Tolerâncias de fundição por diferentes processos de fundição

UM tolerância ao elenco Especifica o desvio permitido entre o tamanho nominal e real de um recurso.

Por exemplo, uma tolerância a ± 0,5 mm em um 100 dimensão mm significa que a parte acabada pode medir em qualquer lugar entre 99.5 mm e 100.5 milímetros.

Tais influências de precisão ajuste do componente, desempenho mecânico, e confiabilidade da montagem.

Ao mesmo tempo, Cada décimo de um milímetro raspado do orçamento de tolerância pode aumentar o custo do molde em 10 a 20%, aumentar as taxas de sucata até 15%, e Adicione duas a quatro semanas de ferramenta de entrega.

Este artigo examina uma variedade de processos de fundição - de Green -Sand para fundição sob pressão- e quantifica suas capacidades de tolerância típicas.

Também vamos revisar ISO 8062 e outros padrões da indústria, esboço necessário Padrões e subsídios de usinagem,

e recomendar inspeção e Estatística - processo -controle Métodos que ajudam você a encontrar o equilíbrio ideal entre custo e precisão.

1. Entendendo as tolerâncias no elenco

Antes de selecionar um processo, esclarecer esses conceitos fundamentais:

• Tolerância é a variação total permitida em uma dimensão.
• Mesada é o tamanho grande ou de tamanho grande incorporado para o encolhimento de elenco, rascunho, ou usinagem subsequente.
• Ajustar descreve como duas peças de acasalamento interagem, variando de A liberação se encaixa (solto) para interferência ajusta (apertado).

Além disso, As tolerâncias de elenco podem ser linear (por exemplo, ±0,5mm) ou geométrico (por exemplo, circularidade, perpendicularidade), definido usando GD&T símbolos.

Lembrar: cada classe de tolerância Você especifica pode se traduzir em custos tangíveis e programas de cronograma.

Consequentemente, Planejamento inicial cuidadoso - alinhado com as capacidades do seu parceiro de fabricação - paga dividendos em qualidade e custo total de propriedade.

2. Padrões e nomenclatura

Antes de especificar tolerâncias, você precisa de uma linguagem comum. Padrões internacionais e regionais definem ambos dimensional e geométrico tolerâncias de elenco, Portanto, designers e fundições podem falar com precisão.

ISO 8062 Tolerância ao elenco (TC) e tolerância geométrica de fundição (Gct)

ISO 8062-3 define Tolerância à fundição dimensional (DCT) notas de CT1 através CT16, onde números de TC mais baixos correspondem a tolerâncias mais rígidas. Na prática:

• CT1 - CT4 (± 0,05-0,3 % de dimensão) adequar peças de alta precisão e moldes de moldura permanente.
• CT5 - CT9 (± 0,1-0,8 %) aplicar-se a investimentos e peças fundidas em moldura de concha.
• CT10 - CT14 (± 0,4-2,0 %) cubra vários métodos de fundição de areia.
• CT15 - CT16 (± 2,5-3,5 %) servir fundidas muito grandes ou não críticas.

Por exemplo, em um 200 recurso mm:

• UM CT4 parte pode segurar ± 0,6 mm,
• Enquanto um CT12 fundição de areia pode permitir ± 4 mm.

Complementando os graus de TC, ISO 8062-2 define Tolerâncias geométricas de fundição (Gct)- Formação de cobertura (planicidade, circularidade), orientação (perpendicularidade, paralelismo), e posição (posição verdadeira).

Cada grau GCT (G1 - G8) Controle geométrico de camadas no envelope dimensional nominal da CT.

Regional & Especificações do setor

Enquanto o ISO fornece uma estrutura global, Muitos indústrias referem padrões personalizados:

NADCA (Associação de Castamento de Die North American):

• Normal tolerância: ± 0,25 mm por 100 milímetros (aprox. ISO CT3 -CT4).
• Precisão tolerância: ± 0,10 mm por 100 milímetros (aprox. ISO CT1 - CT2).
• Nadca também define classes separadas para altura, buraco, e planicidade tolerâncias específicas para materiais fundidos, como zinco, alumínio, e magnésio.

SFSA 2000 (Sociedade de Fundadores de Aço da América):

• Fornece tolerâncias de fundição de areia que variam ± 0,4-1,6 mm por 100 milímetros, Dependendo do tipo de molde (verde-areia vs.. resina ligada).
• Suas mesas correspondem aproximadamente a ISO CT11 - CT13.

Bs 6615 (British Standard for Foundry)

• Capas areia, concha, e investimento processos.
• Subsídios típicos:

• • Fundição de areia ± 0,5-2,0 mm/100 mm (CT11 - CT14)
  • Fundição de casca ± 0,2-0,8 mm/100 mm (CT8 - CT12)
  • Fundição de investimento ± 0,1-0,5 mm/100 mm (CT5 - CT9)

3. Tabela de tolerância à fundição (unidade: milímetros)

A tabela a seguir lista os valores máximos de tolerância total para diferentes graus de TC (Grade de tolerância ao elenco CT1 - CT16) dentro de diferentes faixas de tamanho básico.

4. Visão geral dos principais processos de elenco

Os processos de fundição se enquadram em três categorias amplas -Moldado dispensável, Moldado/pressão permanente, e técnicas especializadas- Cada uma oferecendo recursos de tolerância distintos, acabamentos de superfície, e estruturas de custo.

Métodos de moldura descartável

Fundição de areia verde

O elenco de areia verde continua sendo o método mais econômico e flexível para peças grandes ou simples.

Fundições misturam areia de sílica, argila, e umidade para formar moldes que produzem típicos ISO CT11 - CT14 Tolerâncias - sobre ± 0,5-2,0% de qualquer dimensão (ou seja, ± 0,5-2,0 mm em 100 milímetros).

O acabamento da superfície geralmente varia RA 6–12 μm, e o custo de ferramentas permanece baixo (muitas vezes <$500 por padrão).

Quimicamente ligado & Areia sem bolos

A atualização para os moldes de areia ligados a resina ou sem bolos aperta as tolerâncias para CT9 - CT12 (± 0,3-1,2%), melhora a força do molde, e reduz o lavagem.

A rugosidade da superfície cai para RA 3-6 μm, Tornar esses métodos adequados para peças de complexidade média, onde a precisão de areia verde se mostra marginal.

Investimento (Lost Wax) Fundição

Fundição de investimento, Também conhecido como Lost Wax, produz formas intrincadas e paredes finas com CT5 - CT9 Tolerâncias - aproximadamente ± 0,1-0,5% (± 0,1-0,5 mm por 100 milímetros).

Isso é excelente acabamento superficial (RA 0,8-2,0 μm) e capacidade de manter detalhes finos justificarem mais custos de ferramentas (frequentemente US $ 2.000 a US $ 10.000 por padrão) na indústria aeroespacial, médico, e aplicações industriais de ponta.

Castamento de cravo perdido

Castamento de cravo perdido combina padrões descartáveis ​​com areia não conduzida, oferta CT10 - CT13 capacidades (± 0,4-1,5%).

Enquanto acabamento superficial (RA 4-8 μm) e o controle dimensional cai entre a areia verde e o elenco de investimentos, Este método se destaca na produção do complexo, conjuntos de peça única sem núcleos.

Moldura permanente & Métodos orientados por pressão

Fundição sob pressão (Quente & Câmara Fria)

Fundição sob pressão produz as tolerâncias mais apertadas do chast-CT1 - CT4, ou ± 0,05-0,3% de dimensão (± 0,05-0,3 mm por 100 milímetros).

Faixas de acabamento superficial típicas RA 0,5-1,5 μm. Altos custos de ferramentas iniciais (Muitas vezes, US $ 10.000 a US $ 200.000 por dado) pagar tempos de ciclo tão rápido quanto 15 a 60 segundos e excelente repetibilidade para alumínio, zinco, e peças de magnésio.

Gravidade morrem & Fundição de matriz de baixa pressão

Gravidade e fundição de baixa pressão, Usando moldes de metal reutilizáveis, alcançar CT2-T6 tolerâncias (± 0,1-0,5%) com RA 1-4 μm acabamentos.

Porque eles operam sem altas velocidades de injeção, Esses métodos reduzem a porosidade e fortalecem os componentes - principalmente em aplicações de roda e bomba automotivas.

Técnicas especializadas

Elenco centrífugo

Girando moldes em 200 a 2.000 rpm, Forças de fundição centrífugos, produzindo paredes e anéis densos. A tolerância radial se enquadra CT3 - CT8 (± 0,1-0,5%).

O acabamento da superfície normalmente fica em RA 3-8 μm, e o resfriamento direcional aprimora as propriedades mecânicas em rolamentos e tubulações para serviços pesados.

Gesso & Fundição de moldes de cerâmica

Moldes de gesso e cerâmica - usados ​​bastante para arte, joia, e peças aeroespaciais em pequenos lotes-fornecendo CT6 - CT9 tolerâncias (± 0,2-0,8%) e RA 2-5 μm acabamentos.

Embora mais lento e mais caro que a areia, Esses processos acomodam detalhes finos e ligas especiais.

5. Capacidades de tolerância ao processo de elenco

Nesta seção, Apresentamos uma visão consolidada do típico de cada processo ISO 8062 Grau de CT,

é correspondente tolerância linear (como uma porcentagem de dimensão e em milímetros em 100 milímetros), e um representante acabamento superficial.

6. Fatores que afetam as tolerâncias de elenco

As tolerâncias de fundição não são propriedades fixas de um processo - elas resultam de uma interação complexa entre o comportamento do material, Design de ferramentas, Parâmetros de processo, e parte geometria.

Propriedades dos materiais

O tipo de metal ou liga afeta diretamente o encolhimento, fluidez, e estabilidade dimensional.

• Taxas de contração térmica: Metais encolhem após o resfriamento. Por exemplo:

• • Ferro cinza: ~ 1,0%
  • Alumínio ligas: ~ 1,3%
  • Ligas de zinco: ~ 0,7%
  • Aço: ~ 2,0% (varia com o teor de carbono)

Maior encolhimento resulta em desvio mais dimensional, a menos que seja compensado pelo projeto de ferramentas.

• Comportamento de fluidez e solidificação:

• • Metais com maior fluidez (por exemplo, alumínio, bronze) encher moldes com mais precisão.
  • Solidificação rápida Em seções finas ou metais de baixa fluidez, podem causar vazios e encolhimento irregular.

• Efeitos de liga:

• • Silício no ferro fundido melhora a fluidez, mas também aumenta a expansão.
  • Níquel e cromo Aumente a estabilidade dimensional em aços.

Variáveis ​​de mofo e ferramentas

O sistema de molde geralmente é o maior contribuinte para a variação dimensional do verso.

• Precisão do padrão:

• • Magrado por CNC Os padrões alcançam muito melhor tolerância do que os artesanais.
  • O desgaste ao longo do tempo degrada a precisão-especialmente em fundição de areia de alto volume.

• Ângulos de rascunho:

• • Necessário para liberar o elenco do molde, ângulos típicos são:

• • • 1° –3 ° para superfícies externas
    • 5° –8 ° para cavidades internas

• • Rascunho excessivo adiciona variação dimensional e deve ser considerado.

• Rigidez e expansão do mofo:

• • Moldes de areia são compressíveis e se expandem sob o calor, que afeta as tolerâncias.
  • Metal morre (no elenco de Die) são mais dimensionalmente estáveis, apoiando tolerâncias mais rígidas.

• Condutividade Térmica:

• • Resfriamento rápido (por exemplo, Moldes de metal) minimiza a distorção.
  • Resfriamento lento (por exemplo, Moldes de cerâmica ou gesso) permite mais tempo para contração e deformação material.

Parâmetros de Processo

Como o metal é derramado, solidificado, e o resfriado altera significativamente as dimensões finais.

• Temperatura de derramamento:

• • O superaquecimento aumenta a erosão do molde e exagera o encolhimento.
  • A subestimação leva a um recheio de mofo e calça fria.

• Design de bloqueio e arranhão:

• • O bloqueio ruim pode causar turbulência e aprisionamento do ar, levando à porosidade e distorção.
  • Risers insuficientes resultam em cavidades encolhidas que reduzem a integridade geométrica.

• Taxa de resfriamento e controle de solidificação:

• • Técnicas como calafrios, ventilação, e Zonas de resfriamento controladas Ajude a refinar a precisão dimensional.
  • Em seções mais grossas, A solidificação desigual pode causar encolhimento diferencial e deformação.

• Espessura e complexidade da seção:

• • Seções finas esfriarem mais rápido, resultando em tamanho de grão menor e melhor controle dimensional.
  • Geometrias complexas com espessuras de parede variadas são propensas a pontos quentes e tensões internas, afetando a forma final.

Tamanho de peça e geometria

Peças maiores acumulam mais tensões térmicas e mecânicas, levando ao aumento da distorção:

• UM 1000 MM de fundição de aço pode variar ± 3-5 mm, enquanto um 100 MM Parte de alumínio pode manter ± 0,1 mm com elenco de investimento.
• Peças assimétricas geralmente se deformam devido a resfriamento desequilibrado e fluxo de metal irregular.
• Incorporando espessura uniforme da parede, costelas, e transições arredondadas Aumenta a previsibilidade dimensional.

Tabela de resumo - fatores -chave & Impactos típicos

Fator	Impacto típico na tolerância
Encolhimento térmico do material	+0.7% para +2.5% desvio da dimensão do molde
Precisão do padrão (manual vs cnc)	± 0,5 mm a ± 0,05 mm
Requisito de ângulo de rascunho	Adiciona 0,1-1 mm por 100 mm de profundidade
Derramamento de desvio temporário (± 50 ° C.)	Até ± 0,2 mm de mudança dimensional
Variação da espessura da parede	Pode causar ± 0,3-0,6 mm de distorção
Expansão de mofo (areia vs metal)	± 0,1 mm a ± 1,0 mm, dependendo do tipo de molde

7. Subsídios em design de padrão e molde

Para alcançar tolerâncias finais, Os designers construem em subsídios específicos:

• Subsídio de encolhimento: Adicione 1,0–1,3 mm por 100 mm para alumínio, 1.0 mm/100 mm para ferro.
• Projeto de subsídio: 1° –3 ° diminua por face vertical.
• Permissão de usinagem: 1–3 mm (dependendo do processo e da criticidade de características).
• Distorção & Sacudir: 0,5-1,0 mm extras em paredes finas para combater o shake e distorção do padrão.

Por meticulosamente aplicando esses valores, Os engenheiros garantem que as posições de tamanho grande em grande quantidade de dimensões críticas na janela de tolerância desejada.

8. Design para controle de tolerância

Design eficaz minimiza a lacuna entre as dimensões do chast e acabadas:

• Forma próxima da rede: Procure fornecer recursos dentro de ± 10% do tamanho final, reduzindo a usinagem por 70%.
• GD&T foco: Aplique controles apertados apenas em interfaces críticas; Permitir tolerâncias de grau de CT em superfícies não críticas.
• Diretrizes de geometria: Use filetes generosos (>1 MM RADIUS), espessura uniforme da parede (≤10 mm Variação), e costelas estrategicamente colocadas para limitar a distorção.

Tal Design de recursos intencionais Ajuda as peças fundidas emergirem mais perto de sua geometria alvo, preservando o custo e a qualidade.

9. Inspeção e garantia de qualidade

CMMs, Scanners a laser, e os sistemas de TC permitem rápido, Medição de alta densidade:

• Vernier & Micrômetro: Verificações rápidas de "spot" para verificação de primeira passagem.
• CMM/varredura óptica: Mapeamento de campo completo contra modelos CAD; incerteza típica: ± 0,005 mm.
• Digitalização de TC: Valida geometrias internas, distribuição de poros, e uniformidade da espessura da parede.

Os planos de qualidade devem incluir Primeiro artigo Inspeção (FAI), PPAP para automotivo, ou Inteligência amostragem (por exemplo, Inteligência 1.0) para execuções de alto volume.

Análise de causa raiz Alvos de excursões de tolerância - seja devido à mudança de molde, distorção térmica, ou desgaste do padrão.

10. Capacidade de processo estatístico

Para quantificar a capacidade da sua operação de elenco de atender à tolerância:

• Calcular Cp (potencial de processo) e Cpk (desempenho do processo) valores; objetivo para CP ≥1,33 e CPK ≥1.0 para controle robusto de tolerância.
• Usar CEP Gráficos para monitorar parâmetros críticos de fundição: dureza do molde, temperatura de derramamento, e tendências de dimensão.
• Implementar CORÇA (Projeto de experimentos) para identificar os principais fatores e otimizar o bloqueio, compactação de molde, e taxas de resfriamento.

11. Conclusão

As tolerâncias de elenco representam um Nexus crítico de intenção de design, capacidade de processo, e realidade econômica.

Por decisões de aterramento em ISO 8062 CT no grau, alinhando -se com NADCA ou SFSA requisitos, e incorporando adequadamente subsídios de padrões, Engenheiros e Fundries podem fornecer peças que atendam às metas de desempenho e orçamento.

Além disso, rigoroso inspeção, Controle estatístico, e tecnologias digitais emergentes-de moldes de areia impressos em 3D até simulação em tempo real-estão apertando as tolerâncias do gênero e reduzindo a usinagem caro a jusante.

Em última análise, A estratégia de tolerância correta garante que seu componente de elenco transmita suavemente da loja de padrões para a linha de montagem, na hora, no orçamento, e dentro da especificação.