Özet

Döküm parçalarında işlenebilirliği göz önünde bulundurarak tasarım yapmak, bileşenin ilk döküm süreci ve gerekli ikincil işlemler açısından iyileştirilmesi için Üretilebilirlik İçin Tasarım (DFM) prensiplerini uygulayan kritik bir mühendislik disiplinidir. Başarı, çekme payları, eşit duvar kalınlıkları ve yeterli köşe yuvarlamaları gibi metal akışını kolaylaştıran ve parça çıkartmayı sorunsuz hale getiren özelliklerle, dar toleranslı özellikler için yeterli malzeme payı eklenmesi gibi sonradan yapılacak işleme işlemleri için yapılan düzenlemeler arasında denge kurmaya bağlıdır. Bu entegre yaklaşım, maliyetleri düşürmek, kusurları en aza indirmek ve yüksek kaliteli, ekonomik nihai bir ürün oluşturmak açısından esastır.

Döküm Parçalar İçin Üretilebilirlik İçin Tasarım (DFM) Temelleri

Başarılı döküm bileşenlerinin oluşturulmasının merkezinde, Üretilebilirlik İçin Tasarım (DFM) metodolojisi yer almaktadır. Dynacast'ın bir başlangıç rehberinde açıklandığı gibi , DFM, parçaları mümkün olan en verimli ve maliyet açısından en etkili şekilde üretilecek şekilde tasarlamak anlamına gelir. Birincil hedefler, malzeme hacmini azaltmak, ağırlığı en aza indirmek ve özellikle toplam parça maliyetinin önemli bir kısmını oluşturabilen işleme gibi ikincil işlemlere olan ihtiyacı en aza indirmektir. Tasarım aşamasının erken dönemlerinde olası üretim sorunlarını ele alarak mühendisler, ileride oluşabilecek pahalı düzeltmeleri önleyebilir.

DFM'de stratejik bir karar, özellikle ürünün prototipten seri üretime kadar olan tüm yaşam döngüsü göz önünde bulundurulduğunda, işleme ve döküm arasında seçim yapmaktır. İşleme, hız ve esneklik sunması açısından prototip üretimde öncüdür. Bir CAD dosyası günler içinde fiziksel bir parçaya dönüşebilir ve kalıp yatırımı gibi yüksek başlangıç maliyetleri olmadan hızlı yineleme yapılmasına olanak tanır. Ancak parça başına maliyet olarak işleme pahalıdır. Buna karşılık döküm üretim için güçlü bir yöntemdir. Genellikle 20-25 haftalık sürelerle başlayan kalıp yatırım maliyeti gerektirse de, birim maliyet yüksek hacimlerde büyük ölçüde düşer, Modus Advanced tarafından yapılan stratejik analizde vurgulandığı gibi .

Bu ekonomik uzlaşma genellikle "İki-Tasarım Yaklaşımı'na" yol açar. Bir prototip tasarımı, keskin köşelere ve hızlı testi kolaylaştıran değişken duvar kalınlıklarına izin vererek CNC işçiliği için optimize edilir. Daha sonra, çekme payları ve sabit duvarlar gibi döküm dostu özelliklere sahip ayrı bir üretim tasarımı oluşturulur. Bu ayrımı anlamak, zaman çizelgelerini ve bütçeleri etkili bir şekilde yönetmek açısından çok önemlidir.

Aşağıdaki tablo, farklı üretim miktarlarında işleme ve döküm arasındaki tipik parça başı maliyet karşılaştırmalarını gösterir ve ölçekle birlikte dökümün açık ekonomik avantajını ortaya koyar.

İşlenebilirlik için Temel Kalıp Döküm Tasarım İlkeleri

İşleme için de uygun olan başarılı bir kalıp döküm parçası, ergimiş metalin kalıba nasıl girdiğini, nasıl soğuduğunu ve nasıl dışarı atıldığını; ayrıca ek işleme gerektirebilecek tüm son dokunuşları öngörerek yöneten temel tasarım ilkelerine dayanır. Bu kavramlara hakim olmak, sağlam, yüksek kaliteli bileşenleri verimli bir şekilde üretmek için esastır.

Ayrım Hatları ve Çekme Açıları

The ayırma Hattı kalıbın iki yarısının birleştiği yerdir. Bu hat, fazla malzemenin (kesilmesi gereken uçuk) konumunu ve takımın karmaşıklığını etkilediği için yerleşimi en başta ve en kritik kararlardan biridir. En iyi uygulama olarak, ayrım hatları kesim işlemi için kolayca erişilebilen kenarlara yerleştirilmelidir. Bununla yakından ilişkili önemli bir özellik ise çekme Açısı , kalıp hareketine paralel tüm yüzeylerde hafif bir eğim oluşturur. Bu eğim, alüminyum için tipik olarak 1-2 derece olup, parça hasar görmeden çıkarılabilmesi ve takım aşırı aşınmaya uğramadan ayrılabilmesi açısından gereklidir ve bu durum bir başlangıç rehberinde açıklandığı gibi . İç duvarlar, dış duvarlardan daha fazla eğim gerektirir çünkü metal soğuma sırasında iç duvarlara doğru büzülür.

Tekdüze Duvar Kalınlığı

Parça boyunca tutarlı bir duvar kalınlığının korunması, kalıp döküm tasarımında muhtemelen en önemli kuraldır. Eşit olmayan duvarlar, gözeneklilik, büzülme ve çarpılma gibi hatalara neden olan düzensiz soğumaya yol açar. Kalın kesimler katılaşmak için daha uzun süre ihtiyaç duyar ve bu da çevrim süresini uzatır, ayrıca iç gerilimlere neden olur. Kalınlık değişimlerinden kaçınılamıyorsa, bunlar kademeli geçişlerle yapılmalıdır. Göbek gibi özelliklerde birlikte kalınlığı korumak için tasarımcılar malzemeyi boşaltmalı ve mukavemet için sadece kazık eklemelidir, malzemeyi katı blok halinde bırakmamalıdır.

Köşe Yuvarlamaları, Radyuslar ve Kazıklar

Keskin köşeler hem döküm süreci hem de nihai parçanın bütünlüğü açısından zararlıdır. Köşe Yuvarlamaları (yuvarlatılmış iç köşeler) ve yuvarlak köşeler (yuvarlatılmış dış köşeler), erimiş metalin akışının sorunsuz olmasını sağlamak ve kalıp ile döküm parçasında gerilme birikimini azaltmak açısından kritiktir. Yeterli radyüsler, enjeksiyon sırasında türbülansı önler ve ikincil çapak alma işlemlerine gerek kalmaz. Dereler i̇nce duvarlara maddi hacim veya ağırlık açısından önemli bir artış olmadan mukavemet kazandıran yapısal takviyelerdir. Ayrıca erimiş metalin kalıbın uzak bölgelerine ulaşmasına yardımcı olan kanallar gibi davranırlar. Optimal gerilme dağılımı için genellikle tek sayıda rib (kaburga) kullanılması önerilir.

Aşağıdaki tablo bu temel tasarım özelliklerine ilişkin en iyi uygulamaları özetlemektedir.

Sonradan İşleme Operasyonları için Stratejik Hususlar

DFM'nin amacı kalıptan doğrudan net şekil elde etmek olsa da, dişli delikler, son derece düz yüzeyler veya dökümün sağlayamayacağı kadar dar toleranslar gibi özellikleri elde etmek için sıklıkla sonradan işleme gerekir. Başarılı bir tasarım, bu ikincil operasyonları başından beri öngörür. Anahtar nokta, döküm ve işlemenin birbirini tamamlayan süreçler olarak görülmesidir, izole adımlar değil.

En kritik hususlardan biri yeterli miktarda işleme payı . Bu, daha sonra işlenecek bölgelere ekstra malzeme konularak döküm parçasının tasarlanması anlamına gelir. Ancak burada hassas bir denge vardır. Çok fazla malzeme kaldırıldığında, birçok alüminyum döküm parçaya özgü olan alt yüzey gözenekliliği ortaya çıkabilir. Bir kılavuzda belirtildiği gibi yaygın uygulama, yüzeyi temizlemek ve parçanın merkezine çok derinlemesine kesmeden nihai boyuta ulaşmak için yeterli miktarda işlenebilir pay bırakmaktır. Bu pay genellikle 0,015" ile 0,030" aralığında olur. Karışıklığı önlemek için bazı tasarımcılar iki ayrı çizim sağlar: biri 'döküm sonrası' parçaya, diğeri ise işleme sonrası 'nihai-bitmiş' parçaya aittir. General Die Casters , yüzeyi temizlemek ve parçanın çekirdeğine fazla derin kesmeden nihai boyuta ulaşmak için yeterli miktarda ham malzeme bırakmaktır. Bu ham malzeme miktarı tipik olarak 0,015" ile 0,030" aralığında olur. Karışıklığı önlemek için bazı tasarımcılar iki ayrı çizim sağlar: biri 'döküm sonrası' parçaya, diğeri ise işleme sonrası 'nihai-bitmiş' parçaya aittir.

Parçanın geometrisi aynı zamanda fiziksel erişilebilirlik açısından tasarlanmalıdır. Bu, parçayı bir CNC makinesinde güvenli bir şekilde sabitlemek için sağlam, düz yüzeyler sağlanması anlamına gelir. Ayrıca, tasarımcılar, estetik kusurları veya kesme aletleriyle teması önlemek amacıyla çıkartma pimleri gibi özellikleri işlenecek yüzeylerden uzakta stratejik olarak yerleştirmelidir. Her tasarım kararı, hem döküm kalıbı hem de sonraki işleme tesisatları üzerindeki etkisi açısından değerlendirilmelidir.

Bu iki süreç arasındaki boşluğu kapatmaya yardımcı olmak için aşağıdaki kontrol listesini uygulayarak işleme yapmaya hazır bir basınçlı döküm tasarımı oluşturun:

• Erken Aşamada İşlenecek Özellikleri Belirleyin: Sıkı toleranslar, düzgünlük veya dişler için hangi yüzeylerin ve özelliklerin işlenmesi gerektiğini açıkça belirtin.
• Uygun İşleme Payı Ekleyin: İşlenecek yüzeylere fazladan malzeme (örneğin 0,5 mm ila 1 mm) ekleyin, ancak gözenekliliği ortaya çıkarabilecek aşırı paylardan kaçının.
• İş parçası sabitleme tasarımı: Parçanın, CNC işlemlerinde kolayca ve güvenli bir şekilde bağlanabilmesi için sağlam, paralel yüzeylere sahip olduğundan emin olun.
• Ejektor Pin Yerlerini Optimize Et: Ejeksiyon çubuklarını, bitmiş yüzlerdeki izlerin önlenmesi için, kaburgalar veya patronlar gibi kritik olmayan, işlenmemiş yüzeylere yerleştirin.
• Araç Erişilebilirliği: İşleme gerektiren alanların karmaşık yapılandırmalar olmadan standart kesme araçlarıyla ulaşılabilmesi için emin olun.
• Tarihleri tutarlı tutun: Boyut doğruluğunu sağlamak için hem döküm hem de işleme çizimleri için aynı verim noktalarını kullanın.

Malzeme Seçimi: döküm ve işlenebilirlik üzerindeki etkisi

Alaşım seçimi hem döküm tasarımını hem de daha sonra işlenebilirliğini derinden etkileyen temel bir karardır. Çeşitli metallerin akıcılık, daralma, güç ve sertlik konusunda farklı özellikleri vardır. Bu özellikler minimum duvar kalınlığından gerekli çekim açılarına kadar her şeyi belirler. Matris dökümünde kullanılan en yaygın alaşımlar alüminyum, çinko ve magnezyumdur ve her biri benzersiz bir ticaret seti sunar.

A380 gibi alüminyum alaşımları, mükemmel dayanıklılık, hafif ağırlık ve ısı iletkenliği dengesi nedeniyle popülerdir. Birçok otomotiv ve endüstriyel uygulama için tercih edilirler. Zenk alaşımları, Zamak 3 gibi, üstün akışkanlık sunar, bu da son derece ince duvarları doldurmalarına ve mükemmel yüzey bitirme ile karmaşık, karmaşık geometri oluşturmalarına izin verir. Çinko ayrıca matrisin daha az aşınmasına neden olur ve bu da alet ömrünü uzatar. Magnezyum, yaygın yapı metallerinin en hafifidir ve ağırlık azaltmanın en önemli olduğu uygulamalar için idealdir, ancak çalışmak daha zor olabilir.

Malzeme seçimi tasarım kurallarını doğrudan etkiler. Örneğin, endüstri kılavuzlarına göre, çinko, 0,5 derece kadar düşük bir tasma açısıyla ve daha ince duvarlarla dökülebilirken, alüminyum tipik olarak 1-2 derece tasma ve biraz daha kalın bölümler gerektirir. Özellikle otomotiv sektöründe yüksek stresli uygulamalar için malzemeleri düşünürken, ayrıca, kementleme gibi diğer üretim süreçlerinin daha uygun olabileceğini de belirtmek gerekir. Örneğin, hassas mühendislik otomobil dövme parçalarında uzmanlaşmış şirketler, kritik uygulamalar için üstün dayanıklılık ve dayanıklılık ile bileşenler sağlayabilir.

Aşağıdaki tablo, seçim sürecini yönlendirmek için yardımcı olmak için yaygın mattan dökme alaşımlarını karşılaştırır.

Döküm ve İşleme Arasında Denge Kurarak Başarıya Ulaşmak

Sonuç olarak, basınçlı döküm parçalarda işleme için tasarım konusundaki mükemmellik, bütüncül bir yaklaşımda yatmaktadır. Döküm ve işleme süreçlerinin ayrı problemler gibi ele alındığı dar kapsamlı düşünme biçiminden vazgeçmek gerekir. Tasarımcılar bunları tek bir üretim stratejisinin iki bütünleşik aşaması olarak görmelidir. En maliyet etkin ve en yüksek performanslı bileşenler, her iki sürecin gereksinimlerini zarif bir şekilde karşılayan bir tasarımdan doğar.

Bu, DFM'nin temel ilkelerini benimsemeyi gerektirir: eşit duvar kalınlığına ulaşmaya çalışmak, bol çekme eğimleri ve köşe yuvarlamaları eklemek ve mümkün olduğu kadar karmaşıklığı en aza indirmek. Aynı zamanda, işleme payı ekleyerek, güvenli sabitleme için uygun şekilde tasarlayarak ve kritik referans noktalarını tutarlı tutarak gerekli ikincil işlemler için stratejik planlama yapmayı içerir. Malzeme seçiminde bilinçli kararlar alarak ve düşük hacimli işleme ile yüksek hacimli döküm arasındaki ekonomik ödünleşimleri anlayarak mühendisler prototipten üretime güvenle ve verimli bir şekilde geçiş yapabilir.

Sıkça Sorulan Sorular

1. Kalıp döküm tasarımında en yaygın hata nedir?

En yaygın hata, duvar kalınlığının tekdüze olmamasıdır. İnce kesimlerden kalın kesimlere ani geçişler, düzensiz soğumaya neden olur ve bunun sonucunda gözeneklilik, çökme izleri ve parçanın yapısal bütünlüğünü tehlikeye atan iç gerilmeler gibi birçok sorun ortaya çıkar.

i̇kincil işlem için ne kadar malzeme bırakılmalıdır?

Genel bir kural olarak, genellikle işlenebilirlik payı adı verilen 0,015 ile 0,030 inç (veya 0,4 mm ile 0,8 mm) arasında fazladan malzeme bırakmaktır. Bu miktar, kesme aracının dökümdeki potansiyel alt yüzey gözenekliliğini ortaya çıkaracak kadar derin kesmeden temiz ve hassas bir yüzey oluşturmasına izin verecek düzeyde yeterlidir.

3. Kalıp dökümde neden keskin iç köşeler kötüdür?

Keskin iç köşeler birkaç soruna neden olur. Sıvı metalin akışını engeller, türbülansa ve olası kusurlara yol açar. Ayrıca bitmiş parça ile çelik kalıp üzerinde gerilim birikimi yaratır ve bu durum çatlaklara ve erken takım arızasına neden olabilir. Köşeleri yuvarlamak için filetler kullanmak, kalite ve takım ömrü açısından çok önemlidir.