Các yếu tố chính ảnh hưởng đến độ chính xác kích thước của vật đúc

1. Tóm tắt điều hành

Độ chính xác về kích thước của vật đúc là kết quả thực sự của nhiều nguyên nhân tương tác: vật lý vật chất (sự co lại & thay đổi pha), động lực học quá trình (đổ, hóa rắn), độ chính xác dụng cụ (mẫu & làm lõi), hình học thiết kế (phần & đặc trưng), xử lý nhiệt, môi trường xử lý và đo lường.

Bất kỳ một trong số này có thể giới thiệu milimét (hoặc phân số milimet) độ lệch trên một tính năng nhất định.

Kết quả tốt đến từ sự hợp tác sớm giữa nhà thiết kế và xưởng đúc, phân bổ rõ ràng các tính năng được đúc và được gia công, và sự kết hợp của các quy tắc thiết kế, kiểm soát và kiểm tra quá trình.

2. Độ chính xác kích thước của vật đúc là gì?

Độ chính xác về kích thước của vật đúc đề cập đến mức độ hình học cuối cùng của bộ phận đúc phù hợp với hình dạng danh nghĩa như thế nào (dự định) kích thước được chỉ định trên bản vẽ kỹ thuật hoặc mô hình CAD.

Nói cách khác, đó là mức độ mà “như diễn viên” hình dạng sao chép “như thiết kế” hình dạng.

Bởi vì tất cả các quá trình đúc đều liên quan đến sự co ngót của kim loại, Độ dốc nhiệt, biến dạng khuôn và các biến dụng cụ, vật đúc không thể khớp hoàn toàn với kích thước lý thuyết.

Thay vì, độ chính xác kích thước được kiểm soát và đánh giá thông qua dung sai, điều khiển hình học, Và đo lường thống kê.

Tiêu chuẩn hóa độ chính xác: các lớp khoan dung

Độ chính xác về kích thước trong vật đúc được tiêu chuẩn hóa toàn cầu, đáng chú ý nhất bởi:

ISO 8062-1/2/3

• CT (Di chuyển dung sai) lớp cho kích thước tuyến tính - CT1 (độ chính xác rất cao) tới CT16 (thô).
• GCT (Dung sai đúc hình học) cho độ phẳng, sự tròn trịa, chức vụ, vân vân.

Các tiêu chuẩn khác thường được tham khảo

• TỪ 1680
• ANSI/ASME Y14.5 (cho GD&T về các tính năng gia công)
• ASTM A802 (dung sai đúc thép)

Các khung này cho phép các nhà thiết kế và xưởng đúc truyền đạt dung sai một cách rõ ràng và dự đoán độ chính xác có thể đạt được cho từng quy trình.

3. Phân loại cấp cao các yếu tố ảnh hưởng

1. Bản chất vật chất - độ co ngót của hợp kim, biến đổi pha, sự giãn nở dị hướng.
2. Vật lý quá trình - nhiệt độ nóng chảy, nhiễu loạn, lấp đầy, mô hình hóa rắn.
3. Dụng cụ & khuôn mẫu - độ chính xác của mẫu, dịch chuyển cốt lõi, chuyển động/lắp đặt khuôn.
4. Hình học & thiết kế - mô đun tiết diện, hòn đảo, tường mỏng và tường dày.
5. nhiệt & điều trị sau đúc - biến dạng xử lý nhiệt, dập tắt căng thẳng.
6. Xử lý hậu kỳ & xử lý - trình tự gia công, vật cố định cong vênh.
7. Đo lường & môi trường - nhiệt độ trong quá trình kiểm tra, sự ổn định của mốc thời gian.
8. Nhân loại & điều khiển hệ thống - thực hành vận hành, SPC, công thức trôi dạt.

4. Các yếu tố liên quan đến vật chất

Độ co tuyến tính và sự co thể tích

• Cái gì: tất cả các kim loại co lại khi làm mát từ chất lỏng → chất rắn → nhiệt độ phòng. Độ co tuyến tính (hệ số tỷ lệ mẫu) là yếu tố đóng góp chủ yếu vào sự thay đổi chiều.
• Phạm vi điển hình (minh họa):hợp kim nhôm ~0,6–1,5%, gang ~1,0–1,6%, cacbon & thép hợp kim ~1,8–2,5%, hợp kim đồng ~1,8–2,2%. Giá trị thực tế là hợp kim & phụ thuộc vào quá trình; xác nhận với xưởng đúc.
• Tác dụng: một danh nghĩa 200 tính năng mm với 1.2% sự co rút rút ngắn lại bằng 2.4 mm trừ khi được bù trong mẫu.

Biến đổi pha & sự hóa rắn dị hướng

• Một số hợp kim (Thép, hợp kim có hàm lượng Ni cao) trải qua những thay đổi pha (austenit→ferit/pearlite/martensite) cộng hoặc trừ sự thay đổi kích thước ngoài sự co nhiệt đơn giản. Sự hóa rắn theo hướng có thể tạo ra sự co ngót dị hướng.

Sự phân chia kiên cố & điểm nóng

• Sự làm giàu/cạn kiệt cục bộ của các nguyên tố trong các vùng liên nhánh tạo ra sự khác biệt về cấu trúc vi mô và có thể tập trung co ngót hoặc tạo ra các hốc cục bộ làm thay đổi kích thước cục bộ.

Giảm thiểu: chỉ định kiểm soát hợp kim và tan chảy; hỏi xưởng đúc về hệ số co ngót và kích thước mẫu; sử dụng thiết kế hóa rắn đẳng nhiệt/có kiểm soát.

5. Các yếu tố liên quan đến quá trình

Khả năng định tuyến truyền

(Dung sai được thể hiện dưới dạng dung sai tuyến tính điển hình trên mỗi 100 mm. Giá trị khác nhau tùy theo hợp kim, hình học & khả năng đúc.)

Nhiệt độ nóng chảy & quá nóng

• Nhiệt độ quá cao làm tăng tính lưu động nhưng làm tăng độ hòa tan và nhiễu loạn của khí; cả hai đều có thể làm tăng độ xốp co ngót và độ thiếu chính xác về kích thước nếu quản lý sai.

Động lực làm đầy và sự hỗn loạn

• Sự nhiễu loạn cuốn theo các ôxit, tạo ra lỗi chạy sai và tắt đột ngột; Lớp phủ không đầy đủ sẽ làm thay đổi hình dạng hiệu quả và có thể làm biến dạng các bộ phận khi lớp vỏ đông cứng ép vào kim loại tiếp theo..

Gating, tăng lên & Sự hóa rắn định hướng

• Cổng kết nối kém dẫn đến sâu răng co ngót ở những nơi không mong muốn. Vị trí đặt ống đứng thích hợp đảm bảo đưa kim loại vào vùng đông đặc và kiểm soát hình dạng cuối cùng.

Phương pháp hỗ trợ áp suất/chân không

• HPDC chân không hoặc làm đầy áp suất thấp làm giảm độ xốp của khí và cải thiện độ ổn định kích thước của các chi tiết mỏng; quá trình ép và bán rắn làm giảm hiệu ứng co ngót.

6. Dụng cụ & mẫu / yếu tố cốt lõi

Dụng cụ, các mẫu và lõi thiết lập hình học ban đầu của vật đúc và xác định phần lớn độ lặp lại và độ lệch hệ thống.

Thực hành gia công kém hoặc kiểm soát lõi không đầy đủ tạo ra độ lệch chiều, sự thay đổi cốt lõi, và các biến dạng không thể phục hồi mà quá trình xử lý xuôi dòng không thể luôn khắc phục được.

Độ chính xác của mẫu & thu hẹp bồi thường

Hình dạng mẫu là đường cơ sở mà từ đó tất cả các độ co rút và độ lệch dụng cụ được áp dụng. Điểm mấu chốt:

• Chia tỷ lệ mẫu: các mẫu phải được chia tỷ lệ bằng cách sử dụng chính xác co rút tuyến tính yếu tố cho hợp kim và quá trình (các hợp kim/quy trình khác nhau yêu cầu các hệ số tỷ lệ khác nhau).
• Dung sai mẫu: Dung sai của người tạo mẫu phải chặt hơn dung sai của bộ phận được yêu cầu để lỗi mẫu không phải là nguồn biến đổi chủ yếu.
• Sự bù đắp có hệ thống: biến dạng dụng cụ, sự hao mòn của mẫu và sự sai lệch của thiết bị cố định tạo ra sự bù đắp lặp lại; những điều này cần được đo lường và sửa chữa trong quá trình chạy thử nghiệm.

Giảm thiểu: ghi lại và xác minh kích thước mẫu trước khi đổ lần đầu; yêu cầu xưởng đúc cung cấp bản vẽ mẫu (với các yếu tố thu nhỏ được áp dụng) và báo cáo kiểm tra mẫu bài viết đầu tiên.

Vật liệu chịu lửa và độ bền của vỏ

Hệ thống vật liệu chịu lửa (vật liệu, bùn, xây dựng lớp, độ dày) kiểm soát độ cứng của vỏ và phản ứng nhiệt. Hiệu ứng chính:

• CTE không khớp: các vật liệu chịu lửa khác nhau giãn nở/co lại khác nhau dưới tác dụng nhiệt—điều này làm thay đổi kích thước khoang trong quá trình đổ và làm nguội.
• Độ cứng của vỏ: vỏ mỏng hoặc kém cố kết bị biến dạng dưới áp suất tĩnh kim, tạo ra các chỗ phình ra hoặc thay đổi kích thước cục bộ.
• Sự biến đổi của quá trình: hỗn hợp bùn, kỹ thuật phủ và kiểm soát quá trình sấy/đốt nóng ảnh hưởng đến mật độ và độ lặp lại của vỏ.

Giảm thiểu: chuẩn hóa công thức nấu bùn và lịch trình lớp cho bộ phận; xác định độ dày vỏ tối thiểu và lịch trình bảo dưỡng; kiểm tra tính toàn vẹn của vỏ (thị giác, chiều) trước khi đổ các bộ phận quan trọng.

Độ chính xác cốt lõi, sự thay đổi cốt lõi & biến dạng lõi

Lõi xác định vị trí các tính năng và lỗ khoan bên trong - độ chính xác và độ ổn định của chúng là rất quan trọng.

Cơ chế chung:

• Sự thay đổi cốt lõi: chỗ ngồi cốt lõi kém, Bản in lõi không đủ hoặc độ rung trong quá trình đổ khiến lõi di chuyển, chuyển vị trí lỗ.
• Biến dạng lõi: không được hỗ trợ, lõi dài hoặc mỏng có thể uốn cong hoặc rung dưới áp suất kim loại hoặc sốc nhiệt, thay đổi hình học bên trong.
• Xói mòn lõi / rửa trôi: kim loại tốc độ cao có thể ăn mòn bề mặt lõi yếu, thay đổi kết thúc và kích thước lỗ khoan.

Giảm thiểu: thiết kế các bản in lõi chắc chắn và khóa liên động cơ học tích cực; chỉ định độ cứng lõi và hỗ trợ đệm cho lõi dài; kiểm soát tốc độ đổ và cổng để hạn chế xói mòn phản lực; sử dụng lớp phủ lõi khi cần thiết.

Hỗ trợ khuôn & ổn định kích thước

Cách khuôn hoặc khuôn được hỗ trợ trong quá trình đổ ảnh hưởng đến tính nhất quán về kích thước:

• Độ lệch khuôn: khuôn kim loại chịu nhiệt và uốn cong theo chu kỳ - sự tăng trưởng nhiệt và tải trọng kẹp thay đổi hình dạng khoang trong suốt thời gian sử dụng.
• Độ lún khuôn cát: nén cát, thông hơi và áp suất kẹp gây ra sự chuyển động của khuôn hoặc hiện tượng đàn hồi trong vật đúc lớn.
• Dụng cụ mài mòn: chu kỳ lặp đi lặp lại tạo ra các rãnh mòn và độ lệch kích thước trong dụng cụ kim loại.

Giảm thiểu: kỹ sư hỗ trợ khuôn và kẹp để giảm thiểu độ lệch; kiểm soát quá trình nén cát và xử lý chất kết dính; lên lịch bảo trì khuôn và khoảng thời gian làm lại; theo dõi độ lệch kích thước thông qua SPC và tiến hành kiểm tra công cụ định kỳ.

Nhiệt độ khuôn

Nhiệt độ khuôn lúc đổ và trong quá trình đông đặc ảnh hưởng đến việc đổ khuôn, co ngót và ứng suất dư:

• Khuôn lạnh: gradient nhiệt quá mức có thể gây ớn lạnh, Misruns, hoặc tăng ứng suất kéo và nứt.
• Khuôn nóng: Nhiệt độ khuôn quá cao làm tăng sự giãn nở của vật liệu khuôn và có thể thay đổi kích thước đúc và tăng độ thô của hạt.
• Độ dốc nhiệt: Gia nhiệt khuôn không đều dẫn đến sự đông đặc và biến dạng không đối xứng.

Giảm thiểu: tiêu chuẩn hóa quy trình làm nóng khuôn/khuôn và kiểm soát nhiệt độ; theo dõi nhiệt độ khuôn tại các vị trí quan trọng; sử dụng mô phỏng nhiệt để dự đoán độ dốc cho các bộ phận phức tạp và điều chỉnh vị trí cổng/làm lạnh.

7. Thiết kế & yếu tố hình học

Sự thay đổi độ dày phần

• Các phần bị cô lập dày đặc cứng lại từ từ và tạo ra các điểm nóng và khoang co ngót; các phần mỏng nguội đi nhanh chóng và có thể bị cong vênh hoặc dẫn đến chạy sai. Tránh thay đổi độ dày đột ngột.

Quần đảo, Ông chủ, sườn và phi lê

• Các ông chủ lớn tạo ra các vùng thu nhỏ cục bộ; xương sườn giúp cứng nhưng phải có kích thước lớn để tránh giữ nhiệt. Phi lê làm giảm nồng độ ứng suất và cải thiện dòng chảy kim loại.

Các tính năng mỏng và biến dạng dài

• Những đoạn dài mảnh mai (trục, vây) dễ bị cong vênh do hóa rắn và biến dạng gia công tiếp theo.

Hướng dẫn DFM: cố gắng giữ độ dày của tường đồng đều; sử dụng xương sườn thay vì độ dày, thêm đường dẫn nguồn cấp dữ liệu vào các phần nặng, thêm phi lê và dự thảo.

8. Lịch sử nhiệt & Phương pháp điều trị sau đúc

Xử lý nhiệt sự biến dạng gây ra

• Giải pháp ủ, bình thường hóa, làm nguội hoặc giảm ứng suất có thể thay đổi kích thước - đôi khi không thể đoán trước được ở các phần lớn. Làm nguội tạo ra độ dốc và ứng suất dư làm cong vênh các bộ phận.

Ứng suất dư do quá trình đông đặc

• Làm nguội nhanh và co thắt hạn chế tạo ra ứng suất dư làm giãn trong quá trình gia công hoặc bảo dưỡng, thay đổi hình học (hồi xuân).

Giảm thiểu: xác định trình tự xử lý nhiệt sớm; Máy sau khi xử lý nhiệt khi yêu cầu dung sai chức năng; sử dụng biện pháp giảm căng thẳng khi thích hợp.

9. Xử lý, trình tự gia công & hiệu ứng cố định

Phụ cấp gia công & sự liên tiếp

• Gia công loại bỏ vật liệu để đạt được độ chính xác cuối cùng. Trình tự (mặt nào được gia công trước) và đồ đạc kiểm soát sự biến dạng tích lũy. Gia công trước khi giảm ứng suất hoàn toàn có thể gây cong vênh.

Cố định & tài liệu tham khảo mốc thời gian

• Thiết kế vật cố định kém gây ra biến dạng kẹp và đo sai. Sử dụng bề mặt chuẩn và đồ đạc ổn định; tránh kẹp quá nhiều khi đo.

Mô men xoắn của dây buộc và ứng suất lắp ráp

• Việc siết chặt bu lông có thể làm biến dạng các phần mỏng và thay đổi độ phẳng của mặt bích. Chỉ định giới hạn mô-men xoắn và trình tự.

Giảm thiểu: xác định thứ tự gia công, đề nghị thiết kế đồ đạc, chỉ định mô-men xoắn & hướng dẫn lắp ráp.

10. Đo lường, môi trường & hiệu ứng đo lường

Nhiệt độ lúc đo

• Kim loại giãn nở theo nhiệt độ. Quy tắc chung: Một 1 Sự thay đổi °C gây ra thay đổi tuyến tính ~16–25 ppm/°C đối với thép/nhôm; trên a 500 phần mm 1 °C ≈ 0,008–0,012 mm — phù hợp với dung sai chặt chẽ.
  Luôn đo ở nhiệt độ tiêu chuẩn (thường xuyên 20 °C) hoặc bù đắp.

Độ chính xác của dụng cụ & hiệu ứng thăm dò

• Loại đầu dò CMM, chiều dài bút và chiến lược thăm dò gây ra lỗi đo lường. Đối với các tính năng mỏng, lực thăm dò có thể làm lệch hướng một phần.

Độ ổn định của mốc & độ lặp lại đo lường

• Lựa chọn mốc thời gian không nhất quán mang lại sự phân tán. Sử dụng phương pháp cố định dữ liệu có thể lặp lại và xác định các giao thức đo.

Giảm thiểu: chỉ định nhiệt độ đo, Chiến lược CMM, và tiêu chí chấp nhận; yêu cầu FAI với các điều kiện môi trường được báo cáo.

11. Phần kết luận

Độ chính xác về kích thước trong vật đúc không được xác định bởi một yếu tố duy nhất mà bởi tương tác của vật liệu, dụng cụ, Kiểm soát quá trình, và hành vi nhiệt trong suốt toàn bộ chu kỳ sản xuất.

Mỗi bước—từ thiết kế mẫu và bù co ngót đến độ ổn định của khuôn, Lựa chọn hợp kim, và điều kiện đông đặc—gây ra những biến đổi tiềm ẩn cần được hiểu và quản lý tích cực.

Yêu cầu đúc có độ chính xác cao:

• Mẫu và lõi chính xác với các khoản phụ cấp thu nhỏ được kiểm soát
• Hệ thống khuôn và vỏ ổn định với hành vi nhiệt và cơ học có thể dự đoán được
• Các thông số quy trình được duy trì nghiêm ngặt bao gồm cả nhiệt độ rót, nhiệt độ khuôn, và tính nhất quán của cổng
• Vật liệu chất lượng với các đặc tính giãn nở nhiệt và hóa rắn đã biết
• Kiểm tra mạnh mẽ, SPC, và vòng phản hồi để phát hiện sớm sự thay đổi

Khi những yếu tố này được thiết kế một cách tổng thể, một xưởng đúc có thể cung cấp các vật đúc luôn đáp ứng được dung sai kích thước chặt chẽ, giảm chi phí gia công, cải thiện lắp ráp phù hợp, và nâng cao hiệu suất của sản phẩm cuối cùng.

Cuối cùng, độ chính xác về chiều vừa là một thành tựu kỹ thuật và một quy trình kỷ luật—một điểm khác biệt giữa các nhà cung cấp vật đúc cấp cao với các nhà sản xuất thông thường.

 

Câu hỏi thường gặp

Loại hợp kim nào có tác động lớn nhất đến độ chính xác kích thước?

Hợp kim magiê (1.8–2,5% độ co tuyến tính) có nguy cơ sai lệch kích thước cao nhất, trong khi gang xám (0.8–1,2%) là ổn định nhất.

Đúc cát có thể đạt được độ chính xác chiều cao?

Đúc cát liên kết nhựa có thể đạt ISO 8062 CT8–10 (±0,3–0,5mm cho các bộ phận 100mm), thích hợp cho các bộ phận có độ chính xác trung bình (ví dụ., Vỏ bơm).

Để có độ chính xác của CT5–7, cần đúc đầu tư hoặc HPDC.

Quá trình bù co ngót của khuôn hoạt động như thế nào?

Khuôn có kích thước quá khổ do tốc độ co ngót tuyến tính của hợp kim. Ví dụ, nhôm 100mm (1.5% sự co lại) bộ phận cần khuôn 101,5mm—điều này đảm bảo vật đúc cuối cùng co lại còn 100mm.

Nguyên nhân chính gây cong vênh trong vật đúc là gì?

Làm mát không đều (ví dụ., phần dày làm mát chậm hơn phần mỏng) tạo ra căng thẳng nội tâm, dẫn đến biến dạng.

Sử dụng bàn ủi nguội hoặc làm mát bằng nước để cân bằng tốc độ làm mát có thể giảm cong vênh từ 40–50%.

Việc xử lý sau ảnh hưởng như thế nào đến độ chính xác về chiều?

Làm sạch bằng rung có thể làm cong các bộ phận có thành mỏng từ 0,1–0,2mm, trong khi độ lệch nhiệt độ xử lý nhiệt (±10°C) có thể gây ra sự thay đổi kích thước 0,1–0,2mm.

Làm sạch nhẹ nhàng (rung tần số thấp) và kiểm soát xử lý nhiệt chính xác sẽ giảm thiểu những vấn đề này.