Faktor utama yang mempengaruhi ketepatan dimensi casting

1. Ringkasan Eksekutif

Ketepatan Casting Dimensi adalah hasil bersih dari banyak sebab yang berinteraksi: Fizik Bahan (pengecutan & perubahan fasa), Proses Dinamik (mencurahkan, pemejalan), ketepatan perkakas (corak & pembuatan teras), Reka bentuk geometri (bahagian & ciri -ciri), rawatan haba, persekitaran pengendalian dan pengukuran.

Mana -mana satu daripada ini boleh memperkenalkan milimeter (atau pecahan milimeter) penyelewengan pada ciri tertentu.

Hasil yang baik datang dari kerjasama awal antara pereka dan faundry, Peruntukan Eksplisit As-Cast Vs To-Be-Machined Ciri-ciri, dan campuran peraturan reka bentuk, Kawalan dan Pemeriksaan Proses.

2. Berapakah ketepatan dimensi casting?

Ketepatan dimensi casting merujuk kepada sejauh mana geometri terakhir komponen pelakon sepadan dengan nominal (dimaksudkan) Dimensi yang ditentukan pada lukisan kejuruteraan atau model CAD.

Dengan kata lain, ia adalah sejauh mana "As-cast" bentuk mereplikasi "As-direka" bentuk.

Kerana semua proses pemutus melibatkan pengecutan logam, Kecerunan terma, pembolehubah distorsi acuan dan perkakas, Casting tidak dapat dipadankan dengan sempurna dimensi teori.

Sebaliknya, Ketepatan dimensi dikawal dan dinilai melalui toleransi, Kawalan geometri, dan Pengukuran statistik.

Penyeragaman ketepatan: kelas toleransi

Ketepatan dimensi dalam casting secara global diseragamkan, Terutama oleh:

ISO 8062-1/2/3

• Ct (Toleransi pemutus) Kelas untuk dimensi linear - CT1 (ketepatan yang sangat tinggi) kepada CT16 (kasar).
• GCT (Toleransi pemutus geometri) untuk kebosanan, bulat, kedudukan, dll.

Piawaian lain sering dirujuk

• Dari 1680
• ANSI/ASME Y14.5 (untuk gd&T pada ciri machined)
• ASTM A802 (Toleransi pemutus keluli)

Rangka kerja ini membolehkan pereka dan foundries untuk menyampaikan toleransi dengan jelas dan meramalkan ketepatan yang dapat dicapai untuk setiap proses.

3. Klasifikasi peringkat tinggi mempengaruhi faktor

1. Bahan intrinsik - Pengecutan aloi, transformasi fasa, pengembangan anisotropik.
2. Proses fizik - Cairkan suhu, pergolakan, mengisi, Corak pemejalan.
3. Perkakas & acuan - Ketepatan corak, Peralihan teras, Pergerakan/penyelesaian acuan.
4. Geometri & reka bentuk - Seksyen modulus, Kepulauan, dinding tebal vs nipis.
5. Haba & Rawatan pasca-cast - Heat merawat herotan, Tekanan pelindapkejutan.
6. Pasca pemprosesan & pengendalian - Urutan pemesinan, Perlengkapan Warping.
7. Pengukuran & persekitaran - Suhu semasa pemeriksaan, kestabilan datum.
8. Manusia & kawalan sistem - Amalan pengendali, SPC, Resipi Drift.

4. Faktor berkaitan bahan

Pengecutan linear dan penguncupan volumetrik

• Apa: Semua kontrak logam pada penyejukan dari cecair → pepejal → temp bilik. Pengecutan linear (Faktor Skala Corak) adalah penyumbang dominan kepada perubahan dimensi.
• Julat biasa (ilustrasi):aloi aluminium ~ 0.6-1.5%, besi tuang ~ 1.0-1.6%, Karbon & Keluli Alloy ~ 1.8-2.5%, aloi tembaga ~ 1.8-2.2%. Nilai sebenar adalah aloi & bergantung kepada proses; Sahkan dengan Foundry.
• Kesan: nominal 200 ciri mm dengan 1.2% Pengecutan berkurangan oleh 2.4 mm kecuali dikompensasi dalam corak.

Transformasi fasa & Pengukuhan anisotropik

• Beberapa aloi (Keluli, aloi tinggi ni) menjalani perubahan fasa (Austenite → Ferit/Pearlite/Martensite) yang menambah atau tolak perubahan dimensi melebihi penguncupan terma mudah. Pemejalan arah boleh membuat pengecutan anisotropik.

Pengasingan pemejalan & Hotspot

• Pengayaan/pengurangan unsur -unsur di kawasan interdendritik menghasilkan perbezaan mikrostruktur dan boleh menumpukan pengecutan atau mewujudkan rongga tempatan yang mengubah dimensi tempatan.

Pengurangan: tentukan aloi dan cairkan kawalan; Tanya Foundry untuk faktor pengecutan dan dimensi corak; Gunakan reka bentuk pemejalan isoterma/terkawal.

5. Faktor yang berkaitan dengan proses

Keupayaan laluan pemutus

(Toleransi yang ditunjukkan sebagai toleransi linear biasa 100 mm. Nilai berbeza dengan aloi, Geometri & Keupayaan Foundry.)

Suhu cair & superheat

• Superheat yang lebih tinggi meningkatkan ketidakstabilan tetapi menimbulkan kelarutan gas dan pergolakan; Kedua -duanya boleh menyebabkan peningkatan keliangan mengecut dan ketidaktepatan dimensi jika salah faham.

Mengisi dinamik dan pergolakan

• Turbulensi melengkapkan oksida, mewujudkan kesilapan dan penutup sejuk; Perubahan mengisi tidak lengkap geometri yang berkesan dan boleh memutarbelitkan bahagian -bahagian kerana shell beku menghalang logam berikutnya.

Gating, meningkat & Pengukuhan arah

• Gating yang lemah membawa kepada rongga pengecutan di tempat yang tidak diingini. Penempatan riser yang betul memastikan makanan logam untuk mengukuhkan zon dan mengawal geometri akhir.

Kaedah dibantu tekanan/ vakum

• HPDC vakum atau pengisian tekanan rendah mengurangkan keliangan gas dan meningkatkan kestabilan dimensi ciri-ciri nipis; proses memerah dan semisolid mengurangkan kesan pengecutan.

6. Perkakas & corak / faktor teras

Perkakas, corak dan teras menetapkan geometri awal pemutus dan sebahagian besarnya menentukan kebolehulangan dan offset sistematik.

Amalan perkakas yang lemah atau kawalan teras yang tidak mencukupi menghasilkan drift dimensi, Peralihan teras, dan gangguan yang tidak dapat dipulihkan bahawa pemprosesan hiliran tidak selalu diperbaiki.

Ketepatan corak & mengecilkan pampasan

Geometri corak adalah garis dasar dari mana semua pengecutan dan alat alat digunakan. Mata utama:

• Corak penskalaan: corak mesti diperkuat dengan menggunakan yang betul pengecutan linear faktor aloi dan proses (aloi/proses yang berbeza memerlukan faktor skala yang berbeza).
• Toleransi corak: Toleransi pembuat corak harus lebih ketat daripada toleransi bahagian yang diperlukan supaya ralat corak bukan sumber variasi yang dominan.
• Offset sistematik: Penyimpangan alat, Pakaian corak dan pelengkap misalignment menghasilkan offset berulang; Ini harus diukur dan diperbetulkan semasa menjalankan juruterbang.

Pengurangan: dokumen dan sahkan dimensi corak sebelum tuangkan pertama; Memerlukan Foundry untuk Membekalkan Lukisan Corak (dengan faktor mengecut yang digunakan) dan laporan pemeriksaan corak pertama artikel.

Bahan refraktori dan kekuatan shell

Sistem refraktori (bahan, buburan, lapisan membina, ketebalan) mengawal kekakuan shell dan tindak balas terma. Kesan utama:

• CTE MISMATCH: refraktori yang berbeza berkembang/kontrak secara berbeza di bawah haba -ini mengubah saiz rongga semasa tuangkan dan penyejukan.
• Ketegaran shell: kerang nipis atau kurang disatukan di bawah tekanan metallostatik, menghasilkan bulges atau perubahan dimensi tempatan.
• Variabiliti proses: campuran buburan, Teknik salutan dan kawalan pengeringan/pembakaran mempengaruhi ketumpatan shell dan kebolehulangan.

Pengurangan: menyeragamkan resipi buburan dan jadual lapisan untuk bahagian; Nyatakan ketebalan shell minimum dan jadual pengawetan; Periksa integriti shell (Visual, dimensi) sebelum mencurahkan bahagian kritikal.

Ketepatan teras, Peralihan teras & Penyimpangan teras

Teras mencari ciri -ciri dalaman dan lubang - ketepatan dan kestabilan mereka adalah kritikal.

Mekanisme biasa:

• Peralihan teras: tempat duduk teras yang lemah, cetakan teras atau getaran yang tidak mencukupi semasa mencurahkan teras untuk bergerak, Peralihan lokasi lubang.
• Penyimpangan teras: tidak disokong, teras panjang atau nipis boleh membengkokkan atau bergetar di bawah tekanan logam atau kejutan terma, Menukar geometri dalaman.
• Hakisan teras / pembersihan: logam halaju tinggi boleh mengikis permukaan teras yang lemah, mengubah kemasan dan dimensi.

Pengurangan: Reka bentuk cetakan teras yang mantap dan interlocks mekanikal positif; tentukan kekerasan teras dan sokongan sokongan untuk teras panjang; mengawal halaju dan gating untuk mengehadkan hakisan jet; Gunakan salutan teras di mana diperlukan.

Sokongan acuan & kestabilan dimensi

Bagaimana acuan atau mati disokong semasa mencurahkan mempengaruhi konsistensi dimensi:

• Pesongan mati: Logam mati panas dan flex di bawah kitaran - Pertumbuhan haba dan beban pengapit mengubah geometri rongga sepanjang hayat berjalan.
• Penyelesaian acuan pasir: pemadatan pasir, tekanan dan tekanan pengapit menyebabkan pergerakan acuan atau springback di casting besar.
• Memakai alat: Kitaran berulang menghasilkan alur memakai dan drift dimensi dalam perkakas logam.

Pengurangan: Jurutera Die Supports and Camps untuk meminimumkan pesongan; Kawalan pemadatan pasir dan penawar pengikat; Jadualkan penyelenggaraan dan selang waktu kerja; Pantau drift dimensi melalui SPC dan pemeriksaan alat berkala.

Suhu acuan

Suhu acuan pada tuangkan dan semasa pemejalan mempengaruhi pengisian, pengecutan dan tekanan sisa:

• Acuan sejuk: Kecerunan terma yang berlebihan boleh menyebabkan sejuk, salah, atau peningkatan tegangan tegangan dan retak.
• Acuan panas: Suhu acuan yang berlebihan meningkatkan pengembangan bahan acuan dan boleh mengubah dimensi ast dan meningkatkan kasar bijirin.
• Kecerunan terma: Pemanasan acuan yang tidak sekata membawa kepada pemejalan dan penyimpangan asimetrik.

Pengurangan: menyeragamkan acuan/mati prosedur kawalan panas dan suhu; Pantau suhu mati di lokasi kritikal; Gunakan simulasi terma untuk meramalkan kecerunan untuk bahagian yang kompleks dan menyesuaikan penempatan gating/sejuk.

7. Reka bentuk & Faktor Geometri

Variasi ketebalan seksyen

• Bahagian terpencil tebal menguatkan perlahan -lahan dan membuat bintik -bintik panas dan rongga pengecutan; Bahagian nipis sejuk dengan cepat dan mungkin meledingkan atau menyebabkan kesilapan. Elakkan perubahan ketebalan tiba -tiba.

Kepulauan, bos, tulang rusuk dan fillet

• Bos besar membuat zon mengecut tempatan; tulang rusuk membantu kekakuan tetapi mesti bersaiz untuk mengelakkan perangkap haba. Fillet mengurangkan kepekatan tekanan dan meningkatkan aliran logam.

Ciri -ciri dan herotan yang panjang nipis

• Bahagian Long Slender (aci, sirip) terdedah kepada peperangan yang disebabkan oleh pemejalan dan penyimpangan pemesinan seterusnya.

Panduan DFM: Cuba simpan ketebalan dinding seragam; Gunakan tulang rusuk dan bukannya ketebalan, Tambahkan laluan suapan ke bahagian berat, Masukkan fillet dan draf.

8. Sejarah Thermal & Rawatan pasca-casting

Rawatan haba Penyimpangan yang disebabkan

• Penyelesaian Anneal, menormalkan, pelepasan atau pelepasan tekanan boleh mengubah dimensi -kadang -kadang tidak dapat diramalkan di bahagian besar. Pelindapkejutan mewujudkan kecerunan dan tekanan sisa yang meledingkan bahagian.

Tekanan sisa dari pemejalan

• Penyejukan cepat dan kontraksi yang dikekang menghasilkan tekanan sisa yang berehat semasa pemesinan atau perkhidmatan, Menukar geometri (Springback).

Pengurangan: Nyatakan urutan rawatan haba lebih awal; mesin selepas rawatan haba di mana toleransi fungsi diperlukan; Gunakan pelepasan tekanan jika sesuai.

9. Pengendalian, urutan pemesinan & kesan fixturing

Elaun pemesinan & urutan

• Pemesinan membuang bahan untuk mencapai ketepatan akhir. Urutan (yang menghadapnya pertama) dan lekapan mengawal gangguan kumulatif. Pemesinan sebelum melegakan tekanan penuh dapat menyebabkan peperangan.

Fixturing & rujukan datum

• Reka bentuk perlawanan yang lemah menyebabkan penyimpangan pengapit dan pengukuran yang salah. Gunakan permukaan datum dan lekapan yang stabil; Elakkan overclamping semasa mengukur.

Tork pengikat dan tekanan pemasangan

• Pengetatan bolt boleh memutarbelitkan bahagian nipis dan mengubah kebosanan bebibir. Tentukan had tork dan urutan.

Pengurangan: Tentukan pesanan pemesinan, Mengesyorkan reka bentuk perlawanan, tentukan tork & Arahan Perhimpunan.

10. Pengukuran, persekitaran & kesan metrologi

Suhu pada pengukuran

• Logam berkembang dengan suhu. Peraturan biasa: a 1 ° C Perubahan menyebabkan ~ 16-25 ppm/° C Perubahan linear untuk keluli/aluminium; pada a 500 bahagian mm 1 ° C ≈ 0.008-0.012 mm - relevan untuk toleransi yang ketat.
  Sentiasa mengukur pada suhu standard (biasanya 20 ° C.) atau mengimbangi.

Ketepatan instrumen & kesan siasatan

• Jenis siasatan CMM, panjang stylus dan strategi probing memperkenalkan ralat pengukuran. Untuk ciri -ciri nipis, daya menyelidik dapat memesongkan bahagian.

Kestabilan datum & Pengulangan Pengukuran

• Pemilihan datum yang tidak konsisten menghasilkan penyebaran. Gunakan fixturing datum berulang dan tentukan protokol pengukuran.

Pengurangan: Tentukan suhu pengukuran, Strategi CMM, dan kriteria penerimaan; memerlukan FAI dengan keadaan persekitaran yang dilaporkan.

11. Kesimpulan

Ketepatan dimensi dalam casting tidak ditentukan oleh satu faktor tetapi oleh interaksi bahan, perkakas, kawalan proses, dan tingkah laku terma Sepanjang keseluruhan kitaran pengeluaran.

Setiap langkah -dari reka bentuk corak dan mengecut pampasan kepada kestabilan acuan, Pemilihan aloi, dan keadaan pemejalan -memperkenalkan variasi yang berpotensi yang mesti difahami dan diuruskan secara aktif.

Pemutus ketepatan tinggi memerlukan:

• Corak dan teras yang tepat dengan elaun pengecutan terkawal
• Sistem acuan dan shell yang stabil dengan tingkah laku terma dan mekanikal yang boleh diramal
• Parameter proses yang dikekalkan dengan ketat termasuk menuangkan suhu, suhu acuan, dan konsistensi gating
• Bahan berkualiti dengan ciri pengembangan haba dan pemejalan yang diketahui
• Pemeriksaan yang teguh, SPC, dan gelung maklum balas Untuk mengesan variasi lebih awal

Apabila faktor -faktor ini direkayasa secara holistik, A Foundry dapat menyampaikan casting yang secara konsisten memenuhi toleransi dimensi yang ketat, mengurangkan kos pemesinan, Meningkatkan pemasangan yang sesuai, dan meningkatkan prestasi produk akhir.

Akhirnya, Ketepatan dimensi adalah kedua -dua a pencapaian teknikal dan a Disiplin proses-Satu yang membezakan pembekal pemutus peringkat tinggi dari pengeluar biasa.

 

Soalan Lazim

Jenis aloi mana yang mempunyai kesan terbesar terhadap ketepatan dimensi?

Aloi magnesium (1.8-2.5% pengecutan linear) mempunyai risiko penyimpangan dimensi tertinggi, Semasa besi tuang kelabu (0.8-1.2%) adalah yang paling stabil.

Boleh pemutus pasir mencapai ketepatan dimensi tinggi?

Pemutus pasir terikat resin dapat mencapai ISO 8062 CT8-10 (± 0.3-0.5mm untuk bahagian 100mm), Sesuai untuk bahagian ketepatan sederhana (Mis., Perumahan pam).

Untuk ketepatan CT5-7, Pelaburan Pelaburan atau HPDC diperlukan.

Bagaimana pampasan pengecutan acuan berfungsi?

Acuan besar oleh kadar pengecutan linear aloi. Contohnya, A aluminium 100mm (1.5% pengecutan) bahagian memerlukan acuan 101.5mm -ini memastikan pemutus terakhir mengecut hingga 100mm.

Apakah punca utama Warpage di Castings?

Penyejukan tidak sekata (Mis., bahagian tebal penyejukan lebih perlahan daripada yang nipis) mewujudkan tekanan dalaman, membawa kepada warpage.

Menggunakan besi sejuk atau penyejukan air untuk mengimbangi kadar penyejukan dapat mengurangkan peperangan sebanyak 40-50%.

Bagaimana rawatan pasca mempengaruhi ketepatan dimensi?

Pembersihan getaran boleh meledingkan bahagian berdinding nipis dengan 0.1-0.2mm, sementara penyimpangan suhu rawatan haba (± 10 ° C.) boleh menyebabkan perubahan dimensi 0.1-0.2mm.

Pembersihan lembut (getaran frekuensi rendah) dan kawalan rawatan haba yang tepat mengurangkan masalah ini.