DFM practic pentru turnarea sub presiune: Strategii pentru cost și calitate

REZUMAT

Proiectarea pentru fabricabilitate (DFM) la turnarea sub presiune este o practică inginerească esențială pentru optimizarea proiectelor pieselor în vederea unei producții eficiente și economice. Obiectivul principal este reducerea complexității procesului de fabricație, ceea ce duce la scăderea costurilor și la îmbunătățirea calității produsului final. Aceasta implică respectarea unor principii fundamentale, cum ar fi aplicarea unghiurilor de demolare pentru eliminarea ușoară a piesei din matriță, menținerea unei grosimi uniforme a pereților pentru a preveni defecte precum porozitatea și utilizarea strategică a elementelor precum racordările și nervurile pentru a adăuga rezistență, reducând în același timp consumul de material.

Principii de bază ale DFM la turnarea sub presiune: Demontare, Grosimea peretelui și Razele

Fundamentul unui design eficient de turnare sub presiune pentru fabricabilitate se bazează pe câteva principii esențiale care influențează direct calitatea, costul și viteza producției. Stăpânirea acestor concepte este primul pas către crearea unei piese care nu este doar funcțională, ci și economică în producție. Ignorarea lor poate duce la o succesiune de probleme, de la dificultăți în ejectare și risipă de material până la defecte structurale critice. Aceste principii de bază — înclinarea (draft), grosimea pereților și utilizarea teșiturilor și razelor — abordează fizica curgerii metalului topit și a solidificării acestuia în interiorul matriței.

A unghi de extracție este o ușoară înclinare aplicată tuturor suprafețelor paralele cu direcția de deschidere a matriței. Această mică înclinare, de obicei între 1 și 3 grade, este esențială pentru a permite ejectarea piesei turnate din formă fără deteriorări. Pe măsură ce metalul topit se răcește și se contractă, acesta poate adera strâns de elementele interne ale matriței. Fără o înclinare adecvată, forțele de ejectare necesare ar putea deforma sau rupe piesa. Așa cum este detaliat în Ghidul de design Gabrian , pereții exteriori necesită o înclinare mai mică deoarece piesa se contractă de la aceștia, în timp ce pereții interiori și găurile necesită o înclinare mai mare deoarece metalul se strânge în jurul lor.

Menţinerea grosimea uniformă a pereților este probabil una dintre cele mai importante reguli DFM. Când secțiunile pereților variază semnificativ, metalul topit se răcește la viteze diferite. Secțiunile mai groase necesită mai mult timp pentru a se solidifica, ceea ce poate crea tensiuni interne, porozitate (bule de gaz) și urme de scufundare pe suprafață. În schimb, pereții prea subțiri pot provoca solidificarea prematură a metalului, împiedicând completarea umplerii matriței — un defect cunoscut sub numele de turnare incompletă. Majoritatea proiectelor au ca scop o grosime a peretelui între 1,5 mm și 4 mm. Dacă variațiile de grosime sunt inevitabile, trecerea trebuie să fie treptată și uniformă pentru a asigura un flux și o răcire constantă a metalului.

În final, evitarea colțurilor ascuțite este esențială. Acest lucru se realizează prin includerea fileurile și razele —joncțiuni curbate între suprafețe. Teșiturile se aplică colțurilor interioare, în timp ce razele sunt utilizate la colțurile exterioare. Colțurile ascuțite interioare creează puncte de concentrare a tensiunii care pot deveni puncte de cedare sub sarcină. De asemenea, ele perturbă curgerea uniformă a metalului topit, provocând turbulențe ce pot duce la porozitate. Adăugarea unor teșituri și raze generoase, chiar și de mici dimensiuni precum 0,5 mm, îmbunătățește curgerea metalului, consolidează piesa și facilitează obținerea unui produs final mai robust și fiabil.

Principalele recomandări privind proiectarea

• Unghiuri de înclinare: Aplicați o conicitate de cel puțin 1-2 grade pe toate suprafețele verticale pentru a asigura o extragere ușoară a piesei. Măriți unghiul pentru pereții interiori și elementele adânci.
• Grosime Perete: Încercați să mențineți uniformitatea în întreaga piesă. Dacă grosimea trebuie să varieze, utilizați tranziții treptate pentru a preveni defectele și a asigura o răcire uniformă.
• Teșituri & Raze: Înlocuiți toate colțurile ascuțite cu margini rotunjite. Utilizați teșituri la colțurile interioare și raze la colțurile exterioare pentru a reduce tensiunile și a îmbunătăți curgerea metalului.

Părți de Consolidare și Reducerea Greutății: Ribs, Bosses și Pockets

Un obiectiv central al DFM este producerea de piese care să îndeplinească cerințele de rezistență fără material inutil, care duce la creșterea costurilor și a timpilor de ciclu. Trei caracteristici principale ajută proiectanții să atingă acest echilibru: ribs, bosses și pockets. Atunci când sunt proiectate corect, aceste elemente îmbunătățesc integritatea structurală și funcționalitatea, optimizând în același timp piesa pentru procesul de turnare sub presiune. Ele permit realizarea unor designuri puternice, ușoare și eficiente din punct de vedere al fabricației.

Ribs sunt elemente subțiri, asemănătoare zidului, utilizate pentru a adăuga sprijin și rigiditate unei piese fără a crește grosimea totală a peretelui. Acest lucru este crucial pentru prevenirea deformării și îmbunătățirea raportului dintre rezistență și greutate. Prin incorporarea coastelor, un proiectant poate menține o secțiune subțire și uniformă a peretelui pe întreaga parte, consolidând în același timp zonele critice. Pentru obținerea unor rezultate optime, coastele trebuie proiectate astfel încât să fie o fracțiune a grosimii pereților principale, de obicei în jur de 60%, pentru a preveni apariția de urme de criză pe suprafața opusă. În plus, coastele pot acţiona ca canale pentru a ajuta metalul topit să curgă în zone îndepărtate sau complexe ale matriţei.

Bosses sunt protuberante cilindrice care servesc ca puncte de montare, locuri de blocare sau locuri pentru fixări. În loc să se foreze găuri într-o secțiune groasă a piesei după turnare, bossele pot fi integrate direct în proiectare, economisind timp și operațiuni secundare semnificative. Pentru a respecta principiul grosimii uniforme a pereţilor, bosses ar trebui să fie scoase din miez, ceea ce înseamnă că au o gaură prin centru. Acest lucru le împiedică să devină mase groase de material care s-ar răci încet și ar provoca defecte. De asemenea, acestea trebuie conectate la pereții principali cu fileu generos și coaste pentru a asigura rezistența și fluxul neted de metal.

Pentru a reduce în continuare utilizarea materialelor și greutatea pieselor, designerii pot adăuga strategic buzunare sau secţiuni goale. Acest proces, numit adesea "coring out", elimină materialul din zonele care nu sunt critice din punct de vedere structural. Creând aceste goluri, puteți menține o grosime a pereților constantă în întreaga componentă, chiar și în geometrii complexe. Acest lucru nu numai că economisește costurile de materiale, dar scurtează și timpul de răcire în mucegai, ceea ce duce la cicluri de producție mai rapide. Este necesară o analiză atentă pentru a se asigura că buzunarele nu compromit rezistența sau funcția generală a piesei.

Optimizarea modului de a elimina mucegaiul: linii de separare, subţirături şi stivule

O piesă turnată cu succes este produsul sinergiei dintre geometria pieselor și mecanica formei. Deciziile de proiectare luate fără a lua în considerare uneltele pot duce la forme scumpe, complexe și rate ridicate de defecte. Considerentele cheie în acest domeniu includ amplasarea liniei de separare, gestionarea subcuts și localizarea pinurilor ejectante. Un design atent în aceste domenii simplifică uneltele, reduce costurile şi asigură că partea poate fi îndepărtată în mod fiabil de la matriţă după turnare.

The linia de separație este cusatura unde se întâlnesc cele două jumătăți ale tăieturii. Localizarea sa este una dintre primele și cele mai critice decizii în proiectarea uneltelor, deoarece afectează aproape fiecare altă caracteristică. Se preferă întotdeauna o linie de separare simplă și plată, deoarece face ca uneltele să fie mai ușor de prelucrat și mai puțin costisitoare. O linie de separare complexă, neplană, poate crește semnificativ costurile de prelucrare a uneltelor și poate duce la probleme cu un flasho țesut subțire de metal în exces care se scurge la cusătură și trebuie eliminat într-o operațiune secundară. Proiectanții ar trebui să urmărească orientarea părții astfel încât să permită cea mai dreaptă linie de separare posibilă.

Subtăieri sunt caracteristici care împiedică o piesă să fie ejectată direct dintr-o formă simplă cu două părți. Acestea includ suprafețe adâncite sau elemente care ar bloca piesa în matriță. Deși uneori sunt necesare pentru funcționalitate, prezența subtăierilor trebuie evitată ori de câte ori este posibil, deoarece necesită nuclee laterale sau glisoane — componente mobile în interiorul matriței care formează zona de subtăiere și apoi se retrag înainte de ejectare. Aceste mecanisme adaugă un cost semnificativ, creșterea complexității și puncte potențiale de defectare la sculă. Dacă o subtăiere este inevitabilă, este esențial să colaborați cu un partener de fabricație pentru a găsi cea mai eficientă soluție de sculare. Companiile care dispun de capacități interne de proiectare a matrițelor pot oferi expertiză valoroasă în optimizarea sculării complexe pentru ușurința la fabricație.

În cele din urmă, pene de evacuare sunt tije din oțel care împing piesa solidificată în afara cavității matriței. Aceste pini sunt esențiali pentru extragerea piesei, dar lasă inevitabil mici urme circulare pe suprafața acesteia. Rolul proiectantului este să identifice suprafețele necritice sau necosmetice unde aceste urme vor fi acceptabile. Plasarea urmelor de pin ejector pe suprafețe plane și robuste este ideală, deoarece asigură o distribuție uniformă a forței în timpul ejectării și minimizează riscul de deformare a piesei. Comunicarea acestor locații acceptabile către constructorul matriței din faza incipientă previne problemele cosmetice ale produsului final.

Verificare pentru un design cu ejectare ușoară

• Simplificați linia de separație cât mai mult posibil, astfel încât să fie cât mai plană și dreaptă.
• Eliminați subcurenții ori de câte ori este posibil, pentru a evita necesitatea utilizării carotelor laterale costisitoare și a glisorilor.
• Incorporați unghiuri generoase de degroșare pe toate suprafețele paralele cu mișcarea matriței.
• Identificați suprafețele necosmetice unde sunt permise urmele de pin ejector.
• Asigurați-vă că penele de evacuare sunt poziționate pe suprafețe plane și stabile pentru a preveni deformarea în timpul ejectării.

Întrebări frecvente despre DFM turnare sub presiune

1. Ce este inclus în proiectarea pentru fabricație (DFM)?

Proiectarea pentru Fabricație (DFM) în cazul turnării sub presiune implică un set de principii menite să simplifice și să optimizeze proiectarea unui reper pentru o producție ușoară. Elementele cheie includ aplicarea unghiurilor de demolare pentru ejectare, asigurarea unei grosimi uniforme a pereților pentru a preveni defectele, utilizarea racordărilor și razelor pentru evitarea colțurilor ascuțite și proiectarea unor elemente precum nervuri și boss-uri pentru a crește rezistența reducând în același timp materialul. De asemenea, include considerente legate de scule, cum ar fi simplificarea liniei de separație și evitarea detalonărilor.

2. Cum abordați proiectarea pentru posibilitatea de fabricație?

Abordarea începe devreme în faza de proiectare, luând în considerare întregul proces de fabricație. Aceasta implică colaborarea cu ingineri de producție pentru identificarea eventualelor provocări în fabricare. Pașii principali includ simplificarea proiectului, minimizarea numărului de piese, standardizarea componentelor acolo unde este posibil și respectarea regulilor specifice procesului, cum ar fi cele pentru turnarea sub presiune (conicitate, grosimea pereților etc.). Scopul este rezolvarea proactivă a problemelor de fabricație în faza de proiectare, unde modificările sunt ieftine, și nu pe linia de producție, unde acestea sunt costisitoare.

3. Ce caracterizează proiectarea pentru fabricabilitate?

Proiectarea pentru fabricabilitate se caracterizează prin accentul pus pe eficiență, reducerea costurilor și îmbunătățirea calității prin alegeri inteligente de proiectare. Un design optimizat pentru fabricabilitate este de obicei mai simplu, utilizează mai puțin material, necesită mai puține operațiuni secundare și are o rată mai mică a defectelor. Aceasta reflectă o înțelegere profundă a capacităților și limitărilor procesului de fabricație ales, rezultând un produs care nu este doar funcțional, ci și economic și fiabil de produs în serie.