KRATKO

Пројектовање за обраду резањем код делова израђених под притиском је кључна инжењерска дисциплина која примењује принципе пројектовања за олакшану производњу (DFM) како би оптимизовала компоненту како за почетни процес ливења, тако и за сваку неопходну секундарну механичку обраду. Успех зависи од равнотеже између карактеристика које осигуравају слободно течење метала и лако избацивање дела — као што су нагиби, једнолика дебљина зидова и довољне заобљене ивице — и прилагођавања за накнадну обраду, на пример додавањем довољне количине материјала за елементе са строгим толеранцијама. Овакав интегрисани приступ је од суштинског значаја за смањење трошкова, минимизирање мане и стварање квалитетног и економичног готовог производа.

Основе пројектовања за олакшану производњу (DFM) за делове израђене под притиском

У самом темељу израде успешних делова израђених под притиском налази се методологија пројектовања за олакшану производњу (DFM). Како је објашњено у водичу за почетнике од Dynacast , DFM је пракса пројектовања делова тако да се производе на најефикаснији и најисплативији начин. Основни циљеви су смањење запремине материјала, минимизација тежине и, нарочито, ограничавање потребе за споредним операцијама као што је обрада резањем, која може чинити значајан део укупне цене дела. Тако што ће инжењери већ у раној фази пројектовања решити могуће проблеме у производњи, могу спречити скупе поправке касније.

Кључна стратешка одлука у ДФМ је избор између обраде и ливења, нарочито када се разматра цели животни циклус производа, од прототипа до масовне производње. Обрада је првак у прављењу прототипова, јер нуди брзину и флексибилност. CAD датотека може постати физички део за неколико дана, омогућавајући брзо итерирање без значајних почетних инвестиција у опрему. Међутим, обрада је скупа по комаду. Насупрот томе, ливење је снага у производњи. Иако захтева значајну почетну инвестицију у алатање — често са роковима испоруке од 20–25 недеља — трошак по јединици драстично опада при високим количинама, као што је истакнуто у стратешкој анализи компаније Modus Advanced .

Ова економска компромисна ситуација често доводи до „двоструког приступа дизајну“. Прототипски дизајн се оптимизује за обраду на CNC машинама, што омогућава оштре углове и варијабилне дебљине зидова који олакшавају брзо тестирање. Затим се креира одвојени производни дизајн са карактеристикама погодним за ливење, као што су нагиби и једнолики зидови. Разумевање ове разлике је од суштинског значаја за ефикасно управљање временским оквирима и буџетима.

Табела испод приказује типичне трошкове по комаду између обраде и ливења у зависности од количине производње, што показује јасну економску предност ливења у већим серијама.

Основни принципи дизајна ливења под притиском за обрадивост

Успешан део израђен ливењем под притиском, који је истовремено спреман за машинску обраду, заснован је на скупу фундаменталних принципа дизајна. Ова правила одређују како течни метал улази у калуп, хлади се и испушта се, при чему мора бити предвиђена свака неопходна завршна обрада. Оvlaдање овим концептима је од суштинског значаја за ефикасно прављење чврстих и висококвалитетних компоненти.

Линије раздвајања и углови исцртавања

У линија раздвајања то је место где се две половине калупа спајају. Позиција ове линије је једна од првих и најважнијих одлука, јер утиче на положај флаша (вишка материјала који мора бити одстрањен) и сложеност алата. Као најбоља пракса, линије раздвајања треба поставити на ивице које су лако доступне за одсецање. Кључна повезана карактеристика је ugao izvlačenja , што представља благи нагиб свих површина паралелних са кретањем алата. Овај нагиб, обично 1-2 степена за алуминијум, од суштинског је значаја да би се део могао испустити без оштећења или превеликог хабања алатa, као што је напоменуто у водичу за почетнике од Dynacast . Унутрашњи зидови захтевају већи нагиб од спољашњих зидова јер се метал скупља на њима током хлађења.

Уједначена дебљина зида

Одржавање константне дебљине зида на целој дужини дела можда је најважније правило у дизајнирању делова за пресовање у алата. Неравномерни зидови узрокују неравномерно хлађење, што доводи до мана попут порозности, скупљања и изобличења. Дебљи пресеци траже дуже време чврстења, чиме се продужавају циклуси и стварају унутрашњи напони. Ако варијације у дебљини нису избежне, требало би их обликовати са постепеним преlазима. Да би се одржала једноликост код елемената попут ребара, пројектанти их треба исупити и додати ребра за чврстоћу, уместо да их оставе као чврсте блокове материјала.

Заобљења, полупречници и ребра

Оштри углови штете процесу ливења и интегритету готовог дела. Заобљења (заoblени унутрашњи углови) и poluprečnici (заoblени спољашњи углови) су кључни за омогућавање глатког тока течног метала и смањење концентрације напона у плочи и делу. Довољно велики полупречници спречавају турбуленцију током убризгавања и елиминишу потребу за секундарним операцијама брисања ивица. Žišnja ребра су структурна утврђења која додају чврстоћу танким зидовима без значајног повећања запремине или тежине материјала. Такође делују као канали који помажу у протоку метала у удаљене делове плоче. За оптималну расподелу напона, често се препоручује коришћење непарног броја ребара.

Следећа табела резимира најбоље праксе за ове основне карактеристике дизајна.

Стратегијски аспекти послемашинске обраде

Иако је циљ ДФМ-а да се направи готов део директно из алата, често је неопходна додатна машинска обрада ради постизања карактеристика које ливење не може да оствари, као што су навојни отвори, изузетно равне површине или тачности веће од оних које ливење може да постигне. Успешан дизајн предвиђа ове секундарне операције од самог почетка. Кључно је да се ливење и машинска обрада третирају као допуњавајући процеси, а не изоловани кораци.

Један од најважнијих аспеката је додавање довољне количине материјала за машинску обраду . То значи пројектовање делова у литој изведби са додатном количином материјала у областима које ће касније бити обрађиване. Међутим, постоји деликатна равнотежа. Уклањање превише материјала може отворити површину испод коре која је присутна код многих делова направљених под притиском. Као што је напоменуто у водичу од стране General Die Casters , уобичајена пракса је да се остави довољно резерве материјала како би се очистила површина и постигла коначна димензија, али без превеликог продирања у средиште дела. Ова резерва материјала је обично у опсегу од 0,015" до 0,030". Како би се избегла забуна, неки пројектанти достављају два одвојена цртежа: један за део у 'литој' изведби и други за 'коначно обрађени' део након механичке обраде.

Геометрија делова такође мора бити дизајнирана за физичку доступност. Ово укључује обезбеђивање стабилних, равних површина за сигурно запљачкање делова на ЦНЦ машини. Осим тога, дизајнери морају стратешки да стављају елементе као што су избацивачке пине далеко од било које површине која ће бити обрађена како би се избегли козметички мане или интерференције са резачким алатима. Сваки избор дизајна треба проценити на основу његовог утицаја на инструмент за ливање и на последње опреме за обраду.

Да бисте помогли да се премости јаз између ових два процеса, пратите ову контролну листу за дизајн ливења на лијечење спреман за обраду:

• Рано идентификујте карактеристике машине: Јасно дефинишите које површине и карактеристике захтевају обраду за чврсте толеранције, равна или нитке.
• Додајте одговарајући радни материјал: Укључите додатни материјал (нпр. 0,5 мм до 1 мм) на површине које треба обрадити, али избегавајте прекомерну залиху која би могла изложити порозност.
• Конструкција за позиционирање: Уверите се да део има стабилне паралелне површине које се лако и сигурно могу запленити за ЦНЦ операције.
• Оптимизација локација пина избацача: Поставити пине избацача на некритичне, необрађене површине као што су ребра или главе како би се спречиле траге на готовим површинама.
• Размислите о доступности алата: Уверите се да се подручја која захтевају обраду могу достићи стандардним алатима за сечење без сложених поставки.
• Држите датуме конзистентним: Користите исте тачке за исправљање и за обраду цртежа како бисте осигурали прецизност димензија.

Избор материјала: утицај на ливање и обраду

Избор легуре је основна одлука која дубоко утиче и на дизајн ливења и на његову последњу обраду. Различити метали имају различите особине у погледу течности, свијања, чврстоће и тврдоће, што диктује све од минималне дебљине зида до потребних углова за продирање. Најчешће легуре које се користе у лијевању су алуминијум, цинк и магнезијум, од којих свака нуди јединствен скуп компромиса.

Легуре алуминијума, као што је A380, популарне су због одличног баланса чврстоће, лаганости и топлотне проводљивости. Оне су први избор за многе аутомобилске и индустријске примене. Легуре цинка, као што је Zamak 3, имају изузетну течност, што им омогућава да испуне веома танке зидове и створе замршњене, комплексне геометрије са одличним квалитетом површине. Цинк такође узрокује мање хабање матрице, чиме се постиже дужи век алатa. Магнезијум је најлакши од уобичајених конструкционих метала, због чега је идеалан за примене где је смањење тежине од пресудног значаја, иако може бити изазовнији у обради.

Избор материјала директно утиче на правила дизајна. На пример, према индустријским водичима, цинк се може ливати са нагибом страна чак и до 0,5 степени и танјим зидовима, док алуминијум обично захтева нагиб од 1–2 степена и нешто дебље секције. Када се разматрају материјали за примену под великим оптерећењем, посебно у аутомобилској индустрији, вреди напоменути да би други процеси производње, као што је ковање, могли бити погоднији. На пример, компаније специјализоване за прецизно израђене делове за аутомобилску индустрију методом ковања могу обезбедити компоненте са изузетном чврстоћом и издржљивошћу за критичне примене.

Табела испод пореди уобичајене легуре за прес-ливање како би помогла у процесу одабира.

Балансирање ливења и обраде за успех

На крају дана, врхунски дизајн за обраду код делова израђених ливењем у калупу захтева холистички приступ. Потребно је напустити посебан приступ где се ливење и обрада третирају као одвојени проблеми. Већ дизајнери их морају посматрати као две интегрисане фазе јединствене производне стратегије. Најисплативији и најбоље функционисањи делови настају из дизајна који благо испуњава захтеве оба процеса.

Ово значи прихватање основних принципа DFM: тежњу ка једноликој дебљини зида, увођење довољних нагиба и заобљених ивица и смањење сложености тамо где год је то могуће. У исто време, подразумева стратешко планирање неопходних секундарних операција додавањем материјала за машинску обраду, пројектовање за сигурно позиционирање и одржавање конзистентности кључних референтних тачака. Доношењем информисаних одлука о избору материјала и разумевањем економских компромиса између машинске обраде у малим серијама и ливења у великим серијама, инжењери могу самопоуздано и ефикасно прећи пут од прототипа до производње.

Често постављана питања

1. Која је најчешћа грешка у дизајну прес-форме?

Најчешћа грешка је неправилна дебљина зида. Нагле промене са танких на дебеле делове узрокују неравномерно хлађење, што доводи до низа проблема, укључујући порозност, удубљења и унутрашње напоне који могу угрозити структурни интегритет дела.

2. Колико материјала треба оставити за пост-машинску обраду?

Опште правило је да се остави између 0,015 до 0,030 инча (или 0,4 мм до 0,8 мм) додатног материјала, који се често назива машински складишни материјал. То је обично довољно да резни алат створи чисту, прецизну површину, не сецкајући толико дубоко да би изложио могућу порозност испод површине ливења.

3. Зашто оштри унутрашњи углови нису добри за прес-ливак?

Оштри унутрашњи углови стварају неколико проблема. Они отежавају проток течног метала, изазивајући турбуленцију и могуће недостатке. Такође делују као концентратори напона како на готовом делу, тако и на самом челичном калупу, што може довести до пукотина и прематурног квара алата. Кoriшћење заobljenih ивица за заокруживање ових углова је од суштинског значаја за квалитет и дужину трајања алата.