Tolerancje rzucania przez różne procesy odlewania

A Tolerancja rzucania Określa dopuszczalne odchylenie między rozmiarem nominalnym i faktycznym funkcji.

Na przykład, A ± 0,5 mm tolerancja na a 100 Wymiar mm oznacza, że ​​gotowa część może mierzyć w dowolnym miejscu 99.5 mm i 100.5 mm.

Takie precyzyjne wpływy Dopasowanie komponentu, Wydajność mechaniczna, I niezawodność montażu.

Naraz, co dziesiąta milimetra ogolona budżet tolerancji Zwiększ koszty pleśni o 10–20%, Podnieś stawki złomu o 15%, I Dodaj od dwóch do czterech tygodni narzędzi czasu realizacji.

W tym artykule badano szereg procesów odlewów - od zielony i Do odlewanie ciśnieniowe- i kwantyfikuje ich typowe możliwości tolerancji.

Będziemy również przejrzeć ISO 8062 i inne standardy branżowe, Zarys konieczny dodatki do wzoru i obróbki,

i polecam kontrola I Statystyka -proces -przetwarzanie Metody, które pomagają osiągnąć optymalną równowagę między kosztami a precyzją.

1. Zrozumienie tolerancji w castingu

Przed wybraniem procesu, Wyjaśnij te podstawowe pojęcia:

• Tolerancja jest całkowitą dopuszczalną zmiennością wymiaru.
• Dodatek to celowe ponadwymiarowe lub niewymienne wbudowane do rzucania kurczenia się, projekt, lub późniejsze obróbkę.
• Pasować opisuje, jak oddziałują dwie części godowe, począwszy od Prześwit pasuje (luźny) Do zakłócenia pasuje (obcisły).

Ponadto, Mogą być tolerancje od rzutu liniowy (np., ± 0,5 mm) Lub geometryczny (np., kolistość, prostopadłość), zdefiniowane za pomocą GD&T symbolika.

Pamiętać: Każda klasa tolerancji Określisz, że może przełożyć się na konkretne koszty i harmonogram.

Więc, Ostrożnie planowanie z góry - uwzględnione w możliwościach partnera produkcyjnego - dywidendy pod względem jakości i całkowitych kosztów własności.

2. Standardy i nomenklatura

Przed określeniem tolerancji, Potrzebujesz wspólnego języka. Standardy międzynarodowe i regionalne definiują oba wymiarowy I geometryczny Tolerancje rzucania, Tak więc projektanci i odlewnie mogą mówić z precyzją.

ISO 8062 Tolerancja rzucania (CT) i geometryczna tolerancja odlewów (GCT)

ISO 8062-3 definiuje Wymiarowa tolerancja odlewania (DCT) oceny z CT1 Poprzez CT16, gdzie niższe liczby CT odpowiadają ciaśniejszym tolerancjom As-Cast. W rzeczywistości:

• CT1 - CT4 (± 0,05–0,3 % wymiaru) Strażnice o bardzo precyzyjnych częściach i stałych częściach.
• CT5 - CT9 (± 0,1–0,8 %) Zastosuj się w odlewach inwestycyjnych i obrotowych.
• CT10 - CT14 (± 0,4–2,0 %) Pokryj różne metody rzucania piasku.
• CT15 - CT16 (± 2,5–3,5 %) serwuj bardzo duże lub niekrytyczne odlewy.

Na przykład, na 200 Funkcja MM:

• A CT4 część może się trzymać ± 0,6 mm,
• Podczas gdy CT12 Odlewanie piasku może pozwolić ± 4 mm.

Uzupełnianie ocen CT, ISO 8062-2 definiuje Geometryczne tolerancje odlewów (GCT)—Skursing formularz (płaskość, kolistość), orientacja (prostopadłość, równoległość), i pozycja (prawdziwa pozycja).

Każda klasa GCT (G1 - G8) warstwy kontrola geometryczna na nominalnej otoczce wymiarowej CT.

Regionalny & Specyfikacje branżowe

Podczas gdy ISO zapewnia globalne ramy, Wiele branż odnosi się do standardów dostosowanych:

NADCA (North American Die Casting Association):

• Normalna tolerancja: ± 0,25 mm na 100 mm (ok. ISO CT3 -CT4).
• Precyzja tolerancja: ± 0,10 mm na 100 mm (ok. ISO CT1 - CT2).
• NADCA definiuje również oddzielne klasy dla wysokość, otwór, I płaskość tolerancje specyficzne dla materiałów odlewanych, takich jak cynk, aluminium, i magnez.

SFSA 2000 (STEL SPOŁECZE):

• Zapewnia tolerancje na piasku w zakresie ± 0,4–1,6 mm za 100 mm, W zależności od rodzaju pleśni (Zielone i sandowe vs.. Związane z żywicą).
• Jego tabele odpowiadają mniej więcej ISO CT11 - CT13.

BS 6615 (British Standard for Foundry)

• Okładki piasek, powłoka, I inwestycja procesy.
• Typowe dodatki:

• • Odlewanie piasku ± 0,5–2,0 mm/100 mm (CT11 - CT14)
  • Odlewanie skorupy ± 0,2–0,8 mm/100 mm (CT8 - CT12)
  • Odlewy inwestycyjne ± 0,1–0,5 mm/100 mm (CT5 - CT9)

3. Tabela tolerancji odlewu (jednostka: mm)

Poniższa tabela zawiera maksymalne wartości całkowitej tolerancji dla różnych klas CT (Klasa tolerancji odlewu CT1 - CT16) w różnych zakresach rozmiarów podstawowych.

4. Przegląd głównych procesów odlewania

Procesy odlewania dzielą się na trzy szerokie kategorie -wydatki - Mold, stałe mold/napędzane ciśnieniem, I Techniki specjalne—KE Oferowanie wyraźnych możliwości tolerancji, wykończenia powierzchni, i struktury kosztów.

Metody wydatkowania

Casting zielony

Casting zielony pozostaje najbardziej ekonomiczną i elastyczną metodą dla dużych lub prostych części.

Odlewnie mieszają piasek krzemionkowy, glina, i wilgoć w celu tworzenia form, które dają typowe ISO CT11 - CT14 Tolerancje - o ± 0,5–2,0% dowolnego wymiaru (tj., ± 0,5–2,0 mm na 100 mm).

Wykończenie powierzchniowe ogólnie zasięg RA 6–12 μm, a koszty narzędzi pozostają niskie (często <$500 na wzór).

Związane chemicznie & Brak piasku

Uaktualnienie do formy piasku wiązanego żywicy lub bez pieczenia napinają tolerancje CT9 - CT12 (± 0,3–1,2%), poprawia wytrzymałość pleśni, i zmniejsza zmywanie.

Chropowatość powierzchni spada do RA 3-6 μm, sprawiając, że metody te są odpowiednie dla części średniej kompleksowości, w których precyzja zielona-sandowa okazuje się marginalna.

Inwestycja (Lost-Wax) Odlew

Casting inwestycyjny, Znany również jako Lost-Wax, wytwarza misterne kształty i cienkie ściany z CT5 - CT9 Tolerancje - a nieoczeki ± 0,1–0,5% (± 0,1–0,5 mm na 100 mm).

Jego doskonałe wykończenie powierzchni (RA 0,8-2,0 μm) i możliwość utrzymania drobnych szczegółów uzasadniają wyższe koszty oprzyrządowania (Często 2000–20 000 USD za wzór) w lotnictwie, medyczny, i zaawansowanych zastosowań przemysłowych.

Casting zagubiony

Casting zagubiony Łączy wydatkowane wzory z niezwiązanym piaskiem, ofiara CT10 - CT13 możliwości (± 0,4–1,5%).

Podczas wykończenia powierzchni (RA 4-8 μm) a kontrola wymiarowa spada między zielonymi i odlewanymi inwestycjami, Ta metoda wyróżnia się produkcją kompleksu, jednoczęściowe zespoły bez rdzeni.

Stały lud & Metody napędzane ciśnieniem

Odlewanie ciśnieniowe (Gorący & Zimna Komnata)

Odlewanie ciśnieniowe daje ciasne tolerancje na odległość-CT1 - CT4, Lub ± 0,05–0,3% wymiaru (± 0,05–0,3 mm na 100 mm).

Typowe zakresy wykończenia powierzchni RA 0,5-1,5 μm. Wysokie koszty oprzyrządowania z góry (Często 10 000–200 000 USD za matrycę) spłacić Czasy cyklu mniej niż 15–60 sekund i doskonała powtarzalność aluminium, cynk, i części magnezu.

Grawitacja umiera & Odlewanie matrycy niskiej ciśnienia

Grawitacja i niskociśnieniowe odlewanie matrycy, Za pomocą metalowych form wielokrotnego użytku, osiągnąć CT2-T6 tolerancje (± 0,1–0,5%) z RA 1-4 μm wykończenia.

Ponieważ działają bez wysokich prędkości wtrysku, Metody te zmniejszają porowatość i wzmacniają komponenty - szczególnie w aplikacjach motoryzacyjnych i pomp.

Techniki specjalne

Casting odśrodkowy

Spinning Forms przy 200–2 000 obr / min, odlewanie odlewu odśrodkowe stopiony metal na zewnątrz, wytwarzanie gęstych ścian i pierścieni rurowych. Wpada tolerancja promieniowa CT3– CT8 (± 0,1–0,5%).

Wykończenie powierzchni zwykle znajduje się o RA 3-8 μm, a chłodzenie kierunkowe zwiększa właściwości mechaniczne w ciężkich łożyskach i rurociągach.

Tynk & Ceramiczne odlewanie form

Tynk i formy ceramiczne - largie używane do ART, biżuteria, i części lotnicze małe partii-wspieraj CT6 - CT9 tolerancje (± 0,2–0,8%) I RA 2-5 μm wykończenia.

Chociaż wolniejsze i droższe niż piasek, Procesy te obejmują drobne szczegóły i specjalne stopy.

5. Możliwości tolerancji poprzez proces odlewania

W tej sekcji, Prezentujemy skonsolidowany pogląd na typowy proces każdego procesu ISO 8062 Klasa CT,

to odpowiadające tolerancja liniowa (jako procent wymiaru i w milimetrach 100 mm), i przedstawiciel wykończenie powierzchni.

6. Czynniki wpływające na tolerancje odlewów

Tolerancje odlewania nie są ustalonymi właściwościami procesu - wynikają ze złożonej wzajemnej zależności między zachowaniem materialnym, Projektowanie narzędzi, Parametry procesu, i część geometrii.

Właściwości materiału

Rodzaj metalu lub stopu bezpośrednio wpływa na skurcz, płynność, i stabilność wymiarowa.

• Szybkości skurczu termicznego: Metale kurczą się po chłodzeniu. Na przykład:

• • Szare żelazo: ~ 1,0%
  • Aluminium stopy: ~ 1,3%
  • Stopy cynku: ~ 0,7%
  • Stal: ~ 2,0% (różni się w zależności od zawartości węgla)

Wyższe skurcze powoduje bardziej odchylenie wymiarowe, chyba że kompensuje się projektowanie narzędzi.

• Zachowanie płynności i zestalania:

• • Metale z Wyższa płynność (np., aluminium, brązowy) Wypełnij formy dokładniej.
  • Szybkie zestalenie w cienkich skrawkach lub metalach o niskiej przepływności mogą powodować puste przestrzenie i nierównomierne skurcz.

• Efekty stopowe:

• • Krzem w żeliwa poprawia płynność, ale także zwiększa ekspansję.
  • Nikiel I chrom Zwiększ stabilność wymiarową w stalach.

Zmienne pleśni i oprzyrządowania

System pleśni jest często największym czynnikiem przyczyniającym się do zmienności wymiarowej aspektowej.

• Dokładność wzorca:

• • CNC Mached Wzory osiągają znacznie lepszą tolerancję niż ręcznie robione.
  • Zużycie w czasie degraduje precyzję-zwłaszcza w odlewaniu piasku o dużej objętości.

• Szkic kąty:

• • Wymagane do uwolnienia odlewu z formy, Typowe kąty są:

• • • 1° –3 ° dla powierzchni zewnętrznych
    • 5° –8 ° dla wnęk wewnętrznych

• • Nadmierny szkic dodaje zmienność wymiarową i należy go rozliczyć.

• Sztywność i ekspansja pleśni:

• • Formy piaskowe są ściśliwe i rozszerzają się pod ciepłem, co wpływa na tolerancje.
  • Metal umiera (w castingu) są bardziej stabilne wymiarowo, Wspieranie ściślejszych tolerancji.

• Przewodność cieplna:

• • Szybkie chłodzenie (np., metalowe formy) minimalizuje zniekształcenie.
  • Powolne chłodzenie (np., Formy ceramiczne lub tynkowe) pozwala na więcej czasu na skurcz materiału i deformację.

Parametry procesu

Jak wylewa się metal, zestalone, a ochłodzony znacznie zmienia końcowe wymiary.

• Nalewanie temperatury:

• • Przegrzanie zwiększa erozję pleśni i wyolbrzymi skurcz.
  • Podgrzewanie prowadzi do złego napełniania pleśni i zimnych zamknięć.

• Bramkowanie i ryzyko projektowania:

• • Słabe bramkowanie może powodować turbulencje i uwięzienie powietrza, prowadząc do porowatości i zniekształceń.
  • Niewystarczające piórki powodują wnęki kurczące się, które zmniejszają integralność geometryczną.

• Szybkość chłodzenia i kontrola zestalania:

• • Techniki takie jak dreszcze, Wentylacja, I kontrolowane strefy chłodzenia Pomóż udoskonalić dokładność wymiarową.
  • W grubszych sekcjach, Może spowodować nierówne zestalenie Różnicowy skurcz I wypaczenie.

• Grubość i złożoność sekcji:

• • Cienkie sekcje chłodne szybciej, powodując mniejszy rozmiar ziarna i lepszą kontrolę wymiarową.
  • Złożone geometrie o różnych grubościach ściany są podatne gorące miejsca I stres wewnętrzny, Wpływa na ostateczny kształt.

Rozmiar części i geometria

Większe części gromadzą więcej naprężeń termicznych i mechanicznych, co prowadzi do zwiększonych zniekształceń:

• A 1000 Casting stalowy MM może się różnić ± 3–5 mm, podczas gdy A 100 MM część aluminiowa może utrzymać ± 0,1 mm z odlewem inwestycyjnym.
• Asymetryczne części często wypacza się z powodu niezrównoważonego chłodzenia i nierównomiernego przepływu metalu.
• Włączenie jednolita grubość ściany, żeberka, I Zaokrąglone przejścia Zwiększa przewidywalność wymiarową.

Tabela podsumowania - kluczowe czynniki & Typowe skutki

Czynnik	Typowy wpływ na tolerancję
Termiczny skurcz materiału	+0.7% Do +2.5% Odchylenie od wymiaru pleśni
Dokładność wzorca (Instrukcja kontra CNC)	± 0,5 mm do ± 0,05 mm wariancja
Wymaganie kąta projektu	Dodaje 0,1–1 mm na 100 MM głębokości
Nalewanie odchylenia tymczasowego (± 50 ° C.)	Do ± 0,2 mm przesunięcia wymiarów
Zmienność grubości ściany	Może powodować zniekształcenie ± 0,3–0,6 mm
Rozszerzenie pleśni (Piasek vs metal)	± 0,1 mm do ± 1,0 mm w zależności od rodzaju pleśni

7. Dodatki w projektowaniu wzorów i pleśni

Aby osiągnąć ostateczne tolerancje, Projektanci opracowują określone dodatki:

• Dodatek na skurcz: Dodaj 1,0–1,3 mm na 100 MM dla aluminium, 1.0 mm/100 mm dla żelaza.
• Draft Assing: 1° –3 ° stożka na twarz pionową.
• Dodatek obróbczy: 1–3 mm (w zależności od procesu i krytyczności funkcji).
• Zniekształcenie & Potrząsnąć: Dodatkowe 0,5–1,0 mm w cienkich ścianach, aby przeciwdziałać wstrząsowi i zniekształceniu.

Przez skrupulatnie zastosowanie tych wartości, Inżynierowie upewniają się, że pozycja oversize w wysokości krytycznych wymiarów w żądanym oknie tolerancji.

8. Projektowanie kontroli tolerancji

Skuteczny projekt minimalizuje lukę między wymiarami w zakresie odlewów i gotowych:

• Kształt bliskiej sieci: Dążyć do dostarczania funkcji w granicach ± ​​10% końcowej wielkości, Zmniejszenie obróbki przez 70%.
• GD&T Focus: Zastosuj ciasne elementy sterujące tylko do krytycznych interfejsów; Zezwalaj na tolerancje klasy CT na niekrytycznych powierzchniach.
• Wytyczne geometrii: Użyj hojnych filetów (>1 promień mm), jednolita grubość ściany (≤10 mm Wariacja), i strategicznie umieszczone żebra w celu ograniczenia zniekształceń.

Taki celowy projekt funkcji Pomaga odlewy zbliżać się do geometrii docelowej, Zachowanie zarówno kosztów, jak i jakości.

9. Kontrola i zapewnienie jakości

maszyny współrzędnościowe, Skanery laserowe, a systemy CT umożliwiają szybkie, pomiar o dużej gęstości:

• Noniusz & Mikrometr: Szybkie „kontrole punktowe” dla weryfikacji pierwszego przejścia.
• CMM/Skanowanie optyczne: Mapowanie pełnego pola w stosunku do modeli CAD; Typowa niepewność: ± 0,005 mm.
• CT skanowanie: Sprawdzają wewnętrzne geometrie, Dystrybucja porów, i jednolitość ściany.

Plany jakości powinny obejmować Kontrola pierwszego artykułu (Fai), PPAP dla motoryzacyjnego, Lub Inteligencja próbowanie (np., Inteligencja 1.0) W przypadku biegów o dużej objętości.

Analiza przyczyn korzeniowych Kieruje się na wycieczki tolerancji - czy to z powodu przesunięcia pleśni, zniekształcenie termiczne, lub zużycie wzoru.

10. Zdolność procesu statystycznego

W celu oszacowania zdolności operacji odlecia do spełnienia tolerancji:

• Obliczać CP (potencjał procesu) I CPK (wydajność procesu) wartości; cel CP ≥1,33 I CPK ≥1,0 dla solidnej kontroli tolerancji.
• Używać SPC wykresy do monitorowania krytycznych parametrów odlewania: Twardość pleśni, nalewanie temperatury, i trendy wymiarowe.
• Narzędzie ŁANIA (Projekt eksperymentów) zidentyfikować kluczowe czynniki i zoptymalizować bramkowanie, zagęszczenie pleśni, i stawki chłodzenia.

11. Wniosek

Tolerancje odlewania reprezentują Krytyczny Nexus intencji projektowania, zdolność procesu, i rzeczywistość ekonomiczna.

Przez uzasadnienie decyzji w ISO 8062 Klasy CT, wyrównanie z NADCA Lub SFSA wymagania, i włączenie właściwego dodatki wzoru, Inżynierowie i odlewnie mogą dostarczać części, które spełniają cele wydajności, jak i budżetowe.

Ponadto, rygorystyczny kontrola, Kontrola statystyczna, I Pojawiające się technologie cyfrowe—D od formy piasku z nadrukiem 3D po symulację w czasie rzeczywistym-napinaj tolerancje jako odlewane i zmniejszając drogie obróbka poniżej.

Ostatecznie, Strategia odpowiedniej tolerancji zapewnia płynnie komponent odlewu od sklepu wzorów do linii montażowej, o czasie, nad budżetem, i w ramach specyfikacji.