8.13 Proiectare pentru randamentul de producție

Folosiți regula de aceeași  grosime peste tot

Cea mai simplă regulă de proiectare a turnării este să se gândească la o grosime uniformă peste tot. Solidificarea neuniformă are ca rezultat concentrarea căldurii și, prin urmare, porozitate de contracție. Acest lucru este deosebit de important în colțuri și ar trebui aplicat în toate secțiunile și în colțuri. Un exemplu în acest sens este în Fig. 71.
The simplest rule of casting design is to think uniform thickness everywhere. Uneven solidification results in concentration of heat and thus also shrinkage porosity. This is particularly important in corners and should be applied in all sections and in corners. Example of this is in Fig. 71.

Fig. 71 Aplicare ideală de aceeași grosime peste tot într-un colț

Dacă este necesară o abatere de la regula de aceeași grosime, atunci este esențială o tranziție atentă și ar trebui făcută urmând instrucțiunile prezentate în Fig. 72. Acest lucru va răspândi concentrația de căldură, dispersând porozitatea mai mare în microporozitate mai mică, care este gestionabilă.
If a deviation from the same thickness rule is necessary then a careful transition is essential and should be made following the guidelines shown in Fig. 72. Doing this will spread the heat concentration dispersing larger porosity into smaller micro porosity that is manageable.

Fig. 72 Regula de tranziție de la o secțiune groasă la cea subțire

Evitați punctele fierbinți în Regula pentru componente și scule

Punctele fierbinți sunt generate în colțuri și în joncțiuni și sunt în multe cazuri parțial o consecință directă a unei abateri de la regula de aceeași grosime peste tot. Scopul principal este de a dispersa zona unde ajunge ultimul material solidificat. Dacă această zonă este prea mică și localizată, atunci se formează o porozitate mare de contracție. Evitarea concentrațiilor de căldură în componentă va dispersa astfel contracția finală și se poate forma o porozitate mai fină sau chiar poate fi mai mult sau mai puțin evitată. Acest lucru este cel mai bine gestionat, de exemplu, eșalonând conexiunile cu mai mulți pereți și aplicând o rază largă în toate zonele în care materialul este concentrat (Fig. 73).
Hot spots are generated in corners and in junctions and are in many cases in part a direct consequence of a deviation from the same thickness everywhere rule. The main goal is to disperse the area where the last solidified material ends up. If this area is too small and localized, then large shrinkage porosity forms. Avoiding heat concentrations in the component will thus spread the final shrinkage and a finer porosity may form instead or even be more or less avoided. This is best managed by, for instance, staggering multi-wall connections and applying ample radius in all areas where material is concentrated (Fig. 73).


Fig. 73 Evitarea punctelor fierbinți în turnare

Regula de a nu restricționa mișcarea

În timpul răcirii, materialul se contractă, iar forma de turnare și matrița vor restricționa de obicei mișcarea piesei. În cazul unei mișcări restricționate, aceasta va duce fie la tensiuni reziduale, fie la fisurare. În turnarea la înaltă presiune, acest lucru este parțial controlat de timpul de răcire, unde o deschidere timpurie a matriței reduce stresul, dar crește deformarea și, ca atare, poate crea probleme de toleranță. În procesele de turnare sub presiune joasă și în procesele gravitaționale, acest lucru poate fi, de asemenea, utilizat într-o oarecare măsură, dar efectul nu este la fel de dramatic ca în cazul turnării la înaltă presiune din cauza ratelor de răcire mai mari din aceasta din urmă. În toate cazurile, este important să se facă adaosul adecvat pentru contracția termică (Tabelul 15).
During cooling the material contracts and the mold and die will commonly restrict the motion of the part. In the case of a restricted motion, this will either result in residual stresses or cracking. In high-pressure die casting, this is partly controlled by the cooling time, where an early die opening reduces stress, but increases warpage and may as such create tolerance problems. In low pressure die casting processes and gravity-driven processes, this can also to some extent be used but the effect is not as dramatic as for high-pressure die-casting due to the higher cooling rates in the latter. In all cases it is important that the appropriate allowance for thermal shrinkage is made (Table 15).

Tabelul 15 Adaos de contracție – model (Svensson 2001)

Adaosul de contracție va oferi dimensiunile corecte ale piesei, dar nu va ajuta la decaparea sau ejectarea pieselor acolo unde problemele cu marcajul formei inferioare de turnare sunt comune în turnarea sub presiune înaltă a fracturii matriței în turnarea cu nisip, în timpul decapării modelului. Acest lucru este gestionat prin utilizarea unghiului de laminare pe suprafețele perpendiculare pe linia de despărțire (Tabelul 16).
The shrinkage allowance will give the right dimensions of the part but will not help part stripping or ejection where problems with drag mark are common in highpressure die casting of mold fracture in sand molding during pattern stripping. This is managed by using draft angle on surfaces perpendicular to the parting line (Table 16).

Tabelul 16 Cerințe pentru unghiul de laminare (Svensson 2001)

Fig. 74 Ilustrarea modelelor care atenuează problemele de contracție

În afară de unghiurile de laminare, există caracteristici suplimentare de design care ar trebui luate în considerare. Toate unghiurile generează o restricție de mișcare, așa cum este ilustrat în Fig. 74. Trebuie remarcat aici că, chiar și cu un unghi de laminare adecvat, mișcarea relativă între diferite secțiuni va genera stres. Un astfel de exemplu tipic sunt dispozitivele de răcire LED cu flanșă subțire. Designul standard extrudat este un proiect de turnare slab (Fig. 75). Rearanjarea aripioarelor la un design mai bun permite ca contracția să aibă loc în direcția radială, ca experiență de turnare. Acest lucru este prezentat și în Fig. 75 ca un design mai bun. Acest lucru necesită ca proiectantul să înțeleagă fizica procesului și să fie capabil să cupleze comportamentul piesei în proces cu proiectarea. Esențial aici este de a proiecta inițial pentru procesul de turnare și de a implica o turnătorie la începutul procesului de proiectare pentru o rentabilitate maximă.
Apart from the draft angles, there are additional design features that should be considered. All angles generate a motion restriction as illustrated in Fig. 74. It should here be noted that even with appropriate draft angle relative motion between different sections will generate stress. A typical such example are thin flange LED cooling devices. The standard extruded design is a poor casting design (Fig. 75). Rearranging the fins to a better design allows the shrinkage to take place in the radial direction as experience by the casting. This is also shown in Fig. 75 as a better design. This requires that the designer understands the process physics and is able to couple part in-process behavior to design. Critical here is to initially design for the casting process and to involve a foundry early in the design process for maximum profitability.

Fig. 75 Exemplu de geometrie a flanșei pe o bază rotundă care asigură o prindere redusă într-o matriță metalică, permițând îmbrăcarea aripioarelor lungi de răcire (vedere de sus)