Væsentlige krav til hellingevinkel for diecasting-design

TL;DR

En udkastvinkel i støbning er en svag skråning, der anvendes på overflader, som er parallelle med formens udtrækningsretning. Denne designfunktion, typisk mellem 0,5 og 2 grader, er afgørende for, at emnet kan fjernes nemt fra formen uden skade på komponenten eller værktøjet. Den nøjagtige krav til udkastvinkel afhænger af den anvendte legering, dybden af geometrien og overfladeteksturen, hvor abrasive materialer som aluminium generelt kræver en større vinkel end zink.

Den grundlæggende rolle for udkastvinkler i støbning

I den præcisionsdrevne verden af støbning påvirker hver enkelt designvalg producibilitet, kvalitet og omkostninger. Blandt de mest kritiske faktorer er udtagningsvinklen. En udtagningsvinkel er en skråning eller hældning, der bevidst indarbejdes i de lodrette vægge af et støbegods. Alle overflader, der er parallelle med den retning, som formen åbner i, skal have en udtagning for at muliggøre en jævn fjernelse af det stivnede emne fra formen. Uden dette ville emnet skrabe mod formvæggen under udkastningen, hvilket fører til betydelig friktion og potentiel skade.

Den primære funktion af en udtagningsvinkel er at lette en nem og ren udkastning af emnet. Når det smeltede metal køler af og stivner, trækker det sig sammen og griber fast om formens kerne og interne detaljer. En skrå overflade bryder denne vedhæftning rent, hvilket reducerer den kraft, der kræves for udkastningen. Ifølge North American Die Casting Association (NADCA) , er denne enkle funktion afgørende for at forhindre defekter og sikre en overflade med høj kvalitet. At presse en del med lodrette vægge (nul uddragning) ud af en form kan forårsage slebemærker, ridser og endda strukturel skade på støbningen. Det kan også føre til overdreven slid på den dyre die-castværktøj selv, hvilket resulterer i kostbare reparationer og produktionsstop.

Inkorporering af en passende uddragningsvinkel giver flere nøglefordele, som bidrager til en effektiv og pålidelig produktionsproces. Disse fordele inkluderer:

• Forbedret udskubning af dele: Den mest umiddelbare fordel er en reduktion af den kraft, der kræves for at skubbe delen ud, hvilket minimerer risikoen for, at delen sidder fast i formen.
• Forbedret overfladekvalitet: Ved at forhindre skrabning og sleb under fjernelse sikrer uddragningsvinkler, at støbte dele har en glat og defektfri overflade, hvilket reducerer behovet for efterfølgende bearbejdning.
• Forlænget værktøjslevetid: Reduceret friktion og udskubningskraft betyder mindre slitage på formens hulrum og kerneoverflader, hvilket markant forlænger værkstykets levetid.
• Øget produktionshastighed: Hurtigere og mere jævne udskubningscyklusser fører til kortere samlede produktionstider og højere output, hvilket forbedrer den samlede produktionseffektivitet.

Selvom det er nødvendigt, udgør udskubningsvinklen en lille afvigelse fra en perfekt geometrisk design med 90-graders vægge. Designere skal tage højde for denne indfaldsvinkel i deres dels endelige dimensioner og samlingstolerancer. Denne lille kompromis er dog langt overvejende opvejet af de betydelige fordele ved fremstillingsevne og delkvalitet.

Standardkrav til udskubningsvinkel: En datadrevet gennemgang

Der findes ikke en enkelt, universel udskillelsesvinkel for alle støbeapplikationer. Den optimale vinkel er en omhyggeligt beregnet værdi, baseret på flere kritiske faktorer, herunder den anvendte legering, overfladeteksturen og om det er en indvendig eller udvendig væg. Fordi støbningen trækker sig sammen omkring indvendige detaljer (kerne) men trækker sig væk fra udvendige detaljer (formvæg), kræver indvendige overflader typisk en større udskillelsesvinkel.

Forskellige legeringer har forskellige termiske og slidstærke egenskaber, som påvirker kravene til udskillelse. For eksempel er aluminium mere slidstærkt og har en højere krympehastighed end zinklegeringer, hvilket kræver en større udskillelsesvinkel for at sikre ren udkastning. På samme måde skaber en struktureret eller ru overflade mere friktion end en poleret overflade og kræver derfor en større udskillelsesvinkel for at undgå, at strukturen skrabes af under fjernelse. En detaljeret gennemgang af almindelige krav er afgørende for enhver konstruktør.

Følgende tabel sammenfatter anbefalinger fra forskellige branchekilder for at give en klar vejledning i angivelse af udklækningsvinkler i dine designs.

Disse værdier fungerer som et solidt udgangspunkt for de fleste konstruktioner. For dele med dybe hulrum eller komplekse geometrier kan disse vinkler skulle forøges. Overvej altid dit projekts specifikke krav, og konsulter din produktionssamarbejdspartner for at fastlægge den optimale formvinkel for hver enkelt funktion.

Avancerede designovervejelser og beregninger

Ud over standardretningslinjerne for materiale og overflade påvirker flere avancerede faktorer den endelige formvinkelspecifikation. Et afgørende aspekt er relationen mellem en funktions dybde og den nødvendige formvinkel. En almindelig tommelfingerregel inden for støbning og formsprøjtning er at tilføje ca. 1 grad formvinkel pr. tomme hulrumsdybde. For eksempel bør en lomme med en dybde på 3 tommer ideelt have en formvinkel på mindst 3 grader for at sikre, at bunden af funktionen nemt kan frigøres fra formen under udstødningen.

Placeringen af skilnelinjen—planet hvor de to halvdele af værktøjet mødes—spiller også en afgørende rolle. Funktioner, der krydser skilnelinjen, skal have en formning påført på begge sider, med en tærvning væk fra midten. Forkert justering af formningen i forhold til skilnelinjen kan låse emnet fast i formen, så udskjulning bliver umulig uden at beskadige værktøjet. Korrekt design kræver omhyggelig koordination mellem emnets geometri, strategi for skilnelinje og anvendelse af formning, en proces som ofte styres af principperne for produktionstilpasset design (DFM).

Anvendelse af disse principper i en praktisk designproces indebærer følgende trin:

1. Etabler skilnelinjen: Bestem det mest logiske plan til at opdele formen, baseret på emnets geometri, for at lette en ren udtrækningsretning.
2. Identificer overflader, der kræver formning: Analyser den 3D-model for at identificere alle overflader, der er parallelle eller næsten parallelle med retningen af formåbningen.
3. Anvend basisformning: Brug værdierne fra kravtabellen som udgangspunkt, og anvend større vinkler på indvendige funktioner og strukturerede overflader.
4. Juster efter funktionsdybde: Forøg formhældningsvinklen for dybe ribber, nipler eller lommer i henhold til reglen om 1 grad pr. tomme eller som fastsat af simulering.
5. Bekræft i CAD: Brug de formhældningsanalyseværktøjer, der findes i de fleste CAD-programmer, til at kontrollere visuelt, at alle nødvendige overflader har en tilstrækkelig og korrekt orienteret formhældningsvinkel. Dette trin hjælper med at opdage fejl, før designet sendes til værktøjsgøring.

For komplekse komponenter, især inden for højtydende sektorer, er det uvurderligt at samarbejde med en produktionsekspert. For eksempel specialister inden for præcisionsmetalformning, såsom Shaoyi (Ningbo) Metal Technology inden for automobil smedning, forstår den dybe sammenhæng mellem materialeegenskaber og værktøjsdesign. Selvom smedning er en anden proces, kræver de underliggende principper for materialestrømning og værktøjsinteraktion lignende ekspertise i designregler for at sikre komponentintegritet og producibilitet.

Ofte stillede spørgsmål

1. Hvordan beregner man en udklækningsvinkel i støbning?

Selvom der ikke findes én fast formel, anvendes som tommelfingerregel ofte 1 grad udklæbning for hver tomme huldybde. Beregningen starter med en basisvinkel, som bestemmes ud fra materiale og overfladeafgødning (f.eks. 1,5° for aluminium), og øges derefter baseret på geometriens dybde og kompleksitet. Til præcise beregninger bruger ingeniører CAD-software med indbyggede udklæbningsanalyseværktøjer til at simulere udskjul og verificere frihed.

2. Hvad er udklæbningsvinklen på et støbeforme?

Udhældningsvinklen på et støbeforme er den afskråning, der anvendes på dets lodrette overflader for at gøre det muligt at fjerne det fra formstoffet (som f.eks. sand eller en form) uden at forstyrre formhulen. I formstøbning anvendes denne afskråning direkte på formens indvendige overflader. Typiske udhældningsvinkler i formstøbning varierer fra 0,5° til 3°, mens sandstøbning generelt kræver vinkler mellem 1° og 3° på grund af den mindre stabile natur af sandformen.

3. Hvad er en standardudhældningsvinkel?

En standard- eller typisk udhældningsvinkel for formstøbning anses generelt for at være mellem 1,5 og 2 grader. Dette er dog kun en generel retningslinje. Den faktiske 'standard' for et specifikt anvendelsesområde afhænger stærkt af materialet (aluminium kræver mere end zink), dybden af emnet og overfladeafgørelsen. F.eks. kan en udhældningsvinkel på 0,5 grader være standard for en lav, poleret ydre væg på et zinkelement.

4. Hvordan angiver man en udhældningsvinkel?

I tekniske tegninger og CAD-modeller dimensioneres en formhældningsvinkel typisk i forhold til en lodret referencestreg eller overflade. Vinklen angives i grader, ofte med en note, der indikerer retningen af formhældningen i forhold til delingslinjen. For strukturerede overflader tilføjer designere ofte en ekstra note, der specificerer en yderligere formhældningsvinkel (f.eks. 1-2 grader) for at sikre, at mønsteret frigøres rent.