Úvod
Návrh odlévací struktury je úkolem vyvažovat. Potřebujete, aby součást fungovala. Ale také ji musíte skutečně vyrobit, aniž byste museli zrušit polovinu produkce.
Následujících 30 klíčových bodů prolíná teorii. Jsou praktické. Jsou uspořádány podle toho, co je důležité ve výrobní hale. Zaprvé, lze to vůbec odlévat? To je proveditelnost procesu. Zadruhé, vydrží to? To je strukturální integrita. Zatřetí, jak se vypořádat s vnitřními prostory? To je konstrukce dutin a jádra. A konečně, jak to zlevnit a zesílit spolehlivost? To je vyztužení a zjednodušení.
Každý bod řeší skutečný problém. Používejte je společně.
Co je to odlévání a proč je důležitý návrh konstrukce odlitku?
Co je Obsazení?
Obsluha nalije roztavený kov nebo plast do formy. Jakmile vychladne a ztvrdne, může díly vytáhnout.
Proč je návrh odlévací konstrukce důležitý?
Dobře navržená odlitá konstrukce vychází z formy čistá. Má několik vad. Nástroje jsou jednoduché. Tovární výroba bez neustálých zastávek.
Ale špatný návrh? Uvnitř silných částí vznikají dutiny způsobené smršťováním. Plynová pórovitost blízko povrchu. Písek je zachycen tam, kam se nedostanete. Díl se při ochlazování deformuje. Během vytlumování praská.
Dopad ignorování pravidel pro návrh odlitků na náklady
Cena se platí mnohonásobně.
Nejprve je třeba formu přepracovat. To stojí čas a peníze. Pak se výroba rozběhne. Míra zmetkovitosti zůstává vysoká. Ztrácejí se díly. Harmonogramy se protahují.
Pro opravu toho, co odlitek nedokázal dodat, se přidává dodatečné obrábění . Náklady na díl se zvyšují.
V nejhorším případě? Součást selže během provozu. Následkem je selhání v terénu. Stahování z trhu. Soudní spor.
Hlavní cíl návrhu odlévací konstrukce
V prvním náčrtu jsou vyváženy tři věci. Funkce. Pevnost. Vyrobitelnost.
Dokonalý tvar by se neměl nejdříve navrhnout a teprve poté zkontrolovat slévatelnost. Pravidla jsou na prvním místě. Návrh funguje v rámci nich.
Cílem je odlitek, který je dostatečně pevný, dostatečně lehký, snadno se formuje, snadno se z něj vyrývá jádro a rychle se čistí. Všech pět požadavků musí být splněno. To je dobrý návrh struktury odlitku.
Návrh proveditelnosti – výroba odlitků, které lze snadno vyjmout z formy
1. Principy návrhu dělicích čar
Dělicí čára by měla být jednoduchá. Jedna rovná čára je lepší než tři klikaté čáry. Každá další čára je místem, kde se věci pokazí.
Zde je praktický problém. Poloviny formy se nikdy dokonale nesrovnají. Vždycky se vyskytne drobný nesoulad. Tento nesoulad se na vašem dílu projeví jako ošklivý hřeben nebo schod. Nelze ho celý obrábět. Proto se od začátku vyhněte umisťování dělicích čar na viditelné, kosmetické povrchy. Dobrý návrh struktury odlitku považuje dělicí čáry za funkční rozhodnutí, nikoli za dodatečné myšlenky.
2. Geometrie povrchu a separace z formy
Dávejte pozor na konkávní povrchy. Jsou to zakřivení směřující dovnitř. Fungují jako mechanické zámky. Ztuhlý kov nebo plast se fyzicky nemůže vytáhnout z formy bez roztržení. Základním pravidlem návrhu odlévacích struktur je, že každý povrch musí buď směřovat ve směru tahu, nebo mít dostatečný úhel pro uvolnění.
Sjednoťte vyvýšené výstupky. Spojte je do jednoho, silnějšího prvku, místo abyste rozházeli drobné všude kolem. To zjednodušuje celý návrh odlévací konstrukce.
Velké odlitky jsou zvláštním případem. Malé vyčnívající prvky na vnější straně – malá žebra, výstupky, loga – představují problém. Během vyjímání z formy se odlomí nebo způsobí, že se díl přilepí. Pokud je odlitek velký, udržujte vnější povrchy čisté.
Strukturální integrita – řízení tloušťky stěn a prevence vad
Díl, který po vyjmutí z formy vypadá dobře, ale po třech týdnech praskne, je neúspěšný. Návrh struktury odlitku musí zohlednit, co se stane po ztuhnutí kovu.
3. Rovnoměrná tloušťka stěny
Silné profily chladnou pomalu. Tenké profily chladnou rychle. Tento rozdíl vytváří vnitřní pnutí. Řešení je nudné, ale účinné: udržovat stěny všude stejnou tloušťku.
Jak zvýšit pevnost, aniž by se zesílil profil? Použijte výztužná žebra. Ta zvýší tuhost, aniž by se vytvořila masivní přehřátá místa.
Zde platí specifické pravidlo. Vnitřní stěny by měly být tenčí než vnější stěny, které slouží pouze jako přepážka nebo podpěra.
4. Přechody provádějte postupně
Nepřestupujte z tlusté zdi na tenkou jedním prudkým pádem. Tento roh se stane napěťovým nábojem. Praskne.
Místo toho změnu zúžte. Na křižovatce použijte poloměr. Rozložte přechod po celé vzdálenosti.
Vyhněte se ostrým úhlům v průsečíku dvou stěn. Ostrý vnitřní roh je trhlina, která se jen čeká na objevení. Správnou odpovědí je přidání zaoblených rohů.
5. Vyhněte se vadám způsobeným procesem
Zde jsou tři konkrétní tvary, kterým je třeba se vyhnout.
- Velké tenké vodorovné plochy. To je problém. Když lijete, plyn a sypký písek se vynoří a zachytí se pod tím plochým stropem. Nakonec máte pórovitost nebo pískové vměstky přímo na povrchu.
- Tvary, které uzamykají zbytkové napětí. Jak se součást chladne, chce se smrštit. Pokud geometrie tomuto smrštění brání – například plný prstenec nebo plně uzavřená krabice – napětí se uvnitř hromadí.
- Zkontrolujte volné smrštění. Odlitek se musí při tuhnutí zatahovat dovnitř, aniž by narazil na tuhý prvek. Pokud se nemůže pohybovat, praskne. To je základní poznatek z návrhu odlitků. Nejprve navrhněte smrštění a poté přidejte funkci.
Návrh jádra a dutiny – Zjednodušení výroby jádra a usnadnění odstraňování písku
6. Zbavte se jader nebo je zjednodušte
Zeptejte se hned na začátku na jednu otázku. Opravdu potřebujete tu vnitřní dutinu? Můžete změnit funkci součásti, abyste se jí vyhnuli?
Pokud musíte mít otvor, navrhněte ho jako průchozí. Otvor, který prochází skrz naskrz, se snáze vyvrtá než slepý otvor, který končí uvnitř stěny. Jádro pro průchozí otvor má dvě podpěry. Jádro pro slepý otvor má jednu. Tato jediná podpěra je slabým místem.
Praktický cíl je následující: Udělat geometrii vnitřní dutiny stejně jednoduchou jako vnější tvar. Složité vnitřky znamenají složitá jádra. Složitá jádra znamenají vyšší míru zmetkovitosti.
7. Základní zpracovatelnost
Přemýšlejte o tom, jak jádro vychází ven. Ne jen o tom, jak dovnitř vchází.
Vyhněte se nebo minimalizujte věnečky. Jsou to malé kovové podpěry, které drží jádro na místě. Problém? Taví se do okolního kovu. Tím vzniká cizí vměstek s jinými vlastnostmi. To je potenciální místo pro vznik trhliny.
Navrhněte jádro tak, aby bylo během lití stabilní. Vrátící se jádro vytváří vratkou dutinu. To není přesné. To je odpad.
8. Vyhoďte písek
Po odlití je nutné odstranit jádrový písek. To není jednoduché. Složité vnitřní průchody zachycují písek. Obsluha tráví hodiny třepáním, tlučením kladivem a proplachováním.
Konstrukce pro snadné odstraňování písku. Velké otvory pomáhají. Rovné průchody pomáhají. Vyhněte se slepým uličkám, kde se může písek ukrývat.
Zde je praktická funkce. Přidejte výstupky kolem otvorů. Jsou to vyvýšené plošky. Zpevňují lokální oblast kolem otvoru. Také vám poskytují čistý, rovný dorazový povrch pro následné obrábění. Malý výstupek řeší dva problémy najednou. To je efektivní konstrukce odlitku.
Základní pravidlo je jednoduché. Každé jádro přidává náklady, riziko a práci. Eliminujte ho. Pokud to nedokážete, zjednodušte to. Pokud to zjednodušit nemůžete, navrhněte tak, aby se písek snadno odstraňoval. Neignorujte tento krok.
Žebra a celková optimalizace – efektivní rozložení zatížení a zjednodušení návrhu
9. Dejte žebra tam, kde fungují
Nerozhazujte žebra náhodně. Zamyslete se nad zatížením. Z kterého směru síla přichází? Žebro se musí s touto trajektorií vyrovnat. Žebro umístěné kolmo k zatížení téměř nic nedělá.
Každé žebro by si mělo zasloužit své místo. Položte si otázku: Opravdu toto žebro zvyšuje stabilitu? Nebo je to jen váha navíc a potenciální místo smrštění?
Zde je test. V duchu odstraňte žebro. Funguje součást stále? Pokud ano, žebro odstraňte. Pokud součást selže, ponechte si ji. Ale umístěte ji přesně.
10. Zjednodušte celý tvar
Rozdělte velké, složité prvky na jednodušší bloky. Odlitek s deseti jednoduchými tvary se vyrábí snadněji než jeden odlitek s jedním složitým tvarem.
Věnujte pozornost trajektoriím zatížení. Síla působí na součást v jednom bodě. Prochází konstrukcí. Existuje v jiném bodě. Vaše žebra a podpěry by měly sledovat tuto přesnou linii. Jakákoli odchylka vytváří ohybové napětí, na které odlitek nebyl navržen.
Na podpěrných bodech záleží. Kde se tento odlitek k něčemu jinému připevňuje? Tato místa představují koncentrace napětí. Přidejte tam hmotu. Přidejte tam žebra. Nenechávejte je tenké.
Eliminujte zbytečná zaoblení. Ano, zaoblení snižují koncentraci napětí v ostrých rozích. Zaoblení však také prodlužuje dobu obrábění, pokud daný povrch vyžaduje následné zpracování. A nadměrně velké zaoblení může vytvořit lokální tlustý úsek, který se smrští a tvoří dutinu. Zaoblení používejte tam, kde je to potřeba. Vynechejte je tam, kde způsobují škody.
Cílem návrhu odlévací konstrukce není maximální složitost. Jde o dostatečnou pevnost s minimálními obtížemi.
Závěr
Prošli jste si kategoriemi. Nyní je na prvním místě proveditelnost procesu. Pokud to nedokážete rozebrat, na ničem jiném nezáleží. To je základ. Pokud to uděláte špatně, projekt se zastaví dříve, než začne.
Další je kontrola tloušťky stěny. Zabraňuje běžným vadám – trhlinám, dutinám, deformacím. Součást s nerovnými stěnami je součástka, která selže. Tento problém nelze vyřešit kontrolou.
Návrh jádra určuje strop složitosti. Každé jádro s sebou nese náklady a riziko. Zjednodušování jader není estetická volba. Je to finanční otázka.
Žebra a dráhy zatížení udávají poměr pevnosti a hmotnosti. Dobré umístění činí součást pevnou. Špatné umístění ji činí těžkou, ale stále slabou.
A teď to běž aplikovat!
Zjistěte více o výrobě odlitků od společnosti NOBLE
Jsme specializovaná dílna zaměřená na dvě věci: CNC obrábění a vstřikování plastů. To je to, co děláme. To je vše, co děláme.
Základní výrobní kapacity
Řežeme kov a plast. CNC frézování , CNC soustružení , 5osé obrábění . Složité tvary nejsou problém. Přesné tolerance jsou rutinou.
Také lisujeme. Vstřikování plastových dílů, včetně zakázkových komponentů. Prototypy nebo kompletní výrobní série. Stejné stroje. Stejné standardy kvality. Žádné zkratky.
Certifikace kvality
Certifikace nejsou nástěnné dekorace.
ISO 9001:2015: To znamená, že máme funkční systém řízení kvality. Konzistentní procesy. Dokumentovaná kontrola. Pokaždé dostanete stejný díl.
ISO 13485:2016: Toto je pro zdravotnické prostředky. Přísnější sledovatelnost. Přísnější dokumentace. Splňujeme normu, protože to naši zákazníci vyžadují.
Návrh hodnoty
Spolehlivé řízení procesů. Plná sledovatelnost kritických dílů. Zákaznicky orientovaný servis znamená, že odpovíme na vaše otázky dříve, než se jich budete muset zeptat.
Nejčastější dotazy
Proč se návrh odlévané konstrukce liší od návrhu obráběných součástí?
Obrábění začíná s plným blokem. Odříznete, co nepotřebujete. Blok už tam je. Odlévání je opak. Začínáte s ničím. Nalijete materiál do dutiny. Tento materiál musí téct, vyplnit a poté ztuhnout bez praskání.
Odlévání vyžaduje přemýšlení o plnění formy. O tuhnutí. O smrštění. Obrábění se o nic z toho nestará. Strojník potřebuje jen dostatečně velký polotovar.
Jaká je nejčastější chyba při navrhování odlitků?
Nerovnoměrná tloušťka stěny. Bezpochyby. Vytváří horká místa. Způsobuje smršťovací dutiny. Deformuje součást při ochlazování. Konstruktéři, kteří přecházejí z obrábění, na to zapomínají, protože obrobená součást může mít libovolnou tloušťku. Odlitek nikoli.
Druhou chybou je ignorování deformovatelnosti. Složitá jádra. Skryté podřezy. Prvky, které uzamykají součást v nástroji. Tyto prvky můžete později obrobit. Nelze je odlít bez možnosti vytáhnout jádro.
Může mi NOBLE pomoci s optimalizací návrhu odlitku pro jeho vyrobitelnost?
Ano. To je smysl našeho procesu kontroly.
Váš návrh prozkoumáme včas. Než začnete řezat ocel nebo si objednáte nástroje. Najdeme problémy: nerovné stěny, špatné úhly úkosu a nemožná jádra. Pak vám řekneme, jak je opravit. Jednodušší nástroje. Méně vad. Nižší náklady.
To je výhoda včasného zapojení výrobce.
Platí tato příručka pro kovové i plastové odlitky (vstřikování)?
Většina principů platí pro oba. Odlévání kovů a vstřikování plastů jsou odlišné procesy. Materiály se chovají odlišně. Liší se i teploty.
Základní koncepty jsou ale stejné. Rovnoměrná tloušťka stěny. Plynulé přechody v rozích. Snadné vyjímání z formy. Žádné zachycené prvky. Tato pravidla vycházejí z fyziky vyplňování dutiny a chlazení součásti. Této fyzice je jedno, zda je materiálem roztavený hliník nebo roztavený plast.
Pro obojí použijte průvodce. Později upravte podle specifik materiálu.
