Основные факторы, влияющие на точность размеров отливок

1. Управляющее резюме

Точность размеров отливок является конечным результатом многих взаимодействующих причин.: физика материалов (усадка & фазовые изменения), динамика процесса (заливка, затвердевание), точность оснастки (шаблон & изготовление стержня), геометрия дизайна (разделы & функции), термическая обработка, среда обработки и измерения.

Любой из них может ввести миллиметры. (или доли миллиметра) отклонения по заданному признаку.

Хорошие результаты достигаются благодаря раннему сотрудничеству между дизайнером и литейным производством., явное распределение отлитых и подлежащих обработке элементов, и смесь правил проектирования, контроль и проверка процесса.

2. Какова размерная точность отливок?

Точность размеров отливок означает, насколько точно конечная геометрия отлитого компонента соответствует номинальной. (намеревался) размеры, указанные на инженерном чертеже или модели CAD.

Другими словами, это степень, в которой «в исполнении» форма повторяет «как задумано» форма.

Потому что все процессы литья связаны с усадкой металла., тепловые градиенты, переменные деформации формы и инструмента, отливки не могут идеально соответствовать теоретическим размерам.

Вместо, точность размеров контролируется и оценивается посредством допуски, геометрические элементы управления, и статистическое измерение.

Стандартизация точности: классы толерантности

Точность размеров отливок стандартизирована во всем мире., в первую очередь благодаря:

ИСО 8062-1/2/3

• Коннектикут (Листовая терпимость) класс по линейным размерам — СТ1 (очень высокая точность) к CT16 (грубый).
• Gct (Допуск геометрического литья) для плоскостности, округлость, позиция, и т. д..

Другие стандарты, на которые часто ссылаются

• ОТ 1680
• АНСИ/АСМЕ Y14.5 (для GD&T на обработанных элементах)
• АСТМ А802 (допуски стального литья)

Эти структуры позволяют проектировщикам и литейщикам четко сообщать о допусках и прогнозировать достижимую точность для каждого процесса..

3. Классификация воздействующих факторов высокого уровня

1. Внутренний материал — усадка сплава, Фазовые преобразования, анизотропное расширение.
2. Физика процессов — температура плавления, турбулентность, наполнение, модель затвердевания.
3. Оснастка & формы — точность рисунка, смещение ядра, движение/осадка формы.
4. Геометрия & дизайн — момент сопротивления сечения, острова, тонкие и толстые стены.
5. Термальный & лечение после гипсовой повязки — деформация после термообработки, закалочные напряжения.
6. Постобработка & умение обращаться — последовательность обработки, деформация приспособления.
7. Измерение & среда — температура во время проверки, стабильность исходной точки.
8. Человек & управление системой — операторская практика, НПЦ, дрейф рецепта.

4. Факторы, связанные с материалом

Линейная усадка и объемное сокращение

• Что: все металлы сжимаются при охлаждении из жидкого → твердого состояния → комнатной температуры.. Линейная усадка (Масштабный коэффициент шаблона) является доминирующим фактором изменения размеров.
• Типичные диапазоны (иллюстративный):алюминиевые сплавы ~0,6–1,5%, чугун ~1,0–1,6%, углерод & легированные стали ~1,8–2,5%, медные сплавы ~1,8–2,2%. Фактические значения указаны из сплава & зависящий от процесса; уточнить у литейного завода.
• Эффект: номинальный 200 мм функция с 1.2% усадка сокращается на 2.4 мм, если это не компенсировано в шаблоне.

Фазовые преобразования & анизотропное затвердевание

• Некоторые сплавы (стали, сплавы с высоким содержанием никеля) претерпевать фазовые изменения (аустенит → феррит/перлит/мартенсит) которые добавляют или уменьшают изменение размеров помимо простого теплового сжатия.. Направленная затвердевание может привести к анизотропной усадке..

Сегрегация затвердевания & горячие точки

• Локальное обогащение/истощение элементов в междендритных областях приводит к микроструктурным различиям и может концентрировать усадку или создавать локальные полости, которые изменяют локальные размеры..

смягчение последствий: указать контроль сплава и расплава; уточните у литейщика коэффициенты усадки и размеры модели.; использовать конструкции изотермического/контролируемого затвердевания.

5. Факторы, связанные с процессом

Возможность маршрута кастинга

(Допуск показан как типичный линейный допуск на 100 мм. Значения различаются в зависимости от сплава, геометрия & возможности литейного производства.)

Температура плавления & перегрев

• Более высокий перегрев увеличивает текучесть, но повышает растворимость газа и турбулентность.; оба могут привести к увеличению усадочной пористости и неточности размеров при неправильном обращении..

Динамика наполнения и турбулентность

• Турбулентность захватывает оксиды, приводит к сбоям в работе и холодным закрытиям; неполное заполнение изменяет эффективную геометрию и может деформировать детали, поскольку замороженная оболочка сдерживает последующий металл.

Стробирование, рост & направленное затвердевание

• Плохое литование приводит к образованию усадочных полостей в нежелательных местах.. Правильное размещение стояка обеспечивает подачу металла в зоны затвердевания и контролирует конечную геометрию..

Методы давления/вакуума

• Вакуумный HPDC или заполнение под низким давлением уменьшает газовую пористость и улучшает стабильность размеров тонких элементов.; процессы сжатия и полутвердого состояния уменьшают эффект усадки.

6. Оснастка & шаблон / основные факторы

Оснастка, шаблоны и ядра задают начальная геометрия отливки и во многом определяют повторяемость и систематические смещения.

Плохая оснастка или неадекватный контроль сердечника приводят к смещению размеров., Основной сдвиг, и неустранимые искажения, которые последующая обработка не всегда может исправить..

Точность шаблона & сокращение компенсации

Геометрия массива — это базовая линия, от которой применяются все усадки и смещения инструмента.. Ключевые моменты:

• Масштабирование шаблона: шаблоны должны быть масштабированы с использованием правильного линейная усадка фактор для сплава и процесса (разные сплавы/процессы требуют разных масштабных коэффициентов).
• Допуски по образцу: допуски изготовителя моделей должны быть более жесткими, чем требуемые допуски деталей, чтобы ошибка модели не была доминирующим источником отклонений..
• Систематические смещения: деформация инструмента, Износ рисунка и несоосность приспособлений приводят к повторяющимся смещениям; их следует измерять и корректировать во время пилотных запусков..

смягчение последствий: документируйте и проверяйте размеры шаблона перед первой заливкой; потребовать от литейного производства чертежи образцов (с применением коэффициентов усадки) и отчеты о проверке шаблонов первых статей.

Огнеупорные материалы и прочность оболочки

Огнеупорная система (материал, суспений, построение слоев, толщина) контролирует жесткость оболочки и тепловую реакцию. Ключевые эффекты:

• несоответствие CTE: разные огнеупоры по-разному расширяются/сжимаются при нагревании — это меняет размер полости во время заливки и охлаждения..
• Жесткость оболочки: тонкие или слабоконсолидированные оболочки деформируются под металлостатическим давлением, создание выпуклостей или локальных изменений размеров.
• Вариативность процесса: жидкая смесь, техника нанесения покрытия и контроль высыхания/выгорания влияют на плотность оболочки и повторяемость.

смягчение последствий: стандартизировать рецепты жидкого раствора и график слоев для детали; указать минимальную толщину оболочки и график отверждения; проверить целостность оболочки (визуальный, размерный) перед заливкой критически важных деталей.

Основная точность, Основной сдвиг & искажение ядра

Керны определяют внутренние детали и отверстия — их точность и стабильность имеют решающее значение..

Общие механизмы:

• Основной сдвиг: плохая посадка ядра, неправильные отпечатки стержней или вибрация во время заливки приводят к перемещению стержней, смещение мест отверстий.
• Искажение ядра: неподдерживаемый, длинные или тонкие сердечники могут сгибаться или вибрировать под давлением металла или термическим ударом., изменение внутренней геометрии.
• Эрозия ядра / размыв: высокоскоростной металл может разрушить слабые поверхности сердечника, изменение отделки и размеров отверстия.

смягчение последствий: спроектируйте надежные сердечники и надежные механические блокировки; укажите твердость сердечника и опоры для длинных сердечников; контролировать скорость разливки и затвор для ограничения струйной эрозии; используйте покрытия сердцевины там, где это необходимо.

Поддержка пресс-формы & стабильность размеров

То, как форма или штамп поддерживается во время заливки, влияет на постоянство размеров.:

• Отклонение штампа: металлические штампы нагреваются и изгибаются в ходе цикла — термический рост и нагрузки на зажим изменяют геометрию полости в течение срока службы.
• Поселение песчаной формы: уплотнение песка, вентиляция и давление зажима вызывают движение формы или пружинение в больших отливках.
• Износ оснастки: повторяющиеся циклы приводят к появлению канавок износа и смещения размеров в металлических инструментах..

смягчение последствий: спроектируйте опоры и зажимы матрицы для минимизации прогиба; контролировать уплотнение песка и отверждение связующего; график интервалов обслуживания и доработки штампа; контролировать размерный сдвиг с помощью SPC и проводить периодические проверки инструмента.

Температура формы

Температура формы при заливке и во время затвердевания влияет на заполнение., усадка и остаточные напряжения:

• Холодная плесень: чрезмерный температурный градиент может вызвать озноб, Мизанс, или повышенные растягивающие напряжения и растрескивание.
• Горячая форма: чрезмерная температура формы увеличивает расширение материалов формы и может изменить размеры отливки и увеличить крупность зерна..
• Термические градиенты: неравномерный нагрев формы приводит к асимметричному затвердеванию и деформации.

смягчение последствий: стандартизировать процедуры предварительного нагрева пресс-формы/матрицы и контроля температуры; контролировать температуру кристалла в критических местах; используйте термическое моделирование для прогнозирования градиентов для сложных деталей и корректировки размещения литников/охладителей..

7. Дизайн & геометрические факторы

Изменение толщины сечения

• Толстые изолированные участки медленно затвердевают и создают горячие точки и полости усадки.; тонкие секции быстро остывают и могут деформироваться или привести к неправильной работе. Избегайте резких изменений толщины.

Острова, боссы, ребра и филе

• Крупные боссы создают локальные зоны сжатия; ребра повышают жесткость, но их размер должен быть таким, чтобы не удерживать тепло.. Галтели снижают концентрацию напряжений и улучшают текучесть металла..

Длинные тонкие детали и искажения

• Длинные тонкие секции (валы, плавники) уязвимы к короблению, вызванному затвердеванием, и последующей деформации при механической обработке..

Руководство ДФМ: старайтесь, чтобы толщина стенок была одинаковой; используйте ребра вместо толщины, добавить пути подачи к тяжелым секциям, добавить скругления и уклон.

8. Термальная история & Пост-кассовые процедуры

Термическая обработка наведенное искажение

• Отжиг раствора, нормализация, закалка или снятие напряжений могут изменить размеры, иногда непредсказуемо в больших сечениях.. Закалка создает градиенты и остаточные напряжения, которые деформируют детали..

Остаточные напряжения от затвердевания

• Быстрое охлаждение и ограниченное сжатие создают остаточные напряжения, которые ослабляются во время обработки или обслуживания., изменение геометрии (пружинение).

смягчение последствий: заранее определите последовательность термообработки; машина после термообработки, где требуются функциональные допуски; используйте снятие стресса там, где это уместно.

9. Умение обращаться, последовательность обработки & фиксирующие эффекты

Припуски на обработку & последовательность

• Обработка удаляет материал для достижения окончательной точности. Секвенирование (какая сторона обрабатывается первой) и светильники контролируют кумулятивные искажения. Обработка до полного снятия напряжения может привести к короблению..

Крепление & ссылки на исходные данные

• Плохая конструкция приспособления приводит к искажению зажима и ошибочным измерениям.. Используйте базовые поверхности и устойчивые приспособления.; избегайте чрезмерного зажима при измерении.

Моменты затяжки и монтажные напряжения

• Затягивание болтов может привести к деформации тонких сечений и изменению плоскостности фланца.. Укажите пределы крутящего момента и последовательность.

смягчение последствий: определить порядок обработки, порекомендуйте дизайн светильника, указать крутящий момент & инструкции по сборке.

10. Измерение, среда & метрологические эффекты

Температура при измерении

• Металлы расширяются от температуры. Общее правило: а 1 Изменение °C вызывает линейное изменение ~16–25 ppm/°C для стали/алюминия.; на 500 мм часть 1 °C ≈ 0,008–0,012 мм — актуально для жестких допусков..
  Всегда измеряйте при стандартной температуре (обычно 20 °С) или компенсировать.

Точность прибора & эффекты зонда

• Тип зонда КИМ, Длина щупа и стратегия зондирования вносят погрешность измерения. Для тонких функций, сила зондирования может отклонить деталь.

Стабильность исходной точки & повторяемость измерений

• Непоследовательный выбор данных приводит к разбросу. Используйте повторяемую фиксацию исходных данных и определяйте протоколы измерений..

смягчение последствий: указать температуру измерения, Стратегия ШМ, и критерии приемки; требуется FAI с сообщенными условиями окружающей среды.

11. Заключение

Точность размеров в отливках определяется не одним фактором, а взаимодействие материалов, оснастка, управление процессом, и термическое поведение на протяжении всего производственного цикла.

Каждый шаг — от проектирования модели и компенсации усадки до стабильности пресс-формы, Выбор сплава, и условия затвердевания — вносят потенциальные изменения, которые необходимо понимать и активно управлять ими..

Высокоточное литье требует:

• Точные шаблоны и сердечники с контролируемыми припусками на усадку
• Стабильные системы пресс-форм и оболочек с предсказуемым термическим и механическим поведением
• Строгое соблюдение параметров процесса включая температуру заливки, температура формы, и последовательность стробирования
• Качественные материалы с известными характеристиками теплового расширения и затвердевания
• Надежный контроль, НПЦ, и петли обратной связи для раннего обнаружения изменений

Когда эти факторы разработаны целостно, литейный завод может поставлять отливки, которые постоянно соответствуют жестким допускам по размерам, сократить затраты на обработку, улучшить посадку сборки, и повысить производительность конечного продукта.

В конечном счете, точность размеров является одновременно техническое достижение и дисциплина процесса— тот, который отличает поставщиков литья высокого уровня от обычных производителей.

 

Часто задаваемые вопросы

Какой тип сплава оказывает наибольшее влияние на точность размеров??

Магниевые сплавы (1.8–2,5% линейная усадка) имеют самый высокий риск отклонения размеров, в то время как серый чугун (0.8–1,2%) является наиболее стабильным.

Может ли литье в песчаные формы достичь высокой точности размеров??

Литье в песчаные формы на связке смолы может достигать ISO 8062 КТ8–10 (±0,3–0,5 мм для деталей диаметром 100 мм.), подходит для деталей средней точности (например, насосные корпусы).

Для точности CT5–7, требуется литье по выплавляемым моделям или HPDC.

Как работает компенсация усадки пресс-формы?

Размеры пресс-форм слишком велики из-за линейной скорости усадки сплава.. Например, 100 мм алюминий (1.5% усадка) для детали нужна форма диаметром 101,5 мм — это обеспечивает усадку окончательной отливки до 100 мм..

Какова основная причина коробления отливок??

Неравномерное охлаждение (например, толстые секции остывают медленнее тонких) создает внутреннее напряжение, приводящие к короблению.

Использование холодного железа или водяного охлаждения для балансировки скорости охлаждения может снизить коробление на 40–50 %..

Как последующая обработка влияет на точность размеров?

Виброочистка может привести к короблению тонкостенных деталей на 0,1–0,2 мм., при отклонениях температуры термообработки (±10°С) может вызвать изменение размеров на 0,1–0,2 мм..

Бережная очистка (низкочастотная вибрация) и точный контроль термообработки смягчают эти проблемы..