Различные типы узоров при литье

1. Введение

Литье — один из старейших и наиболее универсальных производственных процессов человечества..

В основе этого процесса лежит модель литья.: физический шаблон, определяющий геометрию конечной детали.

Хорошо продуманный шаблон сводит к минимуму отходы., сокращает время выполнения заказа, сокращает механическую обработку и улучшает повторяемость; бедный заставит дорогой ремонт, переделка или даже модернизация оснастки.

2. Что такое шаблон отливки и почему это важно

А модель литья является а точно спроектированная трехмерная модель желаемого компонента, используется для формирования полости формы, в которую заливают расплавленный металл..

В отличие от простой реплики, шаблон намеренно изменено для включения допусков для усадки, обработка, и искажение, а также функциональные особенности например, воротные системы, Шканеры, и основные отпечатки.

После затвердевания металла внутри формы, он принимает геометрию и размеры, определенные шаблоном, что делает шаблон основой точности размеров и повторяемости при литье..

Почему шаблоны незаменимы

В современной литейной практике, шаблон – это не просто «шаблон», а инженерный элемент управления что определяет качество литья, расходы, и эффективность процесса.

Его влияние можно количественно оценить по трем основным измерениям.:

• Контроль геометрии: Шаблоны гарантируют соответствие деталей проектным спецификациям.. Плохо разработанный шаблон может привести к ошибкам в размерах., какая причина 35% дефектов литья.
• Экономическая эффективность: Материал и дизайн модели составляют 10–25% общих затрат на отливку..
  Выбор правильного узора (НАПРИМЕР., древесина для небольшого объема по сравнению с. металл для больших объемов) может снизить затраты на деталь на 40–60 %.
• Совместимость процесса: Ни один шаблон не подходит для всех методов литья — для литья по выплавляемым моделям требуются восковые модели., в то время как при литье в песчаные формы используется дерево или металл. Несовпадение моделей приводит к 20% более высокие проценты брака.

Паттерны против. Умирает: Техническое отличие

Пока узоры и умирает служат аналогичным целям геометрической репликации, их оперативные роли принципиально различаются:

3. Ключевые параметры проектирования, применимые ко всем шаблонам

Независимо от материала, процесс, или сложность, каждая модель отливки должна включать в себя набор основные параметры конструкции для обеспечения точности размеров, производство, и бездефектное литье.

Этими принципами руководствуются ASTM A802 – Стандартные спецификации для моделей отливок и стержневых ящиков и регулируются в соответствии с основным металлом, процесс кастинга, и геометрия детали.

4. Материалы узоров — выбор и компромиссы

5. Распространенные типы узоров при литье

Литейные модели являются краеугольным камнем при создании пресс-форм.. Выбор правильного тип узора баланс сложность, объем, расходы, и точность.

Следующие десять моделей наиболее широко используются в промышленном литье., с инструкциями о том, когда и почему выбирать каждый.

Цельный (Твердый) Шаблон

• Определение: Сингл, твердая копия финальной части, представляющий его точную внешнюю геометрию.
  Обычно используется для небольших или простых компонентов., у него нет отдельных секций, и все полости формы должны быть сформированы вокруг этой цельной детали.
  Часто используется для плоских, призматические формы, в которых подрезы или сложные элементы минимальны..

  

• Вариант использования: Маленький, Простая геометрия или детали прототипа.
• Преимущества: Бюджетный, легко изготовить, быстрое время выполнения.
• Ограничения: Не подходит для сложной геометрии или поднутрений.; может потребоваться чрезмерная тяга или дополнительные сердечники.

Два часа (Расколоть) Шаблон

• Определение: Узор, разделенный вдоль единственная плоскость разъема на две половины, обычно называемые «справкой» (вершина) и перетащить (нижний).
  Это позволяет извлекать модель из песка или других материалов формы, не повреждая полость..
  Разрез допускает умеренные подрезы и облегчает размещение литников и стояков..
• Вариант использования: Большинство стандартных отливок в песчаные формы средней сложности..
• Преимущества: Поддерживает подрезы, позволяет легко удалить плесень.
• Ограничения: Требует тщательного проектирования и выравнивания плоскости разъема. (часто используются дюбели).

Многокомпонентный узор

• Определение: Шаблон, состоящий из трех или более секций для захвата. сложные или глубокие полости, или для размещения нескольких плоскостей разъема.
  Компоненты обычно включают верхнюю, нижний, и промежуточные секции. Эта конструкция позволяет изготавливать сложные формы, которые невозможно сформировать с помощью одинарной или двухкомпонентной выкройки..

  

• Вариант использования: Сложные промышленные компоненты с внутренними особенностями.
• Преимущества: Позволяет создавать глубокие или разнонаправленные функции без использования нескольких ядер..
• Ограничения: Сборка занимает много времени; ошибки выравнивания могут привести к увеличению брака.

Шаблон спичечной пластины

• Определение: Узоры (один или несколько) крепятся на жесткой металлической пластине, с верхней и нижней сторонами, расположенными на противоположных сторонах.
  Эта конфигурация предназначена для механизированного или крупносерийного формования., позволяет автоматически перемещать кюветы и быстро формировать полости.
• Вариант использования: Средне- и крупносерийное производство на автоматизированных линиях формования песком..
• Преимущества: Высокая повторяемость, быстрое формование, подходит для механизированного производства.
• Ограничения: Более высокая первоначальная стоимость оснастки; пластина должна быть точно обработана.

Закрытый / Модель с несколькими полостями

• Определение: Комбинирует несколько шаблонов деталей в единую сборку, со встроенными литниками, бегуны, и ворота.
  Предназначен для заполнения одновременно нескольких полостей расплавленным металлом.. Часто используется, когда требуются идентичные детали в больших объемах..

  

• Вариант использования: Мелкие отливки, производимые в больших объемах, НАПРИМЕР., Автомобильные компоненты.
• Преимущества: Эффективное производство, последовательное заполнение, сокращение трудозатрат на деталь.
• Ограничения: Сложная конструкция ворот; отходы бегунов должны быть переработаны.

Скелет

• Определение: Упрощенный, версия конечного компонента с открытой рамкой, выделение ключевых геометрических особенностей, при этом оставляя большие части полости для формирования песка или формовочного материала.
  Эта конструкция особенно эффективна для больших, относительно простые формы, где важны экономия материала и эффективность удаления песка.
• Вариант использования: Большой, простые геометрические формы, такие как основания машин или конструкционные отливки..
• Преимущества: Экономия материала и веса, упрощает удаление песка.
• Ограничения: Не подходит для мелких деталей или небольших, замысловатые части.

Шаблон развертки

• Определение: Узор, образующий полость вращение шаблона профиля (мести) вокруг центральной оси, прослеживание желаемого контура в материале формы.
  Идеально подходит для вращательно-симметричных компонентов и форм, которые могут быть созданы с помощью одного изогнутого профиля..
• Вариант использования: Вращательно-симметричные детали, такие как конусы., колокольчики, или большие шкивы.
• Преимущества: Быстрое формирование полости для осесимметричной геометрии.
• Ограничения: Ограничено перемещаемыми профилями; не подходит для сложных 3D-функций.

Свободный узор

• Определение: Выкройка со съемными секциями, специально разработанная для формирования подписаны, прогнозы, или внутренние особенности.
  Незакрепленные детали удаляются индивидуально во время формирования формы, чтобы предотвратить повреждение формы и обеспечить точное создание полости..
• Вариант использования: Детали с боссами, отверстия, или сложные выступы, улавливающие цельный узор.
• Преимущества: Облегчает удаление и снижает риск повреждения плесенью.
• Ограничения: Требуется квалифицированная рабочая сила для сборки и точного выравнивания..

Справляться & Тащить (Колба) Шаблон

• Определение: Модульная модель, предназначенная для использования в песчаные формы на основе опоок, отделение верха (справляться) и дно (тащить) для облегчения заполнения формы, уплотнение, и заливка металла. Обычно используется для больших или тяжелых отливок..
• Вариант использования: Крупные отливки из песка, такие как блоки двигателей или корпуса насосов..
• Преимущества: Модульный; поддерживает тяжелые формы и крупные детали.
• Ограничения: Перемещение и выравнивание тяжелых колб может оказаться затруднительным..

Шаблон ракушки

• Определение: Используется в процессы формования оболочки, часто металлический или нагретый, производить тонкий, жесткий, песочные ракушки на связке смолы вокруг рисунка.
  Этот тип узора позволяет высокая точность, сложная деталь, и отличная поверхностная отделка за счет контролируемого нагрева и равномерного нанесения оболочки.

  

• Вариант использования: Прецизионные детали, требующие тонких стенок, Отличная поверхностная отделка, или мелкие детали (НАПРИМЕР., аэрокосмические корпуса, коробки передач).
• Преимущества: Высокая точность размеров (возможно ±0,1 мм), Гладкая поверхность отделка (RA 0,8-3,2 мкм), эффективное охлаждение.
• Ограничения: Требуется контроль процесса и тщательный прогрев модели.; более высокая первоначальная стоимость, чем у песчаных моделей.

Инженерные идеи

• Выбор модели продиктован: Геометрия частично, объем производства, Требования к терпимости, и материал.
• Стоимость против. компромисс между сложностью: Простые цельные модели стоят дешевле., в то время как модели, состоящие из нескольких частей или со спичечными пластинами, имеют более высокую первоначальную стоимость, но позволяют производить большие объемы, точное производство.
• Обслуживание шаблонов: Многоразовые выкройки (металл) требуют периодической проверки; расходные выкройки (древесина, восковой) необходимо часто заменять для соблюдения допусков.

6. Примечания по конкретному процессу: Шаблоны для методов приведения ключей

Различные процессы литья предъявляют уникальные требования к моделям.. Понимание этих различий гарантирует оптимальное формирование формы, Минимальные дефекты, и экономически эффективное производство.

В следующих примечаниях подробно описано, как модели адаптируются для литья в песчаные формы., оболочка, инвестиционный кастинг, и умирать кастинг.

Кастинг песка

• Требования к шаблону: Узоры должны быть прочный, но легкий, поскольку они вручную или механически набиваются песком.
  Проект углов, усадки, и литниковые функции имеют решающее значение для компенсации уплотнения песка и усадки металла..
• Распространенные типы узоров: Цельный, двухсекционный, составной, скелет, и справиться & шаблоны перетаскивания наиболее широко используются.
• Соображения:

• • Узоры из дерева характерны для деталей небольшого объема.; металлические модели предпочтительнее для крупногабаритных или точных компонентов..
  • Углы уклона обычно варьируются в пределах 1–3° для вертикальных поверхностей..
  • Размещение сердцевины и съемные детали важны для подрезов..

• Приложения: Блоки двигателя, насосные корпусы, структурные компоненты, и промышленное оборудование.

Оболочка Кастинг

• Требования к шаблону: Модели должны выдерживать нагрев в течение формирование песчаной оболочки, покрытой смолой. Металлические или нагретые модели часто используются для обеспечения одинаковой толщины корпуса и детализации..
• Распространенные типы узоров: Шаблоны ракушек, узоры из спичечных пластин, И модели с закрытыми/многополостями идеальны.
• Соображения:

• • Тонкие оболочки обеспечивают точные допуски. (± 0,1 мм) и гладкая поверхность (RA 0,8-3,2 мкм).
  • Углы уклона могут быть меньше (0.5–1°) благодаря гибкости смолы.
  • Узоры часто имеют покрытие, предотвращающее прилипание и облегчающее высвобождение..

• Приложения: Аэрокосмические компоненты, прецизионные автомобильные детали, и сложные промышленные отливки малых и средних размеров..

Кастинг по выплавляемым моделям

• Требования к шаблону: Шаблоны, как правило, восковые копии последней части. Восковые модели должны иметь точные размеры и выдерживать многократное нанесение покрытий и циклы выгорания..
• Распространенные типы узоров: Цельный, закрытый/многополый, и свободные модели чаще всего используются.
• Соображения:

• • Достижима высокая размерная точность и точная детализация. (± 0,05–0,2 мм).
  • Модели должны учитывать усадку как металлической, так и керамической оболочки..
  • Восковые модели можно собирать в деревья для одновременной отливки нескольких деталей..

• Приложения: Турбинные лезвия, медицинское оборудование, ювелирные изделия, и высокоточные аэрокосмические компоненты.

Литье под давлением

• Требования к шаблону: Использование литья под давлением постоянные металлические штампы, не расходные шаблоны, но штампы выполняют функцию шаблона, определяющую геометрию детали..
  Конструкция штампа должна учитывать возможность выброса детали., каналы охлаждения, и воротные системы.
• Распространенные типы узоров: Концепции с матчевой пластиной или литниковой системой/многорезонаторной оснасткой адаптируются к оснастке штампов..
• Соображения:

• • Высокие первоначальные затраты компенсируются быстрым, масштабная продукция.
  • Допуски жесткие (± 0,1 мм), с минимальной отделкой.
  • Сложная геометрия может потребовать скользящих сердечников или вставок..

• Приложения: Автомобильные компоненты, электрические корпусы, потребительская электроника, и мелкие прецизионные промышленные детали.

7. Заключение

Выбор правильного типа рисунка и материала — это компромисс между стоимостью и качеством, который необходимо решить на этапе проектирования..

Использовать простые узоры для прототипов и небольших объемов, матчевые или закрытые системы для средних объемов, и модели стальных инструментов для очень высоких пробегов.

Объедините основы сплошного узора (черновик, усадка, припуск на механическую обработку) с современными инструментами (Атмосфера, симуляция, 3D Печать) сократить количество итераций и ускорить производство.

Систематический подход к выбору модели сокращает количество брака., сокращает время выполнения заказа, и обеспечивает предсказуемое качество деталей.

 

Часто задаваемые вопросы

Какой угол уклона мне следует использовать??

Использовать 1°–3° для большинства полированных поверхностей. Увеличение до 2°–5° для текстурированного или более крупного песка, и до 7° для тяжелых текстур.

Какой припуск на усадку я использую для нержавеющей стали??

Типичный линейный припуск составляет 1.9%–2,5%; согласуйте с литейным заводом и отрегулируйте после пробной отливки.

Когда оправдан шаблон со спичечной пластиной?

А: Когда требуется автоматизация и высокая повторяемость — обычно от сотен до десятков тысяч деталей в год. Безубыточность зависит от стоимости оснастки и. ожидаемый объем.

Каков типичный срок службы металлической модели??

Алюминиевые модели выдерживают 10 000–100 000 циклов. (средний объем), в то время как стальные модели выдерживают 100 000–1 000 000 циклов. (большой объем, НАПРИМЕР., массовое производство автомобилей).

Могут ли 3D-печатные модели заменить традиционные металлические модели??

Для низкого и среднего объема (<10,000 части), да — модели, напечатанные на 3D-принтере, сокращают время выполнения заказа на 70–90 %.

Для большого объема (>100k частей), металлические модели остаются превосходными благодаря своей долговечности и более низкой стоимости детали..