione iniziale - allineata con le capacità del partner manifatturiero - dividendo i dividendi in termini di qualità e costo totale di proprietà.

2. Standard e nomenclatura

Prima di specificare tolleranze, Hai bisogno di una lingua comune. Gli standard internazionali e regionali definiscono entrambi dimensionale E geometrico tolleranze di casting, Quindi i designer e i fonderie possono parlare con precisione.

ISO 8062 Tolleranza al casting (CT) e tolleranza geometrica di fusione (Gct)

ISO 8062-3 definisce Tolleranza al casting dimensionale (DCT) voti da CT1 Attraverso CT16, dove numeri CT inferiori corrispondono a tolleranze più strette. In pratica:

• CT1 - CT4 (± 0,05-0,3 % di dimensione) Adatta a parti di fusteo di alta precisione e multimediali permanenti.
• CT5 - Ct9 (± 0,1-0,8 %) fare domanda per gli investimenti e i getti di shell-mold.
• CT10 - CT14 (± 0,4–2,0 %) Coprire vari metodi di cast di sabbia.
• CT15 - CT16 (± 2,5–3,5 %) servire getti molto grandi o non critici.

Per esempio, su a 200 funzione mm:

• UN CT4 la parte potrebbe contenere ± 0,6 mm,
• Mentre a CT12 Il casting di sabbia potrebbe consentire ± 4 mm.

Complementando i voti CT, ISO 8062-2 definisce Tolleranze geometriche di fusione (Gct)—Formante (planarità, circolarità), orientamento (perpendicolarità, parallelismo), e posizione (vera posizione).

Ogni grado GCT (G1 - G8) strati Controllo geometrico sulla busta dimensionale CT nominale.

Regionale & Specifiche del settore

Mentre ISO fornisce un framework globale, Molti industrie riferiscono gli standard su misura:

NADCA (North American Die Casting Association):

• Normale tolleranza: ± 0,25 mm per 100 mm (ca.. ISO CT3 -CT4).
• Precisione tolleranza: ± 0,10 mm per 100 mm (ca.. ISO CT1 - Ct2).
• NADCA definisce anche le classi separate per altezza, buco, E planarità tolleranze specifiche per i materiali di fust-cast come lo zinco, alluminio, e magnesio.

SFSA 2000 (Steel Founders 'Society of America):

• Fornisce tolleranze di sabbia che vanno ± 0,4–1,6 mm per 100 mm, A seconda del tipo di muffa (sabbia verde vs. in resina).
• Le sue tabelle corrispondono approssimativamente a ISO CT11 - Ct13.

Bs 6615 (Standard britannico per la fonderia)

• Copertine sabbia, conchiglia, E investimento processi.
• Indennità tipiche:

• • Casting di sabbia ± 0,5–2,0 mm/100 mm (CT11 - Ct14)
  • Casting a conchiglia ± 0,2-0,8 mm/100 mm (CT8 - Ct12)
  • Casting di investimenti ± 0,1-0,5 mm/100 mm (CT5 - Ct9)

3. Tavolo di tolleranza al casting (unità: mm)

La tabella seguente elenca i valori di tolleranza totali massimi per diversi gradi CT (Cast tollerance Grado CT1 - Ct16) In diversi gamme di dimensioni di base.

4. Panoramica dei principali processi di casting

I processi di casting rientrano in tre grandi categorie—Mold expendibile, Mold -morbido/guidato dalla pressione permanente, E tecniche speciali—E offrire capacità di tolleranza distinte, finiture superficiali, e strutture di costo.

Metodi di multimetro spesa

Casting di sabbia verde

La fusione di sabbia verde rimane il metodo più economico e flessibile per parti grandi o semplici.

I fonderie mescolano la sabbia di silice, argilla, e umidità per formare stampi che producono tipici ISO CT11 - Ct14 tolleranze: circa ± 0,5-2,0% di una data dimensione (i.e., ± 0,5–2,0 mm ON 100 mm).

La finitura superficiale generalmente varia RA 6–12 μm, e il costo degli utensili rimane basso (Spesso <$500 per pattern).

Chimicamente legato & Sabbia no-coke

L'aggiornamento a stampi di sabbia legati alla resina o senza forno serve tolleranze a CT9 - Ct12 (± 0,3-1,2%), Migliora la resistenza alla muffa, e riduce il lavaggio.

La rugosità superficiale scende a RA 3-6 μm, Rendere questi metodi adatti per parti di media complessità in cui la precisione di sabbia verde si rivela marginale.

Investimento (Cera perduta) Colata

Colata di investimento, Conosciuto anche come perduto-cera, produce forme intricate e pareti sottili con CT5 - Ct9 tolleranze: approssimativamente ± 0,1-0,5% (± 0,1-0,5 mm per 100 mm).

Suo ottima finitura superficiale (RA 0,8-2,0 μm) e la capacità di mantenere dettagli raffinati giustificare costi di strumenti più elevati (spesso $ 2.000 - $ 10.000 per modello) nel settore aerospaziale, medico, e applicazioni industriali di fascia alta.

Casting perduto-foam

Casting perduto-foam Combina motivi sacrifici con sabbia non rivestita, offerta CT10 - CT13 capacità (± 0,4-1,5%).

Mentre finitura superficiale (RA 4-8 μm) Controllo dimensionale caduta tra sabbia verde e casting di investimenti, Questo metodo eccelle nella produzione complessa, Assemblee a singolo pezzo senza core.

Mold permanente & Metodi guidati dalla pressione

Pressofusione (Caldo & Camera fredda)

Pressofusione produce le più strette tolleranze cast—CT1 - CT4, O ± 0,05-0,3% di dimensione (± 0,05-0,3 mm per 100 mm).

Tipici gamme di finitura superficiale RA 0,5-1,5 μm. Alti costi di utensili iniziali (spesso $ 10.000 - $ 200.000 per die) ripagare tempi di ciclo appena 15-60 secondi e eccellente ripetibilità per l'alluminio, zinco, e parti di magnesio.

La gravità muore & Casting da dado a bassa pressione

Casting da dado gravità e a bassa pressione, Utilizzando stampi metallici riutilizzabili, raggiungere CT2-T6 tolleranze (± 0,1-0,5%) con RA 1-4 μm finiture.

Perché operano senza alte velocità di iniezione, Questi metodi riducono la porosità e rafforzano i componenti, in particolare nelle applicazioni ruote e pompa automobilistica.

Tecniche speciali

Casting centrifugo

Spinnando stampi a 200-2.000 giri / min, forze di fusione centrifuga in metallo fuso verso l'esterno, producendo pareti e anelli di tubi densi. La tolleranza radiale cade CT3– CT8 (± 0,1-0,5%).

La finitura superficiale si trova in genere a RA 3-8 μm, e il raffreddamento direzionale migliora le proprietà meccaniche in cuscinetti e tubazioni pesanti.

Malta & Casting per stampo in ceramica

Stampi in gesso e ceramica: utilizzato di gran lunga per l'arte, gioielli, e parti aerospaziali a piccole dimensioni: fornirsi CT6 - Ct9 tolleranze (± 0,2-0,8%) E RA 2-5 μm finiture.

Anche se più lento e più costoso della sabbia, Questi processi ospitano dettagli fini e leghe speciali.

5. Capacità di tolleranza mediante processo di fusione

In questa sezione, Presentiamo una visione consolidata del tipico di ciascun processo ISO 8062 Grado CT,

è corrispondente tolleranza lineare (come percentuale di dimensione e in millimetri 100 mm), e un rappresentante finitura superficiale.

6. Fattori che influenzano le tolleranze del casting

Le tolleranze di fusione non sono proprietà fisse di un processo: derivano da una complessa interazione tra comportamento materiale, Progettazione di utensili, Parametri di processo, e in parte geometria.

Proprietà dei materiali

Il tipo di metallo o lega influisce direttamente sul restringimento, fluidità, e stabilità dimensionale.

• Tassi di contrazione termica: I metalli si restringono dopo il raffreddamento. Per esempio:

• • Ferro grigio: ~ 1,0%
  • Alluminio leghe: ~ 1,3%
  • Leghe di zinco: ~ 0,7%
  • Acciaio: ~ 2,0% (varia con il contenuto di carbonio)

Il restringimento più elevato si traduce in una deviazione più dimensionale a meno che non sia compensato dalla progettazione degli utensili.

• Fluidità e comportamento di solidificazione:

• • Metalli con maggiore fluidità (per esempio., alluminio, bronzo) riempire gli stampi in modo più preciso.
  • Rapida solidificazione in sezioni sottili o metalli a bassa fluidità possono causare vuoti e restringimento irregolare.

• Effetti in lega:

• • Silicio in ghisa migliora la fluidità ma aumenta anche l'espansione.
  • Nichel E cromo Migliora la stabilità dimensionale negli acciai.

Variabili di muffa e utensili

Il sistema di stampo è spesso il più grande contributo alla variazione dimensionale as-cast.

• Precisione del pattern:

• • Machined CNC I modelli ottengono una tolleranza molto migliore di quelli realizzati a mano.
  • Indossare nel tempo degrada la precisione, specialmente nella fusione di sabbia ad alto volume.

• Angoli di tiraggio:

• • Richiesto per rilasciare la fusione dallo stampo, Gli angoli tipici sono:

• • • 1° –3 ° per superfici esterne
    • 5° –8 ° per cavità interne

• • La bozza eccessiva aggiunge una variazione dimensionale e deve essere spiegata.

• Rigidità e espansione della muffa:

• • Stampi di sabbia sono comprimibili ed espandi sotto calore, che influenza le tolleranze.
  • Muore di metallo (nel casting dado) sono più dimensionalmente stabili, Supportare tolleranze più strette.

• Conducibilità termica:

• • Raffreddamento rapido (per esempio., stampi metallici) riduce al minimo la distorsione.
  • Raffreddamento lento (per esempio., stampi in ceramica o in gesso) consente più tempo per la contrazione e la deformazione del materiale.

Parametri di processo

Come viene versato il metallo, solidificato, e raffreddato altera significativamente le dimensioni finali.

• Temperatura di versamento:

• • Il surriscaldamento aumenta l'erosione della muffa ed esagera il restringimento.
  • Il ridotto porta a un po 'di ripieno di muffa e si chiude a freddo.

• Progettazione di gate e riserie:

• • Il gating povero può causare turbolenza e intrappolamento dell'aria, portando alla porosità e alla distorsione.
  • I riser insufficienti si traducono in cavità di restringimento che riducono l'integrità geometrica.

• Velocità di raffreddamento e controllo della solidificazione:

• • Tecniche come brividi, sfogo, E zone di raffreddamento controllate Aiutare a perfezionare la precisione dimensionale.
  • In sezioni più spesse, La solidificazione irregolare può causare restringimento differenziale E deformazione.

• Spessore e complessità della sezione:

• • Sezioni sottili si raffreddano più velocemente, con conseguenti dimensioni della grana più piccole e un migliore controllo dimensionale.
  • Geometrie complesse con diversi spessori della parete sono inclini a punti caldi E sollecitazioni interne, influenzando la forma finale.

Dimensione e geometria della parte

Le parti più grandi accumulano più sollecitazioni termiche e meccaniche, portando ad una maggiore distorsione:

• UN 1000 MM Casting in acciaio può variare ± 3-5 mm, mentre a 100 MM Parte di alluminio può mantenere ± 0,1 mm con casting di investimenti.
• Parti asimmetriche spesso si deformano a causa del raffreddamento sbilanciato e del flusso di metallo irregolare.
• Incorporazione spessore della parete uniforme, costolette, E transizioni arrotondate migliora la prevedibilità dimensionale.

Tabella di riepilogo - Fattori chiave & Impatti tipici

Fattore	Impatto tipico sulla tolleranza
Restringimento termico del materiale	+0.7% A +2.5% Deviazione dalla dimensione della muffa
Precisione del pattern (Manuale vs CNC)	± 0,5 mm a ± 0,05 mm
Requisito dell'angolo di bozza	Aggiunge 0,1-1 mm per 100 mm di profondità
Versare la deviazione della temperatura (± 50 ° C.)	Spostamento dimensionale fino a ± 0,2 mm
Variazione di spessore della parete	Può causare ± 0,3-0,6 mm di distorsione
Espansione della muffa (sabbia vs metallo)	± 0,1 mm a ± 1,0 mm a seconda del tipo di stampo

7. Indennità nel modello e nel design dello stampo

Per ottenere tolleranze finali, I designer si sviluppano in indennità specifiche:

• Indennità di restringimento: Aggiungi 1,0–1,3 mm per 100 mm per alluminio, 1.0 mm/100 mm per ferro.
• Industria del tiraggio: 1° –3 ° rastremale per faccia verticale.
• Tolleranza di lavorazione: 1–3 mm (a seconda del processo e della criticità).
• Distorsione & Scuotere: Extra 0,5-1,0 mm in pareti sottili per contrastare il modello e distorsione.

Di meticolosamente applicare questi valori, Gli ingegneri assicurano che il sovradimensionato positivo posizioni dimensioni critiche nella finestra di tolleranza desiderata.

8. Progettazione per il controllo della tolleranza

Design efficace riduce al minimo il divario tra le dimensioni Cast e finite:

• Forma vicina: Mira a fornire funzionalità entro ± 10% della dimensione finale, Ridurre la lavorazione di 70%.
• GD&T Focus: Applicare controlli stretti solo alle interfacce critiche; Consenti tolleranze di livello CT su superfici non critiche.
• Linee guida per la geometria: Usa i filetti generosi (>1 raggio mm), spessore della parete uniforme (≤10 mm Variazione), e costole posizionate strategicamente per limitare la distorsione.

Come Design intenzionale delle caratteristiche Aiuta i getti a emergere più vicino alla loro geometria target, preservare sia il costo che la qualità.

9. Ispezione e garanzia della qualità

CMM, Scanner laser, e i sistemi CT consentono rapidi, Misurazione ad alta densità:

• Vernier & Micrometro: "Controlli spot" rapidi per la verifica del primo passaggio.
• Scansione cm/ottica: Mappatura a campo pieno contro i modelli CAD; incertezza tipica: ± 0,005 mm.
• Scansione TC: Convalida le geometrie interne, distribuzione dei pori, e uniformità a spessore da parete.

I piani di qualità dovrebbero includere Ispezione del primo articolo (Fai), PPAP per automobili, O Intelligenza campionamento (per esempio., Intelligenza 1.0) Per corse ad alto volume.

Analisi delle cause radicali obiettivi escursioni di tolleranza, sia a causa dello spostamento della muffa, distorsione termica, o usura del motivo.

10. Capacità di processo statistico

Per quantificare la capacità dell'operazione di fusione di soddisfare la tolleranza:

• Calcolare Cp (potenziale di processo) E CPK (prestazioni del processo) valori; Punta per CP ≥1.33 E CPK ≥1.0 Per un solido controllo della tolleranza.
• Utilizzo SPC Grafici per monitorare i parametri di fusione critici: durezza della muffa, Temperatura di versamento, e tendenze della dimensione.
• Attrezzo Doe (Progettazione di esperimenti) Per identificare i fattori chiave e ottimizzare il gate, compattazione della muffa, e velocità di raffreddamento.

11. Conclusione

Le tolleranze di casting rappresentano un file nesso critico di intenti di design, capacità di processo, e realtà economica.

Mediante decisioni di fondazione in ISO 8062 Gradi CT, allineare con NADCA O SFSA Requisiti, e incorporare correttamente indennità di pattern, Gli ingegneri e le fonderie possono fornire parti che soddisfino sia gli obiettivi di prestazione che.

Inoltre, rigoroso ispezione, Controllo statistico, E Tecnologie digitali emergenti—Frima di stampi di sabbia stampati in 3D alla simulazione in tempo reale: serrano le tolleranze cast e riducono le costose lavorazioni a valle.

In definitiva, La giusta strategia di tolleranza garantisce che il tuo componente del cast passino senza intoppi dal negozio di modelli a catena di montaggio, in tempo, sul budget, e all'interno delle specifiche.