一个 铸造耐受性 指定功能的名义和实际尺寸之间的允许偏差.
例如, A的±0.5 mm公差 100 MM尺寸意味着完成的零件可以测量 99.5 MM和 100.5 毫米.
这样的精度影响 组件拟合, 机械性能, 和 组装可靠性.
同时, 每毫米的十分之一剃掉了公差预算可以 将霉菌成本提高10-20％, 提高废料率最多 15%, 和 加两个到四个星期 工具提前时间.
本文调查了一系列铸造过程 - 从 绿色 到 铸造 - 并量化其典型的公差能力.
我们还将审查 ISO 8062 和其他行业标准, 概述必要 图案和加工津贴,
并推荐 检查 和 统计过程控制 帮助您实现成本和精度之间最佳平衡的方法.
1. 了解铸造的公差
选择过程之前, 澄清这些基本概念:
- 宽容 是尺寸的总允许变化.
- 津贴 是为了铸造收缩而刻意的超大或尺寸不足, 草稿, 或随后的加工.
- 合身 描述两个交配部分如何相互作用, 不等 清除合适 (松动的) 到 干扰适合 (紧的).
而且, 铸造公差可能是 线性 (例如。, ±0.5 mm) 或者 几何的 (例如。, 圆, 垂直性), 使用 GD&t 符号.
记住: 每类宽容 您指定可以转化为切实的成本和计划影响.
最后, 仔细的前期计划 - 与制造合作伙伴的能力保持一致 - 质量和总拥有成本的股息.
2. 标准和命名法
在指定公差之前, 您需要一种通用语言. 国际和区域标准都定义了 尺寸 和 几何的 铸造公差, 因此设计师和铸造厂可以精确地讲话.
ISO 8062 铸造耐受性 (CT) 和几何铸造耐受性 (GCT)
ISO 8062-3 定义 尺寸铸造耐受性 (DCT) 成绩来自 CT1 通过 CT16, 较低的CT数量对应于更严格的速度公差. 实践:
- CT1 -CT4 (±0.05–0.3 % 维度) 西服高精度铸造和永久性零件.
- CT5 – CT9 (±0.1–0.8 %) 申请投资和壳牌铸件.
- CT10 -CT14 (±0.4–2.0 %) 涵盖各种砂铸造方法.
- CT15 -CT16 (±2.5–3.5 %) 提供非常大或非关键的铸件.
例如, 在 200 MM功能:
- 一个 CT4 部分可能会举行 ±0.6 mm,
- 而a CT12 沙子铸造可能允许 ±4毫米.
补充CT等级, ISO 8062-2 定义 几何铸造公差 (GCT) - 覆盖形式 (平坦, 圆), 方向 (垂直性, 并行性), 和位置 (真实位置).
每个GCT等级 (G1 – G8) 层几何控制到名义CT尺寸包膜上.
区域 & 行业规格
ISO提供了一个全球框架, 许多行业参考量身定制的标准:
纳达 (北美铸造协会):
- 普通的 宽容: ±0.25毫米 / 100 毫米 (大约. ISO CT3 -CT4).
- 精确 宽容: ±0.10毫米 / 100 毫米 (大约. ISO CT1 – CT2).
- NADCA还为 高度, 洞, 和 平坦 含锌等压铸材料的耐受性, 铝, 和镁.
SFSA 2000 (美国钢铁创始人协会):
- 提供砂浆耐受性 ±0.4–1.6 mm 每 100 毫米, 取决于霉菌类型 (绿色vs. 树脂键).
- 它的表格大致相对应 ISO CT11 – CT13.
BS 6615 (英国铸造标准)
- 封面 沙, 壳, 和 投资 过程.
- 典型的津贴:
-
- 沙铸±0.5–2.0 mm/100毫米 (CT11 – CT14)
- 壳铸造±0.2–0.8 mm/100毫米 (CT8 – CT12)
- 投资铸造±0.1-0.5毫米/100毫米 (CT5 – CT9)
3. 铸造公差表 (单元: 毫米)
下表列出了不同CT等级的最大总公差值 (铸造公差级CT1 – CT16) 在不同的基本尺寸范围内.
| 基本维度 (毫米) | CT1 | CT2 | CT3 | CT4 | CT5 | CT6 | CT7 | CT8 | CT9 | CT10 | CT11 | CT12 | CT13 | CT14 | CT15 | CT16 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ≤10 | 0.09 | 0.13 | 0.18 | 0.26 | 0.36 | 0.52 | 0.74 | 1.1 | 1.5 | 2.0 | 2.8 | 4.2 | - | - | - | - |
| >10 - ≤16 | 0.10 | 0.14 | 0.20 | 0.28 | 0.38 | 0.54 | 0.78 | 1.1 | 1.6 | 2.2 | 3.2 | 4.4 | - | - | - | - |
| >16 - ≤25 | 0.11 | 0.15 | 0.22 | 0.30 | 0.42 | 0.58 | 0.82 | 1.2 | 1.7 | 2.4 | 3.2 | 4.6 | 6.0 | 8.0 | 10.0 | 12.0 |
| >25 - ≤40 | 0.12 | 0.17 | 0.24 | 0.32 | 0.46 | 0.64 | 0.90 | 1.3 | 1.8 | 2.6 | 3.6 | 5.0 | 7.0 | 9.0 | 11.0 | 14.0 |
| >40 - ≤63 | 0.13 | 0.18 | 0.26 | 0.36 | 0.50 | 0.70 | 1.10 | 1.4 | 2.0 | 2.8 | 4.0 | 5.6 | 8.0 | 11.0 | 14.0 | 18.0 |
| >63 - ≤100 | 0.14 | 0.20 | 0.28 | 0.40 | 0.56 | 0.78 | 1.10 | 1.6 | 2.2 | 3.2 | 4.4 | 6.0 | 9.0 | 11.0 | 14.0 | 18.0 |
| >100 - ≤160 | 0.15 | 0.22 | 0.30 | 0.44 | 0.62 | 0.88 | 1.20 | 1.8 | 2.5 | 3.6 | 5.0 | 7.0 | 10.0 | 12.0 | 16.0 | 20.0 |
| >160 - ≤250 | - | 0.24 | 0.34 | 0.50 | 0.70 | 1.0 | 1.30 | 2.0 | 2.8 | 4.0 | 5.6 | 8.0 | 11.0 | 14.0 | 18.0 | 25.0 |
| >250 - ≤400 | - | - | 0.40 | 0.56 | 0.78 | 1.10 | 1.60 | 2.2 | 3.2 | 4.4 | 6.2 | 9.0 | 12.0 | 16.0 | 20.0 | 32.0 |
| >400 - ≤630 | - | - | - | - | 0.64 | 0.90 | 1.20 | 1.8 | 2.6 | 3.6 | 5.0 | 7.0 | 14.0 | 18.0 | 22.0 | 28.0 |
| >630 - ≤1,000 | - | - | - | - | - | - | 1.40 | 2.0 | 2.8 | 4.0 | 5.6 | 8.0 | 16.0 | 20.0 | 25.0 | 32.0 |
| >1,000 - ≤1,600 | - | - | - | - | - | - | 1.60 | 2.2 | 3.2 | 4.6 | 7.0 | 9.0 | 18.0 | 23.0 | 29.0 | 37.0 |
| >1,600 - ≤2,500 | - | - | - | - | - | - | - | - | 2.6 | 3.8 | 5.4 | 8.0 | 15.0 | 21.0 | 26.0 | 42.0 |
| >2,500 - ≤4,000 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 4.4 | 6.2 | 19.0 | 24.0 | 30.0 | 49.0 |
| >4,000 - ≤6,300 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 7.0 | 23.0 | 28.0 | 35.0 | 44.0 |
| >6,300 - ≤10,000 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 26.0 | 32.0 | 40.0 | 64.0 |
4. 主要铸造过程的概述
铸造过程分为三个广泛类别 - 消耗性数, 永久性/压力驱动, 和 专业技术 - 提供独特的耐受能力, 表面饰面, 和成本结构.
消耗性的方法
绿色铸造
绿色铸造仍然是大型或简单零件的最经济和灵活的方法.
铸造厂混合二氧化硅砂, 黏土, 和水分形成产生典型的模具 ISO CT11 – CT14 公差 - 大约 ±0.5–2.0％ 任何给定的维度 (IE。, ±0.5–2.0毫米 100 毫米).
表面饰面通常范围 RA 6–12μm, 和工具成本保持较低 (经常 <$500 每个模式).
化学结合 & 没有烘烤沙子
升级到树脂键或无烘烤的砂霉会收紧公差 CT9 – CT12 (±0.3–1.2％), 改善霉菌强度, 并减少洗涤.
表面粗糙度下降到 RA3-6μm, 使这些方法非常适合中等复杂的部分，绿色精度证明了边缘.
投资 (失去蜡) 铸件
投资铸造, 也称为失去蜡, 产生错综复杂的形状和薄壁 CT5 – CT9 公差 - 非常适合 ±0.1–0.5％ (±0.1-0.5毫米 / 100 毫米).
它是 出色的表面饰面 (RA0.8-2.0μm) 并能够保持细节的能力证明更高的工具成本合理 (通常$ 2,000-每种模式$ 10,000) 在航空航天, 医疗的, 和高端工业应用.
迷失的泡沫演员
迷失的泡沫演员 将可消耗性的图案与无粘性的沙子结合在一起, 奉献 CT10 -CT13 功能 (±0.4–1.5％).
而表面饰面 (RA4-8μm) 维度控制属于绿色和投资铸造之间, 这种方法在产生复合物方面擅长, 单件装配没有核心.
永久性 & 压力驱动方法
铸造 (热的 & 冷室)
铸造 产生最紧张的公差 - CT1 -CT4, 或者 ±0.05–0.3％ 维度 (±0.05–0.3毫米 / 100 毫米).
典型的表面饰面范围 RA0.5-1.5μm. 高前期工具成本 (通常每天$ 10,000- $ 200,000) 还清 循环时间尽可能快15-60秒 和铝的出色重复性, 锌, 和镁零件.
重力死亡 & 低压铸造
重力和低压铸造, 使用可重复使用的金属模具, 达到 CT2-T6 公差 (±0.1–0.5％) 和 RA1-4μm 完成.
因为它们在没有高注射速度的情况下运行, 这些方法降低了孔隙率和增强组件 - 尤其是在汽车轮和泵应用中.
专业技术
离心铸件
通过在200-2,000 rpm处旋转模具, 离心铸造力向外熔融金属, 产生密集的管墙和戒指. 径向公差落在 CT3 -CT8 (±0.1–0.5％).
表面饰面通常位于 RA3-8μm, 定向冷却增强了重型轴承和管道的机械性能.
石膏 & 陶瓷模具铸造
石膏和陶瓷模具 - 极度用于艺术, 珠宝, 和小批量航空航天零件 - CT6 – CT9 公差 (±0.2–0.8％) 和 RA2-5μm 完成.
虽然比沙子慢，更昂贵, 这些过程可容纳细节和特殊合金.
5. 通过铸造过程的容忍能力
在这个部分, 我们提供了每个过程典型的合并视图 ISO 8062 CT等级,
它的对应 线性公差 (尺寸和毫米的百分比 100 毫米), 和代表 表面饰面.
| 铸造过程 | ISO CT等级 | 线性公差 | 宽容 100 毫米 | 表面饰面 (RA) |
|---|---|---|---|---|
| 绿色铸造 | CT11 – CT14 | ±0.5–2.0 % 维度 | ±0.5–2.0 mm | 6–12 µm |
| 化学结合的沙子 | CT9 – CT12 | ±0.3–1.0 % | ±0.3–1.0 mm | 3–6 µm |
| 壳模 | CT8 – CT11 | ±0.2–0.8 % | ±0.2–0.8毫米 | 1–3 µm |
| 投资 (失去蜡) | CT5 – CT9 | ±0.1–0.5 % | ±0.1-0.5毫米 | 0.8–2.0 µm |
| 迷失的泡沫演员 | CT10 -CT13 | ±0.4–1.5 % | ±0.4–1.5 mm | 4–8 µm |
| 铸造 (热/冷) | CT1 -CT4 | ±0.05–0.3 % | ±0.05–0.3毫米 | 0.5–1.5 µm |
| 重力/低压死亡 | CT2-T6 | ±0.1–0.5 % | ±0.1-0.5毫米 | 1–4 µm |
| 离心铸件 | CT3 -CT8 (径向) | ±0.1–0.5 % (径向) | ±0.1-0.5毫米 | 3–8 µm |
| 石膏/陶瓷铸造 | CT6 – CT9 | ±0.2–0.8 % | ±0.2–0.8毫米 | 2–5 µm |
6. 影响铸造公差的因素
铸造公差不是过程的固定特性，这是由于材料行为之间的复杂相互作用而导致的, 工具设计, 过程参数, 和部分几何.
材料特性
金属或合金的类型直接影响收缩, 流动性, 和维稳定性.
- 热收缩率: 金属冷却时收缩. 例如:
-
- 灰铁: 〜1.0％
- 铝 合金: 〜1.3％
- 锌合金: 〜0.7％
- 钢: 〜2.0％ (随碳含量而变化)
除非通过工具设计补偿，否则收缩较高会导致更大的偏差.
- 流动性和凝固行为:
-
- 金属与 流动性更高 (例如。, 铝, 青铜) 更精确地填充模具.
- 快速固化 在薄层或低浮力金属中，可能会引起空隙和不均匀的收缩.
- 合金效应:
-
- 硅 在铸铁中提高流动性，但也会增加膨胀.
- 镍 和 铬 增强钢的尺寸稳定性.
霉菌和工具变量
模具系统通常是造成量度变化的最大贡献者.
- 模式准确性:
-
- CNC生产 图案比手工制作的耐受性要高得多.
- 随着时间的流逝，磨损精度 - 尤其是在大批量砂铸件中.
- 草稿角:
-
- 需要从模具中释放铸件, 典型的角度是:
-
-
- 1°–3° 对于外表面
- 5°–8° 用于内部空腔
-
-
- 过多的草稿增加了尺寸变化，必须考虑.
- 霉菌刚性和膨胀:
-
- 沙模 可压缩并在热量下膨胀, 影响公差.
- 金属死亡 (在铸造中) 尺寸更稳定, 支持更严格的公差.
- 导热率:
-
- 快速冷却 (例如。, 金属模具) 最小化失真.
- 缓慢冷却 (例如。, 陶瓷或石膏模具) 为物质收缩和变形提供更多时间.
过程参数
金属如何倒, 固化, 并冷却显着改变了最终维度.
- 浇注温度:
-
- 过热会增加霉菌侵蚀并夸大收缩.
- 不足的导致霉菌填充和冷关.
- 门控和翻新设计:
-
- 门控差会导致湍流和空气夹带, 导致孔隙和失真.
- 提升物不足会导致减少几何完整性的收缩腔.
- 冷却速率和固化控制:
-
- 诸如 发冷, 排气, 和 控制的冷却区 帮助优化维度准确性.
- 在较厚的部分中, 固化不均可能会导致 差分收缩 和 翘曲.
- 截面的厚度和复杂性:
-
- 薄部分凉爽更快, 导致较小的晶粒尺寸和更好的尺寸控制.
- 复杂的几何形状具有不同的壁厚厚度 热点 和 内部应力, 影响最终形状.
零件尺寸和几何形状
较大的零件会累积更多的热应力和机械应力, 导致失真增加:
- 一个 1000 MM钢铸件 可能会有所不同±3–5毫米, 而a 100 MM铝部分 可以通过投资铸造维持±0.1毫米.
- 由于冷却不平衡和金属流不平衡，不对称零件经常扭曲.
- 合并 均匀的壁厚, 肋骨, 和 圆形过渡 增强尺寸可预测性.
摘要表 - 关键因素 & 典型的影响
| 因素 | 典型对公差的影响 |
|---|---|
| 材料的热收缩 | +0.7% 到 +2.5% 偏离霉菌尺寸 |
| 模式准确性 (手动与CNC) | ±0.5 mm至±0.05 mm的方差 |
| 草稿角度要求 | 增加0.1-1毫米 / 100 毫米深度 |
| 倾倒温度偏差 (±50°C) | 高达±0.2 mm尺寸偏移 |
| 壁厚变化 | 可能导致±0.3–0.6 mm失真 |
| 霉菌扩展 (沙与金属) | ±0.1 mm至±1.0 mm，具体取决于霉菌类型 |
7. 图案和霉菌设计中的津贴
达到最终公差, 设计师以特定的津贴建造:
- 收缩津贴: 加入1.0–1.3毫米 100 MM用于铝, 1.0 毫米/100毫米铁.
- 草稿津贴: 1°–3°垂直面锥度.
- 加工津贴: 1–3毫米 (取决于过程和特征批判性).
- 失真 & 摇: 在薄壁上额外0.5–1.0毫米，以应对图案摇晃和失真.
经过 精心 应用这些值, 工程师确保超大的位置将临界尺寸临界到所需的公差窗口.
8. 耐受性控制的设计
有效的设计 最大程度地减少按顺序和成品尺寸之间的差距:
- 近网状: 旨在提供最终尺寸的±10％以内的功能, 减少加工 70%.
- GD&t重点: 仅在关键界面上应用紧密的控件; 在非关键表面上允许CT级公差.
- 几何指南: 使用宽敞的鱼片 (>1 mm半径), 均匀的壁厚 (≤10毫米变化), 并策略性地放置肋骨以限制失真.
这样的 故意功能设计 帮助铸件更靠近目标几何形状, 保持成本和质量.
9. 检查和质量保证
CMM, 激光扫描仪, 和CT系统可以快速, 高密度测量:
- 游标 & 千分尺: 快速“点检查”以进行第一越过验证.
- CMM/光学扫描: 与CAD模型的全场映射; 典型的不确定性: ±0.005毫米.
- CT扫描: 验证内部几何形状, 孔分布, 和壁厚均匀性.
质量计划应包括 第一篇文章检查 (fai), ppap 用于汽车, 或者 智力 采样 (例如。, 智力 1.0) 对于大批量运行.
根本原因分析 目标公差偏移 - 是否由于霉菌移动, 热失真, 或图案磨损.
10. 统计过程能力
量化铸造操作能够满足公差的能力:
- 计算 CP (过程潜力) 和 CPK (过程性能) 值; 目标 CP≥1.33 和 CPK≥1.0 为了耐受性控制.
- 使用 SPC 监视关键铸造参数的图表: 霉菌硬度, 浇注温度, 和维度趋势.
- 实施 母鹿 (实验的设计) 确定关键因素并优化门控, 模具压实, 和冷却率.
11. 结论
铸造公差代表 关键联系 设计意图, 过程能力, 和经济现实.
通过基于决定 ISO 8062 CT等级, 与 纳达 或者 SFSA 要求, 并合并适当的 模式津贴, 工程师和铸造厂可以提供满足性能和预算目标的零件.
而且, 严格的 检查, 统计控制, 和 新兴数字技术 - 从3D打印的沙模到实时模拟 - 紧紧估计公差并降低昂贵的下游加工.
最终, 正确的容忍策略可确保您的演员组件从模式商店平稳过渡到装配线, 准时, 预算, 并在规范中.
