KRATKO

Projektiranje za obradu kod dijelova izrađenih pod pritiskom je ključna inženjerska disciplina koja primjenjuje načela projektiranja za proizvodivost (DFM) kako bi se optimizirao sastavni dio za početni postupak lijevanja i za sve potrebne naknadne obrade. Uspjeh ovisi o ravnoteži značajki koje osiguravaju glatko strujanje metala i lako izbacivanje dijela — poput kuta izvlačenja, jednolike debljine stijenke i dovoljno velikih zaobljenja — te o prilagodbama za naknadnu obradu, kao što je dodavanje dovoljne rezervne količine materijala za točne tolerancije. Ovaj integrirani pristup nužan je za smanjenje troškova, minimalizaciju grešaka i stvaranje visokokvalitetnog, ekonomičnog gotovog proizvoda.

Osnove projektiranja za proizvodivost (DFM) za dijelove izrađene pod pritiskom

U osnovi izrade uspješnih dijelova izrađenih pod pritiskom nalazi se metodologija projektiranja za proizvodivost (DFM). Kao što je objašnjeno u vodici za početnike od Dynacasta , DFM je praksa projektiranja dijelova tako da se proizvode na najučinkovitiji i najisplativiji mogući način. Glavni ciljevi su smanjenje volumena materijala, minimizacija težine i, iznad svega, ograničenje potrebe za sekundarnim operacijama poput obrade rezanjem, koje mogu činiti značajan dio ukupne cijene dijela. Rješavanjem potencijalnih problema u proizvodnji već u ranoj fazi dizajniranja, inženjeri mogu spriječiti skupe popravke kasnije.

Ključna strateška odluka u DFM-u je odabir između obrade i lijevanja, posebno kada se uzme u obzir cijeli životni ciklus proizvoda, od prototipa do serijske proizvodnje. Obrada je prvak u izradi prototipova jer nudi brzinu i fleksibilnost. CAD datoteka može postati fizički dio za nekoliko dana, omogućujući brzu iteraciju bez značajnih početnih ulaganja u alate. Međutim, obrada je skupa po komadu. Nasuprot tome, lijevanje je snaga u proizvodnji. Iako zahtijeva značajna početna ulaganja u alate — često s vremenom isporuke od 20-25 tjedana — trošak po jedinici drastično pada kod velikih serija, kako je istaknuto u strategijskoj analizi tvrtke Modus Advanced .

Ovaj ekonomski kompromis često vodi do "Dva dizajna pristupa". Prototipni dizajn optimiziran je za CNC obradu, što omogućuje oštre kutove i varijabilne debljine zidova koji olakšavaju brzo testiranje. Zatim se kreira odvojeni proizvodni dizajn s karakteristikama pogodnim za ljevanje, poput nagiba za izvlačenje i jednolikih zidova. Razumijevanje ove razlike ključno je za učinkovito upravljanje rokovima i proračunima.

Donja tablica prikazuje tipične troškove po dijelu između obrade i ljevanja pri različitim obujmima proizvodnje, pokazujući jasnu ekonomsku prednost ljevanja u većem mjerilu.

Osnovna načela dizajna kalupa za tlakno lijevanje s obzirom na obradivost

Uspješan odljevak koji je pripremljen i za daljnju obradu oslanja se na skup temeljnih načela dizajna. Ova pravila upravljaju načinom kako rastaljeni metal ulazi u kalup, hladiti se i izbacivati, uz predviđanje svih potrebnih završnih dorada. Savladavanje ovih koncepata ključno je za učinkovito proizvođenje izdržljivih komponenata visoke kvalitete.

Ravnine razdvajanja i kutovi izvlačenja

The linija razdvajanja je mjesto na kojem se spoje dvije polovice kalupa. Smještaj ove ravnine jedna je od prvih i najvažnijih odluka, jer utječe na pojavu žbice (viška materijala koji se mora odrezati) te na složenost alata. Prema preporučenoj praksi, ravnine razdvajanja trebaju se postavljati na bridove koje je lako pristupiti rezanjem. Ključna povezana karakteristika je kut izvlačenja , što predstavlja blagi nagib na svim površinama paralelnim s kretanjem kalupa. Ovaj nagib, obično 1-2 stupnja za aluminij, ključan je kako bi se dio mogao izbaciti bez oštećenja ili prekomjernog trošenja alata, što je istaknuto u vodici za početnike od Dynacasta . Unutarnji zidovi zahtijevaju veći nagib od vanjskih zidova jer se metal skuplja na njima tijekom hlađenja.

Jednokratna debljina zida

Održavanje konstantne debljine stjenke cijelog dijela vjerojatno je najvažnije pravilo u dizajnu kalupljenja. Nejednolike stjenke uzrokuju neujednačeno hlađenje, što dovodi do grešaka poput poroznosti, uskupljanja i izobličenja. Debele sekcije dulje vremenski otvrdnjavaju, povećavajući vrijeme ciklusa i stvarajući unutarnje napetosti. Ako varijacije debljine nisu izbježive, trebaju se izvesti postepenim prijelazima. Kako bi se očuvala jednolikost kod elemenata poput rebrića, dizajneri ih trebaju izdubiti i dodati rebra za čvrstoću umjesto da ih ostave kao čvrsta blokova materijala.

Zaobljenja, polumjeri i rebra

Oštri kutovi štetno djeluju kako na proces lijevanja, tako i na čvrstoću gotovog dijela. Zaobljenja (zaobljeni unutarnji kutovi) i radijusi (zaobljeni vanjski kutovi) ključni su za osiguravanje glatkog toka rastopljenog metala te smanjenje koncentracije naprezanja u kalupu i lijevanom dijelu. Dovoljno veliki polumjeri sprječavaju turbulentno strujanje tijekom ulijevanja i eliminiraju potrebu za naknadnim brusenjem. Rebra rebra su strukturna ojačanja koja povećavaju čvrstoću tankih stijenki bez značajnog povećanja volumena materijala ili težine. Ona također djeluju kao kanali koji pomažu u protoku metala u udaljene dijelove kalupa. Za optimalnu raspodjelu naprezanja, preporučuje se korištenje neparnog broja rebrića.

Sljedeća tablica sažima najbolje prakse za ove ključne dizajnerske značajke.

Strategijska razmatranja za operacije nakon obrade

Iako je cilj DFM-a stvoriti gotov oblik dijela izravno iz kalupa, često je potrebna naknadna mehanička obrada kako bi se postigle karakteristike koje lijevanje ne može proizvesti, poput navojnih rupa, iznimno ravne površine ili tolerancija užih od onih koje lijevanje može postići. Uspješan dizajn unaprijed predviđa ove sekundarne operacije. Ključ je tretirati lijevanje i obradu kao komplementarne procese, a ne izolirane korake.

Jedno od najvažnijih razmatranja je dodavanje dovoljne količine materijala za mehaničku obradu . To znači projektiranje ljevaonog dijela s dodatnim materijalom u područjima koja će se kasnije obrađivati. Međutim, postoji delikatan balans. Uklanjanje prevelike količine materijala može otkriti podpovršinsku poroznost, koja je svojstvena mnogim dijelovima izrađenim pod tlakom. Uobičajena praksa, kako je navedeno u vodiču od strane General Die Casters , je ostaviti upravo dovoljno rezervnog materijala kako bi se očistila površina i postigla konačna dimenzija, bez prekomjernog rezanja u srž dijela. Ovaj rezervni materijal obično iznosi između 0,38 mm i 0,76 mm. Kako bi se izbjegla zabuna, neki konstruktori dostavljaju dva odvojena crteža: jedan za 'ljevaoni' dio i drugi za 'konačno obradi' dio nakon mehanizacije.

U slučaju da je proizvod fizički dostupan, mora se osigurati da je njegov sastavni dio fizički dostupan. To uključuje pružanje stabilnih, ravnih površina za sigurno začepljenje dijela u CNC stroju. Osim toga, dizajneri moraju strateški postaviti elemente poput izbacivača daleko od površina koje će se obrađivati kako bi se izbjegle kozmetičke mrlje ili smetnje s reznim alatom. Svaka konstrukcija koja se odabere treba procijeniti kako utječe na alat za odlijevanje, tako i na naknadne uređaje za obradu.

Za pomoć u prekidanju jaznica između ova dva procesa, slijedite ovu listu provjera za dizajn za livenje na livenju spreman za obradu:

• Rano prepoznati mehanizirane karakteristike: U skladu s člankom 3. stavkom 2. točkom (a) ovog članka, za proizvodnju proizvoda koji se upotrebljavaju u proizvodnji proizvoda za proizvodnju proizvoda za proizvodnju proizvoda za proizvodnju proizvoda za proizvodnju proizvoda za proizvodnju proizvoda za proizvodnju proizvoda za proizvodnju proizvoda za proizvodnju proizvoda za proizvodnju proizvoda za proizvodnju proizvoda za proizvodnju proizvoda za proizvodnju
• U skladu s člankom 3. stavkom 2. U slučaju da se ne primjenjuje primjena ovog standarda, za svaki proizvod treba se upotrijebiti dodatni materijal (npr. 0,5 mm do 1 mm) na površinama koje se obrađuju, ali se treba izbjegavati prekomjerna zaliha koja bi mogla otkriti poroznost.
• Dizajn za pribor: U slučaju da je proizvodna jedinica u stanju da se koristi za proizvodnju, mora se osigurati da je proizvodna jedinica u stanju da se koristi za proizvodnju.
• Optimizirajte položaje izbacivača: Postavite izbacivače na nekritične, nemahinirane površine poput rebri ili ispupčenja kako biste spriječili oznake na gotovim površinama.
• Uzmite u obzir pristupačnost alata: Obavezno osigurajte da se do područja koja zahtijevaju obradu može pristupiti standardnim rezanim alatima bez složenih postavki.
• Održavajte dosljedne referentne točke: Koristite iste referentne točke za crteže ljevanaca i za crteže obrade kako biste osigurali dimenzijsku točnost.

Odabir materijala: utjecaj na ljevanje i obradivost

Izbor legure ključna je odluka koja duboko utječe kako na dizajn ljevanja tako i na kasniju obradivost. Različiti metali imaju različita svojstva u pogledu tečnosti, skupljanja, čvrstoće i tvrdoće, što određuje sve – od minimalne debljine stjenke do potrebnih kutova izvlačenja. Najčešće korištene legure u preciznom lijevanju su aluminij, cink i magnezij, pri čemu svaka nudi jedinstven skup kompromisa.

Aluminijske legure, poput A380, popularne su zbog izvrsnog omjera čvrstoće, lagane težine i toplinske vodljivosti. One su prvi izbor za mnoge automobilske i industrijske primjene. Cinkove legure, poput Zamak 3, nude izvrsnu tečnost, što im omogućuje da ispune iznimno tanke zidove i stvaraju složene, komplicirane geometrije s odličnim kvalitetom površine. Cink također uzrokuje manje habanje kalupa, što dovodi do duljeg vijeka trajanja alata. Magnezij je najlakši od uobičajenih konstrukcijskih metala, što ga čini idealnim za primjene u kojima je smanjenje težine od ključne važnosti, iako može biti zahtjevniji u obradi.

Izbor materijala izravno utječe na pravila dizajna. Na primjer, prema industrijskim smjernicama, cink se može lijevati s nagibnim kutovima niskim kao 0,5 stupnjeva i tankim stjenkama, dok aluminij obično zahtijeva 1-2 stupnja nagiba i nešto deblje presjeke. Kada se razmatraju materijali za primjenu s visokim opterećenjem, osobito u automobilskoj industriji, vrijedi napomenuti da drugi postupci proizvodnje, poput kovanja, mogu biti prikladniji. Na primjer, tvrtke specijalizirane za precizijski izrađene dijelove automobila izradom kovanja nude komponente s izuzetnom čvrstoćom i trajnošću za kritične primjene.

Donja tablica uspoređuje uobičajene slitine za istiskivanje kako bi pomogla u odabiru procesa.

Usklađivanje ljevanja i obrade za uspjeh

Na kraju, izvrsnost u projektiranju za obradu kod dijelova izrađenih pod tlakom leži u cjelovitom pristupu. Potrebno je napustiti omeđeni način razmišljanja u kojem se ljevanje i obrada tretiraju kao odvojeni problemi. Umjesto toga, projektanti ih moraju shvatiti kao dvije integrirane faze jedne proizvodne strategije. Najisplativiji i najefikasniji komponenti nastaju iz dizajna koji s lakoćom uzima u obzir potrebe oba procesa.

To znači prihvaćanje osnovnih načela DFM-a: težnju ka jednolikoj debljini zidova, uključivanje dovoljnih nagiba i zaobljenja te smanjenje složenosti ondje gdje je god moguće. U isto vrijeme, to podrazumijeva strategijsko planiranje potrebnih sekundarnih operacija dodavanjem rezervi za obradu, projektovanje za sigurno stezanje te održavanje dosljednosti kritičnih referentnih površina. Donoseći obrazložene odluke o izboru materijala i razumijevanje ekonomskih kompromisa između male serije obrade i velike serije ljevanja, inženjeri mogu samopouzdano i efikasno proći put od prototipa do serijske proizvodnje.

Često postavljana pitanja

1. Koja je najčešća greška u konstrukciji alata za tlačno ljevanje?

Najčešća greška je neujednačena debljina zidova. Nagle promjene sa tankih na debele dijelove uzrokuju neravnomjerno hlađenje, što dovodi do niza problema uključujući poroznost, udubljenja i unutrašnje napetosti koje mogu ugroziti strukturnu čvrstoću dijela.

2. Koliko materijala treba ostaviti za naknadnu mehanizaciju?

Opće pravilo je ostaviti dodatni materijal debljine između 0,015 i 0,030 inča (ili 0,4 mm do 0,8 mm), koji se često naziva rezervom za obradu. To je obično dovoljno da alat za rezanje stvori čistu, preciznu površinu, bez previše dubokog rezanja koje bi moglo otkriti potencijalne pore u području ljeva.

3. Zašto oštri unutarnji kutovi nisu pogodni za kalupljenje?

Oštri unutarnji kutovi uzrokuju nekoliko problema. Oni ometaju tok rastopljenog metala, što uzrokuje vrtlog i potencijalne nedostatke. Također djeluju kao koncentratori naprezanja i u gotovom dijelu i u samom čeličnom kalupu, što može dovesti do pucanja i preranog habanja alata. Korištenje zaobljenja za zaokruživanje ovih kutova ključno je za kvalitetu i dugotrajnost alata.