Практически DFM при прецизно леене: Стратегии за разходи и качество

Накратко

Проектирането за производимост (DFM) при леене под налягане е критична инженерна практика за оптимизиране на конструкцията на части за ефективно и икономично производство. Основната цел е да се минимизира производствената сложност, което от своя страна намалява разходите и подобрява качеството на крайния продукт. Това включва спазването на основни принципи като прилагане на ъгли на извличане за лесно изхвърляне на детайла от формата, запазване на еднородна дебелина на стените, за да се предотвратят дефекти като порьозност, и стратегическо използване на елементи като заобления и ребра за увеличаване на якостта при минимизиране на употребата на материал.

Основни принципи на DFM при леене под налягане: Ъгъл на извличане, дебелина на стената и радиуси

Основата на ефективното проектиране на прецизни отливки с оглед възможностите за производство почива на няколко основни принципа, които пряко влияят върху качеството, разходите и скоростта на производството. Овладяването на тези концепции е първата стъпка към създаването на детайл, който не само че е функционален, но и икономически изгоден за производство. Игнорирането им може да доведе до поредица от проблеми – от затруднено изваждане и загуба на материал до сериозни структурни повреди. Тези основни принципи – наклон, дебелина на стената и използването на заобления и радиуси, отчитат физиката на течението и затвърдяването на разтопения метал в матрицата.

A ъгъл на извличане е леко разширяване, приложено към всички повърхнини, успоредни на посоката, в която се отваря матрицата. Това малко накланяне, обикновено между 1 и 3 градуса, е от решаващо значение за чистото и безповредно изваждане на отливката от формата. Докато разтопеният метал се охлажда и свива, той може силно да се залепи за вътрешните елементи на матрицата. При липса на наклон извадните сили могат да деформират или счупят детайла. Както е описано в Ръководството за дизайн на Gabrian , външните стени изискват по-малък наклон, тъй като детайлът се свива от тях, докато вътрешните стени и отворите се нуждаят от по-голям наклон, защото метала се стяга около тях.

Поддържане на униформална дебелина на стената е може би едно от най-важните правила за проектиране с оглед производството. Когато стените имат значително различна дебелина, разтопеният метал се охлажда с различна скорост. По-дебелите участъци се затвърдяват по-бавно, което може да доведе до вътрешни напрежения, порьозност (въздушни мехурчета) и вдлъбнатини на повърхността. От друга страна, прекалено тънки стени могат да причинят метала да се затвърди преждевременно, което попречва на пълно запълване на формата – дефект, известен като непълно запълване. Повечето проекти целят дебелина на стените между 1,5 мм и 4 мм. Ако вариациите в дебелината са неизбежни, преходът трябва да е постепен и гладък, за да се осигури последователно течение и охлаждане на метала.

Накрая, избягването на остри ъгли е от решаващо значение. Това се постига чрез въвеждане на закръгления и радиуси —закривени връзки между повърхнини. Фасоните се прилагат във вътрешни ъгли, докато радиусите се използват при външните ъгли. Остри вътрешни ъгли създават точки на концентрация на напрежение, които могат да станат места на разрушаване под натоварване. Те също така нарушават плавния поток на разтопения метал, причинявайки турбуленция, която може да доведе до порестост. Добавянето на достатъчно големи фасони и радиуси, дори и само 0,5 мм, подобрява течението на метала, усилва детайла и осигурява по-здрав и надежден крайния продукт.

Ключови препоръчителни практики за проектиране

• Ъгли на наклона: Приложете конусност поне 1–2 градуса на всички вертикални повърхнини, за да се осигури лесно изхвърляне на детайла. Увеличете ъгъла за вътрешни стени и дълбоки елементи.
• Стена на тръбата: Стремете се към еднородност в целия детайл. Ако дебелината трябва да се промени, използвайте постепенни преходи, за да се предотвратят дефекти и да се осигури равномерно охлаждане.
• Фасони и радиуси: Заменете всички остри ъгли с заоблени ръбове. Използвайте фасони при вътрешните ъгли и радиуси при външните ъгли, за да се намали напрежението и да се подобри течението на метала.

Усилване на части и намаляване на теглото: ребра, усилени участъци и джобове

Основна цел на DFM е производството на части, отговарящи на изискванията за якост, без излишни материали, които увеличават разходите и циклите. Три ключови елемента помагат на проектантите да постигнат този баланс: ребра, усилени участъци и джобове. При правилно проектиране тези елементи подобряват структурната цялост и функционалността, като едновременно оптимизират детайла за процеса на прецизно леене под налягане. Те позволяват здрави, леки конструкции, които са ефективни за производство.

Ребра са тънки, стени подобни елементи, използвани за добавяне на подкрепа и огъваемост на дадена част, без да се увеличава общата дебелина на стената. Това е от решаващо значение за предотвратяване на деформации и подобряване на съотношението между якостта и теглото. Чрез въвеждане на ребра, конструкторът може да запази тънка, равномерна секция на стената по цялата част, като усилва критични области. За оптимални резултати, ребрата трябва да бъдат проектирани да имат дебелина, която е част от основната дебелина на стената, обикновено около 60%, за да се предотвратят следи от потъване по противоположната повърхност. Освен това, ребрата могат да действат като канали, които помагат на разтопения метал да проникне в отдалечени или сложни области на матрицата.

Конзоли са цилиндрични изпъкналости, които служат като точки за монтиране, разстоятелни елементи или места за здрави връзки. Вместо да се пробиват отвори в дебела част на детайла след отливането, изпъкналостите могат да бъдат интегрирани директно в конструкцията, което спестява значително време и вторични операции. За да се спазва принципът за еднородна дебелина на стените, изпъкналостите трябва да бъдат изпразнени в центъра, т.е. да имат отвор по средата. Това предотвратява образуването им като дебели маси от материал, които биха се охлаждали бавно и биха причинили дефекти. Те също така трябва да бъдат свързани с основните стени чрез достатъчно големи заоблени преходи и ребра, за да се осигури якост и гладко течение на метала.

За да се намали още повече употребата на материал и теглото на детайла, проектирането може стратегически да добави джобове или кухи профили. Този процес, често наричан „изваждане на ядро“, премахва материал от области, които не са структурно критични. Чрез създаването на тези празнини може да се поддържа постоянна дебелина на стените по цялата част, дори при сложни геометрии. Това не само спестява разходи за материал, но и съкращава времето за охлаждане в формата, което води до по-бързи производствени цикли. Необходим е внимателен анализ, за да се гарантира, че джобовете няма да компрометират общата якост или функционалност на детайла.

Оптимизация за форма и изхвърляне: линии на разделяне, подрязвания и буталца

Успешната отливка чрез прецизно леене е резултат от съвместното взаимодействие между геометрията на детайла и механиката на формата. Проектантски решения, взети без да се има предвид инструменталното оснащение, могат да доведат до скъпи и сложни форми и висок процент дефекти. Основни аспекти в тази област включват поставянето на равнината на разделяне, управлението на подрязките и разположението на избутващите бутони. Продумано проектиране в тези области опростява формата, намалява разходите и гарантира надеждно изваждане на детайла от матрицата след леенето.

The линия на разделяне е шевът, където двете половини на матрицата се срещат. Неговото местоположение е едно от първите и най-важни решения при проектирането на инструмента, тъй като влияе почти върху всеки друг елемент. Винаги се предпочита проста, равна линия на разделяне, тъй като това улеснява обработката и намалява разходите за изработка на инструмента. Сложна, неплоска линия на разделяне може значително да увеличи разходите за инструменти и може да доведе до проблеми с флаша — тънка мрежа от излишечен метал, който изтича по шева и трябва да бъде премахнат при вторична операция. Конструкторите трябва да се стремят да ориентират детайла по начин, който позволява възможно най-правата линия на разделяне.

Подрезки са характеристики, които попречват на дадена част да бъде изхвърлена директно от проста двуелементна форма. Те включват вдлъбнати повърхности или елементи, които биха заклещили детайла в матрицата. Въпреки че понякога са необходими за функционалността, издатините трябва да се избягват възможно най-често, тъй като изискват странични керни или плъзгачи — подвижни компоненти в матрицата, които оформят издатината и след това се прибират преди изхвърлянето. Тези механизми добавят значителна цена, сложност и потенциални точки на повреда към инструмента. Ако една издатина е неизбежна, от решаващо значение е да се работи с производствен партньор, за да се намери най-ефективното решение за инструменти. Компаниите с вътрешни възможности за проектиране на матрици могат да предложат ценен опит при оптимизирането на сложни инструменти за осъществимост на производството.

И накрая, избутващи щифтове са стоманени пръти, които избутват затвърдялото отливно изделие от формовата кухина. Тези щифтове са задължителни за изваждането на детайлите, но неизбежно оставят малки кръгли следи върху повърхността им. Задачата на проектанта е да определи нетърговски или некозметични повърхности, където тези следи ще бъдат допустими. Поставянето на следи от изхвърлящи щифтове върху равни и здрави повърхности е идеално, тъй като осигурява равномерно разпределение на силата по време на изхвърляне и минимизира риска от деформация на детайла. Предаването на тези приемливи места на производителя на форми в ранен етап предотвратява козметични проблеми при крайния продукт.

Контролен списък за проектиране с лесно изхвърляне

• Опростете разделителната линия, така че да бъде възможно най-равна и права.
• Премахнете подрязаните участъци, когато е възможно, за да се избегне необходимостта от скъпи странични ядра и плъзгачи.
• Включете достатъчни ъгли на наклон (дръпване) на всички повърхности, успоредни на движението на матрицата.
• Определете некозметични повърхности, където следите от изхвърлящи щифтове са допустими.
• Осигурете избутващите пинове да бъдат разположени на равни, стабилни повърхности, за да се предотврати деформация по време на избутване.

Често задавани въпроси за DFM при прецово леене

1. Какво включва проектирането за производство (DFM)?

Проектирането за производство (DFM) при прецово леене включва набор от принципи, насочени към опростяване и оптимизиране на конструкцията на детайла за по-лесно производство. Основните елементи са прилагането на ъгли за изстругване за целите на избутване, осигуряване на еднородна дебелина на стените за предотвратяване на дефекти, използване на заобления и радиуси, за да се избегнат остри ъгли, както и проектиране на елементи като ребра и издатини за увеличаване на якостта при намалено количество материал. Включва също и аспекти, свързани с инструментите, като опростяване на линията на разделяне и избягване на подрязвания.

2. Как подхождате към проектирането за производимост?

Подходът започва още в началния етап на проектиране, като се взема предвид целият производствен процес. Той включва съвместна работа с инженери по производство за идентифициране на потенциални производствени предизвикателства. Основните стъпки включват опростяване на конструкцията, намаляване на броя части, стандартизиране на компонентите, когато е възможно, и спазване на правила, специфични за даден процес, като например за преципитация (наклон, дебелина на стената и др.). Целта е превантивно да се решават производствени проблеми още на чертожната дъска, където промените са евтини, вместо на производствената площадка, където те са скъпи.

3. Какво характеризира проектирането за производимост?

Конструирането с оглед производството се характеризира с фокус върху ефективността, намаляване на разходите и подобряване на качеството чрез рационални конструкторски решения. Конструкцията, оптимизирана за производството, обикновено е по-проста, използва по-малко материал, изисква по-малко вторични операции и има по-нисък процент дефекти. Тя отразява дълбоко разбиране на възможностите и ограниченията на избрания производствен процес, като резултатът е продукт, който не само е функционален, но и икономичен и надежден за производство в големи серии.