Практична ливање на штампу ДФМ: Стратегије за трошкове и квалитет

ТЛ;ДР

Projektovanje za proizvodljivost (DFM) kod livenja pod pritiskom ključna je inženjerska praksa koja optimizuje konstrukciju delova radi efikasne i ekonomične proizvodnje. Osnovni cilj je smanjenje složenosti proizvodnje, što direktno smanjuje troškove i poboljšava kvalitet gotovog proizvoda. To podrazumeva poštovanje osnovnih principa kao što su primena nagiba za lakše izbacivanje dela iz kalupa, održavanje jednake debljine zidova radi sprečavanja grešaka poput poroznosti i ciljano korišćenje elemenata poput zaobljenja i rebrića za povećanje čvrstoće uz minimalnu upotrebu materijala.

Osnovni principi DFM-a kod livenja pod pritiskom: Nagib, debljina zida i zaobljenja

Основа ефикасног дизајна ливења под притиском са аспекта изводљивости заснива се на неколико кључних принципа који директно утичу на квалитет, трошкове и брзину производње. Овладавање овим концептима је први корак ка стварању делова који нису само функционални већ и економични за производњу. Занемаривање ових принципа може довести до низа проблема, почев од тешкоћа приликом испуштања и губитка материјала до критичних структурних кварова. Ови основни принципи — нагиб (дрефт), дебљина зида и употреба заобљења и полупречника — обухватају физику тока течног метала и његове затврђивање у калупу.

А угао цртежа је благ нагиб који се примењује на све површине паралелне са правцем отварања калупа. Ово мало нагибање, обично између 1 и 3 степена, од суштинског је значаја да би се део безбедно и чисто испустио из калупа без оштећења. Док се течни метал хлади и скупља, може чврсто да се припоји унутрашњим деловима калупа. Уколико нема нагиба, силе потребне за испуштање могу деформисати или поломити део. Као што је детаљно описано у Gabrian-ov vodič za dizajn , spoljašnjim zidovima je potreban manji nagib jer se deo skuplja od njih, dok unutrašnjim zidovima i rupama treba veći nagib jer se metal steže oko njih.

Одржавање уједначена дебљина зида je bez sumnje jedno od najvažnijih DFM pravila. Kada se debljine zidova značajno razlikuju, rastopljeni metal se hladi različitim brzinama. Deblji delovi duže traju da se očvrsnu, što može izazvati unutrašnje napetosti, poroznost (mekuše sa gasom) i udubljenja na površini. Suprotno tome, previše tanki zidovi mogu uzrokovati prerano očvršćavanje metala, usled čega kalup neće biti u potpunosti ispunjen — greška poznata kao nepotpuno livenje. Većina dizajna teži debljini zida između 1,5 mm i 4 mm. Ako su razlike u debljini neizbežne, prelaz mora biti postepen i glatak kako bi se osiguralo konzistentno strujanje i hlađenje metala.

Konačno, izbegavanje oštrih uglova je kritično. Ovo se postiže uvođenjem закривљености и полупречници —закривљени спојеви између површина. Заобљења се примењују на унутрашњим угловима, док се полупречници користе на спољашњим угловима. Оштри унутрашњи углови стварају тачке концентрације напона које могу постати тачке квасења под оптерећењем. Такође ометају равномерно протицање топљеног метала, изазивајући турбуленцију која може довести до порозности. Додавање довољних заобљења и полупречника, чак и величине од 0,5 мм, побољшава проток метала, појачава део и омогућава добијање отпорнијег и поузданог готовог производа.

Кључне препоруке за пројектовање

• Углови цртежа: Наноси се конична накнада од најмање 1-2 степена на све вертикалне површине како би се осигурало лако избацивање делова. Повећајте угао за унутрашње зидове и дубоке карактеристике.
• Дебљина зида: Покушајте да у потпуности постигнете јединственост. Ако се дебљина мора променити, користите постепене прелазе како бисте спречили грешке и осигурали равномерно хлађење.
• Филе и ради: Замените све оштре углове округлим ивицама. Користите филете на унутрашњим угловима и радијусе на спољашњим угловима како бисте смањили напетост и побољшали проток метала.

Ојачање делова и смањење тежине: ребра, главе и џепови

Централни циљ ДФМ-а је да производи делове који испуњавају захтеве чврстоће без непотребних материјала, што повећава трошкове и време циклуса. Три кључна елемента помагају дизајнерима да постигну ову равнотежу: ребра, главе и џепови. Када су правилно дизајнирани, ови елементи побољшавају структурни интегритет и функционалност, а истовремено оптимизују део за процес ливења. Они омогућавају јаке, лаге дизайне који се ефикасно производе.

Ребра су танке, зидне карактеристике које се користе за додавање подршке и крутости делу без повећања његове укупне дебљине зида. Ово је од кључног значаја за спречавање искривљења и побољшање односа снаге и тежине. Укључивањем ребра, дизајнер може одржати танки, једнак део зида широм делова док јача критична подручја. За оптималне резултате, ребра треба да буду дизајнирана да буду део дебелине главног зида, обично око 60%, како би се спречило појављивање трагова опека на супротној површини. Осим тога, ребра могу служити као канали који помажу расплављеном металу да пролази у далека или сложена подручја на чипцу.

Шефови су цилиндричне издвоје које служе као тачке монтаже, заступања или локације за запртљање. Уместо бушења рупа у дебљи део дела након ливења, главе се могу интегрисати директно у дизајн, штедећи значајно време и секундарне операције. Да би се придржавао принципа једнаке дебљине зида, шефови треба да буду избачени, што значи да имају рупу кроз средину. То их спречава да постану густе масе материјала које би се полако охлађивале и изазивале дефекте. Такође би требало да буду повезани са главним зидовима великодушним филетима и ребрама како би се осигурала чврстоћа и глатки проток метала.

Да би се додатно смањила употреба материјала и тежина делова, дизајнери могу стратешки додати џепови или шупљих профила. Овај процес, који се често назива „исупљавањем“, уклања материјал из области које нису структурно критичне. Креирањем ових шупљина може се одржати константна дебљина зида на целој компоненти, чак и у сложеним геометријама. Ово не само што уштеди на трошковима материјала, већ скраћује и време хлађења у калибу, чиме се постижу бржи производни циклуси. Потребна је пажљива анализа како би се осигурало да шупљине не угрожавају општу чврстоћу или функцију делова.

Оптимизација за капију и избацивање: Поделе, подрези и пине

Успешан ливени део је производ синергије између геометрије дела и механике алата. Дизајнерске одлуке до којих је дошло без обзира на алате могу довести до скупих, комплексних алата и високих стопа мана. Кључни аспекти у овој области укључују позицију линије раздвајања, управљање заковима и локацију истурних игара. Продишно пројектовање у овим областима поједностављује алат, смањује трошкове и осигурава да се део може поуздано уклонити из алата након ливања.

У линија раздвајања je ivica spoja dve polovine kalupa. Njegovo mesto je jedna od prvih i najvažnijih odluka u projektovanju alata, jer utiče na skoro svaku drugu karakteristiku. Uvek se preferira jednostavna, ravna linija razdvajanja, jer olakšava obradu alata i čini je jeftinijom. Kompleksna, neplanarna linija razdvajanja može značajno povećati troškove izrade alata i može dovesti do problema sa prelivanjem — tankim mostom viška metala koji prođe kroz spoj i koji se mora ukloniti u sekundarnoj operaciji. Projektanti bi trebalo da orijentišu deo na takav način koji omogućava najpravilniju moguću liniju razdvajanja.

Podrezivanja су карактеристике које спречавају директно избацивање делова из једноставне дводелне калупа. У њих спадају удубљене површине или елементи који би довели до закочености дела у калупу. Иако су понекад неопходни због функционалности, треба их избегавати колико год је то могуће, јер захтевају бочне кораци или клизаче — покретне компоненте унутар калупа који формирају елемент са подрезивањем и затим се повлаче пре избацивања. Ови механизми додају значајну цену, комплексност и потенцијалне тачке квара алату. Ако је подрезивање неминовно, важно је сарађивати са партнера у производњи да би се пронашло најефикасније решење за алат. Компаније са унутрашњим капацитетима за пројектовање калупа могу пружити вредно искуство у оптимизацији сложених алатa за изводљивост производње.

На крају, ејекторски пинови су челичне шипке које истискују отврднути одливак из шупљине калупа. Ови пинови су неопходни за уклањање делова, али неизбежно остављају мале, кружне знаке на површини дела. Улога пројектанта је да идентификује ненаменска или некосметичка места где ће ови знакови бити прихватљиви. Постављање знакова истисних пинова на равним, чврстим површинама је идеално, јер омогућава равномерну расподелу силе током истискивања и минимизира ризик деформације дела. Рано обавештавање алаташа о овим прихватљивим локацијама спречава косметичке проблеме на готовом производу.

Листа контроле за дизајнирање лаког истискивања

• Поједноставите раван раздвајања тако што ћете је учинити што је могуће равнијом и праволинијском.
• Елиминишите закове колико год је то могуће како бисте избегли потребу за скупим бочним калупима и клизачима.
• Обухватите довољне углове косина на свим површинама паралелним са кретањем калупа.
• Идентификујте некосметичке површине где су знакови истисних пинова дозвољени.
• Обезбедите да се гуривачи налазе на равним, стабилним површинама како бисте спречили деформисање током избацивања.

Често постављана питања о DFM-у за ливење под притиском

1. Шта обухвата дизајн за производњу (DFM)?

Дизајн за производњу (DFM) у процесу ливања под притиском обухвата скуп принципа који имају за циљ поједностављење и оптимизацију конструкције делова ради лакшег производног процеса. Кључни елементи су примена нагиба за избацивање, осигуравање једнолике дебљине зидова ради спречавања мане, коришћење заобљења и полупречника да би се избегли оштри углови, као и конструисање елемената попут ребара и носача ради повећања чврстоће уз смањење количине материјала. Такође обухвата размотрење алата, као што је поједностављење линије раздвајања и избегавање потрезивања.

2. Како приступате дизајнирању за могућност производње?

Приступ почиње веома рано у фази пројектовања, тако што се узима у обзир цео процес производње. Подразумева сарадњу са инжењерима производње ради идентификације потенцијалних изазова у производњи. Кључни кораци укључују поједностављење конструкције, смањење броја делова, стандардизацију компоненти где год је то могуће и поштовање правила специфичних за процес, као што су правила за пресовање (нагиб, дебљина зида итд.). Циљ је проактивно решавање проблема у производњи на цртежу, где су измене јефтиније, а не на тлу фабрике, где су скупе.

3. Šta karakteriše projektovanje za proizvodljivost?

Dizajn za proizvodljivost karakteriše fokus na efikasnost, smanjenje troškova i poboljšanje kvaliteta kroz pametne dizajnerske odluke. Dizajn optimizovan za proizvodljivost je obično jednostavniji, koristi manje materijala, zahteva manje sekundarnih operacija i ima nižu stopu grešaka. On odražava duboko razumevanje mogućnosti i ograničenja izabranog procesa proizvodnje, što rezultira proizvodom koji je ne samo funkcionalan već i ekonomičan i pouzdan za masovnu proizvodnju.