Praktický DFM pri tlakovom liatí: Stratégie pre náklady a kvalitu

ZKRATKA

Návrh pre výrobnú schopnosť (DFM) pri lisovaní do foriem je kľúčovou inžinierskou praxou na optimalizáciu konštrukcie súčiastok pre efektívnu a nákladovo výhodnú výrobu. Hlavným cieľom je minimalizovať výrobnú zložitosť, čím sa znížia náklady a zlepší sa kvalita konečného produktu. To zahŕňa dodržiavanie základných princípov, ako je použitie vyberacích sklonov na jednoduché vysunutie súčiastky z formy, zachovanie rovnomernej hrúbky stien za účelom predchádzania chybám ako je pórovitosť, a strategické využitie prvkov ako zaoblenia a žebra na zvýšenie pevnosti pri minimalizácii spotreby materiálu.

Základné princípy DFM pri lisovaní do foriem: Vyberacie sklony, hrúbka stien a polomery

Základom efektívneho návrhu tlakového liatia z hľadiska výrobnej príhodnosti sú niekoľko základných princípov, ktoré priamo ovplyvňujú kvalitu, náklady a rýchlosť výroby. Ovládnutie týchto konceptov je prvým krokom k vytvoreniu súčiastky, ktorá nie je len funkčná, ale aj ekonomicky výhodná na výrobu. Ich ignorovanie môže viesť k reťazci problémov, od ťažkostí s vysúvaním a plytvania materiálom až po kritické štrukturálne poruchy. Tieto základné princípy – sklon (draft), hrúbka steny a použitie zaoblení a polomerov – berú do úvahy fyziku toku a tuhnutia roztaveného kovu vo forme.

A vyberací uhol je malé skosenie aplikované na všetky povrchy rovnobežné so smerom otvárania formy. Tento malý sklon, zvyčajne medzi 1 až 3 stupňami, je nevyhnutný pre čistené vysunutie odlievanej súčiastky z formy bez poškodenia. Keď roztavený kov chladne a smršťuje sa, môže pevne držať vnútorné prvky formy. Bez sklonu by sily potrebné na vysunutie mohli súčiastku deformovať alebo poškodiť. Ako je podrobne opísané v Gabrianov sprievodca dizajnom , vonkajšie steny vyžadujú menší sklon, pretože sa diel od nich zmršťuje, zatiaľ čo vnútorné steny a otvory potrebujú väčší sklon, pretože kov sa okolo nich zužuje.

Udržiavanie rovnomerná hrúbka steny je pravdepodobne jedným z najdôležitejších pravidiel DFM. Keď sa hrúbky stien výrazne líšia, roztavený kov chladne rôznymi rýchlosťami. Hrubšie časti potrebujú na zotvrdnutie dlhšie, čo môže spôsobiť vnútorné napätie, pórovitosť (bubliny plynu) a dierky na povrchu. Naopak, príliš tenké steny môžu spôsobiť predčasné tuhnutie kovu, čím sa zabráni úplnému naplneniu formy – tento nedostatok sa nazýva neplná plomba. Väčšina návrhov má za cieľ hrúbku steny medzi 1,5 mm a 4 mm. Ak sa rozdiely v hrúbke nedajú vyhnúť, prechod by mal byť postupný a hladký, aby sa zabezpečil rovnomerný tok a chladenie kovu.

Nakoniec je kritické vyhnúť sa ostrým rohom. Toto sa dosahuje zavedením zaoblenia a polomery —krivkové prechody medzi povrchmi. Zaoblenia sa aplikujú na vnútorné rohy, zatiaľ čo polomery sa používajú na vonkajšie rohy. Ostré vnútorné rohy vytvárajú body koncentrácie napätia, ktoré môžu pri zaťažení viesť k porušeniam. Navyše narušujú hladký tok roztaveného kovu, čím spôsobujú turbulencie, ktoré môžu viesť k pórovitosti. Pridanie dostatočných zaoblení a polomerov, aj keď len minimálnych veľkosti 0,5 mm, zlepšuje tok kovu, posilňuje súčiastku a umožňuje výrobu odolnejšieho a spoľahlivejšieho výsledného produktu.

Kľúčové osvedčené postupy pri návrhu

• Výstupkové uhly: Na všetkých zvislých plochách použite sklon najmenej 1–2 stupne, aby sa zabezpečilo jednoduché vyhodenie súčiastky. Uvnútorné steny a hlboké prvky vyžadujú väčší uhol.
• Ťahlosť Stenu: Usilujte sa o rovnomernosť celej súčiastky. Ak sa hrúbka musí meniť, použite postupné prechody, aby ste predišli chybám a zabezpečili rovnomerné ochladzovanie.
• Zaoblenia a polomery: Nahraďte všetky ostré rohy zaoblenými hranami. Na vnútorné rohy použite zaoblenia a na vonkajšie rohy polomery, čím znížite napätie a zlepšíte tok kovu.

Časti, ktoré posilňujú a znižujú hmotnosť: rebrá, hlavy a vrecká

Hlavným cieľom DFM je vyrábať diely, ktoré spĺňajú požiadavky na pevnosť bez zbytočného materiálu, čo zvyšuje náklady a čas cyklu. Na dosiahnutie rovnováhy pomáhajú tri kľúčové prvky: rebrá, hrudníky a vrecká. Keď sú správne navrhnuté, tieto prvky zvyšujú štruktúrnu integritu a funkčnosť a zároveň optimalizujú časť pre proces odlievania. Umožňujú silné, ľahké konštrukcie, ktoré sa dajú efektívne vyrábať.

Rebríky sú tenké, stenové prvky používané na pridanie podpory a tuhosti do časti bez zvýšenia jej celkovej hrúbky steny. To je rozhodujúce na zabránenie deformácii a zlepšenie pomeru pevnosti k hmotnosti. Vnútorným zariadením rebrov môže konštruktér udržiavať tenký, rovnomerný úsek steny v celej časti a zároveň posilňovať kritické oblasti. Na dosiahnutie optimálnych výsledkov by sa rebrá mali navrhnúť tak, aby boli zlomkom hrúbky hlavnej steny, zvyčajne okolo 60%, aby sa zabránilo vzniku známok umývania na opačnom povrchu. Okrem toho rebrá môžu slúžiť ako kanály, ktoré pomáhajú roztavenému kovu prúdiť do vzdialených alebo zložitých častí matrice.

Výstužné boče sú valcové výčnelky, ktoré slúžia ako montážne body, vzdialené opory alebo miesta pre spojovacie prvky. Namiesto vŕtania otvorov v hrubej časti dielu po odliatí možno vložky priamo integrovať do návrhu, čím sa ušetrí výrazný čas a sekundárne operácie. Aby sa dodržala zásada rovnomernej hrúbky steny, mali by byť vložky vykorené, teda mať otvor uprostred. Tým sa zabráni vzniku hrubých hmot materiálu, ktoré by sa pomaly chladili a spôsobovali chyby. Mali by byť tiež spojené s hlavnými stenami širokými zaobleniami a žebrovím, aby sa zabezpečila pevnosť a hladký tok kovu.

Na ďalšie zníženie spotreby materiálu a hmotnosti dielu môžu konštruktéri strategicky pridať kapesy alebo duté profily. Tento proces, často nazývaný „vylúhovanie“, odstraňuje materiál z oblastí, ktoré nie sú štrukturálne kritické. Vytváraním týchto dutín je možné zachovať konštantnú hrúbku stien po celom komponente, aj pri zložitých geometriách. To nielen šetrí náklady na materiál, ale tiež skracuje čas chladenia v lisovej forme, čo vedie k rýchlejším výrobným cyklom. Vyžaduje sa starostlivá analýza, aby sa zabezpečilo, že vytvorené dutiny neoslabia celkovú pevnosť alebo funkčnosť dielu.

Optimalizácia pre formu a vysúvanie: rozdeľovacie roviny, podrezávky a kolíky

Úspešná odliatina je výsledkom synergia medzi geometriou súčiastky a mechanikou formy. Návrhové rozhodnutia prijaté bez zohľadnenia nástroja môžu viesť k drahým, komplexným formám a vysokému podielu chýb. Kľúčové aspekty, ktoré je potreba zvážiť, zahŕňajú umiestnenie rozdeľovacej roviny, riešenie zámkov a polohu vymieťacích kolíkov. Premyslený návrh týchto oblastí zjednoduší nástroj, zníži náklady a zabezpečí spoľahlivé vybratie súčiastky z formy po odliatí.

The rozdeľovacia čiara je šev, kde sa stretávajú dve polovice formy. Jeho umiestnenie je jedným z prvých a najdôležitejších rozhodnutí pri návrhu nástroja, pretože ovplyvňuje takmer každú inú vlastnosť. Vždy sa uprednostňuje jednoduchá, rovná rozdeľovacia čiara, pretože zjednodušuje obrábanie nástroja a zníži jeho náklady. Komplexná, nerovinná rozdeľovacia čiara môže výrazne zvýšiť náklady na nástroj a môže spôsobiť problémy s pretečením – tenkou vrstvou prebytočného kovu, ktorá vyteká cez šev a musí byť odstránená v druhej operácii. Navrhovatelia by mali usilovať o orientáciu dielu takým spôsobom, ktorý umožní čo najpriamejšiu rozdeľovaciu čiaru.

Podrezávanie sú prvky, ktoré bránia priamemu vysunutiu dielu z jednoduchej dvojdielnej formy. Patria sem závesné plochy alebo prvky, ktoré by spôsobili, že sa diel zasekne do formy. Hoci sú niekedy nevyhnutné z funkčných dôvodov, mali by sa podrezy vyhýbať, keďkoľvek je to možné, pretože vyžadujú bočné jadrá alebo posuvníky – pohyblivé komponenty vo forme, ktoré tvoria podrez a pred vysunutím sa stiahnu. Tieto mechanizmy pridávajú výrazné náklady, zložitosť a potenciálne body porúch do nástroja. Ak je podrez nevyhnutný, je nevyhnutné spolupracovať s výrobným partnerom, aby sa našlo najefektívnejšie riešenie nástroja. Spoločnosti so vlastnými kapacitami pre návrh foriem môžu ponúknuť cenné odborné znalosti pri optimalizácii zložitých nástrojov z hľadiska výrobkovej vhodnosti.

A nakoniec, vyhadzovacie kolíky sú oceľové tyče, ktoré vytlačia odliatok z formy. Tieto kolíky sú nevyhnutné na vybratie dielu, no nevyhnutne zanechávajú malé kruhové stopy na povrchu dielu. Úlohou konštruktéra je určiť plochy, kde tieto stopy nevadzia, najmä tam, kde nie sú kritické ani estetické. Umiestnenie stop po vysúvačoch na rovné a pevné plochy je ideálne, pretože zabezpečuje rovnomerné rozloženie sily počas vysúvania a minimalizuje riziko deformácie dielu. Predčasné oznámenie týchto povolených umiestnení výrobcovi nástroja predchádza estetickým problémom u finálneho produktu.

Zoznam kontrolných krokov pre návrh jednoduchého vysúvania

• Zjednodušte rozdelovaciu rovinu tak, aby bola čo najrovnejšia a najpriamejšia.
• Kdekoľvek je to možné, eliminujte základy, aby ste sa vyhli potrebe drahých bočných jadier a posuvov.
• Zahrňte štandardné úkosy na všetkých plochách rovnobežných so smerom pohybu formy.
• Identifikujte plochy bez estetického významu, kde sú stopy po vysúvačoch povolené.
• Uistite sa, že vyháňacie kolíky sú umiestnené na rovných, stabilných plochách, aby sa zabránilo skresleniu počas vysúvania.

Často kladené otázky o DFM pre tlakové liatie

1. Čo zahŕňa konštrukcia pre výrobu (DFM)?

Konštrukcia pre výrobu (DFM) pri tlakovom liatí zahŕňa súbor princípov, ktoré majú za cieľ zjednodušiť a optimalizovať konštrukciu súčiastky pre jednoduchú výrobu. Kľúčové body zahŕňajú použitie odchylných uhlov pre vysúvanie, zabezpečenie rovnomernej hrúbky stien na prevenciu chýb, použitie zaoblení a polomerov na vyhnutie sa ostrým hranám a navrhovanie prvkov ako žeberá a nástavce na zvýšenie pevnosti pri znížení množstva materiálu. Tiež zahŕňa úvahy týkajúce sa nástrojov, ako je zjednodušenie rozdeľovacej roviny a vyhýbanie sa zámkam.

2. Ako pristupujete k návrhu z hľadiska výrobnej vhodnosti?

Prístup začína už v počiatočnom štádiu návrhu, pri ktorom sa berie do úvahy celý výrobný proces. Zahŕňa spoluprácu so strojárskymi inžiniermi na identifikáciu potenciálnych výrobných problémov. Kľúčové kroky zahŕňajú zjednodušenie konštrukcie, minimalizáciu počtu súčastí, štandardizáciu komponentov, kde je to možné, a dodržiavanie pravidiel špecifických pre daný proces, ako napríklad pre tlakové liatie (dodržiavanie sklonu, hrúbky stien atď.). Cieľom je proaktívne riešiť výrobné problémy už pri návrhu, kde sú zmeny lacnejšie, namiesto toho, aby sa riešili v tovarní, kde sú nákladné.

3. Čo charakterizuje dizajn z hľadiska výrobkovej prispôsobiteľnosti?

Navrhovanie pre výrobnosť sa vyznačuje zameraním na efektívnosť, zníženie nákladov a zlepšenie kvality prostredníctvom inteligentných konštrukčných rozhodnutí. Návrh optimalizovaný pre výrobnosť je zvyčajne jednoduchší, používa menej materiálu, vyžaduje menej dodatočných operácií a má nižšiu mieru chýb. Odráža hlboké porozumenie možnostiam a obmedzeniam zvoleného výrobného procesu, čo vedie k výrobku, ktorý nie je len funkčný, ale aj ekonomický a spoľahlivý pri hromadnej výrobe.