Autor: Inžiniersky tím AODSON, Taizhou Aodson Metal Technology Co., Ltd.
Navrhovanie odliatku z nehrdzavejúcej ocele nie je to isté ako nakreslenie obrábaného komponentu a požiadanie zlievarne, aby ho vyrobila podľa voskového modelu. Presné odlievanie je mimoriadne výkonné, ale odmeňuje diely, ktoré rešpektujú tok roztaveného kovu, tuhnutie, pevnosť keramickej škrupiny, limity vstrekovania vosku, odozvu tepelného spracovania a prístup pre následné obrábanie. Návrh, ktorý v CAD vyzerá efektívne, sa môže stať drahým, ak vytvára horúce miesta, zachytené jadrá, hlboké slepé prvky, nadmerný úber materiálu alebo tolerancie, ktoré je potrebné korigovať jednu po druhej na obrábacom centre.
Táto príručka pre návrh odliatkov z nehrdzavejúcej ocele je určená pre inžinierov, produktových dizajnérov, manažérov dodávateľov a tímy OEM, ktorí potrebujú praktické pravidlá návrhu pred zverejnením RFQ. Zameriava sa na investičné odlievanie z nehrdzavejúcej ocele, nazývané aj odlievanie metódou strateného vosku, pretože tento proces sa široko používa na výrobu častí čerpadiel, telies ventilov, obežných kolies, námorných armatúr, architektonického kovania, tepelne odolných komponentov, potravinárskych zariadení, strojných častí a mnohých ďalších presných kovových komponentov. Cieľom nie je nahradiť formálne preskúmanie zlievarňou. Cieľom je pomôcť vám odoslať lepší súbor STEP alebo STP, znížiť počet revízií, ktorým sa dá vyhnúť, a pochopiť, prečo môže zlievareň odporučiť zmeny hrúbky steny, polomeru, prídavku na obrábanie, triedy materiálu alebo požiadaviek na kontrolu.
Najlepšie návrhy odliatkov sa vyvíjajú ako výrobný systém. Geometria odliatku, výber zliatiny, tepelné spracovanie, povrchová úprava, CNC obrábanie, kontrolné údaje a požiadavky na montáž by sa mali posudzovať spoločne. Keď sa tieto rozhodnutia oddelia, náklady sa zvyčajne zvyšujú v neskoršej fáze projektu v dôsledku opráv zváraním, dodatočného obrábania, zložitosti upínacích prípravkov, prepracovania alebo oneskoreného schvaľovania vzoriek.
Pochopenie odlievania nehrdzavejúcej ocele metódou investície
Prehľad procesu
Odlievanie nehrdzavejúcej ocele metódou presného odlievania je proces presného odlievania, ktorý využíva jednorazový voskový model a keramickú škrupinovú formu. Voskový model reprodukuje geometriu dielu vrátane väčšiny vonkajších povrchov a mnohých vnútorných detailov. Viaceré voskové modele môžu byť pripevnené k centrálnemu systému žľabov, čím sa vytvorí odlievací strom. Drevo je opakovane potiahnuté keramickou suspenziou a žiaruvzdorným štukom. Po vytvorení a vysušení škrupiny sa vosk odstráni, škrupina sa vypáli, naleje sa roztavená nehrdzavejúca oceľ a po stuhnutí sa keramika oddelí.
Po vytrasení sa odliatky vyrežú zo stromu, odstránia sa vtokové otvory a diely prechádzajú operáciami, ako je tepelné spracovanie, tryskanie, brúsenie, rovnanie, pasivácia, leštenie, elektrolytické leštenie, CNC obrábanie, kontrola a balenie. V prípade náročných dielov môže kontrola kvality zahŕňať chemickú analýzu, mechanické skúšky, rozmerovú kontrolu, skúšky penetráciou kvapalín, rádiografiu, tlakové skúšky, meranie feritov alebo korózne skúšky.
Proces odlievania strateného vosku
- Recenzia DFM: Zlievareň vyhodnocuje hrúbku steny, polomery, otvory, tolerancie, stratégiu delenia, vtláčanie, riziko zmršťovania a prídavok na obrábanie.
- Nástroje: Na vstrekovanie vosku sa vyrába kovová matrica. Nástroj musí umožňovať vyhadzovanie vzoru a kontrolu rozmerov.
- Vstrekovanie vosku: Voskové modely sa vyrábajú, kontrolujú a v prípade potreby opravujú.
- Montáž: Voskové vzory sú pripevnené na bežce, brány a stúpačky.
- Hrubá budova: Keramické vrstvy sa nanášajú, kým škrupina nedosiahne dostatočnú pevnosť a priepustnosť.
- Odparafínovanie a vypaľovanie: Vosk sa odstráni a keramická škrupina sa vypaľuje, aby sa zlepšila pevnosť a odstránili zvyšky.
- Nalievanie: Nerezová oceľ sa roztaví, kontrolne upraví a naleje do predhriatej škrupiny.
- Dokončovanie: Brány sa odstránia, povrchy sa vyčistia a dokončí sa sekundárne spracovanie.
- Inšpekcia: Overujú sa rozmery, kvalita povrchu, vlastnosti materiálu a požiadavky špecifické pre danú aplikáciu.
Výhody oproti obrábaniu
Odlievanie na presný model je obzvlášť užitočné, keď má diel zložitú geometriu, zakrivené povrchy, vnútorné priechody, zmiešané prechody alebo vysoký pomer „kúpiť k letu“, ak je obrábaný z tyče alebo plechu. Pri obrábaní komponentu z plnej nehrdzavejúcej ocele môže byť odstránených 60 – 90 percent východiskového materiálu. Odlievanie najprv vytvorí takmer čistý tvar a obrábanie sa ponecháva iba na kritické tesniace plochy, ložiskové sedlá, závity, vzťažné body, otvory a presné rozhrania.
V porovnaní s CNC obrábaním môže odlievanie znížiť odpad surovín, skrátiť čas cyklu pre zložité tvary, znížiť zložitosť viacosových dráh nástroja a vytvoriť tvary, ktoré by pri obrábaní vyžadovali niekoľko nastavení alebo zostavených kusov. Odlievanie však nevylučuje obrábanie. Posúva návrh smerom k takmer čistej výrobe a potom využíva obrábanie tam, kde skutočne záleží na presnosti a povrchovej úprave.
Výhody oproti výrobe
Výroba je flexibilná pre veľké rámy, jednoduché zvárané zostavy a nízkoobjemové konštrukcie. Zvárané zostavy z nehrdzavejúcej ocele však prinášajú tepelne ovplyvnené zóny, deformácie, kontrolu zvarov, brúsenie, cesty úniku a kozmetické odchýlky. Presné liatie môže spojiť niekoľko vyrobených kusov do jedného monolitického komponentu. To zlepšuje tuhosť, odstraňuje zvarové švy, zjednodušuje tesniace povrchy a môže zlepšiť opakovateľnosť v rámci šarží.
Výhody oproti kovaniu
Kovanie je vynikajúce pre vysokopevnostné smerové prúdenie zrna, rázové zaťaženie a relatívne jednoduché tvary. Často sa uprednostňuje pre silne zaťažené hriadele, háky a bezpečnostne kritické diely, kde je štruktúra zrna dôležitejšia ako geometrické detaily. Presné liatie je zvyčajne lepšie pre zložité tvary, tenké profily, vnútorné priechody, obežné kolesá, kryty, konzoly a hardvér, ktorý by sa ťažko koval bez rozsiahleho obrábania.
| Metóda | Najlepšie prispôsobenie | Hlavné výhody | Hlavné obmedzenia | Typická následná práca |
|---|---|---|---|---|
| Odlievanie z nehrdzavejúcej ocele | Zložité tvary takmer siete, súčiastky so strednou až vysokou zložitosťou | Nízky odpad materiálu, vynikajúca tvarová voľnosť, dobrá opakovateľnosť, vhodné pre mnoho druhov nehrdzavejúcej ocele | Vyžaduje sa náradie, konštrukcia musí kontrolovať zmršťovanie a obmedzenia škrupiny | Brúsenie brán, tryskanie, tepelné spracovanie, selektívne CNC obrábanie |
| CNC obrábanie | Prizmatické diely, prísne tolerancie, prototypy, malé objemy | Vysoká rozmerová presnosť, rýchle zmeny dizajnu, vynikajúce presné povrchy | Vysoký odpad pri zložitých tvaroch, drahý čas cyklu pri hlbokých dutinách a tvarovaných povrchoch | Odhrotovanie, leštenie, pasivácia, kontrola |
| Kovanie | Jednoduchá geometria pre vysoké zaťaženie, diely vyžadujúce smerový tok zrna | Vysoký mechanický výkon, dobrá odolnosť proti únave, silná hustá štruktúra | Obmedzená zložitosť, vysoké náklady na raznicu, rozsiahle obrábanie detailov | Orezávanie, tepelné spracovanie, obrábanie, povrchová úprava |
| Zváraná výroba | Veľké konštrukcie, plechové alebo doskové zostavy, veľmi nízky objem | Flexibilné, rýchle pre jednoduché montáže, nie je potrebný žiadny odlievací nástroj | Deformácia, kontrola zvarov, kozmetická nekonzistencia, riziko úniku | Brúsenie zvarov, odbúravanie napätia, obrábanie, pasivácia |
Výber materiálu pre odliatky z nehrdzavejúcej ocele
Výber materiálu by sa mal začať skôr prevádzkovými podmienkami než známym názvom triedy kovanej ocele. Triedy liatej nehrdzavejúcej ocele sú často špecifikované označeniami triedy ASTM, ako napríklad CF8 a CF8M, zatiaľ čo výkresy môžu tiež odkazovať na kované ekvivalenty, ako napríklad 304, 316, 304L alebo 316L. Vzťah medzi chemickým zložením a výkonom je blízky, ale nie vždy identický. Pred zadaním objednávky si vždy overte príslušnú normu, tepelné spracovanie, cieľové mechanické vlastnosti, korózne prostredie, magnetické požiadavky a potreby certifikácie.
Bežné triedy nehrdzavejúcich odliatkov
- CF8: Bežná austenitická liata nehrdzavejúca oceľ, zhruba porovnateľná s oceľou 304. Dobrá všeobecná odolnosť proti korózii, dobrá zlievateľnosť a bežné použitie vo ventiloch, armatúrach, kovaní, potravinárskych zariadeniach a všeobecných priemyselných dieloch.
- CF8M: Austenitická liata nehrdzavejúca oceľ s obsahom molybdénu, zhruba porovnateľná s oceľou 316. Lepšia odolnosť proti jamkovej tvorbe ako CF8 v prostrediach obsahujúcich chloridy. Často sa používa na výrobu námorného vybavenia, čerpadiel, ventilov a chemických zariadení.
- 304 a 304L: Často žiadané zákazníkmi, ktorí sú oboznámení s kovanou nehrdzavejúcou oceľou. Nízkouhlíková oceľ 304L zlepšuje odolnosť voči senzibilizácii po zváraní alebo vystavení vysokým teplotám. V prípade odliatkov overte ekvivalent odliatku a limity uhlíka.
- 316 a 316L: Bežné pre námorné, chemické a vonkajšie použitie, kde sa vyžaduje odolnosť voči chloridom. 316L je užitočná tam, kde je potrebný nižší obsah uhlíka pre odolnosť voči korózii po tepelnom vystavení.
- 17-4PH: Nerezová oceľ s precipitačným kalením pre vyššiu pevnosť a tvrdosť. Dá sa tepelne spracovať za rôznych podmienok a používa sa na konštrukčné prvky, strojné súčiastky a komponenty vyžadujúce lepšiu pevnosť ako austenitická nehrdzavejúca oceľ.
- 2205: Duplexná nehrdzavejúca oceľ so zmiešanou austenito-feritovou štruktúrou. Poskytuje vyššiu pevnosť ako 316 a lepšiu odolnosť proti koróznemu praskaniu spôsobenému chloridmi. Pozri Duplexné odliatky z nehrdzavejúcej ocele pre projekty v agresívnom prostredí.
- 2507: Superduplexná nehrdzavejúca oceľ pre náročné prostredie s chloridmi, morskou vodou a chemikáliami. Vyžaduje si prísnu kontrolu procesu a mala by byť špecifikovaná, ak prostredie odôvodňuje náklady a technické požiadavky.
- 310S: Austenitická žiaruvzdorná nehrdzavejúca oceľ s vysokým obsahom chrómu a niklu. Používa sa tam, kde je dôležitá odolnosť voči oxidácii pri zvýšenej teplote.
- HK40: Žiaruvzdorná liata zliatina bežne používaná na výrobu pecí, reformérov a komponentov pre vysoké teploty. Viac informácií nájdete na Tepelne odolné oceľové odliatky.
| Stupeň | Odolnosť proti korózii | Typické prostredie | Poznámka k dizajnu |
|---|---|---|---|
| CF8 / 304 | Dobrá všeobecná odolnosť | Vnútorné, potravinárske vybavenie, mierne vonkajšie služby | Nie je ideálne pre perzistentné chloridy |
| CF8M / 316 | Lepšia odolnosť voči jamkám | Morská voda, manipulácia s chemikáliami, vonkajšie vybavenie | Stále je potrebné realistické preskúmanie chloridov a teploty |
| 316L | Lepšia odolnosť voči senzibilizácii | Zvárané alebo tepelne exponované zostavy | Potvrďte požiadavku na nízky obsah uhlíka v špecifikácii |
| 17-4PH | Mierne až dobré, v závislosti od stavu | Mechanické časti vyžadujúce pevnosť | Podmienky tepelného spracovania ovplyvňujú vlastnosti |
| 2205 | Veľmi dobrá odolnosť voči chloridom | Čerpadlá, ventily, lodné, soľanka, procesné zariadenia | Riadenie fázovej rovnováhy a tepelné spracovanie |
| 2507 | Vynikajúce pre náročné prostredie s chloridmi | Morská voda, pobrežné služby, služby v oblasti agresívnych chemikálií | Vyššie náklady a prísnejšia kontrola zlievarní |
| 310S | Dobrá odolnosť voči oxidácii | Vysokoteplotná vzduchová služba | Pevnosť sa znižuje pri teplote; skontrolujte zaťaženie |
| HK40 | Výkon zliatiny pri vysokých teplotách | Časti pece a tepelných procesov | Návrh pre tečenie, tepelné cykly a spoľahlivosť odliatku |
| Stupeň | Relatívna sila | Relatívna ťažnosť | Typické inžinierske použitie |
|---|---|---|---|
| CF8 / 304 | Stredné | Vysoká | Univerzálne odliatky odolné voči korózii |
| CF8M / 316 | Stredné | Vysoká | Námorné a chemické komponenty |
| 17-4PH | Vysoká | Mierne | Nosné stroje a hardvér |
| 2205 | Vysoká | Stredná až vysoká | Duplexné diely vyžadujúce pevnosť a odolnosť proti korózii |
| 2507 | Veľmi vysoká | Mierne | Duplexné odliatky pre náročné použitie |
| 310S | Médium pri izbovej teplote | Vysoká | Oxidácii odolné diely pri vysokých teplotách |
| HK40 | Vysoká pri zvýšenej teplote | Závisí od aplikácie | Odliatky z pecí a tepelných procesov |
| Materiálová skupina | Teplotné správanie | Odporúčané použitie | Pozor |
|---|---|---|---|
| 304 / CF8 | Dobrý všeobecný výkon nehrdzavejúcej ocele | Prevádzka pri okolitej a miernej teplote | Preskúmajte senzibilizáciu a tvorbu olupín pri zvýšenej teplote |
| 316 / CF8M | Podobné ako 304 so zlepšenou odolnosťou proti korózii | Teplá korozívna prevádzka | Riziko praskania chloridov sa môže zvyšovať s teplotou |
| 17-4PH | Pevnosť závisí od tepelného spracovania | Mechanická pevnosť pri miernej teplote | Je potrebné zvážiť nadmerné starnutie a koróziu |
| Duplex 2205 / 2507 | Dobrá pevnosť, ale citlivé na nesprávne tepelné vystavenie | Korozívna prevádzka, kde je potrebná pevnosť | Zabráňte tvorbe škodlivých fáz v dôsledku nesprávneho tepelného spracovania |
| 310S | Dobrá odolnosť voči oxidácii | Tepelné štíty, armatúry pecí, tepelné zariadenia | Nepredpokladajte pevnosť pri vysokých teplotách bez výpočtu |
| HK40 | Určené pre odlievanie pri vysokých teplotách | Rúry pece, tácky, podpery a časti tepelných procesov | Konštrukcia musí zohľadňovať tečenie a tepelnú únavu |
Pokyny na návrh hrúbky steny
Hrúbka steny je jedným z najdôležitejších pravidiel pri navrhovaní odliatkov. Tenké steny môžu vybočovať, praskať, zdeformovať sa alebo sa úplne nevyplniť. Hrubé steny tuhnú pomaly a môžu vytvárať pórovitosť spôsobenú zmršťovaním, trhliny za tepla, dlhé cykly a zbytočnú hmotnosť dielov. Najekonomickejší návrh nie je vždy ten najtenší. Je to návrh s dostatočnou hrúbkou prierezu pre vyplnenie a pevnosť, pričom sa vyhýba izolovaným ťažkým hmotám.
Odporúčaná hrúbka steny
Pre mnohé odliatky z nehrdzavejúcej ocele na presné odliatky je praktický rozsah hrúbky steny približne 2,5 – 6,0 mm pre malé až stredné diely. Jednoduché malé odliatky s hrúbkou okolo 2,0 mm sú za kontrolovaných podmienok možné, zatiaľ čo väčšie diely zvyčajne potrebujú hrubšie steny. Veľmi tenké prvky sú možné, ak sú krátke, dobre podávané a nie sú izolované, ale nemali by sa predpokladať bez kontroly v zlievarni.
Užitočným východiskovým bodom je navrhnúť všeobecné steny s hrúbkou 3,0 – 4,0 mm pre kompaktné diely z nehrdzavejúcej ocele, 4,0 – 6,0 mm pre stredne veľké priemyselné diely a 6,0 mm alebo viac pre väčšie nosné profily. Nejde o univerzálne limity. Realistické súčiastky ovplyvňujú zliatina, plášť dielu, konštrukcia žľabu, predhrievanie plášťa, teplota odlievania, geometria a požiadavky na kvalitu.
Minimálne limity hrúbky steny odlievania
Pri rozhodovaní o minimálnej hrúbke steny pri odlievaní by sa malo brať do úvahy viac než len plniteľnosť. Stenu, ktorú je možné odliať, môže byť stále ťažké kontrolovať, leštiť, narovnávať, tepelne spracovávať alebo obrábať. Napríklad 2,0 mm nerezová stena na malom dekoratívnom držiaku môže byť prijateľná, ale 2,0 mm stena na telese ventilu vystavenom tlaku zvyčajne nie je zodpovedným konštrukčným cieľom. Ak bude diel tlakovo skúšaný, zváraný, závitovaný alebo cyklicky zaťažovaný, minimálna stena musí zahŕňať požiadavky na pevnosť, toleranciu korózie a kontrolu.
Jednotné časti stien
Rovnomerná hrúbka steny znižuje tepelné gradienty a pomáha odliatku predvídateľne tuhnúť. Náhle zmeny z hrubých na tenké časti vytvárajú lokálne horúce miesta. Ťažká časť zostáva dlhšie tekutá a počas tuhnutia môže sťahovať kov zo susedných tenkých častí, čím vytvára zmršťovacie dutiny alebo povrchové priehlbiny. Rovnomerná stena tiež zlepšuje konzistenciu vstrekovaného vosku a schnutie keramickej škrupiny.
Prechody z hrubej na tenkú vrstvu
Ak sú potrebné zmeny hrúbky, použite zúžené prechody a veľkorysé polomery. Vyhnite sa prechodu z 12 mm výstupku do 3 mm steny. Namiesto toho zvážte vyrezanie výstupku, pridanie zmiešanej podložky, presunutie dráhy zaťaženia do rebier alebo ponechanie obrábaného polotovaru iba tam, kde je to potrebné. Dĺžka prechodu aspoň trojnásobok rozdielu hrúbky je praktickým východiskovým bodom pre mnohé súčiastky.
Dobrý prechod hrúbky: stena 6 mm ---- postupný prechod ---- stena 3,5 mm / / Slabý prechod: výčnelok 12 mm | ostrý schod | stena 3 mm | | Riziko horúcich miest a zmršťovania v ťažkej časti.
Horúce miesta a riziká poklesu
Horúce miesta sa tvoria tam, kde je objem kovu vysoký v porovnaní s plochou chladiacej plochy. Medzi bežné príklady patria hrubé výstupky, priesečníky rebier, výstupky, rohy prírub a ťažké podložky. Horúce miesta sú obzvlášť problematické pri nehrdzavejúcej oceli, pretože je potrebné starostlivo riadiť kontrolu zmršťovania, vzdialenosť podávania a teplotu plášťa. Dobrý návrh znižuje výskyt horúcich miest skôr, ako ich zlievareň musí riešiť väčšími vtokmi, stúpačkami, odkvapmi, opravami zvarov alebo dodatočným obrábaným materiálom.
| Funkcia | Preferovaný dizajn | Rizikový dizajn | Odporúčanie |
|---|---|---|---|
| Všeobecná stena | 3 – 6 mm pre mnoho malých a stredných nerezových dielov | Pod 2 mm bez kontroly | Pred dokončením tenkých stien si vyžiadajte potvrdenie od zlievarne |
| Šéf | Jadrový alebo zmiešaný výstupok s obrábacou doskou | Masívny ťažký výčnelok pripevnený k tenkej stene | Znížte hmotnosť pomocou vreciek alebo vytvorte jadro bossa |
| Rebro | Hrúbka rebra 50 – 70 percent priľahlej steny | Rebro hrubé ako stena alebo hrubšie | Rebrá použite kvôli tuhosti, nie ako skryté ťažké časti |
| Príruba | Konzistentná hrúbka s lokálnymi podložkami iba tam, kde sú opracované | Príliš hrubá plná príruba | Strojové tesnenie alebo skrutkovanie oblastí |
| Prechod | Zúžený prechod s polomerom | Ostrý krok hrúbky | Používajte postupné prechody a zaoblenia |
| Veľká rovná plocha | Stredná hrúbka s rebrami alebo zakrivením | Veľký tenký plochý tanier | Pridajte prvky tuhosti alebo prijmite plán obrábania/rovnania |
Návrh polomeru rohu a zaoblenia
Ostré vnútorné rohy sú jednou z najčastejších príčin problémov s odlievaním. Sústreďujú napätie, obmedzujú tok kovu, znižujú pevnosť škrupiny v rohu a vytvárajú lokálne tepelné gradienty. Polomer je malá konštrukčná zmena s veľkým vplyvom na výrobu. Pokiaľ nie je ostrý roh funkčne nevyhnutný a bude opracovaný, rohy odlievania by mali byť zaoblené.
Koncentrácia stresu
Ostrý vnútorný roh môže výrazne zvýšiť lokálne napätie pri zaťažení. V prípade odliatkov z nehrdzavejúcej ocele je to dôležité, pretože mikrozmršťovanie, drsnosť povrchu alebo malé diskontinuity s väčšou pravdepodobnosťou iniciujú trhliny v miestach s vysokým napätím. Veľkorysé zaoblenie rozkladá dráhu zaťaženia a zlepšuje odolnosť proti únave.
Zlepšenie toku kovu
Roztavená oceľ prúdi plynulejšie vďaka zaoblenej geometrii. Ostré rohy môžu spôsobiť turbulencie, zachytávanie vzduchu, studené uzávery a neúplné naplnenie. Zaoblenie tiež pomáha pri vstrekovaní vosku a nanášaní keramického plášťa, pretože kal môže rovnomernejšie dosiahnuť a odtekať k prvku.
Zníženie zmršťovania
V miestach priesečníkov rebier a základní náliakov pomáhajú zaoblenia redukovať lokálne prehriate miesta. Príliš veľké zaoblenie však môže tiež pridať nežiaducu hmotu. Najlepší polomer vyvažuje tok, pevnosť a tuhnutie. Pre mnohé nerezové presné odliatky sú bežné vnútorné polomery od 1,5 do 5,0 mm, pričom väčšie polomery sa používajú pre hrubšie profily.
| Hrúbka susednej steny | Minimálny praktický vnútorný polomer | Preferovaný rozsah polomerov | Poznámka |
|---|---|---|---|
| 2 – 3 mm | 0,8 – 1,0 mm | 1,0 – 2,0 mm | Malé diely a ľahké prvky |
| 3 – 5 mm | 1,5 mm | 2,0 – 3,0 mm | Bežný sortiment pre návrh presných odliatkov |
| 5 – 8 mm | 2,0 mm | 3,0 – 5,0 mm | Priemyselné hardvérové a strojné diely |
| 8 mm a viac | 3,0 mm | 5,0 mm alebo viac | Prehľad horúcich miest a kŕmenie pomocou zlievarne |
Odporúčanie pre vnútorný roh: Slabé: Lepšie: | | | | |_____| | / |___/ polomer Použite obrobený ostrý roh iba vtedy, keď to funkcia vyžaduje.
Návrh otvorov, drážok a vnútorných prvkov
Otvory a drážky sú pri odlievaní na presný model často možné, ale konštrukčné limity závisia od priemeru, hĺbky, orientácie, zliatiny, tolerancie a od toho, či je potrebné keramické alebo rozpustné jadro. Vŕtanie malých otvorov po odliatí môže byť lacnejšie ako priame odlievanie. Hlboké slepé otvory, úzke drážky a uzavreté vnútorné dutiny si vyžadujú osobitnú kontrolu, pretože odstránenie vosku, keramiky, škrupiny a kontrola sú náročnejšie.
Priechodné otvory
Priechodné otvory sú zvyčajne vhodnejšie na odlievanie ako slepé otvory, pretože umožňujú lepšiu oporu jadra a ľahšie čistenie. V praxi by mali mať odlievané priechodné otvory dostatočne veľký priemer v pomere k dĺžke. Otvor s pomerom priemeru k hĺbke blízkym 1:1 je jednoduchší ako dlhý malý otvor. Pri presných nehrdzavejúcich odliatkoch sa často lepšie vŕtajú otvory s priemerom menším ako približne 3 mm, najmä ak je dôležitá poloha, kruhovitosť alebo povrchová úprava.
Slepé diery
Slepé otvory spôsobujú dva problémy. Po prvé, dutinu musí vytvoriť jadro alebo voskový kolík a potom sa musí odstrániť alebo podoprieť. Po druhé, slepý koniec môže zachytiť plyny, materiál plášťa alebo čistiace médiá. Ak sa otvor stane závitovým prvkom, je zvyčajne lepšie odliať prednú priehlbinu alebo plný nálitok a opracovať finálnu operáciu vŕtania a rezania závitu.
Hracie automaty
Drážky by mali mať zaoblené konce, realistickú šírku a dostatočný úkos alebo vôľu pre obrábanie nástrojmi. Dlhá úzka drážka sa môže počas výroby alebo odlievania škrupiny zdeformovať. Ak je drážka tesniacim, posuvným alebo montážnym prvkom, zvážte odliatie takmer čistého otvoru a jeho dokončenie CNC obrábaním. Polomer konca drážky by mal byť zvyčajne aspoň polovica šírky drážky, pokiaľ nie je potrebný obrobený štvorcový koniec.
Vnútorné dutiny
Pri odlievaní na presné liatie môžu vzniknúť vnútorné dutiny, ale zložitosť sa rýchlo zvyšuje. Vnútorné priechody môžu vyžadovať keramické jadrá, rozpustný vosk, vylúhovateľné jadrá alebo zostavené voskové časti. Konštrukcia musí umožňovať podopretie jadra, stabilné umiestnenie, odstránenie škrupiny a kontrolu. V prípade dielov vystavených tlaku alebo kritických z hľadiska prietoku definujte, či sa vyžaduje rádiografia, tlaková skúška alebo skúška prietoku.
| Funkcia | Pokyny vhodné pre obsadenie | Stroj namiesto toho, keď |
|---|---|---|
| Malý priechodný otvor | Ak je to možné, udržujte priemer nad 3 mm | Tolerancia priemeru, kruhovitosti alebo umiestnenia je malá |
| Hlboká slepá diera | Ak je to možné, vyhnite sa alebo prepracujte ako priechodný otvor | Hĺbka je viac ako 2-3-násobok priemeru |
| Závitový otvor | Iba šéf obsadenia alebo pilotný seriál | Závit musí spĺňať požiadavky na hrúbku |
| Dlhý slot | Použite zaoblené konce a dostatočnú šírku | Štrbina je úzka, kritická z hľadiska priamosti alebo sa posúva |
| Vnútorná chodba | Zabezpečte podporu jadra a prístup k čisteniu | Kontrola nemôže potvrdiť neporušenosť ani čistotu |
Uhly úkosu a deliace čiary
Odlievanie do vytaveného materiálu nevyžaduje rovnaké uhly úkosu ako odlievanie do pieskových foriem alebo tlakové odlievanie, pretože voskový vzor môže byť detailnejší a keramická škrupina sa odlomí. Na uvoľnenie voskového nástroja však môže byť stále potrebný úkos. Akýkoľvek prvok tvorený pevnou súčasťou formy musí byť odstrániteľný bez poškodenia voskového vzoru. Hlboké vrecká, zvislé rebrá a vnútorné bočné steny môžu vyžadovať úkos, posuvníky, vložky alebo zmeny dizajnu.
Keď je potrebný koncept
Priehyb je potrebný, keď sa nástroj na voskové rezanie musí uvoľniť z povrchu. Plytká vonkajšia plocha môže vyžadovať malý alebo žiadny viditeľný priehyb, zatiaľ čo hlboká vrecko môže vyžadovať 1 – 3 stupne v závislosti od hĺbky, textúry a zmršťovania vosku. Ak je pre funkčný povrch potrebný nulový priehyb, naplánujte si obrábanie tohto povrchu alebo použite zložitejší nástroj s vymeniteľnými vložkami.
Ako úkos ovplyvňuje nástroje
Náklady na nástroje sa zvyšujú, keď vosková forma potrebuje klzné plochy, voľné kusy, skladacie jadrá alebo zložité delenie. Konštrukcia, ktorá pridáva malý uhol sklonu, môže niekedy dramaticky znížiť zložitosť nástrojov. Kompromis je zvyčajne prijateľný, keď je povrch nefunkčný. V prípade presných povrchov by sa mal sklon včas prediskutovať so zlievarňou a dodávateľom obrábacích strojov.
Optimalizácia deliacej čiary
Deliace čiary by mali byť umiestnené na nekritických povrchoch, kedykoľvek je to možné. Vyhnite sa umiestneniu deliacej čiary cez tesniace plochy, leštené kozmetické plochy, uloženie ložísk alebo referenčné plochy. Dobre umiestnená deliaca čiara znižuje nesúlad, odstránenie otrepov a kozmetické dokončovanie. Ak bude diel leštený na... Architektonický hardvér, umiestnenie deliacej čiary je obzvlášť dôležité, pretože leštenie môže odhaliť zmeny geometrie.
| Typ povrchu | Návrh odporúčania | Odporúčanie pre deliacu čiaru |
|---|---|---|
| Nefunkčná vonkajšia strana | 0,5 – 2 stupne, ak je to užitočné | Prijateľné, ak sa ľahko melie alebo mieša |
| Hlboká vrecková stena | 1-3 stupne alebo rezná doštička nástroja | Zabráňte viditeľnému nesúladu v spodnej časti vrecka |
| Obrobený vzťažný bod | Nechajte obrábací materiál | Ak je to možné, udržujte deliacu čiaru ďalej od vzťažného bodu |
| Leštený povrch | Minimalizovať viditeľnú zmenu úkosu | Umiestnite na skrytý alebo menej viditeľný okraj |
Rozmerové tolerancie
Tolerancie pre odliatky na vytaviteľné materiály sú vhodné pre proces odlievania, ale nie sú to isté ako tolerancie pre CNC obrábanie. Návrh, ktorý priraďuje obrábané tolerancie každému odlievanému povrchu, sa stane drahým a môže byť nemožný bez rozsiahlej sekundárnej práce. Precízny výkres oddeľuje rozmery odliatku, obrábané rozmery, referenčné rozmery a rozmery kritické pre kontrolu.
Lineárna tolerancia
Typické tolerancie lineárnych odliatkov z nehrdzavejúcej ocele závisia od veľkosti dielu, geometrie, nástrojov, riadenia procesu a metódy kontroly. Malé rozmery je možné kontrolovať v rozmedzí niekoľkých desatín milimetra, zatiaľ čo väčšie rozmery vyžadujú širšie tolerančné pásma. Pre praktickú komunikáciu v rámci RFQ požiadajte zlievareň o jej štandardnú tolerančnú tabuľku a identifikujte iba rozmery, ktoré vyžadujú prísnejšiu kontrolu.
| Menovitý rozmer | Typická cieľová tolerancia odlievania investičných foriem | Technická poznámka |
|---|---|---|
| 0 – 25 mm | +/-0,15 až +/-0,30 mm | Tvar a umiestnenie prvku sú dôležité |
| 25 – 50 mm | +/-0,25 až +/-0,40 mm | Dobrý rozsah pre návrh presného odliatku |
| 50 – 100 mm | +/-0,40 až +/-0,70 mm | Skontrolujte plochosť a skreslenie |
| 100 – 200 mm | +/-0,70 až +/-1,20 mm | Pre tesné rozhrania použite obrábanie |
| Nad 200 mm | Projektovo špecifické | Potvrďte so zlievarňou a plánom kontroly |
Rovinnosť, priamosť a sústrednosť
Rovinnosť a priamosť sú ovplyvnené správaním škrupiny, rýchlosťou chladenia, tepelným spracovaním, geometriou súčiastky a zvyškovým napätím. Dlhé tenké odliatky sa s väčšou pravdepodobnosťou deformujú ako kompaktné súčiastky. Sústrednosť medzi odliatkami môže byť dobrá, keď sú prvky tvarované v rovnakom smere voskového nástroja, ale tesná sústrednosť medzi vonkajším priemerom odliatku a obrobeným otvorom by sa mala dosiahnuť obrábaním z definovaných vzťažných bodov.
| Požiadavka | Odporúčaný prístup | Dôvod |
|---|---|---|
| Rovinnosť tesniacej plochy | Stroj po odliatí | Odliaty povrch nie je dostatočne spoľahlivý na kritické utesnenie |
| Súososť otvoru ložiska | Vŕtanie a vzťažný bod stroja v jednom nastavení | Riadi funkčné zarovnanie |
| Dlhá rovnosť paží | Pridajte rebrá alebo povoľte narovnanie | Znižuje deformácie spôsobené tepelným spracovaním a chladením |
| Kozmetický vonkajší profil | Použiť ako odliatok s leštiacim prídavkom | Zabraňuje zbytočnému času cyklu CNC |
| Poloha závitu | Odliatok výčnelku, vŕtanie a závitovanie po odliatí | Závity vyžadujú kontrolovanú geometriu |
Ktoré rozmery by sa mali opracovať?
Rozmery stroja, ktoré riadia montáž, tesnenie, rotáciu, uloženie ložiska, závitové spojenie, stlačenie tesnenia, lisované uloženie, únik kvapaliny alebo kontrolné údaje. Nefunkčné povrchy ponechajte v stave, v akom sú odliate, kedykoľvek je to možné. Toto je jadro návrhu pre vyrobiteľné odlievanie: neplaťte za presnosť tam, kde sa presnosť nevyužíva.
Požiadavky na povrchovú úpravu
Povrchová úprava ovplyvňuje vzhľad, korózne správanie, trenie, čistiteľnosť a kontrolu. Povrchy odliatkov z vytaveného materiálu sú zvyčajne oveľa hladšie ako povrchy odliatkov do pieskovej formy, ale nie sú ekvivalentom obrábaných alebo leštených povrchov. Výkres by mal definovať, ktoré povrchy sú odliate, otryskané, leštené, elektrolyticky leštené alebo obrábané.
| Dokončiť | Typický rozsah Ra | Najlepšie použitie | Poznámka k dizajnu |
|---|---|---|---|
| Ako odliatok | Typické Ra 3,2 – 6,3 mikrometra | Všeobecné priemyselné povrchy | Závisí od systému škrupiny a geometrie |
| Tryskanie | Ra 3,2 – 12,5 mikrometra | Rovnomerný matný povrch, odstránenie vodného kameňa | Môže mierne ovplyvniť hrany a kozmetický vzhľad |
| Brúsenie | Premenná | Odstránenie brány a lokálne miešanie | Vyžaduje jasné kritériá prijatia |
| Mechanické leštenie | Ra 0,8 – 1,6 mikrometra alebo lepšie | Viditeľné kovanie, kontakt s potravinami, dekoratívne časti | Konštrukcia musí umožňovať prístup k nástrojom |
| Elektrolytické leštenie | Zlepšuje mikrohladkosť a pasivitu | Čistiteľnosť a odolnosť voči korózii | Vyžaduje vhodný podklad |
| CNC dokončovanie | Typické Ra 0,4 – 1,6 mikrometra | Tesniace, ložiskové, klzné a presné plochy | Špecifikujte iba funkčné oblasti |
Pre Námorné hardvérové príslušenstvo, Kombinácia CF8M alebo 316L, vhodné leštenie, pasivácia a zabránenie vzniku štrbín je často dôležitejšia ako výber jedného materiálu. Pri architektonických komponentoch môže byť konzistencia povrchu a umiestnenie deliacej čiary rovnako dôležitá ako pevnosť.
Navrhovanie pre CNC obrábanie po odlievaní
Mnohé vysokokvalitné odliatky z nehrdzavejúcej ocele nie sú čisto odliate diely. Sú to technické odliatky a balíky CNC obrábania. Tu sa to deje. Presné odlievanie a CNC obrábanie by mali spolupracovať, a nie súťažiť. Odliatok vytvára efektívny takmer čistý tvar; obrábanie vytvára konečné presné rozhrania.
Prídavok na obrábanie
Prídavok na obrábanie musí pokrývať toleranciu odliatku, odchýlky povrchu, deformácie, odchýlky upínania a čistenie. Príliš malý prídavok môže viesť k znečisteniu obrábaných povrchov. Príliš veľký prídavok plytvá časom CNC a môže odhaliť podpovrchovú pórovitosť hlbokým rezaním do ťažkých profilov. Bežné rozsahy prídavkov na obrábanie môžu byť 0,5 – 2,0 mm na stranu pre mnoho malých a stredných nerezových odliatkov, ale veľké diely alebo kritické povrchy môžu vyžadovať viac. Potvrďte podľa vlastnosti a procesných možností.
Referenčné čísla
Vyberte si vzťažné body, ktoré sa dajú spoľahlivo lokalizovať na odliatku a ktoré súvisia s funkčnými požiadavkami. Vzťažný bod skrytý za zakriveným povrchom odliatku môže spôsobiť nestabilitu upínacieho prípravku. Vždy, keď je to možné, navrhnite malé odlievacie podložky, ktoré sa stanú vzťažnými bodmi pre obrábanie. Obrábajte vzťažný bod A a potom ho použite na riadenie vzťažného bodu B a kritických prvkov. Tým sa zníži chyba pri stohovaní a konflikty pri kontrole.
Upevňovacie plochy
Dobré upínacie povrchy sú prístupné, stabilné, pevné a opakovateľné. Vyhnite sa upínaniu na tenké rebrá, zakrivené dekoratívne povrchy alebo oblasti, ktoré budú leštené. Ak diel nemá prirodzený upínací povrch, pridajte obetné výstupky, dočasné podložky alebo nefunkčné výstupky, ktoré je možné neskôr odstrániť. To môže byť lacnejšie ako zložitý upínací prípravok na mieru.
Vláknové prvky
Závity by sa mali bežne obrábať po odliatí. Odlievané závity sú zriedka vhodné na presnú montáž, pretože je ťažké dosiahnuť úpravu povrchu, opotrebenie, zmršťovanie a kontrolu. Odliať výstupok, pridať dostatok obrábaného materiálu, vyvŕtať pilotný otvor, vyrezať závitník alebo závitofrézovať a špecifikovať požiadavky na kalibráciu závitu. Pre rezné vložky definovať typ vložky, vyťahovacie zaťaženie a postup montáže.
Stratégia odlievania a obrábania: Odliatok telesa takmer vypočítaného tvaru -> stanovenie referenčnej plochy -> obrábanie otvoru a utesnenie plochy -> vyvŕtanie/závitových otvorov -> kontrola funkčných prvkov. Neobrábajte každú plochu. Obrábajte plochy, ktoré riadia funkciu.
Bežné chyby pri návrhu odliatkov
Nasledujúce chyby sa v balíkoch RFQ opakovane vyskytujú. Každá z nich môže zvýšiť náklady, dodaciu lehotu, riziko nepodarkov alebo neistotu kvality. Ich včasná oprava je oveľa lacnejšia ako revízia nástrojov po skúšobnom odliatí.
- Ostré vnútorné rohy: Vytvárajú koncentráciu napätia a zlú tečúcosť kovu. Pridajte vnútorné polomery, pokiaľ roh nebude obrábaný.
- Nadmerná hrúbka steny: Ťažké profily zvyšujú riziko zmršťovania a náklady na materiál. Odstráňte jadro z hmoty alebo prepracujte dráhy zaťaženia.
- Nerovné časti stien: Náhle prechody z hrubej na tenkú vrstvu vytvárajú horúce miesta. Používajte postupné prechody a konzistentné sekcie.
- Hlboké slepé diery: Ťažko sa odlievajú, čistia a kontrolujú. Po odliatí ich prepracujte na priechodné otvory alebo opracujte strojom.
- Tenké rebrá: Príliš tenké rebrá sa môžu zdeformovať alebo skrútiť. Použite dostatočnú hrúbku a zaoblené základne.
- Príliš hrubé rebrá: Hrubé rebrá sa stávajú skrytými horúcimi bodmi. Rebrá udržujte tenšie ako priľahlé steny.
- Nemožné tolerancie: Tolerancie na úrovni CNC na odliatych povrchoch zvyšujú náklady. Samostatné požiadavky na odliatky a obrábanie.
- Bez prídavku na obrábanie: Kritické povrchy sa nemusia dať vyčistiť. Pridávajte materiál iba tam, kde je potrebné obrábanie.
- Príliš veľký prídavok na obrábanie: Pridanie ďalšieho materiálu stráca čas a môže odhaliť pórovitosť. Použite prídavok špecifický pre daný prvok.
- Slabá stratégia pre referenčné body: Nestabilné vzťažné body vedú k nekonzistentnému obrábaniu a nezhodám pri kontrole. Vzťažné body navrhnite včas.
- Deliaca čiara medzi kozmetickými alebo tesniacimi oblasťami: To spôsobuje problémy s brúsením a konečnou úpravou. Presuňte deliace čiary na povrchy s nižším rizikom.
- Malé odlievané závity: Závity by sa mali bežne vŕtať a rezať závity. Namiesto toho odliate náliatok alebo vodiaci otvor.
- Dlhé nepodopreté jadrá: Posun jadra mení hrúbku steny a prietokovú plochu. Pridajte podporu jadra alebo prepracujte priechod.
- Veľké ploché tenké panely: Počas chladenia alebo tepelného spracovania sa deformujú. Pridajte zakrivenie, rebrá alebo realistickú toleranciu rovinnosti.
- Nejasná špecifikácia povrchovej úpravy: Nejasná poznámka, ako napríklad hladký povrch, vyvoláva spory. Definujte Ra, leštiacu plochu a akceptačnú vzorku.
- Materiál vybraný podľa zvyku: Ocele triedy 304, 316, 17-4PH a duplex nie sú zameniteľné. Vyberte materiál podľa prostredia a zaťaženia.
- Žiadny plán inšpekcie: Kritické časti vyžadujú definované kritériá prijatia. V prípade potreby uveďte certifikáty tlakovej skúšky, PT, RT, CMM alebo materiálových certifikátov.
- Ignorovanie postupnosti montáže: Odliatok môže byť vyrobiteľný, ale nie je možné ho upnúť, opracovať, vyleštiť alebo zostaviť. Prezrite si celý postup.
Prípadové štúdie optimalizácie dizajnu
Prípad 1: Obežné koleso čerpadla
Pôvodný dizajn: Obežné koleso bolo navrhnuté tak, akoby bolo obrábané z masívnej nehrdzavejúcej ocele. Malo hrubé časti náboja, ostré korene lopatiek, prísne tolerancie profilu odliatku a žiadny jasný údaj o obrábaní. Zákazník očakával, že plný profil lopatky bude spĺňať presnú geometriu bez CNC dokončovania.
Problém: Hrubý náboj vytváral riziko zmršťovania a ostré korene lopatiek zvyšovali koncentráciu napätia. Výkres tiež vyžadoval tolerancie kontroly, ktoré neboli potrebné pre hydraulický výkon. Obrábanie by si vyžadovalo vlastné upínanie a rozsiahle manuálne miešanie.
Optimalizovaný dizajn: Náboj bol vyrezaný z jadra, aby sa znížila hmotnosť, zväčšili sa polomery koreňa lopatky, zadná plocha bola určená ako primárny referenčný bod obrábania a obrábali sa iba otvor, drážka pre kľúč a montážna plocha. Tolerancia profilu lopatky bola zmenená na realistickú toleranciu odliatku so schválením vzorky.
Výsledok: Zlepšila sa spoľahlivosť odliatkov, vyváženie sa stalo konzistentnejším a čas CNC obrábania sa skrátil. Zákazník tiež skrátil cykly kontroly výkresov, pretože funkčné požiadavky boli oddelené od kozmetických alebo nekritických povrchov.
Prípad 2: Komponent námorného hardvéru
Pôvodný dizajn: Námorný hardvérový diel pripomínajúci príchytku použil nehrdzavejúcu oceľ 304, štvorcové vnútorné rohy, masívne montážne výstupky a leštené povrchy po celej časti. Otvory pre skrutky boli špecifikované ako liate otvory s malou toleranciou umiestnenia.
Problém: Výber materiálu bol z hľadiska vystavenia chloridom marginálny. Ťažké výstupky vytvárali horúce miesta, zatiaľ čo úplné leštenie zvyšovalo náklady na pracovnú silu. Odlievané otvory pre skrutky nemohli spoľahlivo spĺňať montážne požiadavky.
Optimalizovaný dizajn: Materiál bol zmenený na CF8M alebo 316L na základe prevádzkovej expozície. Výstupky boli vyrezané a zapracované do základne. Leštenie bolo obmedzené na viditeľné vonkajšie povrchy. Otvory pre skrutky boli odliate ako pilotné miesta a vyvŕtané po odliatí.
Výsledok: Zlepšila sa odolnosť proti korózii, skrátil sa čas leštenia a zlepšila sa konzistencia montáže. Súčiastka sa stala vhodnejšou pre námorné použitie bez toho, aby sa každý povrch premenil na obrábaný prvok.
Prípad 3: Teleso ventilu
Pôvodný dizajn: Teleso ventilu malo hrubé prírubové prechody, hlboké zaslepené otvory, tesnú súosovosť medzi viacerými otvormi v odliatku a žiadny prídavok na tlakovú skúšku. CAD model mal ostré prechody tam, kde sa rebrá stretávali s hranicou tlaku.
Problém: Riziko zmršťovania sa sústredilo okolo priesečníkov prírub a výstupkov. Hlboké slepé prvky sa ťažko čistili. Požiadavka na sústrednosť bola funkčná, ale bola priradená odlievaným povrchom namiesto obrábaných otvorov.
Optimalizovaný dizajn: Prechody prírub boli zúžené, vnútorné rohy dostali väčšie polomery, slepé prvky boli podľa možnosti prevedené na priebežné obrábanie a do otvorov a tesniacich plôch bol pridaný obrábaný materiál. Výkres definoval tlakové skúšky a kontrolu penetráciou kritických povrchov.
Výsledok: Odliatok sa ľahšie podával, čistil, obrábal a kontroloval. Obrábanie sa zameriavalo na geometriu toku a tesnenia namiesto kozmetických povrchov. Riziko kvality sa znížilo, pretože požiadavky na prijatie boli explicitné.
| Prípad | Hlavná zmena dizajnu | Zdroj znižovania nákladov | Zdroj redukcie obrábania |
|---|---|---|---|
| Obežné koleso čerpadla | Jadrový náboj, väčšie polomery lopatiek, definované vzťažné body | Menšie riziko odpadu a menej manuálneho miešania | Opracované iba otvory a montážne rozhrania |
| Námorné vybavenie | Materiál 316/CF8M, jadrové výstupky, obmedzené leštenie | Znížené leštenie a prepracovanie | Vŕtanie otvorov pre skrutky namiesto opravy odliatych otvorov |
| Teleso ventilu | Zúžené prechody, opracované tesniace plochy, plán kontroly | Nižšie riziko zmršťovania a tlakových skúšok | Obrábanie zamerané na otvory a tesniace plochy |
Kontrolný zoznam návrhu pred odoslaním RFQ
- Pošlite súbor STEP alebo STP, 2D výkres, druh materiálu, ročný objem a cieľovú aplikáciu.
- Identifikujte funkčné povrchy, kozmetické povrchy a nekritické povrchy v stave odliatku.
- Označte, ktoré rozmery sú opracované a ktoré sú odliate.
- Potvrďte realistickú hrúbku steny pre danú veľkosť dielu a zliatinu.
- Pridajte vnútorné polomery k rohom, základniam rebier, základniam výstupkov a prechodom.
- Vyhnite sa izolovaným ťažkým úsekom; ak je to možné, odstráňte hrubé výstupky.
- Používajte postupné prechody medzi hrubými a tenkými oblasťami.
- Definujte prídavok na obrábanie podľa prvku, nie globálne.
- Poskytnite stratégiu pre CNC obrábanie a kontrolu.
- Prevod kritických otvorov, závitov, tesniacich plôch a uložení ložísk na obrobené prvky.
- Skontrolujte, či je pre voskové nástroje potrebný úkos.
- Deliace čiary umiestnite ďalej od tesniacich, leštených a referenčných povrchov.
- Uveďte požiadavky na povrchovú úpravu podľa oblasti.
- Definujte požiadavky na tepelné spracovanie, pasiváciu, leštenie, tlakové skúšky a nedeštruktívne testovanie.
- Uveďte korózne prostredie, teplotu, zaťaženie a regulačné požiadavky.
- Požiadajte zlievareň o spätnú väzbu k DFM pred vydaním nástrojov.
Často kladené otázky
1. Aká je minimálna hrúbka steny pre odliatky z nehrdzavejúcej ocele metódou presného odliatku?
Pre mnohé malé odliatky z nehrdzavejúcej ocele metódou presného odliatku je možná hrúbka 2,0 – 3,0 mm, ale pre praktickú konštrukciu je bezpečnejší východiskový rozsah 3,0 – 4,0 mm. Väčšie diely, diely pod tlakom a nosné diely zvyčajne potrebujú hrubšie steny. Vždy si overte hrúbku so zlievarňou, pretože zliatina, geometria a požiadavky na kvalitu menia tento limit.
2. Môžu sa závity odlievať priamo?
Závity by sa mali po odliatí zvyčajne opracovať. Odlievané závity sa ťažko kontrolujú a kontrolujú. Lepším riešením je odliať výstupok alebo vodiaci prvok, potom vyvŕtať a narezať závit alebo vyfrézovať konečný závit.
3. Aké tolerancie je možné dosiahnuť investičným liatím?
Odlievanie na vytaviteľný model môže dosiahnuť dobré tolerancie odliatku, často v rámci niekoľkých desatín milimetra pri malých rozmeroch. Väčšie rozmery, rovinnosť, priamosť a súososť vyžadujú väčšie tolerancie alebo obrábanie. Kritické rozhrania by sa mali opracovať.
4. Je odlievanie lacnejšie ako CNC obrábanie?
Odlievanie je často lacnejšie pre zložité nerezové diely, pretože znižuje odpad suroviny a čas CNC cyklu. CNC obrábanie môže byť lacnejšie pre jednoduché nízkoobjemové diely alebo prototypy. Najlepšie rozhodnutie závisí od geometrie, množstva, tolerancie, materiálu a požiadaviek na povrchovú úpravu.
5. Kedy by som si mal zvoliť kovanie namiesto odlievania?
Kovanie zvoľte vtedy, keď je smerový tok zrna, vysoká rázová húževnatosť alebo odolnosť voči vysokej únave materiálu dôležitejšia ako geometrická zložitosť. Odlievanie vytaviteľným spôsobom zvoľte vtedy, keď je dôležitejšia tvarová zložitosť, vnútorné prvky, takmer čistá geometria a znížené obrábanie.
6. Ktorá trieda nehrdzavejúcej ocele je najlepšia na odlievanie do námorných lodí?
CF8M, 316 alebo 316L sú bežnou voľbou pre námorné príslušenstvo, pretože molybdén zlepšuje odolnosť proti jamkovej tvorbe v porovnaní s 304. Pre náročnejšie prostredie s chloridmi možno zvážiť duplexné triedy, ako napríklad 2205 alebo 2507.
7. Je nehrdzavejúca oceľ 304 vhodná na vonkajšie odliatky?
Nerezová oceľ 304 alebo CF8 môže byť prijateľná v miernom vonkajšom prostredí, ale nie je ideálna pre morské prostredie alebo vystavenie vysokému obsahu chloridov. Pre soľnú hmlu, použitie na pobreží alebo chemické vystavenie by sa mala zvážiť nerezová oceľ 316/CF8M alebo duplexná nehrdzavejúca oceľ.
8. Môže investičné liatie vytvárať vnútorné priechody?
Áno, ale vnútorné priechody vyžadujú starostlivý návrh jadra, podopretie, prístup k čisteniu a kontrolu. Zložité vnútorné dutiny by sa mali včas skontrolovať so zlievarňou.
9. Aký prídavok na obrábanie by som mal pridať?
Mnoho malých a stredných nerezových odliatkov používa na obrábaných povrchoch približne 0,5 – 2,0 mm na každú stranu, ale správny prídavok závisí od veľkosti dielu, tolerancie, rizika deformácie a stratégie nastavenia. Nepoužívajte nadmerný prídavok všade.
10. Sú v odliatkoch povolené ostré rohy?
Ostré vonkajšie hrany sú možné, ale treba sa vyhnúť ostrým vnútorným rohom. Na zlepšenie toku kovu, zníženie koncentrácie napätia a zníženie rizika zmršťovania použite zaoblenia.
11. Potrebujú investičné odliatky úkos?
Niektoré povrchy potrebujú na uvoľnenie voskového modelu sklon. Sklon je menej obmedzujúci ako pri mnohých iných metódach odlievania, ale hlboké dutiny a povrchy tvarované raznicou môžu stále vyžadovať 1-3 stupne alebo špeciálne nástroje.
12. Dajú sa odliať tenké rebrá?
Tenké rebrá sa môžu odliať, ak sú krátke, dobre podávané a nie sú pod limitmi procesu. Hrúbka rebier sa často navrhuje na 50 – 70 percentách priľahlej steny so zaoblenou základňou, aby sa znížilo napätie a zmršťovanie.
13. Aká povrchová úprava je možná po odliatí?
Povrchy odliatkov z vytaveného materiálu majú bežne hodnotu Ra okolo 3,2 – 6,3 mikrometra v závislosti od procesu a geometrie plášťa. Leštenie, elektrolytické leštenie alebo CNC obrábanie môžu v prípade potreby zlepšiť povrchovú úpravu.
14. Môžu sa odliatky z nehrdzavejúcej ocele leštiť?
Áno. Odliatky z nehrdzavejúcej ocele je možné mechanicky leštiť, ale konštrukcia musí umožňovať prístup k nástroju a mala by sa vyhýbať deliacim čiaram alebo ryhám na viditeľných povrchoch. Požiadavky na leštenie by mali byť špecifikované podľa oblasti.
15. Ako môžem znížiť pórovitosť spôsobenú zmršťovaním?
Používajte rovnomernú hrúbku steny, vyhýbajte sa izolovaným ťažkým úsekom, pridajte polomery, hrubé výstupky jadra a spolupracujte so zlievarňou na vtokovaní a podávaní. Neriešte každé riziko zmršťovania pridaním obrábaného materiálu.
16. Mali by byť tesniace plochy odlievané alebo obrábané?
Kritické tesniace plochy by sa mali po odliatí zvyčajne opracovať. Odliate plochy sú vhodné pre mnoho nekritických oblastí, ale nie pre spoľahlivé stlačenie tesnenia, utesnenie kovu na kov alebo presnú rovinnosť.
17. V akom formáte súboru mám poslať cenovú ponuku?
Pošlite súbory STEP alebo STP spolu s 2D výkresom. Výkres by mal definovať materiál, tolerancie, povrchovú úpravu, tepelné spracovanie, kontrolu a ktoré povrchy je potrebné opracovať.
18. Môže investičné liatie nahradiť zváranú výrobu?
Často áno, najmä ak je možné zváranú zostavu premeniť na jeden monolitický diel. Odlievanie môže znížiť deformáciu zvaru, cesty úniku, brúsenie a prácnosť pri montáži. Ekonomika závisí od nákladov na nástroje a objemu výroby.
19. Je duplexná nehrdzavejúca oceľ ťažšie odlievateľná?
Duplexná nehrdzavejúca oceľ vyžaduje starostlivú kontrolu procesu a tepelného spracovania, aby sa udržala fázová rovnováha a odolnosť voči korózii. Je veľmi užitočná v chloridových zložkách, ale zlievareň musí rozumieť duplexnej metalurgii.
20. Ako skoro by mala zlievareň skontrolovať návrh?
Zlievareň by mala skontrolovať návrh pred uvoľnením nástrojov a najlepšie pred zmrazením výkresu. Včasná spätná väzba z DFM môže znížiť zmeny nástrojov, oneskorenia vzoriek a zbytočné náklady na obrábanie.
Záver
Úspešné odlievanie nehrdzavejúcej ocele metódou presného odliatku začína konštrukčnými rozhodnutiami, ktoré rešpektujú proces odlievania. Používajte jednotné steny, veľkorysé polomery, realistické otvory, stratégiu čistých deliacic čiar, definovaný obrábaný materiál, praktické tolerancie a výber materiálu na základe prevádzkových podmienok. Opracujte iba povrchy, ktoré riadia funkciu. Nekritickú geometriu ponechajte v stave odliatku, ak spĺňa požiadavky. Odlievanie, tepelné spracovanie, konečnú úpravu, CNC obrábanie a kontrolu považujte za jeden výrobný postup.
V prípade nových projektov pošlite spoločnosti AODSON súbor STEP alebo STP, 2D výkres, požiadavky na materiál, cieľové množstvo a podmienky aplikácie. Technický tím spoločnosti AODSON môže pred začatím výroby nástrojov posúdiť váš návrh z hľadiska vyrobiteľnosti odliatkov, stratégie obrábania, výberu triedy nehrdzavejúcej ocele a plánovania cenovej ponuky.
