さまざまな鋳造プロセスによる鋳造許容範囲

あ キャスティング耐性 機能の公称サイズと実際のサイズの間の許容偏差を指定します.

例えば, aの±0.5 mmの耐性 100 mm寸法は、完成した部分が間にどこかを測定できることを意味します 99.5 mmと 100.5 mm.

そのような精度の影響 コンポーネントのフィット, 機械的性能, そして アセンブリの信頼性.

同時に, 許容度予算から削られた10分の1ミリメートルごとに 金型コストを10〜20％増加させる, スクラップレートをまで上げます 15%, そして 2〜4週間を追加します ツーリングリードタイムの.

この記事では、さまざまな鋳造プロセスを調査します 緑 に ダイカスト - そして、それらの典型的な耐性能力を定量化します.

また、レビューします ISO 8062 その他の業界基準, 必要なアウトライン パターンおよび加工手当,

そしてお勧めします 検査 そして 統計プロセス制御 コストと精度の間の最適なバランスをとるのに役立つ方法.

1. 鋳造の許容範囲を理解する

プロセスを選択する前に, これらの基本的な概念を明確にします:

• 許容範囲 次元の総許容変動です.
• 手当 キャストの縮小のために構築された意図的な特大またはアンダーサイズですか, 下書き, またはその後の機械加工.
• フィット 2つの交配部品がどのように相互作用するかについて説明します, からの範囲 クリアランスが適合します (ゆるい) に 干渉が適合します (きつい).

さらに, casting耐性はそうかもしれません リニア (例えば, ±0.5mm) または 幾何学 (例えば, 循環性, 垂直性), 使用して定義されています GD&T シンボル.

覚えて: 許容範囲の各クラス あなたが指定して、有形コストとスケジュールの影響に翻訳できることを指定します.

その結果, 製造パートナーの能力に応じた慎重な前払い計画は、品質と総所有コストの配当を支払います.

2. 基準と命名法

公差を指定する前に, 共通言語が必要です. 国際および地域の基準は両方を定義します 寸法 そして 幾何学 鋳造公差, そのため、デザイナーとファウンドリーは正確に話すことができます.

ISO 8062 キャスティング耐性 (CT) 幾何学的鋳造耐性 (GCT)

ISO 8062-3 定義します 寸法鋳造耐性 (DCT) からの成績 CT1 を通して CT16, CT数が低い場合、より緊密なAs-Cast許容値に対応しています. 実際に:

• CT1 -CT4 (±0.05–0.3 % 次元の) 高精度のダイキャスティングと永続的なモールドパーツに合わせます.
• CT5 – CT9 (±0.1–0.8 %) 投資およびシェルモールドキャスティングに適用します.
• CT10 -CT14 (±0.4–2.0 %) さまざまな砂の飼育方法をカバーします.
• CT15 -CT16 (±2.5–3.5 %) 非常に大きなまたは非クリティカルな鋳物を提供します.

例えば, に 200 MM機能:

• あ CT4 部分が保持される場合があります ±0.6 mm,
• a CT12 砂の鋳造が許すかもしれません ±4 mm.

CTグレードを補完します, ISO 8062-2 定義します 幾何学的鋳造許容範囲 (GCT) - フォームのカバー (平坦さ, 循環性), 向き (垂直性, 並列性), と位置 (真の位置).

各GCTグレード (G1 – G8) 公称CT寸法エンベロープに幾何学的制御を層状にします.

地域 & 業界の仕様

ISOはグローバルなフレームワークを提供します, 多くの産業は、カスタマイズされた基準を参照しています:

NADCA (北米ダイキャスティング協会):

• 普通 許容範囲: ±0.25 mmあたり 100 mm (約. ISO CT3 -CT4).
• 精度 許容範囲: ±0.10 mmあたり 100 mm (約. ISO CT1 – CT2).
• NADCAは、の個別のクラスも定義します 身長, 穴, そして 平坦さ 亜鉛などのダイキャスト材料に固有の公差, アルミニウム, そしてマグネシウム.

SFSA 2000 (Steel Founders 'Society of America):

• サンドキャスティング耐性の範囲を提供します ±0.4〜1.6 mm あたり 100 mm, 金型の種類に応じて (グリーンサンド対. 樹脂結合).
• そのテーブルは大まかに対応しています ISO CT11 – CT13.

BS 6615 (Foundryの英国標準)

• カバー 砂, シェル, そして 投資 プロセス.
• 典型的な手当:

• • 砂鋳造±0.5〜2.0 mm/100 mm (CT11 – CT14)
  • シェルキャスティング±0.2〜0.8 mm/100 mm (CT8 – CT12)
  • 投資キャスティング±0.1〜0.5 mm/100 mm (CT5 – CT9)

3. キャストトレランステーブル (ユニット: mm)

次の表には、異なるCTグレードの最大総許容値を示します (鋳造耐性グレードCT1 – CT16) さまざまな基本サイズの範囲内.

4. 主要な鋳造プロセスの概要

鋳造プロセスは3つの広いカテゴリに分類されます - 消耗品の存在, 永続的な存在/圧力駆動型, そして 専門技術 - それは、明確な許容能力を提供しています, 表面仕上げ, コスト構造.

消費可能なメソッド

グリーンサンドキャスティング

グリーンサンドキャスティングは、大規模または単純な部品のための最も経済的で柔軟な方法のままです.

ファウンドリーはシリカの砂を混ぜます, 粘土, そして、典型的な型を生成するカビを形成するための湿気 ISO CT11 – CT14 許容範囲 - アバウト ±0.5–2.0％ 任意の次元の (つまり, ±0.5〜2.0 mmオン 100 mm).

通常、表面仕上げは範囲です RA 6〜12μm, ツーリングコストは低いままです (頻繁 <$500 パターンごと).

化学的に結合 & 焼き砂

樹脂結合またはベークなしの砂型にアップグレードすると、 CT9 – CT12 (±0.3–1.2％), カビの強さを改善します, ウォッシュアウトを減らします.

表面の粗さはに低下します RA3-6μm, これらの方法を緑色の精度がわずかであることが証明されている中程度の複雑さの部品に適しています.

投資 (失われたワックス) 鋳造

インベストメント鋳造, Lost-Waxとも呼ばれます, 複雑な形と薄い壁を生成します CT5 – CT9 許容範囲 - 近接 ±0.1–0.5％ (±0.1〜0.5 mmあたり 100 mm).

その 優れた表面仕上げ (RA0.8-2.0μm) 細部を維持する能力は、より高いツールコストを正当化する (多くの場合、パターンあたり2,000ドルから10,000ドル) 航空宇宙で, 医学, ハイエンド産業用アプリケーション.

失われた燃料キャスティング

失われた燃料キャスティング 消耗品のパターンと骨のない砂を組み合わせます, 提供 CT10 -CT13 能力 (±0.4–1.5％).

表面仕上げ中 (RA4-8μm) そして、グリーンサンドと投資鋳造の間に寸法制御が低下します, この方法は、複合体の生産に優れています, コアのないシングルピースアセンブリ.

永続的なモールド & 圧力駆動型の方法

ダイカスト (熱い & コールドチャンバー)

ダイカスト 最もタイトなas-cast許容値をもたらします - CT1 -CT4, または ±0.05–0.3％ 次元の (±0.05〜0.3 mmあたり 100 mm).

典型的な表面仕上げの範囲 RA0.5-1.5μm. 高い先行ツールコスト (多くの場合、ダイアー1人あたり10,000〜200,000ドル) で完済します 15〜60秒のサイクル時間 アルミニウムの優れた再現性, 亜鉛, およびマグネシウム部品.

重力が死ぬ & 低圧ダイキャスティング

重力と低圧ダイキャスティング, 再利用可能な金属型を使用します, 成し遂げる CT2-T6 公差 (±0.1–0.5％) と RA1-4μm 仕上げ.

それらは高い噴射速度なしで動作するためです, これらの方法は気孔率を軽減し、特に自動車用ホイールとポンプの用途でのコンポーネントを強化します.

専門技術

遠心鋳造

200〜2,000 rpmで金型を回転させることにより, 遠心鋳造力溶融金属は外側に溶融します, 密なパイプの壁とリングを生成します. 放射状の耐性が入ります CT3– CT8 (±0.1–0.5％).

通常、表面仕上げはあります RA3-8μm, 方向冷却は、頑丈なベアリングと配管の機械的特性を強化します.

石膏 & セラミック型鋳造

石膏型とセラミック型 - アートには驚くほど使用されています, ジュエリー, および小型バッチ航空宇宙部品 - 潜在します CT6 – CT9 公差 (±0.2–0.8％) そして RA2-5μm 仕上げ.

砂よりも遅くて高価ですが, これらのプロセスは、細かい細部と特別な合金に対応します.

5. キャストプロセスによる耐性機能

このセクションでは, 各プロセスの典型的な統合ビューを提示します ISO 8062 CTグレード,

それに対応する 線形耐性 (寸法の割合とミリメートルで 100 mm), そして代表者 表面仕上げ.

6. 鋳造耐性に影響する要因

鋳造公差はプロセスの固定された特性ではありません。これらは、物質的な行動間の複雑な相互作用に起因するものです, ツーリングデザイン, プロセスパラメーター, および部分ジオメトリ.

材料特性

金属または合金の種類は、収縮に直接影響します, 流動性, 寸法安定性.

• 熱収縮率: 冷却時に金属が縮小します. 例えば:

• • 灰色の鉄: 〜1.0％
  • アルミニウム 合金: 〜1.3％
  • 亜鉛合金: 〜0.7％
  • 鋼鉄: 約2.0％ (炭素含有量によって異なります)

収縮率が高いと、ツール設計によって補償されない限り、より寸法偏差が生じます.

• 流動性と固化挙動:

• • との金属 流動性が高い (例えば, アルミニウム, ブロンズ) より正確に型型を充填します.
  • 迅速な固化 薄いセクションまたは低分野では、金属はボイドや不均一な収縮を引き起こす可能性があります.

• 合金効果:

• • シリコン 鋳鉄では、流動性が向上しますが、拡大も増加します.
  • ニッケル そして クロム 鋼の寸法安定性を高める.

カビとツーリング変数

金型システムは、多くの場合、キャスト上の次元変動の唯一の最大の貢献者です.

• パターンの精度:

• • CNCマシン パターンは、手作りのパターンよりもはるかに優れた耐性を達成します.
  • 時間の経過とともに、特に大容量の砂鋳造で、時間の経過とともに精度を分解します.

• ドラフト角度:

• • 型からキャスティングをリリースする必要があります, 典型的な角度はです:

• • • 1°–3° 外面用
    • 5°–8° 内部空洞用

• • 過度のドラフトは寸法変動を追加し、説明する必要があります.

• カビの剛性と拡張:

• • 砂型 圧縮性があり、熱の下で膨張します, 公差に影響します.
  • 金属は死にます (ダイキャスティングで) より寸法的に安定しています, より強い許容範囲をサポートします.

• 熱伝導率:

• • 高速冷却 (例えば, 金属型) 歪みを最小限に抑えます.
  • ゆっくりと冷却 (例えば, セラミックまたは石膏型) 材料の収縮と変形の時間を増やすことができます.

プロセスパラメータ

金属がどのように注がれるか, 固化, 冷却されたのは最終的な寸法を大きく変えます.

• 注ぐ温度:

• • 過熱すると、カビの侵食が増加し、収縮が誇張されます.
  • 過小評価は、カビの詰め物とコールドシャットが不十分になります.

• ゲーティングとリザリングデザイン:

• • ゲーティングが不十分な場合、乱流と空気の閉じ込めを引き起こす可能性があります, 気孔率と歪みにつながります.
  • ライザーが不十分な結果、幾何学的な完全性を低下させるシュリンクキャビティが発生します.

• 冷却速度と固化制御:

• • などのテクニック 寒気, ベント, そして 制御冷却ゾーン 寸法の精度を改善するのに役立ちます.
  • 厚いセクションで, 不均一な固化が引き起こす可能性があります 差分収縮 そして 反る.

• セクションの厚さと複雑さ:

• • 薄いセクションがより速く涼しくなります, その結果、粒度が小さくなり、寸法制御が改善されます.
  • さまざまな壁の厚さを伴う複雑な形状は、しかもない傾向があります ホットスポット そして 内部応力, 最終的な形状に影響します.

部品サイズとジオメトリ

大きな部分は、より多くの熱応力と機械的応力を蓄積します, 歪みの増加につながります:

• あ 1000 MMスチール鋳造 ±3〜5 mm異なる場合があります, その間 100 MMアルミニウム部品 投資キャスティングで±0.1 mmを維持できます.
• 非平衡冷却と不均一な金属の流れにより、しばしば非対称部分がゆがむ.
• 組み込む 壁の厚さの均一, rib骨, そして 丸い遷移 寸法の予測可能性を向上させます.

概要表 - 重要な要因 & 典型的な影響

要素	寛容への典型的な影響
材料の熱収縮	+0.7% に +2.5% カビの寸法からの偏差
パターンの精度 (マニュアルとCNC)	±0.5 mm〜±0.05 mmの分散
ドラフト角度要件	あたり0.1〜1 mmを追加します 100 深さのmm
注ぐ温度偏差 (±50°C)	最大±0.2 mmの寸法シフト
壁の厚さの変動	±0.3〜0.6 mmの歪みを引き起こす可能性があります
金型拡張 (砂と金属)	金型の種類に応じて±0.1 mm〜±1.0 mm

7. パターンとカビの設計の手当

最終的な公差を達成するため, 設計者は特定の手当を構築します:

• 収縮手当: あたり1.0〜1.3 mmを追加します 100 アルミニウムのMM, 1.0 鉄のmm/100 mm.
• 手当草案: 1°–3°垂直面ごとにテーパー.
• 加工代: 1–3 mm (プロセスと機能の重要性に応じて).
• ねじれ & 振る: 薄い壁に0.5〜1.0 mmの余分なパターンの揺れと歪みに対抗する.

による 綿密に これらの値を適用します, エンジニアは、As-Castの特大の位置が希望の許容範囲に重要な寸法を位置付けることを保証します.

8. 耐性制御のための設計

効果的なデザイン As-Castと完成した寸法のギャップを最小限に抑えます:

• ネットの形状: 最終サイズの±10％以内の機能を提供することを目指します, 機械加工の削減 70%.
• GD&Tフォーカス: クリティカルインターフェイスにのみタイトコントロールを適用します; 非批判的な表面にCTグレードの許容範囲を許可します.
• ジオメトリガイドライン: 寛大なフィレットを使用してください (>1 mm半径), 壁の厚さの均一 (10 mm以下の変動), ゆがみを制限するために戦略的に配置されたrib骨.

そのような 意図的な機能デザイン キャストがターゲットジオメトリに近づくのに役立ちます, コストと品質の両方を維持します.

9. 検査と品質保証

三次元測定機, レーザースキャナー, CTシステムは迅速に可能になります, 高密度測定:

• バーニア & マイクロメータ: ファーストパス検証のためのクイック「スポットチェック」.
• CMM/光学スキャン: CADモデルに対するフルフィールドマッピング; 典型的な不確実性: ±0.005 mm.
• CTスキャン: 内部ジオメトリを検証します, 孔分布, および壁の厚さの均一性.

品質プランを含める必要があります 最初の商品検査 (ファイ), PPAP 自動車用, または 知能 サンプリング (例えば, 知能 1.0) 大量の実行用.

ルート原因分析 ターゲット耐性の遠足は、カビのシフトによるものであろうと, 熱歪み, またはパターンウェア.

10. 統計プロセス機能

キャスティング操作の寛容に対応する能力を定量化するため:

• 計算します CP (プロセスの可能性) そして CPK (プロセスパフォーマンス) 値; 目指してください CP≥1.33 そして CPK≥1.0 堅牢な耐性制御用.
• 使用 SPC 重要な鋳造パラメーターを監視するチャート: カビの硬度, 注ぐ温度, および寸法のトレンド.
• 埋め込む うーん (実験のデザイン) 重要な要因を特定し、ゲーティングを最適化します, カビの圧縮, および冷却率.

11. 結論

鋳造公差はaを表します 重要なネクサス デザイン意図の, プロセス機能, そして経済的現実.

の決定により ISO 8062 CTグレード, と調整します NADCA または SFSA 要件, 適切な組み込み パターン手当, エンジニアとファウンドリーは、パフォーマンスと予算の両方の目標を達成する部品を提供できます.

さらに, 厳格な 検査, 統計制御, そして 新興デジタルテクノロジー - 3Dプリントされた砂型からリアルタイムシミュレーションまで - As-Cast許容範囲を引き締め、高価な下流の機械加工を減らします.

結局のところ, 適切な許容戦略により、キャストコンポーネントがパターンショップからアセンブリラインにスムーズに移行することが保証されます, 時間通りに, 予算内, および仕様内.