1. Uvod
1.1 Enačba visokih-količinskih stroškov
Ko kovinski izdelek premaknemo iz prototipa v polno-množično proizvodnjo, finančne mikro-odločitve postanejo makro-realnost. V okolju z nizko-količino lahko zapravljanje nekaj gramov kovine na del ostane neopaženo. Vendar pa se pri izdelavi na stotine tisoč enot z uporabo tlačnega litja lahko celo manjša neučinkovitost načrtovanja združi v stotine tisoče dolarjev v izgubljenih materialih, pokvarjenih orodjih in počasnih časih ciklov. Pri tlačnem litju je vaš finančni uspeh v celoti odvisen od tega, kako učinkovito je mogoče vaš del oblikovati, ohladiti in izvrtati.
1.2 Geometrija izpolnjuje finančne stroške
Vsak milimeter debeline, vsak oster vogal in vsak zapleten spodrez na vašem modelu 3D CAD neposredno vpliva na stroške izdelave. Neučinkovite geometrije zahtevajo več surovih kovinskih ingotov za polnjenje, strjevanje v jeklenem kalupu traja dlje časa in povzroča prezgodnjo obrabo dragega industrijskega orodja. Zato se najmočnejša faza za nadzor stroškov pojavi med začetnim procesom oblikovanja izdelka.
1.3 Partnerstvo s storitvijo tlačnega litja
Da bi premostili vrzel med načeli abstraktnega oblikovanja in realnostjo fizične tovarne, -naprej misleče inženirske ekipe tesno sodelujejo s svojo izbrano storitvijo tlačnega litja. Profesionalni ponudnik storitev ne prebere preprosto vašega načrta in ga slepo izvede; izkoriščajo globoke industrijske izkušnje za zagotavljanje povratnih informacij Design for Manufacturing (DFM). Z zgodnjim usklajevanjem vaših strukturnih potreb z zmogljivostmi njihovih strojev lahko odpravite ozka grla v proizvodnji, še preden se izreže en kalup iz orodnega jekla.
1.4 Izjava o diplomski nalogi
Doseganje nizko{0}}cenovne in visoko-učinkovite proizvodnje ne zahteva, da žrtvujete strukturno vzdržljivost ali funkcionalno zmogljivost vašega izdelka. Z uvedbo pametnih prilagoditev zasnove, ki uveljavljajo enotno debelino stene, uporabljajo strukturna rebra, optimizirajo kote ugreza in minimizirajo marže strojne obdelave po-litju, lahko inženirji drastično zmanjšajo porabo materiala in odklenejo ogromne finančne prihranke na svojih proizvodnih računih.
2. Obvladovanje debeline stene: Ravnovesje moči in volumna
Eno najbolj temeljnih načel stroškovno-učinkovitega načrtovanja tlačnega litja je skrbno upravljanje debeline stene. Začetniki pogosto domnevajo, da izdelava čim debelih sten zagotavlja močan in robusten del. Na področju brizganja in tlačnega litja je ta predpostavka povsem napačna.
2.1 Pravilo enakomerne debeline stene
Ko se staljena kovina vbrizga v vodno{0}}hlajeno jekleno matrico, se ohladi od zunaj navznoter. Kovina, ki se dotakne hladnih sten kalupa, se najprej strdi in tvori trdo zunanjo oblogo, medtem ko notranje jedro dlje ostane tekoče. Če ima del kaotično mešanico zelo debelih in zelo tankih delov, bodo tanki deli takoj zamrznili in blokirali pretok kovine, medtem ko se bodo debeli deli počasi ohladili.
Ko se gosta kovina v debelih odsekih ohlaja in krči, se umika stran od središča, kar ustvarja notranje votle žepe (praznine) ali grde površinske vdolbine (oznake umivanja). Da bi preprečili te napake, vedno načrtujte svoje dele z visoko dosledno, enakomerno debelino stene po celotni geometriji. Kjer so prehodi med različnimi debelinami neizogibni, raje uporabljajte postopne, stožčaste naklone kot nenadne, tope korake.
2.2 Oblikovanje tankostenskih-delov za hitre cikle
Pri tlačnem litju je čas denar. Dlje ko mora stroj sedeti zaprt in čakati, da se ogromen kos kovine strdi, manj delov lahko proizvede na uro. Z namernim tanjšanjem sten vaše komponente drastično pospešite fazo ohlajanja in strjevanja.
Poleg tega tanke stene zahtevajo bistveno manj surovin, kar neposredno zniža stroške nabave materiala. Sodobno tlačno litje omogoča neverjetno tanke profile. Odvisno od velikosti komponente lahko profesionalna služba za tlačno ulivanje rutinsko ulije aluminij do 1,5 milimetra, cink do 0,8 milimetra in magnezij do 1,0 milimetra, kar daje neverjetno lahke dele, ki ohranjajo odlično togost.
2.3 Premisleki o fluidnosti in zlitinah
Pri zmanjševanju debeline stene morate upoštevati specifično fluidnost izbrane kovinske zlitine. Cink teče z izjemno lahkoto, kar mu omogoča krmarjenje po zelo-tankih, zapletenih poteh, ne da bi zmrznil-na poti. Aluminij zahteva nekoliko več prostora za dihanje zaradi višje viskoznosti in tališča. Če ima vaš dizajn stene, ki so pretanke na veliki površini, lahko tekoča kovina izgubi toploto in se strdi, preden popolnoma napolni kalup, kar povzroči katastrofalno napako, znano kot "napačen tek".
3. Uporaba strateških reber in filejev nad trdno maso
Če morate stanjšati stene svojega dela, da prihranite denar in material, kako zagotovite, da bo komponenta še vedno vzdržala velike mehanske obremenitve? Odgovor je v zamenjavi trdnega, težkega razsutega materiala s strukturnimi rebri.
3.1 Filozofija geometrijskih ojačitev
Namesto oblikovanja trdnega kovinskega bloka, ki podpira veliko obremenitev, bi morali oblikovati tanko osnovno ploščo, ojačano z mrežo sekajočih se navpičnih sten, znanih kot rebra. Rebra dodajo delu ogromno strukturno togost in odpornost na upogibanje, hkrati pa odstranijo do 50 % celotne prostornine in teže materiala. Ta tehnika vam omogoča, da ohranite fizični odtis in strukturno celovitost komponente, hkrati pa odstranite nepotrebno, drago maso.
3.2 Smernice za popolno oblikovanje reber
Če želite zagotoviti, da strukturna rebra pomagajo proizvodnemu procesu, namesto da ga ovirajo, upoštevajte nekaj strogih dimenzijskih smernic:
Debelina
Debelina na dnu rebra nikoli ne sme presegati 80 % debeline glavne stene, na katero je pritrjeno. Če je rebro na dnu predebelo, ustvari koncentriran žep mase, ki bo povzročil ugreznine na nasprotni strani dela.
Višina
Višina rebra naj bo znotraj tri do štirikratne debeline glavne stene. Tekoča kovina težko napolni izjemno visoka, vitka rebra in lahko povzroči, da se del zatakne v kalup.
Razmik
Več vzporednih reber razmaknite na razdalji vsaj štirikratne debeline stene, da omogočite jeklenim kalupnim blokom zadostno strukturno trdnost med kanali.
3.3 Kritična potreba po notranjih filetih
Nikoli ne dovolite, da se rebro ali notranja stena srečata z ravno površino pod ostrim kotom 90 stopinj. Ostri notranji vogali delujejo kot masivni koncentratorji napetosti, zaradi česar je končni del zelo dovzeten za pokanje ob udarcu. S proizvodnega vidika ostri vogali prav tako ovirajo nemoten pretok staljene kovine in pospešujejo termično razpokanje (preverjanje matrice) na dragem jeklenem kalupu. V vse notranje vogale vedno vključite velikodušne radije ali zaokrožitve. Zaobljeni elementi omogočajo gladko drsenje tekoče kovine skozi votlino, zagotavljajo enakomerno porazdelitev toplote in drastično podaljšajo življenjsko dobo kalupa za tlačno litje.
4. Optimizacija ugreznih kotov in ločilnih črt
Da bi del dobili iz kalupa, mora biti sposoben zdrsniti ven brez trenja. Če ima vaš del navpične stene, ki so popolnoma ravne (vzporedne s smerjo odpiranja kalupa), bo kovina, ki se krči, prijela jekleno jedro matrice z ogromno silo, opraskala del in poškodovala kalup med izmetom.
4.1 Vloga ugreznih kotov
Kot ugreza je subtilna zožitev ali naklon, ki se uporablja za vse navpične stene dela, ki potekajo vzporedno s smerjo odpiranja kalupa. Pomislite na standardno plastično skodelico za enkratno uporabo: njene stranice so rahlo zožene. Zaradi te zoženosti se takoj, ko eno skodelico dvignete iz druge, takoj ločita, ne da bi se vlekla po straneh.
Uporaba izdatnega kota ugreza na vašo tlačno ulito konstrukcijo omogoča, da se komponenta brez truda osvobodi iz jeklenega kalupa. To zmanjša mehansko silo, ki jo zahtevajo ejektorski zatiči stroja, odpravi površinske odrgnine in skrajša čase ciklov, kar ohranja proizvodne stroške nizke.
4.2 Standardne zahteve za ugrez glede na zlitino
Različne kovine zahtevajo različne parametre ugreza zaradi svoje edinstvene stopnje krčenja med ohlajanjem:
Cink
Potrebuje najmanj ugreza, pogosto med 0,5 in 1 stopinjo na stran, ker se manj krči in izjemno dobro teče.
Aluminij
Med strjevanjem se močno skrči in zahteva večji kot ugreza, običajno med 1,5 do 2 stopinji na stran, da se prepreči ugriz ob jeklena jedra matrice.
magnezij
Običajno leži med cinkom in aluminijem, kar zahteva približno 1 do 1,5 stopinje ugreza.
4.3 Poenostavitev ločilnih črt, da se izognete premikanju jeder
Ločilna črta je fizična ravnina, kjer se dve polovici kalupa za tlačno litje srečata in ločita. V idealnem primeru bi moral vaš dizajn vsebovati eno, popolnoma ravno ločilno črto.
Če ima vaš del luknje, okna ali podreze, ki potekajo pravokotno na glavno smer odpiranja, mora kalup vključevati gibljive dele, znane kot drsna jedra ali drsniki. Drsniki samodejno zdrsnejo s poti, preden se glavni kalup odpre, da lahko del izvrže. Medtem ko so drsniki zelo učinkoviti, dodajo na tisoče dolarjev začetnim stroškom orodja in uvedejo dodatne točke obrabe, ki povečajo dolgoročne-vzdrževalne stroške. Spreminjanje vaše zasnove za odpravo podrezov omogoča, da del v celoti tvorita dve preprosti polovici kalupa, pri čemer je vaša začetna kapitalska naložba čim nižja.
5. Zmanjšanje obdelave po-litju in sekundarnih operacij
Medtem ko je tlačno litje izjemno natančen postopek, nekatere hiper{0}}kritične lastnosti-kot so zrcalno-gladki sedeži ležajev, visoko-tolerančne tesnilne ploskve ali ultra-natančne navojne luknje-še vedno zahtevajo post-CNC obdelavo, da dosežejo svoje končne dimenzije. Vendar pa je strojna obdelava ulite kovine načeloma neučinkovita: plačate za ulivanje materiala in nato drugič plačate, da ga razrežete v odpadke.
5.1 Oblikovanje blizu-neto oblike
Končni cilj stroškovno-učinkovite zasnove tlačnega litja je doseči "skoraj-neto obliko." To pomeni, da mora biti del, ki izhaja neposredno iz livarskega stroja, čim bližje 100-odstotno dokončan. Z uporabo izjemne natančnosti vaše storitve tlačnega litja lahko vlijete zapletene strukturne podrobnosti, poravnalne izbokline in zapletene konture neposredno v komponento, pri čemer popolnoma zaobidete potrebo po sekundarnem rezkanju ali operacijah profiliranja.
5.2 Strategiranje dodatkov za strojno obdelavo
Kadar o strojni obdelavi ni-mogoče pogajati, morate vključiti "dodatek za strojno obdelavo"-tanko plast dodatne kovine na neobdelanem ulitku, ki jo lahko CNC rezalno orodje odstrani. Če želite prihraniti material in čas cikla, naj bo ta dodatek čim manjši. Pri aluminijastih ulitkih je dodatek za obdelavo od 0,5 do 1,0 milimetra običajno več kot dovolj za čiščenje površine in doseganje brezhibnega, visoko-natančnega prileganja. Načrtovanje s prevelikimi dodatki za strojno obdelavo zapravlja dragocene surovine in po nepotrebnem napihuje vaše stroške sekundarne obdelave.
5.3 Izkoriščanje vlivanja-v luknje in navoje
Namesto da vlijete trdni kovinski valj in kasneje na CNC-stroju skozenj izvrtate luknjo, uporabite jeklene zatiče kalupa za oblikovanje luknje neposredno med postopkom ulivanja, znane kot luknje z jedrom. Jedrnate luknje je mogoče uliti celo z rahlim zožitvijo, kar omogoča takojšnje vrezovanje navojev brez kakršnih koli predhodnih korakov vrtanja. Pri nekaterih zlitinah z nizkim -tališčem-, kot je cink, je možno celo vliti popolnoma oblikovane notranje in zunanje navoje neposredno v del med ciklom oblikovanja, s čimer se v celoti odpravijo sekundarne operacije navoja.
6. Zaključek
6.1 Sinergija dizajna in ekonomičnosti
Oblikovanje cenovno dostopnega, materialno -učinkovitega tlačno ulitega dela je vaja geometrijske optimizacije. Vsaka oblikovalska odločitev, ki jo sprejmete, ima neposredne fizične in ekonomske posledice v tovarni. S strogim uveljavljanjem enotne debeline stene odpravite strukturne napake in upočasnite čase ciklov. Z zamenjavo težke mase z izračunano mrežo strukturnih reber in zaščitnih profilov ohranite industrijsko -trdnost in hkrati zmanjšate drago, nepotrebno težo. Nazadnje, z vključitvijo velikodušnih kotov ugreza in oblikovanjem okoli ravne ločilne črte poenostavite osnovno jekleno orodje, kar zmanjša vaše vnaprejšnje finančno tveganje.
6.2 Okoljska in dolgoročna-vrednost
V sodobnem proizvodnem okolju materialna učinkovitost ni več le način za prihranek denarja-je tudi osrednji steber trajnostnega inženiringa. Oblikovanje lahkih komponent skoraj -net-oblike zmanjšuje ogljični odtis, povezan z rudarjenjem, taljenjem in transportom surovih kovinskih zlitin. Vsak gram kovine, ki ga prihranite pri vašem dizajnu, se neposredno odrazi v zmanjšani porabi energije v celotnem življenjskem ciklu izdelka, zaradi česar je vaš izdelek konkurenčnejši na vse bolj ekološko-osveščenem trgu.
6.3 Vaš končni proizvodni načrt
Preden zaklenete svoje končne modele CAD in dovolite izdelavo dragih proizvodnih orodij, si vzemite čas in skupaj s svojim partnerjem Die Casting Service pregledajte natančen kontrolni seznam DFM. Dovolite njihovemu inženirskemu osebju, da pregleda vaše ugrezne kote, preveri skladnost vaše stene in preveri dimenzije reber. S tem zadnjim korakom sodelovanja zagotovite, da je vaša zasnova v celoti optimizirana za fizično realnost livarske celice, s čimer spremenite svoje inovativne inženirske koncepte v visoko dobičkonosno,-materialno učinkovito proizvodnjo.
