Przewodnik po projektowaniu form odlewanych ciśnieniowo: kluczowe czynniki wpływające na jakość części i koszt

Projektowanie formy do przemysłowego odlewania ciśnieniowego jest kluczowe dla procesu, ponieważ wpływa na dokładność, jakość powierzchni, czas i koszty. Matryca musi osiągnąć równowagę i kontrolę przepływu metalu, usuwania powietrza, transferu i chłodzenia metalu, krzepnięcia oraz wyrzucenia. Musi to robić podczas znoszenia stresu fizycznego i termicznego.

Każdy projekt ma inne wymagania dotyczące kształtu, materiału, tolerancji, objętości oraz potrzeby postprocessingu. Dlatego każdy projekt wymaga innej, indywidualnej formy. Najlepsze praktyki w branży traktują narzędzia jako część systemu z doborem stopów, tolerancją, procesem produkcji oraz kontrolą jakości.

Jak działa przemysłowy cykl odlewania ciśnieniowego

Matryca składa się z części złożonej i części, oba wykonane z twardej stali. Po wypełnieniu matrycy stopionym metalem, metal poddawany jest przycinaniu i innym kolejnym operacjom.

• Zamknięcie matrycy: zarówno złożone, jak i części składowe matrycy zamykają się i są zablokowane na miejscu.

• Wtrysk metalu: Kanały i bramki są naładowane ciekłym metalem.

•Utwardzanie: Wtryskany metal stygnie i twardnieje w miarę nagrzewania matrycy.

• Wyrzut części: Mechanizm pchający lub ciągnący usuwa stwardniałą część z matrycy.

• Obróbka końcowa: Usuwany jest dodatkowy metal i materiały nadmiarowe.

1. Geometria komponentów i grubość ścianek

Konstrukcja komponentu wpływa na kompletność wypełnienia formy oraz jednolitość chłodzenia. Różne grubości przekrojów mogą powodować zniekształcenia i również zatrzymywać powietrze.

•Grubość ścianek: Ściany powinny mieć jednolitą grubość. Unikaj nagłego zakończenia.

•Zaokrącenia: Przepływ i zniekształcenia są minimalizowane przez redukcję nagłego wykończenia.

•Ciąg: Powierzchnie powinny mieć lekki ciąg w kierunku otwarcia matrycy.

•Żebra i wyszyciki: należy unikać dodawania materiału. Dobry projekt obejmuje sztywność i cechy mocowania.

•Unikanie podcięcia: Zsuwa i rdzenie do podcięcia zwiększają złożoność i koszty.

2. Ruchome elementy i linia rozdzielania

Położenie i wygląd skaf oraz relacje wymiarowe i wyrzucenie odlewów są zależne od linii rozdzielczej. Lina rozdzielająca służy do utrzymania odlewu po stronie wyrzutnika i ma zapobiegać pęknięciu krytycznych powierzchni.

Boczne rdzenie, prowadnice i wkładki mogą być używane do tworzenia otworów poprzecznych lub podcięć, ale tworzą dodatkowe interfejsy, punkty zużycia, prace dopasowania i dodatkowe etapy cyklu.

3. Projektowanie kanałów, bram, przelewów i wentylacji

System zasilania musi wypełniać komorę, minimalizując jednocześnie utratę ciśnienia, turbulencje, zastyganie i zatrzymywanie powietrza.

Pozycja otworów wentylacyjnych, bram, kanałów i innych elementów powinna uwzględniać geometrię komponentu, zachowanie stopu, kolejność wypełnienia oraz bilans termiczny matrycy, a także powierzchnie komponentu, które są krytyczne.

4. Wentylacja i zarządzanie porowatością

Porowatość może wynikać z uwięzienia gazu, kurczenia się, zachowania smaru, jakości metalu oraz zmienności procesu. Kontrola jest zazwyczaj osiągana kilkoma metodami:

•Wentylacja: Umieść otwory wentylacyjne i przelewy w przewidywanych miejscach po zakończeniu napełniania.

•Zrównoważony przepływ: Rozwiązania projektowe zapobiegające ścieżkom przepływu zatrzymujących lub izolujących powietrze.

•Kontrola termiczna: Eliminacja nierównomiernego chłodzenia i lokalnych gorących miejsc prowadzących do kurczenia się porowatości.

•Parametry stabilne: Kontroluj profil strzału oraz temperatury, ciśnienia i smarowanie.

•Sterowanie próżniowe: Odlewanie ciśnieniowe wspomagane próżnią może być stosowane, gdy wymagania części wymagają większej szczelności szczelności, wyższej integralności strukturalnej lub późniejszych obróbk.

5. Chłodzenie i równowaga termiczna

Celem kanałów chłodzących nie jest po prostu obniżenie temperatury matrycy. Istnieje kilka problemów związanych z nierównomiernym bilansem termicznym, w tym zwiększone odkształcenia, ryzyko kurczenia się, lutowanie, zmienność czasu cyklu oraz kontrola ciepła.

•Kontrola gorących punktów: Chłodzenie powinno być umieszczone w pobliżu grubych fragmentów i rdzeni wymagających ciepła.

•Stabilność cyklu: Podczas produkcji należy utrzymywać stały zakres termiczny.

•Kontrola wymiarowa: Zachęca do bardziej jednolitego zastygania i kurczenia się.

•Sprawność serwisowa: Utrzymanie niezakłóconych obwodów chłodzenia i wkładek dla przyszłej serwisowalności.

Stopy miedzi o wysokiej przewodności mogą być stosowane w innych miejscach wokół trudnych punktów gorących. Stopy Be-Cu stanowią większe problemy, ponieważ zanieczyszczone cząstki, kurz i mgła mogą stanowić ryzyko narażenia zawodowego.

6. Wybór materiałów matryc

Wybór materiału zależy od stopu odlewu, temperatury roboczej, rozmiaru matrycy, geometrii komponentu, oczekiwanych cykli produkcyjnych, obróbki cieplnej oraz strategii naprawy.

H13 jest powszechnie stosowany do obróbki na gorąco i odlewów ciśnieniowych ze względu na odporność na sprawdzanie ciepła, wytrzymałość, twardość na gorąco oraz odporność na działanie erozyjne.

8407, Orvar 2 Microdized, 4Cr5MoSiV1, 1.2344 i H13 nie powinny być automatycznie traktowane jako materiały niepowiązane. Są to odpowiadające standardowe oznaczenia lub warianty komercyjne w rodzinie H13, choć czystość, trasa przetwarzania i specyfikacje dostawcy mogą się różnić.

7. Równoważenie inwestycji w pleśń i kosztów części

Najniższa cena formy niekoniecznie oznacza najniższy koszt za część możliwą do sprzedaży.

Ocena powinna obejmować wolumen produkcji, złom, przestoje, konserwację, obróbkę, inspekcje oraz przyszłe modyfikacje narzędzi.

SunOn'Wsparcie przemysłowego odlewania ciśnieniowego

Wsparcie SunOnPrzemysłowe odlewanie aluminium i cynku od przeglądu projektu, przez produkcję form, aż po produkcję seryjną. Opublikowany workflow obejmuje DFM, analizę przepływu formy, projektowanie systemów podawania, obróbkę CNC, EDM, montaż form, próby, strojenie, odlewanie, wykańczanie, montaż oraz pakowanie.

Firma zgłasza ponad 29 lat doświadczenia inżynieryjnego i produkcyjnego, a także certyfikaty ISO 9001, IATF 16949 oraz ISO 14001.

•Przegląd inżynierski: SunOn przegląda rysunki, specyfikacje, wybór stopów, objętość, tolerancje, wymagania dotyczące obróbki oraz aspekty kosmetyczne.

•Symuluje się wypełnianie, wentylację i analizę termiczną, aby zidentyfikować i wyeliminować potencjalne wady przed powstaniem pleśni.

•Produkcja form: Formy są tworzone przy użyciu obróbki CNC i obróbki elektronicznej (EDM), z precyzyjnym dopasowaniem, montażem i inspekcją na każdym etapie.

•Próba i ulepszanie/modyfikacja: Próbki produkcyjne są mierzone i oceniane podczas prób, z korektami dokonywanymi przed ostateczną akceptacją formy.

•Produkcja zintegrowana: SunOn obsługuje cały cykl produkcyjny, w tym odlewanie ciśnieniowe, obróbkę końcową, montaż i pakowanie.

Ostateczne przemyślenia

Dobrze zaprojektowana forma odlewnicza uwzględnia przepływ metalu, geometryczny wzór, wypełnienie i wentylację formy, chłodzenie oraz ostatecznie koszt i trwałość. Prześlij nam swoje rysunki, tolerancje, specyfikacje stopów, objętościowe oraz szczegóły wykończenia, aby otrzymać wycenę, nawet przegląd Design For Manufacture (DFM), analizę przepływu formy (MFA), konsultacje techniczne itp.

P1. Które materiały są najczęściej odlewane ciśnieniowo?

Najczęściej stosowane w przemysłowym odlewaniu ciśnieniowym są stopy aluminium i cynku.

Pytanie 2. Jakie są przyczyny porowatości w komponentach odlewanych?

Do przyczyn porowatości należą zatrzymywanie gazu, kurczenie się, niewystarczające odpowietrzenie oraz nieregularne warunki procesowe.

P3. Jaki jest wpływ grubości ściany na jakość odlewu?

Wysoka grubość ścianek może prowadzić do utraty dokładności wymiarowej, nierównomiernego chłodzenia oraz zwiększania ryzyka zniekształceń.

P4. Jaki jest wpływ projektowania kąta roboczego na jakość odlewów?

Kąty zaciągowe ułatwiają wyjmowanie odlewu z formy oraz zapobiegają uszkodzeniom i zaklejaniu odlewu do formy.

P5. Jaka jest rola wentyli i przelewów?

Pozwalają na ucieczkę uwięzionego powietrza i zbierają niepotrzebny metal, który stwardniał podczas odlewania i przeszkadza.