Кастинг допусків за допомогою різних процесів лиття

A Кастинг толерантність Вказує допустиме відхилення між номінальним та фактичним розміром функції.

Наприклад, ± 0,5 мм толерантність на a 100 розмір мм означає, що готова частина може вимірювати будь -де між ними 99.5 мм і 100.5 мм.

Такі точні впливи компонент підходить, механічні показники, і Надійність складання.

В той же час, Кожна десята міліметра поголена з бюджету на толерантність може Збільшити вартість цвілі на 10–20%, підвищити ставки брухту до 15%, і Додайте два -чотири тижні часу інструментів.

Ця стаття досліджує низку процесів лиття - від зелений до кастинг- і кількісно оцінює їх типові можливості толерантності.

Ми також розглянемо ISO 8062 та інші галузеві стандарти, необхідний контур візерунки та обробка надбавок,

і рекомендувати огляд і Контроль статистичного процесу Методи, які допомагають вам досягти оптимального балансу між вартістю та точністю.

1. Розуміння допусків при кастингу

Перед вибором процесу, Уточнити ці основоположні концепції:

• Толерантність - це загальна допустима варіація виміру.
• Надбавка це навмисне негаба, розтягувати, або подальша обробка.
• Підходити описує, як взаємодіють дві частини спаровування, починаючи від зазор підходить (розпущений) до втручання підходить (щільний).

Більше, Можуть бути допуски для кастингу лінійний (Напр., ± 0,5 мм) або геометричний (Напр., кругообігу, перпендикулярність), визначено за допомогою GD&Т символи.

Запам'ятати: кожен клас толерантності Ви вказуєте, що може перетворитися на відчутні витрати та графік впливу.

Отже, Ретельне попереднє планування - узгоджене з можливостями виробничого партнера - подає дивіденди якості та загальної вартості власності.

2. Стандарти та номенклатура

Перед тим, як уточнити допуски, Вам потрібна спільна мова. Міжнародні та регіональні стандарти визначають обидва розмірний і геометричний Кастинг допусків, Тож дизайнери та ливарні можуть говорити з точністю.

ISO 8062 Кастинг толерантність (КТ) та геометрична толерантність (Gct)

ISO 8062-3 визначає Розмірна толерантність (DCT) оцінки CT1 через CT16, де нижчі числа КТ відповідають більш жорстким допускам. На практиці:

• CT1 - CT4 (± 0,05–0,3 % розмір) Костюм високоточних штампів та постійних частин.
• CT5 - CT9 (± 0,1–0,8 %) Подайте заявку на інвестиційні та кастинги.
• CT10 - CT14 (± 0,4–2,0 %) Накрийте різні методи ліхтувального піску.
• CT15 - CT16 (± 2,5–3,5 %) служити дуже великим або некритичним кастингом.

Наприклад, на 200 MM Особливості:

• A CT4 Частина може утримуватися ± 0,6 мм,
• Поки CT12 Кастинг піску може дозволити ± 4 мм.

Доповнення оцінок КТ, ISO 8062-2 визначає Геометричні допуски лиття (Gct)—Примінальна форма (рівність, кругообігу), орієнтація (перпендикулярність, паралелізм), і позиція (справжня позиція).

Кожен клас GCT (G1 - G8) Шари Геометричний контроль на номінальному конверті КТ.

Регіональний & Технічні характеристики

В той час як ISO забезпечує глобальну рамку, багато галузей, що знаходяться у спеціальних стандартах:

NADCA (Північноамериканська асоціація кастингу):

• Нормальний толерантність: ± 0,25 мм на 100 мм (блок. ISO CT3 -CT4).
• Точність толерантність: ± 0,10 мм на 100 мм (блок. ISO CT1 - CT2).
• NADCA також визначає окремі класи для висота, дірка, і рівність Допуски, характерні для матеріалів, таких як цинк, алюміній, і магній.

SFSA 2000 (Товариство засновників сталі Америки):

• Забезпечує допуски з ліцензуванням ± 0,4–1,6 мм за 100 мм, залежно від типу цвілі (Зелений-Санд проти. смола).
• Його таблиці приблизно відповідають ISO CT11 - CT13.

Брус 6615 (Британський стандарт для ливарного)

• Обкладинка пісок, штурм, і інвестиції процеси.
• Типові надбавки:

• • Кастинг піску ± 0,5–2,0 мм/100 мм (CT11 - CT14)
  • Кастинг оболонок ± 0,2–0,8 мм/100 мм (CT8 - CT12)
  • Кастинг інвестицій ± 0,1–0,5 мм/100 мм (CT5 - CT9)

3. Кастинг столу толерантності (одиниця: мм)

У наступній таблиці перераховано максимальні значення загальної толерантності для різних оцінок КТ (Кастинг толерантності CT1 - CT16) в межах різних діапазонів базових розмірів.

4. Огляд основних процесів кастингу

Процеси кастингу підпадають на три широкі категорії -витрата, Постійне, кероване тиском/тиском, і Спеціальні методи- Коротка, що пропонує чіткі можливості толерантності, поверхнева обробка, і структури витрат.

Методи, що підлягають витратам

Кастинг із зеленим піском

Кастинг із зеленим піском залишається найбільш економічним та гнучким методом для великих або простих деталей.

Ливарні змішування кремнезему, глина, і волога утворюють форми, які дають типові ISO CT11 - CT14 допуски - про ± 0,5–2,0% будь -якого виміру (Тобто, ± 0,5–2,0 мм на 100 мм).

Поверхнева обробка, як правило, діапазони РА 6–12 мкм, а вартість інструментів залишається низькою (часто <$500 за шаблон).

Хімічно зв'язаний & Пісок

Модернізація до смоли або без запікання пісочних форм посилює допуски до CT9 - CT12 (± 0,3–1,2%), покращує міцність на цвіль, і зменшує вимивання.

Шорсткість поверхні падає до РА 3-6 мкм, Здійснення цих методів добре підходить для деталей середньої складності, де точність зеленого піску виявляється маргінальною.

Інвестиції (Загублений) Кастинг

Інвестиційне кастинг, Також відомий як загублений воск, виробляє складні форми і тонкі стінки з CT5 - CT9 допуски - недорого ± 0,1–0,5% (± 0,1–0,5 мм на 100 мм).

Його Відмінна обробка поверхні (РА 0,8-2,0 мкм) та здатність підтримувати тонкі деталі, що виправдовують більш високі витрати на інструментарію (Часто 2000 - 10 000 доларів за модель) в аерокосмічній, медичний, та промислові програми високого класу.

Кастинг загубленої панелі

Кастинг загубленої панелі поєднує витратні візерунки з непереборним піском, пропозиція CT10 - CT13 можливості (± 0,4–1,5%).

Поки поверхнева обробка (РА 4-8 мкм) і розмірний контрольне падіння між зеленим стовбуром та інвестиційним кастингом, Цей метод переважає при виробництві комплексу, Сумільні збори без ядер.

Постійний & Методи, керовані тиском

Кастинг (Гарячий & Холодна камера)

Кастинг дає найжорсткіші допуски-CT1 - CT4, або ± 0,05–0,3% розмір (± 0,05–0,3 мм на 100 мм).

Типові діапазони поверхні РА 0,5-1,5 мкм. Високі витрати на інструментарію (Часто 10 000 - 200 000 доларів за смерть) виплачувати Час циклу швидкості 15–60 секунд і відмінна повторюваність для алюмінію, цинк, і частини магнію.

Гравітаційна штамп & Кастинг з низьким тиском

Гравітація та лиття штампу низького тиску, Використання металевих форм для багаторазового використання, досягати CT2-T6 допуски (± 0,1–0,5%) з РА 1-4 мкм закінчення.

Тому що вони працюють без високих швидкостей впорскування, Ці методи зменшують пористість і зміцнюють компоненти - особливо в автомобільних колесах та насосах.

Спеціальні методи

Відцентрове кастинг

Обертаючи форми при 200–2000 об / хв, Відцентрові сили лиття розплавлений метал назовні, Виробництво щільних трубних стін та кілець. Радіальна толерантність падає CT3– CT8 (± 0,1–0,5%).

Поверхнева обробка, як правило, сидить на РА 3-8 мкм, А спрямоване охолодження посилює механічні властивості у важких підшипниках та трубопроводах.

Штукатурка & Кастинг керамічної цвілі

Штукатурні та керамічні форми - значно використовуються для мистецтва, ювелірні вироби, і дрібні аерокосмічні частини-надають CT6 - CT9 допуски (± 0,2–0,8%) і РА 2-5 мкм закінчення.

Хоча повільніше і дорожче, ніж пісок, Ці процеси містять дрібні деталі та спеціальні сплави.

5. Можливості толерантності за допомогою процесу кастингу

У цьому розділі, Ми представляємо консолідований вигляд типового процесу кожного процесу ISO 8062 КТ,

його відповідний Лінійна толерантність (як відсоток розмірів і в міліметрах 100 мм), і представник поверхнева обробка.

6. Фактори, що впливають на допуски лиття

Допуски для лиття не є фіксованими властивостями процесу - вони є результатом складної взаємодії між матеріальною поведінкою, дизайн інструментів, Параметри обробки, і частина геометрії.

Матеріальні властивості

Тип металу або сплаву безпосередньо впливає на усадку, Протікаючість, і розмірна стабільність.

• Швидкість термічного скорочення: Метали скорочуються при охолодженні. Наприклад:

• • Сіре залізо: ~ 1,0%
  • Алюміній сплави: ~ 1,3%
  • Цинкові сплави: ~ 0,7%
  • Сталь: ~ 2,0% (змінюється залежно від вмісту вуглецю)

Більш висока усадка призводить до більш розмірного відхилення, якщо не компенсується дизайном інструментів.

• Плинність та затвердіння поведінки:

• • Метали з більш висока плинність (Напр., алюміній, бронза) наповнюйте форми точніше.
  • Швидке затвердіння У тонких зрізах або металах з низькою флюсами можуть спричинити порожнечі та нерівну усадку.

• Ефекти легень:

• • Кремнію У чавуні покращує плинність, але також збільшує розширення.
  • Нікель і хром Підвищити розмірну стабільність у сталей.

Змінні цвілі та інструментів

Система цвілі часто є єдиним найбільшим фактором, що сприяє різному розміру.

• Точність візерунка:

• • CNC-Machined Шаблони досягають набагато кращої толерантності, ніж ручні виготовлені вручну.
  • Носіть з часом деградує точність-особливо у великому обсязі піску.

• Кути:

• • Необхідний для звільнення лиття з форми, Типові кути є:

• • • 1° –3 ° для зовнішніх поверхонь
    • 5° –8 ° для внутрішніх порожнин

• • Надмірна чернетка додає розмірної зміни і повинна бути врахована.

• Жорсткість та розширення цвілі:

• • Піщані форми стискаються і розширюються під теплом, що впливає на допуски.
  • Металеві штампи (в кастингу) є більш розмірними стабільними, Підтримує більш жорсткі допуски.

• Теплопровідність:

• • Швидке охолодження (Напр., металеві форми) мінімізує спотворення.
  • Повільне охолодження (Напр., керамічні або гіпсові форми) дозволяє більше часу на скорочення та деформацію матеріалу.

Параметри обробки

Як виливається метал, затверділий, і охолоджується значно змінює кінцеві розміри.

• Температура:

• • Перегрів збільшує ерозію цвілі та перебільшує усадку.
  • Недостатнє призводить до поганого наповнення цвілі та холодного закриття.

• Дизайн та ведення дизайну:

• • Поганий решітка може спричинити турбулентність та захоплення повітря, що призводить до пористості та спотворень.
  • Недостатні стояки призводять до зменшення порожнин, які знижують геометричну цілісність.

• Швидкість охолодження та контроль затвердіння:

• • Такі методи, як озноб, вентиляція, і Контрольовані зони охолодження Допоможіть уточнити розмірну точність.
  • На більш товстих ділянках, може спричинити нерівномірне затвердіння Диференціальна усадка і викривлення.

• Товщина та складність секції:

• • Тонкі секції прохолодні швидше, в результаті чого менший розмір зерна та кращий розмірний контроль.
  • Складні геометрії з різною товщиною стінки схильні до гарячі точки і Внутрішні напруги, впливає на остаточну форму.

Розмір частини та геометрія

Більші частини накопичують більше теплових та механічних напружень, що призводить до посилення спотворення:

• A 1000 мм сталева лиття може змінюватись ± 3–5 мм, Поки 100 Мм алюмінієва частина може підтримувати ± 0,1 мм за допомогою інвестиційного лиття.
• Асиметричні частини часто розбиваються через незбалансоване охолодження та нерівномірний потік металу.
• Включення рівномірна товщина стінки, ребра, і округлі переходи Підвищує розмірну передбачуваність.

Таблиця підсумків - ключові фактори & Типові наслідки

Фактор	Типовий вплив на толерантність
Термічна усадка матеріалу	+0.7% до +2.5% відхилення від виміру цвілі
Точність візерунка (Посібник проти ЧПУ)	± 0,5 мм до ± 0,05 мм дисперсія
Вимога кута проекту	Додає 0,1–1 мм на 100 мм глибини
Виливне температуру відхилення (± 50 ° C)	До ± 0,2 мм розмірного зсуву
Варіація товщини стінки	Може викликати ± 0,3–0,6 мм спотворення
Розширення цвілі (пісок проти металу)	± 0,1 мм до ± 1,0 мм залежно від типу цвілі

7. Надбавки в дизайн візерунка та дизайну цвілі

Для досягнення остаточних допусків, Дизайнери будують конкретні надбавки:

• Скорочення допомоги: Додати 1,0–1,3 мм на 100 мм для алюмінію, 1.0 мм/100 мм для заліза.
• Прокладка надбавки: 1° –3 ° конус на вертикальне обличчя.
• Обробка обробки: 1–3 мм (залежно від процесу та критичності функцій).
• Спотворення & Трясти: Додаткові 0,5–1,0 мм в тонких стінках для протидії трясуванню та спотворенню.

За ретельно Застосування цих значень, Інженери гарантують, що вражено великі розміри критичних розмірів у бажане вікно толерантності.

8. Дизайн для контролю толерантності

Ефективний дизайн мінімізує проміжок між відкладеними та готовими розмірами:

• Близька форма: Прагнути доставити функції в межах ± 10% від кінцевого розміру, зменшення обробки на 70%.
• GD&T фокус: Застосовуйте тісні елементи керування лише до критичних інтерфейсів; Дозволити допуски КТ на некритичних поверхнях.
• Керівні принципи геометрії: Використовуйте щедрі філе (>1 Радіус мм), рівномірна товщина стінки (≤10 мм варіація), і стратегічно розміщені ребра для обмеження спотворення.

Такий Навмисна конструкція функцій Допомагає кастингу вийти ближче до їх цільової геометрії, Збереження як вартості, так і якості.

9. Інспекція та забезпечення якості

CMMS, лазерні сканери, і системи КТ дозволяють швидко, Вимірювання високої щільності:

• Верньє & Мікрометр: Швидкі "перевіри плями" для перевірки першого проходу.
• CMM/оптичне сканування: Картографування повного поля проти моделей CAD; Типова невизначеність: ± 0,005 мм.
• КТ: Перевіряє внутрішні геометрії, Розподіл пор, і рівномірність стіни.

Плани якості повинні включати Перша перевірка статті (Фаї), Ppap для автомобілів, або Інтелект відбір проб (Напр., Інтелект 1.0) Для великих об'ємних пробіжок.

Аналіз примусів кореня цілі екскурсії толерантності - будь то через зміну цвілі, термічне спотворення, або зношування візерунків.

10. Здатність статистичного процесу

Для кількісної оцінки здатності вашої кастингу відповідати толерантності:

• Обчислювати Cp (потенціал процесу) і CPK (Продуктивність) значення; прагнути CP ≥1,33 і CPK ≥1,0 для надійного контролю толерантності.
• Використання SPC Діаграми для моніторингу критичних параметрів лиття: твердість цвілі, Температура, і вимірювальні тенденції.
• Реалізація Лань (Розробка експериментів) Для виявлення ключових факторів та оптимізації решітки, ущільнення цвілі, та швидкість охолодження.

11. Висновок

Кастинг допусків представляє a Критичний зв'язок дизайнерського наміру, можливості процесу, та економічна реальність.

Шляхом заземлення рішень у ISO 8062 КТ, Вирівнювання з NADCA або SFSA вимоги, і включення належного Дозвори візерунка, Інженери та ливарні можуть доставляти деталі, які відповідають як цілям ефективності, так і бюджету.

Більше, суворий огляд, статистичний контроль, і нові цифрові технології-від 3D-надрукованих піщаних форм до моделювання в режимі реального часу-посилюють як відкладні допуски та зменшують дорогу обробку вниз за течією.

Зрештою, Права стратегія толерантності гарантує, що ваш складовий компонент плавно переходить від магазину візерунків до конвеєрної лінії, вчасно, за бюджетом, і в межах специфікацій.