5 Rodzaje dodatków do wzorów w odlewaniu

1. Wstęp

Dodatki do wzorów są podstawą odlew metalowy, zapewnienie, że produkt końcowy spełnia specyfikacje projektowe pomimo nieodłącznych zachowań materiałowych i procesowych.

Odlewy metalowe podlegają skurczowi, rozszerzalność cieplna, tarcie formy, i wymagania dotyczące przetwarzania końcowego, dlatego konieczna jest celowa modyfikacja wymiarów wzoru przed produkcją.

Zrozumienie i zastosowanie właściwych naddatków poprawia dokładność wymiarową, wykończenie powierzchni, i wydajność mechaniczna, zmniejsza ilość złomu, i optymalizuje wydajność produkcji.

2. Jakie są dodatki do wzoru?

Dodatki wzorcowe to celowe korekty wymiarowe wprowadzone do wzorów odlewów w celu skompensowania przewidywalnych zmian zachodzących podczas procesu odlewania.

Kiedy stopiony metal krzepnie i ochładza się, jego wymiary nie odpowiadają dokładnie oryginalnemu wzorowi ze względu na czynniki takie jak skurcz, zniekształcenie, tarcie formy, i operacji po obróbce.

Dodatki do wzorów zapewniają, że gotowy odlew spełnia wymagania projektowe.

W istocie, Naddatki na wzorce to wbudowane „poprawki” stosowane do wzorca, które należy uwzględnić:

• Skurcz metalu podczas zestalania
• Operacje obróbki lub wykańczania które usuwają materiał
• Szkic kąty potrzebne do łatwego usuwania pleśni
• Zniekształcenie lub wypaczenie podczas chłodzenia
• Dodatkowe warstwy z powłok, platerowanie, lub obróbki cieplnej

Poprzez dokładne obliczenie i zastosowanie tych dodatków, odlewnie mogą produkować odlewy, które są wymiarowo dokładne, funkcjonalny, i opłacalne, nawet w przypadku skomplikowanych kształtów lub komponentów o wysokiej precyzji.

Prawidłowo zaprojektowane naddatki zmniejszają liczbę poprawek, stawki złomu, i poprawić ogólną wydajność produkcji.

3. Rodzaje dodatków wzorcowych

Dodatki do wzorów są celowe modyfikacje wymiarowe stosowane do wzorów odlewów, aby zapewnić ostateczne odlewy dokładnie odpowiadają wymaganiom projektowym, zrekompensować zachowanie materiału podczas krzepnięcia, i pomieścić operacje po odlewaniu.
Każdy rodzaj zasiłku ma odrębny cel, adresowanie konkretnych zjawisk w procesie odlewania.
Odpowiednio zaprojektowane dodatki są niezbędne do minimalizowanie defektów, redukcja przeróbek, i zapewnienie wydajności funkcjonalnej elementów odlewanych.

Dodatek na skurcz

• Zamiar: Aby zrekompensować skurcz metalu podczas krzepnięcia i chłodzenia.
  Bez naddatku na skurcz, odlewy będą mniejsze niż zamierzono, potencjalnie nie spełniające specyfikacji projektowych.
  Zapewnia naddatek na skurcz dokładność wymiarowa, funkcjonalne dopasowanie, i kompatybilność z współpracującymi częściami.

  

• Mechanizm:
  Naddatek na skurcz kompensuje zmniejszenie objętości podczas krzepnięcia i chłodzenia.

• • Skurcz cieczy: Gdy stopiony metal ochładza się do temperatury solidusu, Atomy zbliżają się do siebie, powodując zmniejszenie gęstości.
    Umieszczenie pionu zapewnia odprowadzanie stopionego metalu z podajników zasila obszary kurczące się, zapobieganie próchnicy.
  • Solidny skurcz: Dalsze kurczenie następuje, gdy zestalony metal ochładza się do temperatury otoczenia.
    Nadwymiarowość wzoru odpowiada za to rozszerzenie początkowych wymiarów wzoru proporcjonalnie do szybkości skurczu specyficznego dla materiału.
  • Gradienty termiczne i grubość przekroju: Grubsze sekcje schładzają się wolniej, co prowadzi do kurczenia się różnicowego.
    Właściwy projekt wzoru obejmuje zmienny oversize, zapewniając jednolite wymiary w cienkich i grubych obszarach.

Przykłady skurczu specyficznego dla materiału:

Znaczenie: Dokładne przewidywanie skurczu zapobiega defektom jak porowatość, spękanie, lub niedopasowani, szczególnie w lotniczy, automobilowy, i komponenty przemysłowe.

Dodatek obróbczy

• Zamiar: Aby zapewnić dodatkowy materiał na krytycznych powierzchniach, aby to zapewnić obróbka po odlewie osiąga precyzyjne wymiary końcowe i jakość powierzchni.
  Bez naddatku na obróbkę, odlewy mogą się nie udać Tolerancje wymiarowe ze względu na chropowatość powierzchni, nieprawidłowości pleśni, lub niewielkie różnice w skurczu.

  

• Mechanizm:
  Zapewnia naddatek na obróbkę dodatkowy materiał na powierzchniach funkcjonalnych zrekompensować:

• • Nieregularności powierzchni: Formy piaskowe lub masywne wprowadzają chropowatość i niewielkie odchyłki wymiarowe. Dodatkowa grubość pozwala usuwania materiału w celu uzyskania precyzyjnych tolerancji.
  • Poprawki po castingu: Zmiany skurczu, drobne wypaczenia, lub zlokalizowane defekty są korygowane podczas obróbki, zapewnienie, że ostateczna geometria będzie zgodna z projektem inżynierskim.
  • Przewidywalne usuwanie: Wzory obejmują wstępnie obliczoną grubość do obracania, przemiał, lub szlifowanie, zapewniając jednolitą głębokość obróbki i unikając podcięcia.

• Typowy zakres: 1–5 mm w zależności od materiału i wymagań tolerancji.
• Uderzenie: Zapewnia integralność funkcjonalna precyzyjnych elementów, takich jak koła zębate, wały, lub kołnierze.

Draft Assing

• Zamiar: Aby włączyć płynne i bez uszkodzeń usunięcie wzoru z gniazda formy.
  Zasiłek przeciągowy zapobiega skrobanie, rozdzierający, lub pękanie ścian formy, co może spowodować wady powierzchniowe lub niedokładności wymiarowe.

• Mechanizm:
  Dodatek poborowy wprowadza a lekkie zwężenie na powierzchniach pionowych lub prawie pionowych wzoru:

• • Redukcja tarcia: Zwężenie zmniejsza się tarcie pomiędzy pełnymi ściankami formy a wzorem podczas ekstrakcji.
  • Zminimalizowane uszkodzenia pleśni: Zapobiega rozdarciom, sięgnięcie, lub pękanie form piaskowych lub skorupowych, utrzymywanie integralność jamy.
  • Jednolite siły usuwania: Zapewnia, że ​​cienkie ściany i skomplikowane elementy nie sklejają się, Zezwolenie stała dokładność wymiarowa w wielu castingach.
  • Optymalizacja kąta: Kąt pochylenia jest określany na podstawie rodzaj metalu, materiał formy, i wysokość ściany, zazwyczaj 1–3° dla metali, wyższa w przypadku tworzyw sztucznych lub żywic.

• Uderzenie: Zmniejsza współczynniki odrzuceń, minimalizuje zużycie formy, i pozwala wysoka powtarzalność w produkcji, szczególnie w przypadku skomplikowanych lub wysokich odlewów.

Zasiłek zniekształcający

• Zamiar: Aby zrekompensować deformacja geometryczna spowodowane przez nierównomierne chłodzenie, stres wewnętrzny, lub skurcz różnicowy.
  Bez dodatku zniekształceń, długie lub cienkościenne odlewy mogą się wypaczać, twist, lub zginać, doprowadzający niewspółosiowość, kwestie montażu, lub odrzucenie.

• Mechanizm:
  Rachunki zasiłku zniekształcającego dla odkształcenie spowodowane nierównomiernym chłodzeniem lub naprężeniami szczątkowymi:

• • Gradienty skurczu termicznego: Ponieważ grube i cienkie sekcje schładzają się z różną szybkością, Naprężenia wewnętrzne mogą powodować wypaczenia lub zginanie. Wstępnie zdeformowane wzory przeciwdziałają oczekiwanym zniekształceniom.
  • Relaksacja stresu: Przewidując wzorce naprężeń szczątkowych, wzór został celowo zaprojektowany z geometrią, która po schłodzeniu przywraca pożądany kształt.
  • Regulacja oparta na symulacji: Nowoczesne odlewnie wykorzystują symulacje termiczne i strukturalne przewidywać zniekształcenia i obliczać dokładne przesunięcia wzoru.

• Aplikacje: Krytyczny w elementy asymetryczne, duże ramki, i obudowy turbin.

Dodatek rapowy

• Zamiar: Aby się rozliczyć niewielkie powiększenie lub zniekształcenie ubytków pleśni spowodowanych przez siła zastosowana podczas usuwania wzoru (rapowanie).
  Bez tego dodatku, mogą być cienkie ściany lub skomplikowane rdzenie zapaść się lub zdeformować, pogarszające dokładność wymiarową.

• Mechanizm:
  Rekompensata za rapowanie powiększenie ubytku spowodowane siłami mechanicznymi podczas usuwania wzoru:

• • Wymuszony transfer: Po wyodrębnieniu wzoru, energia przekazywana jest do materiału formy, lekkie ściskanie lub rozciąganie ścianek formy.
  • Reakcja specyficzna dla materiału: Luźne formy piaskowe lub formy drobnoskorupowe mogą odkształcać się pod wpływem sił ekstrakcji.
    Wzór jest lekko niewymiarowe w krytycznych obszarach, tak aby po dotarciu wnęka odpowiadała wymiarom projektowym.
  • Ochrona cienkościenna: Zapewnia, że ​​delikatne rysy twarzy pozostaną nienaruszone, zapobieganie pęknięcia lub wady powierzchni podczas rozformowywania.

• Aplikacje: Szczególnie ważne dla formy z zielonego piasku i złożone geometrie.

Dodatek na obróbkę lub wykańczanie w przypadku powlekania lub platerowania

• Zamiar: Aby zapewnić dodatkowe materiały do zrekompensować straty materialne podczas wykończenie powierzchni, galwanotechnika, lub twarde powłoki.
  Zapewnia to Ostateczny odlew mieści się w tolerancjach wymiarowych po usunięciu lub osadzeniu powłoki.

• Mechanizm:
  Zapewnia to dodatek wykończeniowy materiał usunięty podczas obróbki powierzchni nie pogarsza dokładności wymiarowej:

• • Odkładanie lub usuwanie materiału: Galwanotechnika, malarstwo, lub polerowanie może zmienić wymiary powierzchni.
    Dodatkowa grubość wzoru zapewnia wymiary ostateczne pozostają w granicach tolerancji po pokryciu lub wykończeniu.
  • Jednolity zasiłek: Wzory obejmują obliczona marża, zazwyczaj 0,05–0,2 mm, aby uwzględnić zmienność procesu.
  • Krytyczne w przypadku wąskich tolerancji: Szczególnie ważne dla lotnictwa, automobilowy, lub elementy dekoracyjne, gdzie integralność powierzchni i precyzja wymiarowa są krytyczne.

• Typowe wartości: 0.05–0,2 mm w zależności od rodzaju i grubości powłoki.
• Aplikacje: Wykończenie samochodowe, komponenty lotnicze, lub wymagany sprzęt dekoracyjny wysoka jakość powierzchni i odporność na korozję.

4. Czynniki wpływające na świadczenia wzorcowe

Dodatki do wzorów są zamierzone korekty wymiarowe stosowane do modeli odlewów, aby zapewnić, że ostateczny odlew spełnia specyfikacje projektowe.

Wielkość i rodzaj dodatków zależy od kombinacji właściwości materiału, Metoda odlewania, geometria, i wymagania dotyczące przetwarzania końcowego.

Właściwości materiału

• Rozbudowa i skurcz termiczny: Metale i stopy rozszerzają się pod wpływem ogrzewania i kurczą się podczas krzepnięcia.
  Stopy wysokotopliwe, takie jak stal nierdzewna i stale wysokowęglowe, mogą wymagać większych naddatków na skurcz niż metale niskotopliwe, takie jak aluminium czy cynk.
• Zachowanie zestalania: Materiały o znacznym skurczu cieczy do ciała stałego (np., stal manganowa, cynk) wymagają precyzyjnych naddatków, aby zapobiec wewnętrznym pustkom lub niedokładnościom wymiarowym.
• Transformacje fazowe: Stopy podlegające przemianom w stanie stałym (np., powstawanie perlitu w stali) może wystąpić dodatkowy skurcz, wpływające na kalkulację zasiłków.

Metoda odlewania

• Odlewanie piasku vs. Casting inwestycyjny: Formy piaskowe są bardziej porowate i ściśliwe, często ograniczając potrzebę dodatków poborowych, podczas gdy odlewanie metodą traconego węgla w sztywnych formach ceramicznych wymaga dokładnie obliczonych naddatków na rozciąganie i skurcz.
• Stałe vs. Formy jednorazowe: Formy jednorazowe (np., zielony piasek lub tracony wosk) może wymagać większych naddatków zarówno na skurcz, jak i zniekształcenie, podczas trwałych pleśni (stal lub żelazo) są stabilne wymiarowo, dopuszczając węższe tolerancje.

Geometria i grubość przekroju

• Złożone kształty: Cienkie ściany, długie żebra, lub głębokie ubytki mogą powodować nierównomierne chłodzenie i miejscowy skurcz, co wymaga zniekształceń i dodatków rapowych.
• Zmiana sekcji: Duże różnice w grubości przekroju mogą prowadzić do różnicowego skurczu; grubsze sekcje zestalają się wolniej, potencjalnie powodując ślady opadania, podczas gdy cieńsze sekcje mogą szybko ostygnąć i mniej się kurczyć.

Wymagania dotyczące obróbki i wykańczania

• Dodatki do obróbki: Części, które zostaną poddane obróbce po odlewaniu (np., kołnierze, powierzchnie łożyska) wymagają dodatkowego materiału, zazwyczaj 1–3 mm w zależności od stopu i procesu obróbki.
• Dodatki na powłoki lub platerowanie: Można dodać dodatkowe naddatki w celu skompensowania grubości powłok, anodowanie, lub operacji powlekania.

Obsługa i usuwanie wzorów

• Dodatki projektowe: Wzory muszą uwzględniać kąty pochylenia, aby umożliwić płynne wyjmowanie z form bez uszkadzania gniazda formy.
  Wymagany ciąg różni się w zależności od rodzaju formy i materiału: 1–3° dla metali w formach piaskowych, 2–5° dla sztywnych form odlewniczych.
• Dodatek rapowy: Nadmierna siła podczas usuwania formy może spowodować deformację; dodatki mogą kompensować niewielkie odkształcenia formy podczas wyrzucania.

Warunki środowiskowe i procesowe

• Temperatura i wilgotność: Materiały formy, takie jak piasek lub gips, rozszerzają się lub kurczą pod wpływem wilgoci, wpływające na dokładność wymiarową.
• Praktyki odlewnicze: Szybkość chłodzenia, zagęszczenie pleśni, i wstępne podgrzewanie formy może subtelnie wpływać na naddatki wzoru, szczególnie w przypadku odlewów o wysokiej precyzji lub na dużą skalę.

5. Typowe wyzwania i najlepsze praktyki

Naddatki na wzory są niezbędne dla zapewnienia dokładnych odlewów, ale nieprawidłowe ich zastosowanie może prowadzić do błędy wymiarowe, wady, i zwiększone koszty.

6. Wniosek

Dodatki do wzorów są kluczowe dla powodzenia castingu, bezpośrednio wpływające na dokładność wymiarową, Wydajność mechaniczna, i wydajność produkcyjna.

Zrozumienie i zastosowanie **pięciu podstawowych typów — skurczu, obróbka, projekt, zniekształcenie, oraz dodatki do skrobania/powłoki —**pomaga inżynierom i specjalistom z branży odlewniczej wytwarzać produkty wysokiej jakości, odlewy wolne od wad.

Zapewnia to integracja uprawnień z nowoczesną symulacją i solidną kontrolą jakości spójny, opłacalna produkcja, nawet w przypadku skomplikowanych geometrii i materiałów o wysokiej wydajności.

 

Często zadawane pytania

Jaki jest najważniejszy dodatek wzorcowy?

Naddatek na skurcz jest najbardziej krytyczny, ponieważ bezpośrednio odnosi się do objętościowego skurczu metalu podczas chłodzenia.

Nieprawidłowy naddatek skurczu prowadzi do powstawania niewymiarowych odlewów, które często są złomowane lub wymagają kosztownych napraw spawalniczych.

Jak obliczany jest naddatek na skurcz?

Naddatek na skurcz oblicza się jako liniowy procent nominalnego wymiaru odlewu:

Wymiar wzoru = wymiar nominalny × (1 + stopień skurczu). Na przykład, A 100 część z żeliwa szarego mm (1.0% skurcz) wymaga 101 wzór mm.

Dlaczego potrzebny jest dodatek poborowy?

Naddatek na uciąg zapobiega uszkodzeniom formy i deformacjom wzoru podczas usuwania.

Bez przeciągu, tarcie pomiędzy wzorem a piaskiem formierskim może powodować erozję piasku lub pękanie wzoru, co prowadzi do wadliwych odlewów.

Jaki naddatek na obróbkę jest potrzebny do odlewania metodą traconego wosku?

Odlew inwestycyjny ma gładką powierzchnię odlewu (RA 1,6-3,2 μm), więc naddatek na obróbkę jest mniejszy (0.5–1,5 mm dla powierzchni zewnętrznych) W porównaniu do odlewania piasku (2–4 mm).

Kiedy wymagany jest dodatek zniekształcający?

W przypadku asymetryczności wymagany jest dodatek na zniekształcenia, cienkościenne, lub odlewy ze stali wysokowęglowej, gdzie nierówne chłodzenie lub przemiany fazowe powodują wypaczenia. Często określa się to za pomocą symulacji lub próbnych rzutów.

Co to jest dodatek rapowy, i dlaczego jest mały?

Naddatek na dobijanie kompensuje powiększenie wnęki formy podczas uderzania według wzoru.

Jest mały (0.1–0,5 mm) ponieważ zmiany wnęki wywołane stukaniem są minimalne w porównaniu ze skurczem lub naddatkiem na obróbkę.