POVZETEK

Načrtovanje za obdelavo pri delih iz tlačnega litja je pomembna inženirska disciplina, ki uporablja načela obdelave po meri (DFM) za optimizacijo sestavnega dela tako za prvotni postopek litja kot za morebitno dodatno obdelavo. Uspeh je odvisen od uravnoteženja značilnosti, ki zagotavljajo gladko tokovnost kovine in enostavno izmetovanje delov – kot so nagibi, enakomerna debelina sten in dovolj veliki zaokrožitveni prehodi – ter prilagoditev za naknadno obdelavo, kot je dodajanje dovolj materiala za natančne tolerance. Ta integrirani pristop je bistven za zmanjševanje stroškov, zmanjševanje napak in ustvarjanje visoko kakovostnega in ekonomičnega končnega izdelka.

Osnove oblikovanja za obdelavo po meri (DFM) za dele iz tlačnega litja

V osnovi uspešnega načrtovanja komponent iz tlačnega litja leži metodologija oblikovanja za obdelavo po meri (DFM). Kot je razloženo v začetniškem vodniku podjetja Dynacast , DFM je praksa oblikovanja delov tako, da se proizvajajo na najučinkovitejši in najbolj ekonomični način. Glavni cilji so zmanjšanje prostornine materiala, zmanjšanje teže in predvsem omejitev potrebe po sekundarnih operacijah, kot je obdelava z orodji, ki lahko predstavlja pomemben del skupne cene dela. S preučevanjem morebitnih težav pri izdelavi že v zgodnji fazi načrtovanja lahko inženirji preprečijo dragocene popravke kasneje.

Ključna strateška odločitev pri DFM je izbira med obdelavo in litjem, še posebej ob upoštevanju celotnega življenjskega cikla izdelka od prototipa do serijske proizvodnje. Obdelava je najboljša za izdelavo prototipov, saj ponuja hitrost in prilagodljivost. CAD datoteko je mogoče v nekaj dneh spremeniti v fizični del, kar omogoča hitro iteracijo brez znatnih predhodnih stroškov orodij. Vendar pa je obdelava draga na enoto. Nasprotno, litje je močno orodje za proizvodnjo. Čeprav zahteva znatno začetno naložbo v orodja – pogosto z dobavnimi roki 20–25 tednov – se stroški na enoto močno zmanjšajo pri visokih količinah, kot je poudarjeno v strateški analizi podjetja Modus Advanced .

Ta ekonomska izmenjava pogosto vodi k »dvojnemu pristopu pri oblikovanju«. Prototipno oblikovanje je optimirano za obdelavo z CNC, kar omogoča ostre vogale in spremenljive debeline sten, ki olajšajo hitro testiranje. Nato se ustvari ločeno oblikovanje za proizvodnjo z lastnostmi, primernimi za litje, kot so odpiralni nagibi in enakomerno debeline sten. Razumevanje te razlike je ključno za učinkovito upravljanje časovnih okvirjev in proračunov.

Spodnja tabela prikazuje tipične stroške na kos pri obdelavi in litju pri različnih količinah proizvodnje ter jasno pokaže ekonomsko prednost litja v večjem merilu.

Osnovna načela oblikovanja talilnih form za obdelavo z orodji

Uspešen die-cast del, ki je primerno pripravljen tudi za obdelavo z orodji, temelji na nizu osnovnih načel oblikovanja. Ta pravila določajo, kako se talina vlije v kalibrsko formo, ohladi in iztisne, hkrati pa naprej predvidevajo morebitne dodatne zaključne operacije. Obvladovanje teh konceptov je bistvenega pomena za učinkovito izdelavo trdnih in visokokakovostnih komponent.

Ložiščne črte in izvlečni koti

The ločna ravnina je mesto, kjer se srečata dve polovici forme. Umetitev ložiščne črte je ena od prvih in najpomembnejših odločitev, saj vpliva na položaj blata (odvečnega materiala, ki ga je treba odstraniti) ter na zapletenost orodja. Po dobljeni praksi naj bi bile ložiščne črte postavljene na robove, ki so lahko enostavno dostopni za odrezovanje. Pomembna povezana lastnost je kot odpiranja , ki predstavlja rahel nagib vseh površin, vzporednih z gibanjem orodja. Ta nagib, običajno 1–2 stopinji za aluminij, je bistven za omogočanje izmetanja dela, ne da bi pri tem prišlo do poškodb ali prekomernega obraba orodja, kar poudarjajo tudi v začetniškem vodniku podjetja Dynacast . Notranje stene potrebujejo večji nagib kot zunanje stene, ker se kovina med hlajenjem skrči nanje.

Enakomerna debelina stene

Ohranjanje enotne debeline sten po celotnem delu je verjetno najpomembnejše pravilo pri načrtovanju litja pod tlakom. Neenakomerno debeline sten povzročijo neenakomerno hlajenje, kar vodi do napak, kot so poroznost, krčenje in upogibanje. Debelejši prerezi trajo dlje, da zatemnejo, kar podaljšuje čas cikla ter ustvarja notranje napetosti. Če razlike v debelini niso izogibne, jih je treba izvesti s postopnimi prehodi. Za ohranjanje enakomernosti pri elementih, kot so rebra, morajo konstruktorji izdelati votline in dodati rebra za trdnost namesto, da bi jih pustili kot trdne bloke materiala.

Zaokrožitve, polmeri in rebra

Ostri vogali škodujejo tako procesu litja kot tudi integriteti končnega dela. Zaokrožitve (zaobljeni notranji vogali) in polmeri (zaobljeni zunanji vogali) so ključni za omogočanje gladkega pretoka talinega kovine ter zmanjševanje koncentracije napetosti v orodju in odlitku. Dovolj veliki polmeri preprečujejo turbulenco med vbrizgavanjem in odpravljajo potrebo po sekundarnih operacijah odstranjevanja žlebov. Rebra so strukturna okrepitev, ki dodaja trdnost tankim stenam, ne da bi znatno povečala prostornino ali težo materiala. Hkrati delujejo tudi kot kanali, ki pomagajo kovini doseči oddaljene dele orodja. Za optimalno porazdelitev napetosti se pogosto priporoča uporaba lihega števila rebrov.

Sledeča tabela povzema najboljše prakse za te osnovne konstrukcijske elemente.

Strateške pomisleke za postopke po obdelavi

Medtem ko je cilj DFM ustvariti del v obliki mreže neposredno iz matrice, je za doseganje značilnosti, ki jih litje ne more proizvesti, pogosto potrebna naknadna obdelava, kot so navojne luknje, izjemno ravne površine ali stroge tolerance, kot jih lahko drži litje. Uspešna zasnova od začetka predvideva te sekundarne operacije. Ključ je, da odlitje in obdelava obravnavamo kot dopolnilne procese, ne kot ločene korake.

Ena izmed najbolj kritičnih premislekov je dodati dovolj obdelovalni dodatek . To pomeni načrtovanje litega dela s povečanim materialom v območjih, ki bodo kasneje obdelani na stroju. Vendar obstaja nežna ravnovesje. Odstranjevanje preveč materiala lahko razkrije podpovršinsko poroznost, ki je značilna za mnoge die-cast dele. Pogosta praksa, kot je opaženo v priročniku od strani General Die Casters , je pustiti ravno toliko dodatka, da se očisti površina in doseže končna mera, ne da bi se preveč prerezalo v jedro dela. Ta dodatek je ponavadi v območju od 0,015" do 0,030". Da se izognemo zmedi, nekateri načrtovalci predložijo dva ločena risbi: eno za 'lite delo' in drugo za 'končno obdelan delo' po obdelavi.

Geometrija dela mora biti tudi zasnovana tako, da je fizično dostopna. To vključuje zagotavljanje stabilnih, ravnih površin za varno pritrditev dela v CNC stroju. Poleg tega morajo oblikovalci strateško postaviti elemente, kot so izpušni šibki, daleč od površin, ki jih bodo obdelovali, da bi se izognili kozmetičnim madežem ali motnjam v rezalnih orodjih. Vsaka izbira konstrukcije je treba oceniti glede na njen vpliv na orodje za litje in naknadne obdelovalne naprave.

Za pomoč pri premagovanju vrzeli med temi dvema postopkoma sledite temu kontrolnemu seznamu za oblikovanje likalnega lijanja, pripravljenega za obdelavo:

• Prej prepoznajte strojne značilnosti: Jasno opredelite, katere površine in značilnosti zahtevajo obdelavo za tesne tolerance, ravnanost ali nitke.
• Dodajte ustrezen strojni material: Na površine, ki jih je treba obdelati, vstavite dodatni material (npr. 0,5 mm do 1 mm), vendar se izogibite prekomernemu zalogu, ki bi lahko izpostavljal poroznost.
• Načrt za pritrditev: Zagotoviti je treba, da ima del stabilne vzporedne površine, ki jih je mogoče enostavno in varno pritrditi za CNC operacije.
• Optimizacija lokacije izmeta: Vklopnik je treba namestiti na nekritične, neobdelane površine, kot so rebra ali žeblji, da se preprečijo oznake na končnih površinah.
• Razmislite o dostopnosti orodij: Poskrbite, da se na območja, ki zahtevajo obdelavo, dosežejo z standardnimi orodji za rezanje brez zapletenih nastavitev.
• Obdržati dosledne datume: Za zagotovitev natančnosti dimenzij uporabite enake točke za merjenje za risbe odlitja in obdelave.

Izbira materiala: vpliv na litje in strojno obdelavo

Izbira zlitine je temeljna odločitev, ki močno vpliva na oblikovanje livanja in njegovo naknadno strojno uporabo. Različne kovine imajo različne lastnosti glede tekočnosti, krčenja, trdnosti in trdote, ki določajo vse od minimalne debeline stene do potrebnih kotov za pritok. Najpogostejše zlitine, ki se uporabljajo pri litju na žerjavcu, so aluminij, cink in magnezij, od katerih vsaka ponuja edinstven niz kompromisov.

Aluminijeve zlitine, kot je A380, so priljubljene zaradi odlične ravnotežnosti med trdnostjo, lahkoto in toplotno prevodnostjo. So izbira za številne avtomobilske in industrijske aplikacije. Cinkove zlitine, kot je Zamak 3, ponujajo odlično tekočnost, kar jim omogoča, da napolnijo izjemno tanke stene in ustvarijo zapletene, zapletene geometrije z odličnimi površinskimi dokončanji. Cink povzroča tudi manj obrabe na kovini, kar vodi do daljše življenjske dobe orodja. Magnezij je najlažji od skupnih strukturnih kovin, zato je idealen za aplikacije, kjer je zmanjšanje teže najpomembnejše, čeprav je lahko težje delati z njim.

Izbira materiala neposredno vpliva na pravila oblikovanja. Na primer, po industrijskih vodnikih se lahko cink izliva z kotovi odtoka do 0,5 stopinje in tanjšimi stenami, medtem ko aluminij običajno zahteva 1-2 stopinje odtoka in nekoliko debelejše odseke. Pri obravnavi materialov za aplikacije z visokim stresom, zlasti v avtomobilski industriji, je vredno omeniti, da so drugi proizvodni procesi, kot je kovanje, morda bolj primerni. Podjetja, ki so specializirana za natančno izdelane avtomobilske kovalske dele, lahko na primer za kritične namene zagotovijo komponente z višjo trdnostjo in trajnostjo.

V spodnji tabeli so primerjani pogosti zlitinski zlitini, ki pomagajo voditi postopek izbire.

Izravnava odlitja in strojanja za uspeh

Končno, odličnost pri oblikovanju za obdelavo v litnih delih leži v celovitem pristopu. Za to je potrebno opustiti siloizirano razmišljanje, kjer se odlitje in obdelava obravnavajo kot ločeni problemi. Namesto tega jih morajo oblikovalci obravnavati kot dve integrirani fazi ene same proizvodne strategije. Najbolj stroškovno učinkovite in najbolj zmogljive komponente nastanejo iz zasnove, ki elegantno prilagaja potrebam obeh procesov.

To pomeni sprejemanje osnovnih načel DFM: usmerjenost k enotni debelini sten, vključevanje dovolj velikih izvlekov in zaoblitev ter zmanjševanje zapletenosti kadar koli je mogoče. Hkrati pa vključuje tudi strateško načrtovanje potrebnih sekundarnih operacij z dodajanjem materiala za naknadno obdelavo, načrtovanjem za varno vpenjanje in ohranjanjem skladnosti ključnih referenčnih točk. S spretno izbiro materiala in razumevanjem gospodarskih kompromisov med obdelavo v majhnih serijah in litjem v velikih količinah lahko inženirji zanesljivo in učinkovito prebodo pot od prototipa do serijske proizvodnje.

Pogosta vprašanja

1. Katera napaka se najpogosteje pojavlja pri konstrukciji die cast?

Najpogostejša napaka je neenakomerna debelina sten. Nagle spremembe od tanjših k debelejšim delom povzročijo neenakomerno hlajenje, kar vodi v celo vrsto težav, kot so poroznost, brazgotine (sink marks), notranji napetosti in posledično slabša strukturna trdnost delov.

2. Koliko materiala naj ostane za naknadno obdelavo?

Splošno pravilo je pustiti med 0,015 do 0,030 palca (ali 0,4 mm do 0,8 mm) dodatnega materiala, kar se pogosto imenuje obdelovalni dodatek. To je ponavadi dovolj, da rezno orodje ustvari čisto in natančno površino, ne da bi rezalo tako globoko, da bi razkrilo morebitno poroznost pod površjem litega dela.

3. Zakaj so ostre notranje kote slabe za litje v kalupe?

Ostre notranje kote povzročajo več težav. Omejujejo tok taljenega kovine, kar povzroča turbulenco in morebitne napake. Prav tako delujejo kot koncentratorji napetosti tako v končnem izdelku kot v sami jekleni kalupni opni, kar lahko povzroči razpoke in predčasno okvaro orodja. Za kakovost in dolgo življenjsko dobo orodja je bistveno, da se ti vogali zaokrožijo s polmeri.