Toleranties gieten door verschillende castingprocessen

A Casting -tolerantie Specificeert de toegestane afwijking tussen de nominale en werkelijke grootte van een functie.

Bijvoorbeeld, een tolerantie van ± 0,5 mm op een 100 mm -dimensie betekent dat het afgewerkte deel overal kan meten 99.5 mm en 100.5 mm.

Dergelijke precisie -invloeden Component past, mechanische prestaties, En Assembly betrouwbaarheid.

Tegelijkertijd, Elke tiende van een millimeter geschoren van het tolerantiebudget kan Verhoog de schimmelkosten met 10-20%, Verhoog schrootpercentages tot maximaal 15%, En Voeg twee tot vier weken toe van doorlooptijd van gereedschap.

Dit artikel onderzoekt een reeks castingprocessen - van Green -Sand naar spuitgieten- en kwantificeert hun typische tolerantiemogelijkheden.

We zullen ook beoordelen ISO 8062 en andere industrienormen, Schets nodig Patroon- en bewerkingstoeslagen,

en aanbevelen inspectie En statistische proces -controle Methoden die u helpen het optimale evenwicht tussen kosten en precisie te vinden.

1. Inzicht in toleranties bij het gieten

Voordat u een proces selecteert, verduidelijk deze fundamentele concepten:

• Tolerantie is de totale toegestane variatie in een dimensie.
• Toelage is het opzettelijke oversized of ondermaats ingebouwd voor het gieten van krimp, voorlopige versie, of daaropvolgende bewerking.
• Fit Beschrijft hoe twee paringsonderdelen op elkaar inwerken, variërend van Opruiming past (loszittend) naar Interferentie past (nauw).

Bovendien, casting -toleranties kunnen zijn lineair (bijv., ±0,5 mm) of geometrisch (bijv., circulariteit, loodrechtheid), gedefinieerd met behulp van GD&T symbolen.

Herinneren: Elke klasse van tolerantie u specificeert kan zich vertalen in tastbare kosten en plannen in plannen.

Vervolgens, Zorgvuldige planning vooraf - afgestemd op de mogelijkheden van uw productiepartner - betaalt dividenden in kwaliteit en totale eigendomskosten.

2. Normen en nomenclatuur

Voordat u toleranties opgeeft, Je hebt een gemeenschappelijke taal nodig. Internationale en regionale normen definiëren beide dimensionaal En geometrisch Casting -toleranties, Dus ontwerpers en gieterijen kunnen met precisie spreken.

ISO 8062 Casting -tolerantie (CT) en geometrische giettolerantie (GCT)

ISO 8062-3 bepalen Dimensionale giettolerantie (DCT) cijfers van CT1 door CT16, waarbij lagere CT-getallen overeenkomen met strakkere as-cast toleranties. In de praktijk:

• CT1 - CT4 (± 0,05-0,3 % dimensie) passen bij een zeer nauwkeurige sterfte en permanent-dubbele onderdelen.
• CT5 - CT9 (± 0,1-0,8 %) Solliciteer op investeringen en shell-mold castings.
• CT10 - CT14 (± 0,4-2,0 %) Bedek verschillende zandcastmethoden.
• CT15 - CT16 (± 2,5–3,5 %) Serveer zeer grote of niet-kritische gietstukken.

Bijvoorbeeld, op een 200 MM -functie:

• A CT4 Een deel zou kunnen vasthouden ± 0,6 mm,
• Terwijl een CT12 Zandgieten kan het toelaten ± 4 mm.

CT -cijfers aanvullen, ISO 8062-2 bepalen Geometrische giettoleranties (GCT)—Covering Form (vlakheid, circulariteit), oriëntatie (loodrechtheid, parallellisme), en positie (Ware positie).

Elke GCT -cijfer (G1 - G8) Lagen geometrische controle op de nominale CT -dimensionale envelop.

Regionaal & Specificaties in de industrie

Terwijl ISO een wereldwijd kader biedt, Veel industrieën verwijzen naar normen op maat:

NADCA (North American Die Casting Association):

• Normaal tolerantie: ± 0,25 mm per 100 mm (ca.. ISO CT3 -CT4).
• Precisie tolerantie: ± 0,10 mm per 100 mm (ca.. ISO CT1 - CT2).
• NADCA definieert ook afzonderlijke klassen voor hoogte, gat, En vlakheid Toleranties die specifiek zijn voor gegoten materialen zoals zink, aluminium, en magnesium.

SFSA 2000 (Steel Founders 'Society of America):

• Biedt zand-casting toleranties variërend ± 0,4 - 1,6 mm per 100 mm, Afhankelijk van het schimmeltype (Green-Sand Vs. met hars gebonden).
• Zijn tafels komen ongeveer overeen met ISO CT11 - CT13.

BS 6615 (Britse standaard voor gieterij)

• Covers zand, schelp, En investering processen.
• Typische vergoedingen:

• • Zandgieten ± 0,5 - 2,0 mm/100 mm (CT11 - CT14)
  • Shell giet ± 0,2 - 0,8 mm/100 mm (CT8 - CT12)
  • Investeringsgieten ± 0,1-0,5 mm/100 mm (CT5 - CT9)

3. Casting tolerantietabel (eenheid: mm)

De volgende tabel geeft de maximale totale tolerantiewaarden weer voor verschillende CT -cijfers (Casting tolerantiekwaliteit CT1 - CT16) Binnen verschillende basisgrootte bereiken.

4. Overzicht van grote castingprocessen

Castingprocessen vallen in drie brede categorieën -Verzetbaar meld, permanent -keren/drukgedreven, En Specialiteittechnieken—Eb, oppervlakteafwerkingen, en kostenstructuren.

Uitwijdbare methoden

Green-zand gieten

Green-zand gieten blijft de meest economische en flexibele methode voor grote of eenvoudige onderdelen.

Founding Mix Silica Sand, klei, en vocht om schimmels te vormen die typisch opleveren ISO CT11 - CT14 Toleranties - over ± 0,5-2,0% van een bepaalde dimensie (d.w.z., ± 0,5 - 2,0 mm op 100 mm).

Oppervlakteafwerking varieert in het algemeen RA 6-12 μm, en gereedschapskosten blijven laag (vaak <$500 per patroon).

Chemisch gebonden & Sand

Upgraden naar harsgebonden of sandwanden met no-bake worden de toleranties aan CT9 - CT12 (± 0,3-1,2%), verbetert de schimmelsterkte, en vermindert uitspoeling.

Oppervlakteruwheid daalt naar RA 3-6 μm, Deze methoden goed geschikt maken voor onderdelen met gemiddelde complexiteit waar groene zandprecisie marginaal blijkt.

Investering (Wax verloren) Gieten

Investeringsgieten, Ook bekend als Lost-Wax, produceert ingewikkelde vormen en dunne wanden met CT5 - CT9 Toleranties - verdraagend ± 0,1-0,5% (± 0,1-0,5 mm per 100 mm).

Zijn uitstekende oppervlakteafwerking (RA 0,8-2,0 μm) en het vermogen om fijne details te handhaven, rechtvaardigen hogere tooling -kosten (Vaak $ 2.000 - $ 10.000 per patroon) in de lucht- en ruimtevaart, medisch, en hoogwaardige industriële toepassingen.

Lost-foam casting

Lost-foam casting Combineert vervangbare patronen met gebonden zand, aanbieding CT10 - CT13 mogelijkheden (± 0,4-1,5%).

Terwijl de oppervlakteafwerking (RA 4-8 μm) en dimensionale controle dalen tussen groene zand en investeringsuitgieten, Deze methode blinkt uit in het produceren van complex, Een delige assemblages zonder kernen.

Permanent & Drukgestuurde methoden

Spuitgieten (Heet & Koude Kamer)

Spuitgieten levert de strakste as-cast-toleranties op-CT1 - CT4, of ± 0,05-0,3% dimensie (± 0,05-0,3 mm per 100 mm).

Typische oppervlakteafwerking Bereiken RA 0,5-1,5 μm. Hoge gereedschapskosten vooraf (Vaak $ 10.000 - $ 200.000 per dobbelsteen) afbetalen Cyclustijden zo snel als 15-60 seconden en uitstekende herhaalbaarheid voor aluminium, zink, en magnesiumdelen.

Gravity Die & Lagedruk die gieten

Zwaartekracht en lagedruk die gieten, met herbruikbare metaalvormen, bereiken CT2-T6 toleranties (± 0,1-0,5%) met RA 1-4 μm afwerking.

Omdat ze werken zonder hoge injectiesnelheden, Deze methoden verminderen de porositeit en versterken componenten - met name in automotive wiel- en pomptoepassingen.

Specialiteittechnieken

Centrifugaal gieten

Door mallen te spinnen bij 200 - 2.000 tpm, centrifugaal gietkrachten gesmolten metaal naar buiten, Dichte pijpwanden en ringen produceren. Radiale tolerantie valt in CT3– CT8 (± 0,1-0,5%).

Oppervlakteafwerking zit meestal op RA 3-8 μm, en directionele koeling verbetert mechanische eigenschappen in zware lagers en leidingen.

Gips & Keramische schimmelgieten

Gips en keramische schimmels - langzaam gebruikt voor kunst, sieraden, en kleine batch-ruimtevaartonderdelen-voorzagen CT6 - CT9 toleranties (± 0,2-0,8%) En RA 2-5 μm afwerking.

Hoewel langzamer en duurder dan zand, Deze processen bieden plaats aan fijne details en speciale legeringen.

5. Tolerantiemogelijkheden door castingproces

In deze sectie, We presenteren een geconsolideerde weergave van de typische van elk proces ISO 8062 CT -cijfer,

het is overeenkomend lineaire tolerantie (als een percentage van de dimensie en in millimeters op 100 mm), en een vertegenwoordiger oppervlakteafwerking.

6. Factoren die de giettoleranties beïnvloeden

Casting -toleranties zijn geen vaste eigenschappen van een proces - ze zijn het gevolg van een complex samenspel tussen materiaalgedrag, gereedschapsontwerp, Procesparameters, en deels geometrie.

Materiaaleigenschappen

Het type metaal of legering heeft direct invloed op de krimp, vloeibaarheid, en maatvastheid.

• Thermische samentrekkingspercentages: Metalen krimpen bij het afkoelen. Bijvoorbeeld:

• • Grijs ijzer: ~ 1,0%
  • Aluminium legeringen: ~ 1,3%
  • Zinklegeringen: ~ 0,7%
  • Staal: ~ 2,0% (varieert met koolstofgehalte)

Hogere krimp resulteert in meer dimensionale afwijking tenzij gecompenseerd door gereedschapsontwerp.

• Vloeibaarheid en stollingsgedrag:

• • Metalen met Hogere vloeibaarheid (bijv., aluminium, bronzen) vul mallen precies.
  • Snelle stolling In dunne secties of metalen met lage fluiditeit kunnen lego's en ongelijke krimp veroorzaken.

• Legeringseffecten:

• • Silicium In gietijzer verbetert de vloeibaarheid maar verhoogt ook de expansie.
  • Nikkel En chroom Verbeter de dimensionale stabiliteit in staal.

Variabelen van schimmels en gereedschap

Het schimmelsysteem levert vaak de grootste bijdrage aan de as-cast dimensionale variatie.

• Patroonnauwkeurigheid:

• • CNC-gemachineerd Patronen bereiken veel betere tolerantie dan handgemaakte.
  • Slijtage in de tijd degradeert de precisie-vooral in zandgieten met een groot volume.

• Ontwerphoeken:

• • Vereist om de gieting van de vorm vrij te geven, Typische hoeken zijn:

• • • 1° –3 ° voor externe oppervlakken
    • 5° –8 ° voor interne holtes

• • Overmatig ontwerp voegt dimensionale variatie toe en moet worden verantwoord.

• Schimmelstijfheid en uitbreiding:

• • Zandvormen zijn samendrukbaar en breiden onder warmte uit, die de toleranties beïnvloedt.
  • Metaal sterft (In die gieten) zijn meer dimensionaal stabiel, Ondersteuning van strakkere toleranties.

• Thermische geleidbaarheid:

• • Snelle koeling (bijv., metalen schimmels) Minimaliseert vervorming.
  • Langzame koeling (bijv., keramische of gipsvormen) geeft meer tijd voor materiaalcontractie en vervorming.

Procesparameters

Hoe het metaal wordt gegoten, gestold, en aanzienlijk gekoeld verandert de uiteindelijke dimensies.

• Giettemperatuur:

• • Oververhitting verhoogt schimmelerosie en overdrijft krimp.
  • ONHAPRINGEND leidt tot slechte schimmelvulling en koude sluitingen.

• Gating and Risering Design:

• • Slechte poort kan turbulentie en luchtinsluiting veroorzaken, leidend tot porositeit en vervorming.
  • Onvoldoende risers resulteren in krimpholten die de geometrische integriteit verminderen.

• Koelsnelheid en stollingscontrole:

• • Technieken zoals rillingen, ontluchting, En Gecontroleerde koelzones Help de dimensionale nauwkeurigheid te verfijnen.
  • In dikkere secties, Ongelijke stolling kan veroorzaken Differentiële krimp En kromtrekken.

• Sectiedikte en complexiteit:

• • Dunne secties koelen sneller, resulterend in kleinere korrelgrootte en een betere dimensionale controle.
  • Complexe geometrieën met variërende wanddiktes zijn vatbaar voor hotspots En Interne spanningen, De uiteindelijke vorm beïnvloeden.

Onderdeelgrootte en geometrie

Grotere delen accumuleren meer thermische en mechanische spanningen, leidend tot verhoogde vervorming:

• A 1000 mm stalen gieting kan variëren ± 3-5 mm, terwijl een 100 mm aluminium deel kan ± 0,1 mm handhaven bij het casten van investeringen.
• Asymmetrische delen kromt vaak door onevenwichtige koeling en ongelijke metaalstroom.
• Inname uniforme wanddikte, ribben, En afgeronde overgangen verbetert de dimensionale voorspelbaarheid.

Samenvatting Tabel - Belangrijke factoren & Typische effecten

Factor	Typische impact op tolerantie
Thermische krimp van materiaal	+0.7% naar +2.5% afwijking van schimmelafdimensie
Patroonnauwkeurigheid (Handleiding versus CNC)	± 0,5 mm tot ± 0,05 mm variantie
Ontwerphoekvereiste	Voegt 0,1-1 mm per 100 mm diepte
Giettemperatuurafwijking (± 50 ° C)	Tot ± 0,2 mm dimensionale verschuiving
Wanddikte variatie	Kan ± 0,3 - 0,6 mm vervorming veroorzaken
Schimmeluitbreiding (zand versus metaal)	± 0,1 mm tot ± 1,0 mm, afhankelijk van het schimmeltype

7. Toelstellingen in patroon- en schimmelontwerp

Om definitieve toleranties te bereiken, Ontwerpers bouwen in specifieke vergoedingen:

• Krimptoelage: Voeg 1,0-1,3 mm per 100 mm voor aluminium, 1.0 mm/100 mm voor ijzer.
• Trekkingsuitkering: 1° –3 ° taps toelopend per verticaal gezicht.
• Bewerkingstoelage: 1–3 mm (Afhankelijk van het proces en kenmerk kritiek).
• Vervorming & Schudden: Extra 0,5-1,0 mm in dunne wanden om patroonschudden en vervorming tegen te gaan.

Door zorgvuldig deze waarden toepassen, Ingenieurs zorgen ervoor dat de as-cast oversize posities kritische afmetingen in het gewenste tolerantvenster.

8. Ontwerp voor tolerantiebeheersing

Effectief ontwerp Minimaliseert de kloof tussen as-cast en afgewerkte afmetingen:

• Bijna-netvorm: Probeer functies te leveren binnen ± 10% van de uiteindelijke grootte, het verminderen van bewerking door 70%.
• GD&T focus: Breng alleen strakke bedieningselementen toe op kritieke interfaces; Sta CT-grade toleranties toe op niet-kritische oppervlakken.
• Geometrie richtlijnen: Gebruik royale filets (>1 mm straal), uniforme wanddikte (≤10 mm variatie), en strategisch geplaatste ribben om vervorming te beperken.

Zo een opzettelijk functieontwerp helpt gietstukken dichter bij hun doelgeometrie te verschijnen, het behoud van zowel kosten als kwaliteit.

9. Inspectie en kwaliteitsborging

CMM's, laserscanners, en CT -systemen maken snel mogelijk, meting met hoge dichtheid:

• Nonius & Micrometer: Snelle "spot checks" voor first-pass verificatie.
• CMM/optisch scannen: Full-field mapping tegen CAD-modellen; Typische onzekerheid: ± 0,005 mm.
• CT -scanning: Valideert interne geometrieën, porieverdeling, en uniformiteit van de muurdikte.

Kwaliteitsplannen moeten omvatten Eerste artikelinspectie (FAI), PPAP voor automotive, of Intelligentie bemonstering (bijv., Intelligentie 1.0) voor runs met hoge volume.

Root-cause analyse Doelt tolerantie -excursies - hetzij als gevolg van schimmelverschuiving, thermische vervorming, of patroonkleding.

10. Statistisch procesmogelijkheden

Om het vermogen van uw casting -bewerking te kwantificeren om aan tolerantie te voldoen:

• Berekenen CP (Verwerkspotentieel) En CPK (Procesprestatie) waarden; streven naar CP ≥1.33 En CPK ≥1.0 voor robuuste tolerantiebeheersing.
• Gebruik SPC Grafieken om kritische castingparameters te controleren: schimmel hardheid, giettemperatuur, en dimensietrends.
• Implementeren Doen (Ontwerp van experimenten) om belangrijke factoren te identificeren en gating te optimaliseren, schimmelverdichting, en koelingspercentages.

11. Conclusie

Casting -toleranties vertegenwoordigen een Kritische samenhang van ontwerpintentie, Procesmogelijkheden, en economische realiteit.

Door beslissingen te aarden in ISO 8062 CT -cijfers, afstemming op NADCA of SFSA vereisten, en de juiste opnemen Patroontoeslagen, Ingenieurs en gieterijen kunnen onderdelen leveren die zowel prestaties als budgetdoelen bereiken.

Bovendien, streng inspectie, statistische controle, En Opkomende digitale technologieën-Van 3D-afgedrukte zandschimmels tot realtime simulatie-worden de as-cast toleranties aangehakt en het verminderen van dure stroomafwaartse bewerking.

Uiteindelijk, De juiste tolerantiestrategie zorgt ervoor dat uw castcomponent soepel overgaat van patroonwinkel naar assemblagelijn, op tijd, met het budget, en binnen specificatie.