Различите врсте узорака у ливењу

1. Увођење

Ливење је један од најстаријих и најсвестранијих производних процеса човечанства.

У срцу овог процеса лежи образац ливења: физички шаблон који дефинише геометрију завршног дела.

Добро дизајниран узорак минимизира отпатке, скраћује време испоруке, смањује машинску обраду и побољшава поновљивост; сиромашан приморава скупе поправке, прерада или чак редизајн алата.

2. Шта је шаблон за ливење и зашто је важан

А образац ливења је а прецизно пројектован тродимензионални модел жељене компоненте, служи за формирање калупне шупљине у коју се сипа растопљени метал.

За разлику од једноставне реплике, образац је намерно модификовано да би се укључиле додатке за скупљање, обрада, и изобличење, као и функционалне карактеристике као што су системи за капије, рисери, и отисци језгра.

Када се метал очврсне у калупу, претпоставља геометрију и димензије дефинисане шаблоном - чинећи шаблон основом тачности димензија и поновљивости у ливењу.

Зашто су узорци неопходни

У савременој ливачкој пракси, образац није само „шаблон” већ и инжењерски контролни елемент који одређује квалитет ливења, трошак, и процеса ефикасност.

Његов утицај се може квантификовати кроз три основне димензије:

• Контрола геометрије: Узорци осигуравају да делови одговарају спецификацијама дизајна. Лоше дизајниран образац може довести до димензионалних грешака, који узрок 35% недостатака ливења.
• Ефикасност трошкова: Материјал узорка и дизајн чине 10–25% укупних трошкова ливења.
  Избор правог узорка (Нпр., дрво за малу запремину вс. метал за велику запремину) може смањити трошкове по делу за 40–60%.
• Компатибилност процеса: Ниједан један узорак не функционише за све методе ливења — ливење по инвестицији захтева узорке од воска, док се ливење у песак користи дрво или метал. Неусклађени обрасци доводе до 20% веће стопе отпада.

Паттернс вс. Умире: Техничка разлика

Док узорак и умире служе у сличне сврхе геометријске репликације, њихове оперативне улоге се суштински разликују:

3. Кључни параметри дизајна који се примењују на све обрасце

Без обзира на материјал, процес, или сложеност, сваки узорак ливења мора да садржи скуп параметри дизајна језгра да би се обезбедила тачност димензија, доношење, и одливци без дефеката.

Овим принципима се руководи АСТМ А802 – Стандардна спецификација за узорке ливења и кутије језгра а прилагођавају се према основном металу, процес ливења, и геометрија дела.

4. Материјали узорака — избор и компромиси

5. Уобичајени типови узорака у ливењу

Обрасци ливења су камен темељац стварања калупа. Одабир исправног тип узорка балансирање сложеност, запремина, трошак, и прецизност.

Следећих десет шаблона се најчешће користе у индустријском ливењу, са упутствима о томе када и зашто изабрати сваки.

Сингле-Пиеце (Солидан) Узорак

• Дефиниција: Један, чврста реплика завршног дела, представљајући његову тачну спољашњу геометрију.
  Обично се користи за мале или једноставне компоненте, нема одвојиве делове, и све шупљине калупа морају бити формиране око овог једног комада.
  Често се користи за стан, призматични облици где су подрези или сложене карактеристике минималне.

  

• Случај: Мали, једноставне геометрије или делове прототипа.
• Предности: Ниска цена, лако се произвести, брзо време испоруке.
• Ограничења: Неприкладан за сложене геометрије или подрезивања; може захтевати превелику промају или додатна језгра.

Дводелни (Сплит) Узорак

• Дефиниција: Образац подељен дуж а једнострука раван на две половине — које се обично називају спона (топ) и превуците (дну).
  Ово омогућава да се узорак уклони из песка или других материјала калупа без оштећења шупљине.
  Преграда омогућава умерена подрезивања и олакшава постављање врата и успона.
• Случај: Већина стандардних одливака од песка умерене сложености.
• Предности: Подржава подрезивање, омогућава лако уклањање плесни.
• Ограничења: Захтева пажљив дизајн и поравнање равни за раздвајање (често се користе игле за типле).

Мулти-Пиеце Паттерн

• Дефиниција: Образац састављен од три или више делова за снимање замршене или дубоке шупљине, или за прилагођавање више растава.
  Компоненте обично укључују врх, дну, и средњих секција. Овај дизајн омогућава производњу сложених облика који се не могу формирати једноделним или дводелним узорком.

  

• Случај: Комплексне индустријске компоненте са унутрашњим карактеристикама.
• Предности: Омогућава пребацивање дубоких или вишесмерних функција без више језгара.
• Ограничења: Монтажа је дуготрајна; грешке у поравнању могу повећати отпад.

Матцх-Плате Паттерн

• Дефиниција: Узорак (појединачни или вишеструки) постављени су на чврсту металну плочу, са бочним и бочним странама распоређеним на супротним странама.
  Ова конфигурација је прилагођена за механизовано или обимно обликовање, омогућавајући аутоматско руковање боцом и брзо формирање шупљина.
• Случај: Производња средњег до великог обима у аутоматизованим линијама за калуповање песка.
• Предности: Висока поновљивост, брзо обликовање, погодан за механизовану производњу.
• Ограничења: Већи почетни трошкови алата; плоча мора бити прецизно обрађена.

Гатед / Узорак са више шупљина

• Дефиниција: Комбинат вишеделни узорци у једну скупштину, са интегрисаним спрудовима, тркачи, и капије.
  Дизајниран за истовремено пуњење неколико шупљина растопљеним металом. Често се користи када су идентични делови потребни у великом обиму.

  

• Случај: Мали одливци произведени у великим количинама, Нпр., Аутомобилске компоненте.
• Предности: Ефикасна производња, доследно пуњење, смањен рад по делу.
• Ограничења: Сложен дизајн капије; отпад од тркача мора се рециклирати.

Скелетон Паттерн

• Дефиниција: Поједностављено, опен-фраме верзија завршне компоненте, наглашавајући кључне геометријске карактеристике, остављајући велике делове шупљине да се формирају песком или материјалом за калупљење.
  Овај дизајн је посебно ефикасан за велике, релативно једноставни облици где су уштеда материјала и ефикасност уклањања песка важни.
• Случај: Велики, једноставне геометрије као што су основе машина или структурни одливци.
• Предности: Штеди материјал и тежину, поједностављује уклањање песка.
• Ограничења: Није погодно за фине детаље или мале детаље, замршени делови.

Свееп Паттерн

• Дефиниција: Узорак који формира шупљину ротирање шаблона профила (свееп) око централне осе, праћење жељене контуре у материјалу калупа.
  Идеалан за ротационо симетричне компоненте и облике који се могу генерисати помоћу једног закривљеног профила.
• Случај: Ротационо симетрични делови као што су чуњеви, звона, или велике ременице.
• Предности: Брзо формирање шупљина за осносиметричне геометрије.
• Ограничења: Ограничено на профиле који се могу померати; није погодно за сложене 3Д карактеристике.

Лоосе-Пиеце Паттерн

• Дефиниција: Узорак са одвојивим деловима посебно дизајнираним за формирање подрезати, пројекције, или унутрашње карактеристике.
  Лабави делови се уклањају појединачно током формирања калупа како би се спречило оштећење калупа и обезбедило прецизно стварање шупљина.
• Случај: Делови са шефовима, рупе, или сложене избочине које хватају једноделну шару.
• Предности: Олакшава уклањање и смањује ризик од оштећења буђи.
• Ограничења: Захтева квалификовану радну снагу за монтажу и прецизно поравнање.

Цопе & Драг (Фласк) Узорак

• Дефиниција: Модуларни узорак дизајниран за употребу у пешчани калупи на бази пљоска, одвајајући врх (ући) и дно (превући) ради лакшег пуњења калупа, збијање, и изливање метала. Уобичајено за велике или тешке одливке.
• Случај: Велики одливци од песка као што су блокови мотора или кућишта пумпе.
• Предности: Модуларни; подржава тешке калупе и велике делове.
• Ограничења: Руковање и поравнавање тешких тиквица може бити изазовно.

Схелл Паттерн

• Дефиниција: Коришћен у процеси обликовања шкољки, често метални или загрејани, производити танке, крути, пешчане шкољке везане смолом око шаре.
  Ова врста шаблона дозвољава Висока прецизност, замршен детаљ, и одлична површинска завршна обрада због контролисаног загревања и равномерног таложења шкољке.

  

• Случај: Прецизне компоненте које захтевају танке зидове, Одлична површинска завршна обрада, или финих детаља (Нпр., кућишта за ваздухопловство, мењачи).
• Предности: Висока димензионална тачност (±0,1 мм могуће), Смоотх површинска завршна обрада (РА 0,8-3,2 μм), ефикасно хлађење.
• Ограничења: Захтева контролу процеса и пажљиво загревање узорка; већи почетни трошак од пешчаних узорака.

Енгинееринг Инсигхтс

• Избор узорка је диктиран: геометрија дела, Јачина производње, Захтеви за толеранцију, и материјал.
• Трошак вс. компромис сложености: Једноставни једноделни узорци су најјефтинији, док шаблони са више делова или шибица имају већу почетну цену, али омогућавају велику количину, прецизна производња.
• Одржавање шаблона: Обрасци за вишекратну употребу (метал) захтевају периодични преглед; потрошни обрасци (дрва, восак) морају се често мењати да би се одржале толеранције.

6. Напомене за специфичне процесе: Обрасци за методе пресвлачења кључева

Различити процеси ливења намећу јединствене захтеве за шаре. Разумевање ових разлика осигурава оптимално формирање калупа, Минималне недостатке, и економична производња.

Следеће напомене детаљно описују како су шаблони прилагођени за ливење у песак, лимена љуске, Инвестициони ливење, и ливење.

Ливење песка

• Захтеви узорка: Обрасци морају бити робустан али лаган, пошто се ручно или механички насипају песком.
  Нацрт углова, Накнаде за скупљање, а карактеристике улаза су критичне за компензацију сабијања песка и скупљања метала.
• Уобичајени типови узорака: Једноделни, дводелни, вишеделни, скелет, и снаћи се & обрасци превлачења се најчешће користе.
• Разматрања:

• • Обрасци дрвета су уобичајени за делове мале запремине; метални узорци су пожељнији за велике или прецизне компоненте.
  • Углови промаја се обично крећу од 1-3° за вертикалне површине.
  • Постављање језгра и делови који се могу уклонити су важни за подрезивање.

• Апликације: Блокови мотора, кућишта пумпе, Структурне компоненте, и индустријске машине.

Лимена љуске Цастинг

• Захтеви узорка: Узорци морају издржати топлоту за формирање пешчане шкољке обложене смолом. Метални или загрејани узорци се често користе да би се обезбедила уједначена дебљина шкољке и детаљи.
• Уобичајени типови узорака: Схелл паттернс, шаре шибица, а обрасци са затварањем/више шупљина су идеални.
• Разматрања:

• • Танке шкољке омогућавају прецизне толеранције (± 0,1 мм) и глатке површине (РА 0,8-3,2 μм).
  • Углови промаја могу бити мањи (0.5–1°) због флексибилности смоле.
  • Узорци су често премазани како би се спречило лепљење и олакшало ослобађање.

• Апликације: Аероспаце компоненте, прецизни аутомобилски делови, и ситно-средње сложене индустријске одливе.

Инвестиционо ливење

• Захтеви узорка: Обрасци су типично воштане реплике завршног дела. Узорци воска морају бити тачни у димензијама и способни да издрже више циклуса наношења премаза и сагоревања.
• Уобичајени типови узорака: Једноделни, затворена / више шупљина, а најчешће се користе лабаве шаре.
• Разматрања:

• • Висока прецизност димензија и сложени детаљи су достижни (± 0,05-0,2 мм).
  • Узорци морају узети у обзир скупљање и металне и керамичке љуске.
  • Узорци воска се могу саставити у дрвеће да би се истовремено излило више делова.

• Апликације: Младе за турбине, Медицински уређаји, накит, и високопрецизне ваздухопловне компоненте.

Дие Цастинг

• Захтеви узорка: Користи ливење под притиском трајне металне матрице, нису потрошни обрасци, али матрице обављају функцију узорка дефинисања геометрије дела.
  Дизајн матрице мора узети у обзир избацивање дела, Хладни канали, и системи капије.
• Уобичајени типови узорака: Концепти плоча за шибице или са затварањем/више шупљина су прилагођени алатима за матрице.
• Разматрања:

• • Висок почетни трошак се компензује брзим, Производња високог обима.
  • Толеранције су уске (± 0,1 мм), са минималном потребном завршном обрадом.
  • Сложене геометрије могу захтевати клизна језгра или уметке.

• Апликације: Аутомобилске компоненте, Електрична кућишта, Потрошачка електроника, и малих прецизних индустријских делова.

7. Закључак

Одабир правог типа узорка и материјала је компромис између цене и квалитета који се мора решити у фази пројектовања.

Употреба једноставни обрасци за прототипове и мале количине, шибице или системи са затварачем за средње количине, и узорци челичних алата за веома високе стазе.

Комбинујте основе чврстог узорка (нацрт, скупљање, додатак за машинску обраду) са савременим алатима (Покрити цад, симулација, 3Д штампање) како би се смањиле итерације и брже повећала производња.

Систематски приступ одабиру шаблона смањује отпад, скраћује време испоруке, и пружа предвидљив квалитет делова.

 

Често постављана питања

Колики угао промаја треба да користим?

Употреба 1°–3° за већину полираних површина. Повећајте до 2°–5° за текстурирани или крупнији песак, и до 7° за тешке текстуре.

Који додатак за скупљање користим за нерђајући челик?

Типичан линеарни додатак је 1.9%-2,5%; потврдити у ливници и прилагодити након пробног ливења.

Када је шаблон са шибицом оправдан?

А: Када је потребна аутоматизација и висока поновљивост—обично стотине до десетине хиљада делова годишње. Исплативост зависи од цене алата у односу на. очекивани обим.

Колики је типичан животни век металне шаре?

Алуминијумске шаре трају 10.000–100.000 циклуса (средњег обима), док челичне шаре издрже 100.000–1.000.000 циклуса (велика запремина, Нпр., масовна производња аутомобила).

Могу ли 3Д штампани узорци заменити традиционалне металне шаре?

За ниску до средњу јачину звука (<10,000 делови), да—3Д штампани узорци смањују време испоруке за 70–90%.

За велику јачину звука (>100к делова), металне шаре остају супериорне због своје издржљивости и ниже цене по делу.