Galvenie faktori, kas ietekmē lējumu izmēru precizitāti

1. Kopsavilkums

Lējumu izmēru precizitāte ir daudzu savstarpēji saistītu iemeslu rezultāts: materiālu fizika (saraušanās & fāzes izmaiņas), procesa dinamika (izliešana, sacietēšana), instrumentu precizitāte (modelis & serdes izgatavošana), dizaina ģeometrija (sadaļas & funkcijas), termiskās apstrādes, apstrādes un mērīšanas vide.

Jebkurš no tiem var ieviest milimetrus (vai milimetru daļas) novirze uz doto pazīmi.

Labus rezultātus nodrošina agrīna dizainera un lietuves sadarbība, skaidra izdalīto un apstrādājamo funkciju piešķiršana, un dizaina noteikumu sajaukums, procesa kontrole un pārbaude.

2. Kāda ir lējumu izmēru precizitāte?

Lējumu izmēru precizitāte attiecas uz to, cik cieši lietā komponenta galīgā ģeometrija atbilst nominālajai (paredzēts) izmēri, kas norādīti inženiertehniskajā rasējumā vai CAD modelī.

Citiem vārdiem sakot, tā ir pakāpe, kādā “kā-cast” forma atkārto “kā izstrādāts” forma.

Jo visi liešanas procesi ir saistīti ar metāla saraušanos, termiskie gradienti, pelējuma deformācijas un instrumentu mainīgie, lējumi nevar pilnībā atbilst teorētiskajiem izmēriem.

Tā vietā, izmēru precizitāte tiek kontrolēta un novērtēta caur pielaide, ģeometriskās vadības ierīces, un statistiskais mērījums.

Precizitātes standartizācija: tolerances nodarbības

Lējumu izmēru precizitāte ir globāli standartizēta, jo īpaši:

Iso 8062-1/2/3

• CT (Liešanas tolerance) klase lineārajiem izmēriem — CT1 (ļoti augsta precizitāte) uz CT16 (rupji).
• GCT (Ģeometriskā liešanas pielaide) plakanumam, apaļums, pozīciju, utt..

Bieži tiek minēti citi standarti

• No 1680
• ANSI/ASME Y14.5 (par GD&T uz mehāniski apstrādātām iezīmēm)
• ASTM A802 (tērauda liešanas pielaides)

Šīs sistēmas ļauj dizaineriem un lietuvēm skaidri paziņot pielaides un paredzēt katra procesa sasniedzamo precizitāti.

3. Augsta līmeņa ietekmējošo faktoru klasifikācija

1. Materiāls raksturīgs — sakausējuma saraušanās, fāzes transformācijas, anizotropā izplešanās.
2. Procesu fizika - kušanas temperatūra, turbulence, pildījums, sacietēšanas modelis.
3. Instrumentus & veidnes - raksta precizitāte, kodola maiņa, pelējuma kustība/nosēdināšana.
4. Ģeometrija & dizains — sekcijas modulis, salas, plānas pret biezām sienām.
5. Termisks & ārstēšana pēc ģipša — termiskās apstrādes deformācija, veldzējot spriegumus.
6. Pēcapstrāde & apstrāde — apstrādes secība, armatūras deformācija.
7. Mērīšana & vide — temperatūra pārbaudes laikā, datuma stabilitāte.
8. Cilvēks & sistēmas vadība — operatora prakse, SPC, receptes dreifs.

4. Ar materiāliem saistītie faktori

Lineāra saraušanās un tilpuma kontrakcija

• Kas: visi metāli saraujas atdzesējot no šķidruma → cieta → istabas temp. Lineāra saraušanās (modeļa mēroga faktors) ir dominējošais dimensiju izmaiņu veicinātājs.
• Tipiski diapazoni (ilustratīvs):alumīnija sakausējumi ~0,6–1,5%, čuguns ~1,0–1,6%, ogleklis & leģētie tēraudi ~1,8–2,5%, vara sakausējumi ~1,8–2,2%. Faktiskās vērtības ir sakausējums & procesa atkarīgs; apstipriniet ar lietuvi.
• Ietekme: nomināls 200 mm iezīme ar 1.2% saraušanās saīsinās par 2.4 mm, ja vien tas nav kompensēts modelī.

Fāzu transformācijas & anizotropā sacietēšana

• Daži sakausējumi (tēraudi, sakausējumi ar augstu Ni saturu) iziet fāzes izmaiņas (austenīts→ferīts/perlīts/martensīts) kas pievieno vai atņem izmēru izmaiņas, kas pārsniedz vienkāršu termisko kontrakciju. Virziena sacietēšana var radīt anizotropu saraušanos.

Cietināšanas segregācija & karstajiem punktiem

• Elementu lokāla bagātināšana/izsīkšana starpdendritiskos reģionos rada mikrostrukturālas atšķirības un var koncentrēt saraušanos vai radīt lokālus dobumus, kas maina vietējos izmērus..

Mazināšana: norādiet sakausējuma un kausējuma kontroli; jautājiet lietuvei saraušanās faktorus un modeļa izmērus; izmantot izotermiskas/kontrolētas sacietēšanas konstrukcijas.

5. Ar procesu saistītie faktori

Liešanas maršruta iespēja

(Pielaide parādīta kā tipiska lineāra pielaide per 100 mm. Vērtības atšķiras atkarībā no sakausējuma, ģeometrija & lietuves iespējas.)

Kušanas temperatūra & pārkarst

• Lielāks pārkarsējums palielina plūstamību, bet palielina gāzes šķīdību un turbulenci; abas var izraisīt palielinātu saraušanās porainību un izmēru neprecizitāti, ja tās tiek nepareizi pārvaldītas.

Uzpildes dinamika un turbulence

• Turbulence aiztur oksīdus, rada nepareizu skrējienu un aukstu izslēgšanos; nepilnīgs aizpildījums maina efektīvo ģeometriju un var izkropļot daļas, jo sasalušais apvalks ierobežo turpmāko metālu.

Nospiešana, pieaug & virziena sacietēšana

• Slikta bloķēšana noved pie saraušanās dobumiem nevēlamās vietās. Pareizs stāvvada novietojums nodrošina metāla padevi sacietēšanas zonām un kontrolē galīgo ģeometriju.

Spiediena/vakuuma metodes

• Vakuuma HPDC vai zemspiediena pildījums samazina gāzes porainību un uzlabo plānu elementu izmēru stabilitāti; saspiešanas un puscietie procesi samazina saraušanās efektus.

6. Instrumentus & modelis / pamatfaktori

Instrumentus, modeļi un serdeņi nosaka sākotnējā ģeometrija kas lielā mērā nosaka atkārtojamību un sistemātiskas nobīdes.

Slikta instrumentu izmantošanas prakse vai nepietiekama serdeņa kontrole rada izmēru novirzi, kodola maiņa, un neatkopjami kropļojumi, kurus pakārtotā apstrāde ne vienmēr var novērst.

Raksta precizitāte & samazināt kompensāciju

Raksta ģeometrija ir bāzes līnija, no kuras tiek piemērotas visas saraušanās un instrumentu nobīdes. Galvenie punkti:

• Modeļa mērogošana: modeļi ir jāmēro, izmantojot pareizo lineāra saraušanās sakausējuma un procesa faktors (dažādiem sakausējumiem/procesiem nepieciešami dažādi mēroga faktori).
• Modeļa tolerance: paraugu veidotāja pielaidēm jābūt stingrākām par pieprasītajām detaļu pielaidēm, lai modeļa kļūda nebūtu dominējošais izmaiņu avots.
• Sistemātiskas nobīdes: instrumentu deformācija, modeļa nodilums un armatūras novirze rada atkārtojamas nobīdes; tie ir jāmēra un jākoriģē izmēģinājuma braucienu laikā.

Mazināšana: dokumentējiet un pārbaudiet modeļa izmērus pirms pirmās ieliešanas; pieprasīt lietuvei iesniegt paraugu rasējumus (ar piemērotiem saraušanās faktoriem) un pirmā raksta modeļa pārbaudes atskaites.

Ugunsizturīgi materiāli un apvalka izturība

Ugunsizturīgā sistēma (materiāls, virca, slāņa uzbūve, biezums) kontrolē apvalka stingrību un termisko reakciju. Galvenie efekti:

• CTE neatbilstība: dažādi ugunsizturīgie karstuma ietekmē izplešas/saraujas atšķirīgi — tas maina dobuma izmēru ieliešanas un dzesēšanas laikā.
• Korpusa stingrība: plānas vai vāji nostiprinātas čaulas deformējas zem metalostatiskā spiediena, radot izliekumus vai lokālas izmēru izmaiņas.
• Procesa mainīgums: vircas maisījums, pārklāšanas tehnika un žāvēšanas/izdegšanas kontrole ietekmē apvalka blīvumu un atkārtojamību.

Mazināšana: standartizēt vircas receptes un slāņu grafikus daļai; norādiet minimālo apvalka biezumu un sacietēšanas grafiku; pārbaudiet apvalka integritāti (vizuāli, dimensiju) pirms ieliešanas kritiskajām daļām.

Kodola precizitāte, kodola maiņa & kodola kropļojumi

Serdeņi nosaka iekšējos elementus un urbumus — to precizitāte un stabilitāte ir būtiska.

Kopīgi mehānismi:

• Pamata maiņa: slikta kodola sēdvieta, neadekvātas serdes izdrukas vai vibrācija ieliešanas laikā izraisa serdeņu pārvietošanos, mainot caurumu vietas.
• Kodola kropļojums: neatbalstīts, gari vai plāni serdeņi var saliekties vai vibrēt zem metāla spiediena vai termiskā trieciena, iekšējās ģeometrijas maiņa.
• Kodola erozija / izskalošanās: ātrgaitas metāls var sagraut vājas serdes virsmas, mainot urbumu apdari un izmērus.

Mazināšana: izstrādājiet izturīgas serdes izdrukas un pozitīvus mehāniskos bloķētājus; norādiet serdes cietību un atbalsta balstus gariem serdeņiem; kontrolēt liešanas ātrumu un slēgšanu, lai ierobežotu strūklas eroziju; kur nepieciešams, izmantojiet serdes pārklājumus.

Pelējuma atbalsts & Izmēra stabilitāte

Veidnes vai matricas atbalsts ieliešanas laikā ietekmē izmēru konsistenci:

• Preses novirze: metāls nomirst un lokās cikla laikā — termiskā augšana un spailes slodzes maina dobuma ģeometriju darbības laikā.
• Smilšu pelējuma nosēšanās: smilšu blīvēšana, atgaisošana un spailes spiediens izraisa pelējuma kustību vai atsperšanos lielos lējumos.
• Instrumentu nodilums: atkārtoti cikli rada nodiluma rievas un izmēru novirzi metāla instrumentos.

Mazināšana: inženierijas matricu balsti un skavas, lai samazinātu novirzi; kontrolēt smilšu blīvēšanu un saistvielu sacietēšanu; ieplānojiet veidņu apkopes un pārstrādes intervālus; uzraudzīt izmēru novirzi, izmantojot SPC, un veikt periodiskas instrumentu pārbaudes.

Pelējuma temperatūra

Pelējuma temperatūra ieliešanas laikā un sacietēšanas laikā ietekmē pildījumu, saraušanās un atlikušie spriegumi:

• Aukstā pelējuma: pārmērīgs termiskais gradients var izraisīt aukstumu, nepareizi, vai palielināti stiepes spriegumi un plaisāšana.
• Karstā veidne: pārmērīga pelējuma temperatūra palielina veidņu materiālu izplešanos un var mainīt liešanas izmērus un palielināt graudu rupjību.
• Termiskie gradienti: nevienmērīga pelējuma karsēšana izraisa asimetrisku sacietēšanu un deformāciju.

Mazināšana: standartizēt veidņu/formu priekšsildīšanas un temperatūras kontroles procedūras; uzraudzīt presēšanas temperatūru kritiskajās vietās; izmantojiet termisko simulāciju, lai prognozētu sarežģītu detaļu gradientus un pielāgotu vārtu/vēsuma izvietojumu.

7. Projektēšana & ģeometrijas faktori

Sekcijas biezuma variācija

• Biezas izolētas sekcijas lēni sacietē un rada karstos punktus un saraušanās dobumus; plānās daļas ātri atdziest un var deformēties vai izraisīt nepareizu darbību. Izvairieties no pēkšņām biezuma izmaiņām.

Salas, priekšniekiem, ribas un filejas

• Lielie priekšnieki izveido lokālas saraušanās zonas; ribas palīdz nostiprināt stingrību, taču tām ir jābūt tāda izmēra, lai izvairītos no siltuma aizķeršanās. Filejas samazina stresa koncentrāciju un uzlabo metāla plūsmu.

Garas plānas iezīmes un kropļojumi

• Garas slaidas daļas (vārpstas, spuras) ir neaizsargāti pret sacietēšanas izraisītu deformāciju un sekojošiem apstrādes traucējumiem.

DFM norādījumi: mēģiniet saglabāt vienmērīgu sienu biezumu; biezuma vietā izmantojiet ribas, pievienot padeves ceļus smagām sadaļām, pievieno fileju un melnrakstu.

8. Termiskā vēsture & ārstēšana pēc liešanas

Termiskā apstrāde izraisīti kropļojumi

• Šķīduma atkausēšana, normalizēšana, rūdīšana vai stresa mazināšana var mainīt izmērus — dažkārt neparedzami lielās sekcijās. Rūdīšana rada gradientus un atlikušos spriegumus, kas deformē daļas.

Atlikušie spriegumi no sacietēšanas

• Ātra dzesēšana un ierobežota kontrakcija rada atlikušos spriegumus, kas atslābinās apstrādes vai apkopes laikā, mainot ģeometriju (atspere).

Mazināšana: savlaicīgi norādiet termiskās apstrādes secību; mašīna pēc termiskās apstrādes, kur nepieciešamas funkcionālās pielaides; vajadzības gadījumā izmantojiet stresa mazināšanas līdzekļus.

9. Apstrāde, apstrādes secība & fiksējošie efekti

Apstrādes pielaides & secība

• Apstrāde noņem materiālu, lai sasniegtu galīgo precizitāti. Secība (kuras vispirms ir apstrādātas) un armatūra kontrolē kumulatīvos kropļojumus. Apstrāde pirms pilnīgas spriedzes mazināšanas var izraisīt deformāciju.

Fiksācija & datuma atsauces

• Slikta stiprinājuma konstrukcija izraisa skavas kropļojumus un kļūdainus mērījumus. Izmantojiet nulles virsmas un stabilus armatūru; mērīšanas laikā izvairieties no pārspīlēšanas.

Stiprinājumu griezes momenti un montāžas spriegumi

• Skrūvju pievilkšana var izkropļot plānās sekcijas un mainīt atloka līdzenumu. Norādiet griezes momenta ierobežojumus un secību.

Mazināšana: definēt apstrādes secību, ieteikt armatūras dizainu, norādiet griezes momentu & montāžas instrukcijas.

10. Mērīšana, vide & metroloģijas efekti

Temperatūra mērīšanas laikā

• Metāli izplešas līdz ar temperatūru. Kopīgs noteikums: izšķirt 1 °C izmaiņas rada ~16–25 ppm/°C lineāras izmaiņas tēraudam/alumīnijam; uz a 500 mm daļa 1 °C ≈ 0,008–0,012 mm — attiecas uz šaurām pielaidēm.
  Vienmēr mēriet standarta temperatūrā (parasti 20 ° C) vai kompensēt.

Instrumenta precizitāte & zondes efekti

• CMM zondes tips, irbuļa garums un zondēšanas stratēģija rada mērījumu kļūdu. Par plānām funkcijām, zondēšanas spēks var novirzīt daļu.

Datu stabilitāte & mērījumu atkārtojamība

• Nekonsekventa datu atlase rada izkliedi. Izmantojiet atkārtojamo datu fiksāciju un definējiet mērījumu protokolus.

Mazināšana: norādiet mērīšanas temperatūru, CMM stratēģija, un pieņemšanas kritēriji; pieprasīt FAI ar ziņotajiem vides apstākļiem.

11. Secinājums

Izmēru precizitāti lējumos nenosaka viens faktors, bet gan materiālu mijiedarbība, instrumenti, procesa kontrole, un termiskā uzvedība visā ražošanas ciklā.

Katrs solis — no raksta dizaina un saraušanās kompensācijas līdz veidņu stabilitātei, sakausējuma izvēle, un sacietēšanas apstākļi — ievieš iespējamās variācijas, kas ir jāsaprot un aktīvi jāpārvalda.

Nepieciešama augstas precizitātes liešana:

• Precīzi modeļi un serdeņi ar kontrolētām saraušanās pielaidēm
• Stabilas veidņu un apvalku sistēmas ar paredzamu termisko un mehānisko uzvedību
• Stingri uzturēti procesa parametri ieskaitot izliešanas temperatūru, pelējuma temperatūra, un vārtu konsistence
• Kvalitatīvi materiāli ar zināmām termiskās izplešanās un sacietēšanas īpašībām
• Stingra pārbaude, SPC, un atgriezeniskās saites cilpas lai agrīni atklātu izmaiņas

Kad šie faktori ir izstrādāti holistiski, lietuve var piegādāt lējumus, kas pastāvīgi atbilst stingrām izmēru pielaidēm, samazināt apstrādes izmaksas, uzlabot montāžas piemērotību, un uzlabot galaprodukta veiktspēju.

Galu galā, izmēru precizitāte ir gan a tehniskais sasniegums un a procesa disciplīna— tāda, kas atšķir augsta līmeņa lējumu piegādātājus no parastajiem ražotājiem.

 

FAQ

Kuram sakausējuma veidam ir vislielākā ietekme uz izmēru precizitāti?

Magnija sakausējumi (1.8–2,5% lineāra saraušanās) ir vislielākais izmēru novirzes risks, savukārt pelēkais čuguns (0.8–1,2%) ir visstabilākā.

Smilšu liešana var sasniegt augstu izmēru precizitāti?

Ar sveķiem saistīta smilšu liešana var sasniegt ISO 8062 CT8–10 (±0,3–0,5 mm 100 mm daļām), piemērots vidējas precizitātes detaļām (Piem., sūkņu apvalki).

CT5–7 precizitātei, ir nepieciešama investīciju liešana vai HPDC.

Kā darbojas pelējuma saraušanās kompensācija?

Veidnes ir pārāk lielas sakausējuma lineārās saraušanās ātruma dēļ. Piemēram, 100 mm alumīnijs (1.5% saraušanās) detaļai ir nepieciešama 101,5 mm veidne — tas nodrošina, ka gala liešana saraujas līdz 100 mm.

Kāds ir galvenais deformācijas cēlonis lējumos?

Nevienmērīga dzesēšana (Piem., biezās sekcijas atdziest lēnāk nekā plānās) rada iekšēju stresu, kas noved pie deformācijas.

Izmantojot aukstu gludekli vai ūdens dzesēšanu, lai līdzsvarotu dzesēšanas ātrumu, deformāciju var samazināt par 40–50%..

Kā pēcapstrāde ietekmē izmēru precizitāti?

Vibrācijas tīrīšana var deformēt plānsienu daļas par 0,1–0,2 mm, kamēr termiskās apstrādes temperatūras novirzes (±10°C) var izraisīt izmēru izmaiņas par 0,1–0,2 mm.

Maiga tīrīšana (zemas frekvences vibrācija) un precīza termiskās apstrādes kontrole mazina šīs problēmas.