Pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos liejinių matmenų tikslumui

1. Santrauka

Liejinių matmenų tikslumas yra daugelio tarpusavyje susijusių priežasčių rezultatas: medžiagų fizika (susitraukimas & fazių pokyčiai), proceso dinamika (pilti, kietėjimas), įrankių tikslumas (modelis & šerdies gaminimas), dizaino geometrija (skyriuose & funkcijos), Šilumos procedūros, tvarkymo ir matavimo aplinka.

Bet kuris iš jų gali įvesti milimetrus (arba milimetro dalimis) nuokrypis nuo nurodytos savybės.

Geri rezultatai gaunami iš ankstyvo dizainerio ir liejyklos bendradarbiavimo, aiškus išleidžiamų ir apdirbamų funkcijų paskirstymas, ir dizaino taisyklių mišinys, procesų kontrolė ir tikrinimas.

2. Koks yra liejinių matmenų tikslumas?

Liejinių matmenų tikslumas reiškia, kaip tiksliai galutinė liejamo komponento geometrija atitinka vardinę (skirta) inžineriniame brėžinyje arba CAD modelyje nurodyti matmenys.

Kitaip tariant, tai laipsnis, kuriuo „kaip išlieta“ forma atkartoja „kaip suprojektuota“ forma.

Kadangi visi liejimo procesai susiję su metalo susitraukimu, Šiluminiai gradientai, pelėsių iškraipymas ir įrankių kintamieji, liejiniai negali visiškai atitikti teorinių matmenų.

Vietoj, matmenų tikslumas kontroliuojamas ir vertinamas per Tolerancijos, geometriniai valdikliai, ir statistinis matavimas.

Tikslumo standartizavimas: tolerancijos klasės

Liejinių matmenų tikslumas yra standartizuotas visame pasaulyje, labiausiai iš:

ISO 8062-1/2/3

• KT (Liejimo tolerancija) klasė linijiniams matmenims – CT1 (labai didelis tikslumas) iki CT16 (grubus).
• GCT (Geometrinė liejimo tolerancija) už lygumą, apvalumas, pozicija, ir tt.

Dažnai nurodomi kiti standartai

• Nuo 1680
• ANSI/ASME Y14.5 (už GD&T ant apdirbtų savybių)
• ASTM A802 (plieno liejimo tolerancijos)

Šios sistemos leidžia dizaineriams ir liejykloms aiškiai perduoti tolerancijas ir numatyti kiekvieno proceso tikslumą..

3. Aukšto lygio įtaką darančių veiksnių klasifikacija

1. Medžiaga būdinga - lydinio susitraukimas, fazių transformacijos, anizotropinis išsiplėtimas.
2. Proceso fizika - lydymosi temperatūra, turbulencija, užpildymas, kietėjimo modelis.
3. Įrankiai & liejimo formos - modelio tikslumas, šerdies poslinkis, pelėsių judėjimas/nusėdimas.
4. Geometrija & dizainas — sekcijos modulis, salos, plonos vs storos sienos.
5. Šiluminis & gydymas po gipso - terminio apdorojimo iškraipymas, gesinant įtempius.
6. Post apdorojimas & tvarkymas - apdirbimo seka, armatūros deformacija.
7. Matavimas & aplinką - temperatūra tikrinimo metu, atskaitos stabilumas.
8. Žmogaus & sistemos valdymas — operatoriaus praktika, SPC, recepto dreifas.

4. Su medžiaga susiję veiksniai

Linijinis susitraukimas ir tūrinis susitraukimas

• Ką: visi metalai susitraukia auštant nuo skysčio → kieto → kambario temp. Linijinis susitraukimas (modelio mastelio faktorius) yra dominuojantis matmenų pasikeitimo veiksnys.
• Tipiški diapazonai (iliustratyvus):aliuminio lydiniai ~0,6-1,5%, ketaus ~1,0-1,6%, Anglies & legiruotasis plienas ~1,8–2,5 proc., vario lydiniai ~1,8-2,2%. Faktinės vertės yra lydinio & priklauso nuo proceso; patvirtinti liejykloje.
• Efektas: vardinis 200 mm funkcija su 1.2% susitraukimas sutrumpėja 2.4 mm, nebent tai kompensuojama rašte.

Fazinės transformacijos & anizotropinis kietėjimas

• Kai kurie lydiniai (plienų, lydiniai su dideliu Ni kiekiu) patiria fazių pokyčius (austenitas→feritas/perlitas/martensitas) kurios prideda arba atima matmenų pokyčius, išskyrus paprastą terminį susitraukimą. Kryptinis kietėjimas gali sukelti anizotropinį susitraukimą.

Kietėjimo segregacija & karštųjų taškų

• Vietinis elementų sodrinimas / išeikvojimas tarpdendritiniuose regionuose sukelia mikrostruktūrinius skirtumus ir gali sutelkti susitraukimą arba sukurti vietines ertmes, kurios keičia vietinius matmenis..

Švelninimas: nurodykite lydinio ir lydymosi kontrolę; susitraukimo faktorių ir modelio matmenų teirautis liejykloje; naudoti izoterminio / kontroliuojamo kietėjimo konstrukcijas.

5. Su procesu susiję veiksniai

Liejimo maršruto galimybė

(Tolerancija parodyta kaip tipinė linijinė tolerancija per 100 mm. Vertės skiriasi priklausomai nuo lydinio, geometrija & liejyklos galimybes.)

Lydymosi temperatūra & perkaitinti

• Didesnis perkaitimas padidina sklandumą, bet padidina dujų tirpumą ir turbulenciją; abu gali sukelti padidėjusį susitraukimo poringumą ir matmenų netikslumą, jei netinkamai valdomi.

Užpildymo dinamika ir turbulencija

• Turbulencija sulaiko oksidus, sukuria klaidingus paleidimus ir šaltus uždarymus; neužbaigtas užpildymas pakeičia efektyvią geometriją ir gali iškraipyti dalis, nes užšalęs apvalkalas varžo tolesnį metalą.

Vartai, kylanti & kryptinis kietėjimas

• Dėl prastų užtvarų atsiranda susitraukimo ertmės nepageidaujamose vietose. Tinkamas stovo išdėstymas užtikrina metalo padavimą į kietėjimo zonas ir kontroliuoja galutinę geometriją.

Slėgio / vakuumo metodai

• Vakuuminis HPDC arba žemo slėgio užpildymas sumažina dujų poringumą ir pagerina plonų elementų matmenų stabilumą; suspaudimo ir pusiau kieti procesai sumažina susitraukimo poveikį.

6. Įrankiai & modelis / pagrindiniai veiksniai

Įrankiai, raštai ir šerdys nustato pradinė geometrija liejimo ir daugiausia lemia pakartojamumą bei sistemingus poslinkius.

Prasta įrankių naudojimo praktika arba netinkamas šerdies valdymas sukelia matmenų poslinkį, core shift, ir neatkuriami iškraipymai, kurių tolesnis apdorojimas ne visada gali ištaisyti.

Šablono tikslumas & sumažinti kompensaciją

Rašto geometrija yra bazinė linija, nuo kurios taikomi visi susitraukimo ir įrankių poslinkiai. Pagrindiniai punktai:

• Šablono mastelio keitimas: modeliai turi būti pakeisti naudojant teisingą mastelį linijinis susitraukimas lydinio ir proceso veiksnys (skirtingiems lydiniams/procesams reikalingi skirtingi masto faktoriai).
• Modelio toleravimas: modelio kūrėjo tolerancijos turėtų būti griežtesnės nei reikalaujamos dalies leistinos nuokrypos, kad modelio paklaida nebūtų pagrindinis variacijos šaltinis.
• Sisteminiai užskaitymai: įrankių iškraipymas, modelio susidėvėjimas ir tvirtinimo neatitikimas sukuria pasikartojančius poslinkius; juos reikia išmatuoti ir pakoreguoti bandomųjų važiavimų metu.

Švelninimas: dokumentuokite ir patikrinkite modelio matmenis prieš pirmą kartą pilant; reikalauti, kad liejykla pateiktų modelio brėžinius (taikant susitraukimo faktorius) ir pirmojo straipsnio modelio patikros ataskaitas.

Ugniai atsparios medžiagos ir apvalkalo stiprumas

Ugniai atspari sistema (medžiaga, srutas, sluoksnio statyba, storio) kontroliuoja apvalkalo standumą ir šiluminę reakciją. Pagrindiniai efektai:

• CTE neatitikimas: skirtingos ugniai atsparios medžiagos plečiasi/susitraukia nevienodai veikiant šilumai – tai keičia ertmės dydį pilant ir aušinant.
• Korpuso standumas: ploni arba prastai sutvirtėję apvalkalai deformuojasi veikiant metalostatiniam slėgiui, sukeliantys iškilimus arba vietinius matmenų pokyčius.
• Proceso kintamumas: srutų mišinys, dengimo technika ir džiūvimo/perdegimo kontrolė turi įtakos apvalkalo tankiui ir pakartojamumui.

Švelninimas: standartizuoti dalies srutų receptus ir sluoksnių grafikus; nurodykite minimalų apvalkalo storį ir kietėjimo grafiką; patikrinkite korpuso vientisumą (vizualiai, matmenys) prieš pilant kritinėms dalims.

Šerdies tikslumas, core shift & šerdies iškraipymas

Šerdys nustato vidines savybes ir angas – jų tikslumas ir stabilumas yra labai svarbūs.

Bendri mechanizmai:

• Pagrindinis poslinkis: prastos pagrindinės sėdynės, dėl netinkamų šerdies atspaudų arba vibracijos liejimo metu šerdys gali judėti, keičiant skylių vietas.
• Šerdies iškraipymas: nepalaikomas, ilgos arba plonos šerdys gali sulinkti arba vibruoti veikiamos metalo spaudimo ar terminio smūgio, keičiant vidinę geometriją.
• Šerdies erozija / išplovimas: didelio greičio metalas gali ardyti silpnus šerdies paviršius, keičiant angų apdailą ir matmenis.

Švelninimas: sukurti tvirtus šerdies spaudinius ir teigiamus mechaninius blokus; nurodykite šerdies kietumą ir atramines atramas ilgoms šerdims; kontroliuoti išpylimo greitį ir užtvarą, kad apribotų srovės eroziją; kur reikia, naudokite šerdies dangas.

Pelėsių palaikymas & matmenų stabilumas

Tai, kaip liejimo metu palaikoma forma arba štampa, turi įtakos matmenų konsistencijai:

• Štampo įlinkis: metalas miršta karštyje ir lankstosi ciklo metu – terminis augimas ir gnybtų apkrovos keičia ertmės geometriją per eksploatavimo laiką.
• Smėlio pelėsių nusėdimas: smėlio tankinimas, vėdinimas ir spaustuko slėgis sukelia pelėsių judėjimą arba spyruokliškumą dideliuose liejiniuose.
• Įrankių susidėvėjimas: pakartotiniai ciklai sukuria susidėvėjimo griovelius ir matmenų poslinkį metaliniuose įrankiuose.

Švelninimas: inžinierių štampų atramos ir spaustukai, siekiant sumažinti deformaciją; kontroliuoti smėlio tankinimą ir rišiklio kietėjimą; suplanuokite štampų priežiūros ir perdarymo intervalus; stebėti matmenų poslinkį per SPC ir periodiškai tikrinti įrankius.

Pelėsių temperatūra

Pelėsių temperatūra pilant ir kietėjant turi įtakos užpildymui, susitraukimas ir liekamieji įtempiai:

• Šaltas pelėsis: per didelis terminis gradientas gali sukelti šaltį, klaidingai, arba padidėję tempimo įtempiai ir įtrūkimai.
• Karštas pelėsis: per didelė pelėsių temperatūra padidina formų medžiagų plėtimąsi ir gali pakeisti liejimo matmenis bei padidinti grūdelių stambumą.
• Šiluminiai gradientai: netolygus pelėsių kaitinimas sukelia asimetrinį kietėjimą ir iškraipymus.

Švelninimas: standartizuoti formų / štampų pakaitinimo ir temperatūros kontrolės procedūras; stebėti štampų temperatūrą kritinėse vietose; naudokite šiluminį modeliavimą, kad numatytų sudėtingų dalių gradientus ir sureguliuotumėte užtvarų / šaldymo vietą.

7. Dizainas & geometrijos veiksniai

Pjūvio storio kitimas

• Storos izoliuotos sekcijos lėtai kietėja ir susidaro karštos vietos bei susitraukimo ertmės; plonos sekcijos greitai atšąla ir gali deformuotis arba važiuoti netinkamai. Venkite staigių storio pokyčių.

Salos, viršininkai, šonkauliai ir filė

• Dideli viršininkai sukuria vietines susitraukimo zonas; šonkauliai padeda išlaikyti standumą, bet turi būti tokio dydžio, kad nesulaikytų šilumos. Filė sumažina streso koncentraciją ir pagerina metalo tekėjimą.

Ilgi ploni bruožai ir iškraipymai

• Ilgos plonos dalys (velenai, pelekai) yra pažeidžiami kietėjimo sukeltų deformacijų ir vėlesnių apdirbimo iškraipymų.

DFM gairės: stenkitės, kad sienelių storis būtų vienodas; vietoj storio naudokite šonkaulius, pridėti tiekimo takus prie sunkių ruožų, pridėti filė ir juodraštį.

8. Šiluminė istorija & gydymas po liejimo

Terminis apdorojimas sukeltas iškraipymas

• Tirpalo atkaitinimas, normalizuojantis, gesinimas arba įtampos mažinimas gali pakeisti matmenis – kartais nenuspėjamai didelėse atkarpose. Dėl gesinimo susidaro nuolydžiai ir liekamieji įtempiai, kurie deformuoja dalis.

Liekamieji įtempiai dėl kietėjimo

• Greitas aušinimas ir suvaržytas susitraukimas sukuria liekamuosius įtempius, kurie atsipalaiduoja apdirbimo ar priežiūros metu, keičiasi geometrija (atspyrimas).

Švelninimas: anksti nurodykite terminio apdorojimo seką; mašina po terminio apdorojimo, kai reikia funkcinių paklaidų; jei reikia, naudokite streso mažinimą.

9. Tvarkymas, apdirbimo seka & tvirtinimo efektai

Apdirbimo pašalpos & seka

• Apdirbimas pašalina medžiagą, kad būtų pasiektas galutinis tikslumas. Sekos nustatymas (kurios pirmiausia apdorojamos) ir šviestuvai valdo kaupiamąjį iškraipymą. Apdirbimas prieš visiškai pašalinant įtampą gali sukelti deformaciją.

Tvirtinimas & atskaitos taškais

• Prasta armatūros konstrukcija sukelia spaustuko iškraipymus ir klaidingus matavimus. Naudokite nulinius paviršius ir stabilius tvirtinimo elementus; Matuodami venkite per didelio prispaudimo.

Tvirtinimo momentai ir surinkimo įtempiai

• Varžtų priveržimas gali iškreipti plonas dalis ir pakeisti flanšo lygumą. Nurodykite sukimo momento ribas ir seką.

Švelninimas: nustatyti apdirbimo tvarką, rekomenduoti armatūros dizainą, nurodykite sukimo momentą & surinkimo instrukcijos.

10. Matavimas, aplinką & metrologijos efektai

Temperatūra matavimo metu

• Metalai plečiasi esant temperatūrai. Bendra taisyklė: a 1 °C pokytis sukelia ~16–25 ppm/°C tiesinį plieno/aliuminio pokytį; ant a 500 mm dalis 1 °C ≈ 0,008–0,012 mm – tinka esant mažiems nuokrypiams.
  Visada matuokite standartine temperatūra (paprastai 20 ° C.) arba kompensuoti.

Prietaiso tikslumas & zondo efektai

• CMM zondo tipas, rašiklio ilgis ir zondavimo strategija sukelia matavimo paklaidą. Dėl plonų savybių, zondavimo jėga gali nukreipti dalį.

Duomenų stabilumas & matavimo pakartojamumas

• Nenuoseklus atskaitos taško pasirinkimas duoda sklaidą. Naudokite pakartojamą atskaitos taško fiksavimą ir apibrėžkite matavimo protokolus.

Švelninimas: nurodykite matavimo temperatūrą, CMM strategija, ir priėmimo kriterijus; reikalauti FAI su praneštomis aplinkos sąlygomis.

11. Išvada

Liejinių matmenų tikslumą lemia ne vienas veiksnys, o medžiagų sąveika, įrankių, proceso valdymas, ir šiluminis elgesys per visą gamybos ciklą.

Kiekvienas žingsnis – nuo ​​modelio dizaino ir susitraukimo kompensavimo iki formos stabilumo, lydinio pasirinkimas, ir kietėjimo sąlygos – įveda galimus pokyčius, kuriuos reikia suprasti ir aktyviai valdyti.

Reikalingas didelio tikslumo liejimas:

• Tikslūs raštai ir šerdys su kontroliuojamais susitraukimo leidimais
• Stabilios formų ir apvalkalų sistemos su nuspėjamu terminiu ir mechaniniu elgesiu
• Griežtai palaikomi proceso parametrai įskaitant išpylimo temperatūrą, pelėsių temperatūra, ir vartų nuoseklumas
• Kokybiškos medžiagos su žinomomis šiluminio plėtimosi ir kietėjimo charakteristikomis
• Tvirtas patikrinimas, SPC, ir grįžtamojo ryšio kilpos anksti aptikti skirtumus

Kai šie veiksniai yra sukurti holistiškai, liejykla gali tiekti liejinius, kurie nuolat atitinka griežtus matmenų nuokrypius, sumažinti apdirbimo išlaidas, pagerinti surinkimo tinkamumą, ir pagerinti galutinio produkto našumą.

Galų gale, matmenų tikslumas yra tiek a techninis pasiekimas ir a proceso disciplina– toks, kuris išskiria aukšto lygio liejinių tiekėjus nuo įprastų gamintojų.

 

DUK

Kuris lydinio tipas turi didžiausią įtaką matmenų tikslumui?

Magnio lydiniai (1.8–2,5% linijinis susitraukimas) turi didžiausią matmenų nukrypimo riziką, o pilkasis ketus (0.8–1,2 proc.) yra stabiliausias.

Smėlio liejimas gali pasiekti aukštą matmenų tikslumą?

Derva surištas smėlio liejimas gali pasiekti ISO 8062 CT8–10 (±0,3–0,5 mm 100 mm dalims), tinka vidutinio tikslumo dalims (Pvz., siurblių korpusai).

CT5–7 tikslumui, reikalingas investicinis liejimas arba HPDC.

Kaip veikia pelėsių susitraukimo kompensavimas?

Formos yra per didelės dėl lydinio linijinio susitraukimo greičio. Pavyzdžiui, 100 mm aliuminio (1.5% susitraukimas) daliai reikia 101,5 mm formos – tai užtikrina, kad galutinis liejinys susitrauks iki 100 mm.

Kokia yra pagrindinė liejinių deformacijos priežastis?

Netolygus aušinimas (Pvz., storos sekcijos vėsta lėčiau nei plonos) sukuria vidinį įtampą, vedantis į deformaciją.

Šalto geležies arba vandens aušinimo naudojimas aušinimo greičiui subalansuoti gali sumažinti deformaciją 40–50 %.

Kaip tolesnis apdorojimas veikia matmenų tikslumą?

Vibracinis valymas gali iškreipti plonasienes dalis 0,1–0,2 mm, o terminio apdorojimo temperatūros nuokrypiai (±10°C) gali sukelti 0,1–0,2 mm matmenų pasikeitimą.

Švelnus valymas (žemo dažnio vibracija) ir tiksli terminio apdorojimo kontrolė sumažina šias problemas.