Casting Tolerances by Different Casting Processes

A liejimo tolerancija nurodo leistiną nuokrypį tarp objekto vardinio ir faktinio dydžio.

Pavyzdžiui, ±0,5 mm nuokrypis ant a 100 mm matmenys reiškia, kad baigta dalis gali būti matuojama bet kurioje vietoje 99.5 mm ir 100.5 mm.

Toks tikslumas turi įtakos komponentas tinka, Mechaninis atlikimas, ir surinkimo patikimumas.

Tuo pačiu metu, kas dešimtoji milimetro nuskusta tolerancijos biudžeto gali padidinti pelėsių kainą 10–20 %, padidinti laužo normas iki 15%, ir pridėti dvi ar keturias savaites įrankių paruošimo laikas.

Šiame straipsnyje apžvelgiami įvairūs liejimo procesai – nuo žalias smėlis į mirti liejimas– ir kiekybiškai įvertina jų tipines tolerancijos galimybes.

Taip pat peržiūrėsime ISO 8062 ir kiti pramonės standartai, būtinas kontūras modelio ir apdirbimo pašalpos,

ir rekomenduoti patikrinimas ir statistinio proceso kontrolė metodai, padedantys pasiekti optimalią kainos ir tikslumo pusiausvyrą.

1. Understanding Tolerances in Casting

Prieš pasirenkant procesą, paaiškinti šias pagrindines sąvokas:

• Tolerancija yra bendras leistinas matmens pokytis.
• Pašalpa yra tyčinis per didelis arba per mažas dydis, įmontuotas liejimo susitraukimui, juodraštis, arba vėlesnis apdirbimas.
• Tinka aprašoma, kaip sąveikauja dvi besijungiančios dalys, pradedant nuo klirensas tinka (laisvas) į trukdžiai tinka (stora).

Be to, liejimo tolerancijos gali būti linijinis (Pvz., ±0,5 mm) arba geometrinis (Pvz., cirkuliariškumas, statmenumą), apibrėžta naudojant GD&T simboliai.

Prisimink: kiekviena tolerancijos klasė Jūsų nurodyti gali paversti apčiuopiamu kaštų ir tvarkaraščio poveikiu.

Todėl, kruopštus išankstinis planavimas, suderintas su jūsų gamybos partnerio galimybėmis, atsiperka kokybės ir bendrų nuosavybės sąnaudų atžvilgiu..

2. Standards and Nomenclature

Prieš nurodydami leistinus nuokrypius, jums reikia bendros kalbos. Tarptautiniai ir regioniniai standartai apibrėžia abu matmenys ir geometrinis liejimo tolerancijos, todėl dizaineriai ir liejyklos gali kalbėti tiksliai.

ISO 8062 Liejimo tolerancija (KT) and Geometric Casting Tolerance (GCT)

ISO 8062-3 apibrėžia Matmenų liejimo tolerancija (DCT) pažymiai nuo CT1 per CT16, kur mažesni CT skaičiai atitinka griežtesnius leistinus nuokrypius. Praktiškai:

• CT1–CT4 (±0,05–0,3 % dimensijos) tinka didelio tikslumo liejimo ir nuolatinio liejimo dalims.
• CT5–CT9 (±0,1–0,8 %) taikomas investiciniams ir liejiniams iš kevalų.
• CT10–CT14 (±0,4–2,0 %) padengti įvairius smėlio liejimo būdus.
• CT15–CT16 (±2,5–3,5 %) aptarnauti labai didelius arba nekritinius liejinius.

Pavyzdžiui, ant a 200 mm savybė:

• A CT4 dalis gali tilpti ±0,6 mm,
• Nors a CT12 smėlio liejimas gali leisti ±4 mm.

Papildymas KT pažymiais, ISO 8062-2 apibrėžia Geometrinės liejimo tolerancijos (GCT)– dengiamoji forma (lygumas, cirkuliariškumas), orientacija (statmenumą, paralelizmas), ir padėtis (tikroji pozicija).

Kiekvienas GCT laipsnis (G1–G8) sluoksnių geometrinis valdymas ant vardinio KT matmenų apvalkalo.

Regioninis & Industry Specifications

Nors ISO suteikia pasaulinę sistemą, daugelis pramonės šakų remiasi pritaikytais standartais:

NADCA (North American Die Casting Association):

• Normalus tolerancija: ±0,25 mm per 100 mm (apytiksliai. ISO CT3–CT4).
• Tikslumas tolerancija: ±0,10 mm per 100 mm (apytiksliai. ISO CT1–CT2).
• NADCA taip pat apibrėžia atskiras klases aukščio, skylė, ir lygumas leistinos nuokrypos, būdingos liejamoms medžiagoms, tokioms kaip cinkas, aliuminis, ir magnio.

SFSA 2000 (Steel Founders’ Society of America):

• Suteikia smėlio liejimo tolerancijos diapazoną ±0,4–1,6 mm per 100 mm, priklausomai nuo formos tipo (žalias smėlis vs. surišta derva).
• Jos lentelės maždaug atitinka ISO CT11–CT13.

BS 6615 (British Standard for Foundry)

• Viršeliai smėlio, apvalkalas, ir investicija procesai.
• Tipinės pašalpos:

• • Smėlio liejimas ±0,5–2,0 mm/100 mm (CT11–CT14)
  • Korpuso liejimas ±0,2–0,8 mm/100 mm (CT8–CT12)
  • Investicinis liejimas ±0,1–0,5 mm/100 mm (CT5–CT9)

3. Casting tolerance table (unit: mm)

Šioje lentelėje pateikiamos didžiausios bendros skirtingų KT laipsnių tolerancijos vertės (Liejimo tolerancijos laipsnis CT1–CT16) within different basic size ranges.

4. Overview of Major Casting Processes

Casting processes fall into three broad categories—expendable‐mold, permanent‐mold/pressure‐driven, ir specialty techniques—each offering distinct tolerance capabilities, paviršiaus apdaila, and cost structures.

Expendable-Mold Methods

Green-Sand Casting

Green-sand casting remains the most economical and flexible method for large or simple parts.

Foundries mix silica sand, molis, and moisture to form molds that yield typical ISO CT11–CT14 tolerances—about ±0.5–2.0% bet kurio matmens (y., ±0,5–2,0 mm 100 mm).

Paviršiaus apdaila paprastai skiriasi Ra 6–12 μm, ir įrankių kaina išlieka maža (dažnai <$500 pagal modelį).

Chemically-Bonded & Kepkite smėlį

Atnaujinus į derva surištas arba nekepamas smėlio formas, sugriežtinami leistini nuokrypiai CT9–CT12 (±0,3–1,2 %), pagerina pelėsių stiprumą, ir sumažina išplovimą.

Paviršiaus šiurkštumas sumažėja iki Ra 3–6 μm, todėl šie metodai puikiai tinka vidutinio sudėtingumo dalims, kur žalio smėlio tikslumas yra nereikšmingas.

Investicija (Prarastas vaškas) Liejimas

Investicijų liejimas, taip pat žinomas kaip prarastas vaškas, gamina sudėtingas formas ir plonas sienas CT5–CT9 tolerancijos – apytiksliai ±0,1–0,5 % (±0,1–0,5 mm per 100 mm).

Jo Puikus paviršiaus apdaila (Ra 0.8–2.0 μm) ir galimybė išlaikyti smulkias detales pateisina didesnes įrankių sąnaudas (dažnai 2000–10 000 USD už modelį) aviacijos erdvėje, Medicinos, ir aukščiausios klasės pramoniniams pritaikymams.

Lost-Foam liejimas

Prarastų putų liejimas derina išnaudojamus raštus su nesurištu smėliu, siūlymas CT10–CT13 pajėgumus (±0,4–1,5 %).

Nors paviršiaus apdaila (Ra 4–8 μm) ir matmenų valdymas patenka tarp žalio smėlio ir investicinio liejimo, Šis metodas puikiai tinka komplekso gamybai, vienetiniai mazgai be šerdžių.

Permanent-Mold & Pressure-Driven Methods

Mirti liejimas (Karšta & Šaltoji kamera)

Mirti liejimas suteikia griežčiausius išmetimo nuokrypius –CT1–CT4, arba ±0,05–0,3 % dimensijos (±0,05–0,3 mm per 100 mm).

Tipiški paviršiaus apdailos diapazonai Ra 0.5–1.5 μm. Didelės išankstinės įrankių sąnaudos (dažnai 10 000–200 000 USD už mirtį) atsiskaityti ciklo laikas net 15–60 sekundžių ir puikus aliuminio pakartojamumas, cinkas, ir magnio dalys.

Gravity Die & Žemo slėgio liejimas

Gravitacijos ir žemo slėgio liejimas, naudojant daugkartines metalines formas, pasiekti CT2–CT6 Tolerancijos (±0,1–0,5 %) su Ra 1–4 μm baigti.

Kadangi jie veikia be didelio įpurškimo greičio, šie metodai sumažina poringumą ir sustiprina komponentus, ypač naudojant automobilių ratus ir siurblius.

Specialty Techniques

Išcentrinis liejimas

Sukant formeles 200–2000 aps./min, išcentrinis liejimas verčia išlydytą metalą į išorę, gaminant tankias vamzdžių sieneles ir žiedus. Krenta radialinė tolerancija CT3 – CT8 (±0,1–0,5 %).

Paviršiaus apdaila paprastai sėdi ties Ra 3–8 μm, o kryptinis aušinimas pagerina mechanines savybes sunkiems guoliams ir vamzdynams.

Plaster & Ceramic Mold Casting

Gipso ir keraminės formos – dažniausiai naudojamos menui, papuošalai, ir mažų partijų aviacijos ir kosmoso dalių – teikti CT6–CT9 Tolerancijos (±0,2–0,8 %) ir Ra 2–5 μm baigti.

Nors lėčiau ir brangiau nei smėlis, šie procesai apima smulkias detales ir specialius lydinius.

5. Tolerance Capabilities by Casting Process

Šiame skyriuje, pateikiame konsoliduotą kiekvieno proceso tipinių savybių vaizdą ISO 8062 KT laipsnis,

ją atitinkanti linijinė tolerancija (matmenų procentais ir milimetrais 100 mm), ir atstovas paviršiaus apdaila.

6. Factors Affecting Casting Tolerances

Liejimo tolerancijos nėra pastovios proceso savybės – jos atsiranda dėl sudėtingos medžiagos elgesio sąveikos, įrankių dizainas, proceso parametrai, ir dalies geometrija.

Medžiagos savybės

Metalo ar lydinio tipas tiesiogiai veikia susitraukimą, takumas, ir matmenų stabilumas.

• Šiluminio susitraukimo laipsniai: Atvėsus metalai susitraukia. Pavyzdžiui:

• • Pilka geležis: ~1,0 %
  • Aliuminis lydiniai: ~1,3 %
  • Cinko lydiniai: ~0,7 %
  • Plienas: ~2,0 % (skiriasi priklausomai nuo anglies kiekio)

Didesnis susitraukimas lemia didesnį matmenų nuokrypį, nebent tai kompensuojama įrankių konstrukcija.

• Skystumas ir kietėjimo elgsena:

• • Metalai su didesnis sklandumas (Pvz., aliuminis, bronza) tiksliau užpildykite formas.
  • Greitas kietėjimas plonose dalyse arba mažai skystuose metaluose gali susidaryti tuštumos ir netolygus susitraukimas.

• Legiravimo efektai:

• • Silicis ketaus pagerina sklandumą, bet taip pat padidina plėtimąsi.
  • Nikelis ir Chromas padidinti plieno matmenų stabilumą.

Mold and Tooling Variables

Liejimo formų sistema dažnai yra vienintelė didžiausia liejimo matmenų svyravimo priežastis.

• Šablono tikslumas:

• • CNC apdirbtas modeliai pasiekia daug geresnį toleranciją nei rankų darbo.
  • Laikui bėgant susidėvėjimas mažina tikslumą, ypač liejant didelį kiekį smėlio.

• Grimzlės kampai:

• • Reikalingas norint išleisti liejinį iš formos, tipiniai kampai yra:

• • • 1°–3° išoriniams paviršiams
    • 5°–8° vidinėms ertmėms

• • Per didelis grimzlė padidina matmenų pokyčius, todėl reikia atsižvelgti į tai.

• Pelėsių tvirtumas ir išsiplėtimas:

• • Smėlio formos yra suspaudžiami ir plečiasi veikiant karščiui, kuris turi įtakos tolerancijai.
  • Metalo miršta (liejimo metu) yra stabilesni pagal matmenis, palaiko griežtesnes tolerancijas.

• Šilumos laidumas:

• • Greitas aušinimas (Pvz., metalinės formos) sumažina iškraipymą.
  • Lėtas aušinimas (Pvz., keraminės arba gipso formos) suteikia daugiau laiko medžiagos susitraukimui ir deformacijai.

Proceso parametrai

Kaip liejamas metalas, sukietėjo, ir atvėsęs, žymiai pakeičia galutinius matmenis.

• Pilimo temperatūra:

• • Perkaitimas padidina pelėsių eroziją ir padidina susitraukimą.
  • Per mažas kaitinimas blogai prisipildo pelėsių ir užsidaro šaltai.

• Vartų ir pakylų dizainas:

• • Prastai vartai gali sukelti turbulenciją ir oro įstrigimą, sukelia poringumą ir iškraipymus.
  • Dėl nepakankamo stovų susidaro susitraukiančios ertmės, kurios sumažina geometrinį vientisumą.

• Aušinimo greičio ir kietėjimo kontrolė:

• • Tokios technikos kaip šaltkrėtis, vėdinimas, ir kontroliuojamos aušinimo zonos padėti patikslinti matmenų tikslumą.
  • Storesnėse dalyse, gali sukelti netolygų kietėjimą diferencinis susitraukimas ir deformacija.

• Sekcijos storis ir sudėtingumas:

• • Plonos dalys atvėsta greičiau, dėl to gaunamas mažesnis grūdelių dydis ir geresnė matmenų kontrolė.
  • Sudėtingos geometrijos su įvairaus storio sienelėmis yra linkusios karštos vietos ir vidinius įtempius, turi įtakos galutinei formai.

Part Size and Geometry

Didesnės dalys sukaupia daugiau šiluminių ir mechaninių įtempių, dėl to padidėja iškraipymas:

• A 1000 mm plieno liejinys gali skirtis ±3–5 mm, o a 100 mm aliuminio dalis gali išlaikyti ±0,1 mm su investiciniu liejimu.
• Asimetriškos dalys dažnai deformuojasi dėl nesubalansuoto aušinimo ir netolygaus metalo srauto.
• Įtraukiant vienodas sienelės storis, Šonkauliai, ir suapvalinti perėjimai padidina matmenų nuspėjamumą.

Summary Table – Key Factors & Typical Impacts

veiksnys	Tipiškas poveikis tolerancijai
Medžiagos terminis susitraukimas	+0.7% į +2.5% nuokrypis nuo formos matmenų
Šablono tikslumas (rankinis vs CNC)	nuo ±0,5 mm iki ±0,05 mm nuokrypis
Grimzlės kampo reikalavimas	Prideda 0,1–1 mm per 100 mm gylio
Liejimo temperatūros nuokrypis (±50°C)	Iki ±0,2 mm matmenų poslinkis
Sienelės storio kitimas	Gali sukelti ±0,3–0,6 mm iškraipymą
Pelėsių išplėtimas (smėlis vs metalas)	±0,1 mm iki ±1,0 mm, priklausomai nuo formos tipo

7. Allowances in Pattern and Mold Design

Norint pasiekti galutines tolerancijas, projektuotojai sukuria konkrečius leidimus:

• Susitraukimo pašalpa: Įpilkite 1,0–1,3 mm per 100 mm aliuminio, 1.0 mm/100 mm geležies.
• Pašalpos projektas: 1°–3° kūgis kiekvienam vertikaliam paviršiui.
• Apdirbimo pašalpa: 1– 3 mm (priklausomai nuo proceso ir funkcijos kritiškumo).
• Iškraipymas & Suplakti: Papildomai 0,5–1,0 mm plonose sienose, kad būtų išvengta rašto drebėjimo ir iškraipymo.

Iki kruopščiai taikant šias vertybes, inžinieriai užtikrina, kad liejimo negabaritinis dydis kritinius matmenis patektų į pageidaujamą tolerancijos langą.

8. Tolerancijos kontrolės dizainas

Efektyvus dizainas sumažina atotrūkį tarp jau pagamintų ir gatavų matmenų:

• Beveik tinklo forma: Siekite, kad funkcijos būtų ±10 % galutinio dydžio, sumažinant apdirbimą 70%.
• GD&T Fokusas: Taikykite griežtus valdiklius tik kritinėms sąsajoms; leisti CT klasės tolerancijas nekritiniuose paviršiuose.
• Geometrijos gairės: Naudokite dosnią filė (>1 mm spinduliu), vienodas sienelės storis (≤10 mm variacija), ir strategiškai išdėstytus šonkaulius, kad būtų sumažintas iškraipymas.

Tokie tyčinis funkcijų dizainas padeda liejiniams atsirasti arčiau tikslinės geometrijos, išsaugant kainą ir kokybę.

9. Patikra ir kokybės užtikrinimas

CMM, lazeriniai skeneriai, ir CT sistemos leidžia greitai, didelio tankio matavimas:

• Vernier & Mikrometras: Greitos „patikros vietoje“, kad būtų galima patikrinti pirmą kartą.
• CMM / optinis nuskaitymas: Viso lauko atvaizdavimas pagal CAD modelius; tipiškas neapibrėžtumas: ±0,005 mm.
• CT nuskaitymas: Patvirtina vidines geometrijas, porų pasiskirstymas, ir sienelės storio vienodumą.

Kokybės planai turėtų apimti Pirmas gaminio patikrinimas (FAI), PPAP automobiliams, arba AQL mėginių ėmimas (Pvz., AQL 1.0) didelės apimties bėgimui.

Pagrindinės priežasties analizė taikosi tolerancijos ekskursijoms – ar dėl pelėsio pasikeitimo, terminis iškraipymas, arba modelio nusidėvėjimas.

10. Statistinių procesų galimybės

Kiekybiškai įvertinti liejimo operacijos gebėjimą atitikti toleranciją:

• Apskaičiuokite Cp (proceso potencialas) ir Cpk (proceso našumą) vertybes; siekti Cp ≥1,33 ir Cpk ≥1,0 tvirtai tolerancijos kontrolei.
• Naudokite SPC diagramas, skirtas stebėti kritinius liejimo parametrus: pelėsių kietumas, išpylimo temperatūra, ir matmenų tendencijas.
• Įgyvendinti DOE (Eksperimentų projektavimas) nustatyti pagrindinius veiksnius ir optimizuoti stabdymą, pelėsių tankinimas, ir aušinimo greitis.

11. Išvada

Liejimo leistinieji nuokrypiai reiškia a kritinis ryšys projektavimo tikslas, proceso galimybė, ir ekonominė realybė.

Pagrįsdami sprendimus ISO 8062 KT laipsniai, lygiuojantis su NADCA arba SFSA reikalavimus, ir įtraukiant tinkamą modelio pašalpos, inžinieriai ir liejyklos gali pristatyti dalis, atitinkančias našumo ir biudžeto tikslus.

Be to, griežtas patikrinimas, statistinė kontrolė, ir atsirandančios skaitmeninės technologijos– nuo ​​3D spausdinimo smėlio formų iki modeliavimo realiuoju laiku – sugriežtina liejimo tolerancijos ir sumažina brangų apdirbimą pasroviui.

Galų gale, Tinkama tolerancijos strategija užtikrina, kad jūsų liejimo komponentai sklandžiai pereis iš modelių parduotuvės į surinkimo liniją, laiku, pagal biudžetą, ir pagal specifikaciją.