Точность размеров отливок напрямую влияет на обработку на станках с ЧПУ, посадку при сборке и себестоимость серийного производства. В случае корпусов, торцевых крышек, кронштейнов, корпусов насосов, корпусов клапанов и фланцев нестабильные размеры отливок могут привести к недостаточному припуску на обработку, отклонению положения отверстий, неравномерной толщине стенок или неполной обработке уплотнительных поверхностей.
Стабильность размеров не обеспечивается исключительно за счет окончательного контроля. Многие проблемы возникают на этапах анализа чертежей, выбора технологического процесса, проектирования пресс-форм, компенсации усадки, контроля процесса литья и проверки первого экземпляра. Чтобы обеспечить стабильность заготовок для механической обработки и сборки, необходимо комплексно учитывать допуски на литье, припуски на механическую обработку, контрольные базы и повторяемость партии.
Что такое точность размеров при литье?
Точность размеров отливки определяется тем, насколько точно фактические размеры отливки соответствуют чертежу, 3D-модели или техническим требованиям. Она включает в себя габаритные размеры, толщину стенок, положение отверстий, плоскостность, концентричность, припуск на механическую обработку и положение ориентира сборки.
В реальных проектах необходимо чётко разграничивать размеры литого изделия и окончательные размеры после механической обработки. Литьё определяет основную форму детали, тогда как уплотнительные поверхности, монтажные плоскости, подшипниковые отверстия, установочные отверстия и резьбовые отверстия, как правило, обрабатываются на станках с ЧПУ. Основная цель заключается в том, чтобы сохранить стабильный припуск на критических участках механической обработки, а не применять очень узкие допуски ко всем элементам, полученным в состоянии литья.
1. Выбор технологического процесса
Различные методы литья приводят к разным уровням отклонений в размерах. Песчаное литье подходит для крупных деталей, сложных внутренних полостей и небольших и средних объемов производства, однако на размеры могут влиять прочность песчаной формы, расположение стержня и точность закрытия формы. Гравитационное литье и литье под низким давлением использовать металлические формы с более высокой повторяемостью полостей, что делает их пригодными для изготовления средних и малых алюминиевых корпусов, торцевых крышек и кронштейнов. При рассмотрении чертежей возникает вопрос не только о том, можно ли отлить деталь, но и о том, сможет ли заготовка сохранить стабильный припуск для последующей механической обработки.
2. Компенсация усадки
Расплавленный металл дает усадку после охлаждения и затвердевания, поэтому при проектировании формы необходимо предусмотреть компенсацию усадки. Если компенсация будет недостаточной, отливка может получиться меньшего размера, и припуск на механическую обработку может быть утрачен. Если же компенсация будет чрезмерной, время механической обработки увеличится, а корректировка формы станет более сложной. Толстые выступы, места пересечения ребер, большие плоские поверхности и глубокие полости чаще всего демонстрируют локальные отклонения в размерах, поэтому отчёты о пробных отливках часто используются для корректировки формы или регулировки полости.
3. Точность формы
Состояние формы напрямую влияет на повторяемость размеров. Размеры полостей, прилегание разделительной поверхности, расположение вставок, механизмы извлечения сердечников и износ формы могут приводить к отклонениям в положении отверстий, несовпадению, образованию облоя или нестабильному припуску на кромки. При литье в песчаные формы также важны прочность стержня, расположение оттиска стержня и точность закрытия формы, особенно для корпусов насосов, корпусов клапанов и корпусов со сложными внутренними полостями.
4. Регулирование температуры
Температура заливки, температура формы и скорость охлаждения влияют на процесс заполнения, затвердевание и усадку. Высокая температура может повысить риск образования усадочной пористости, деформации и горячих трещин. Низкая температура может привести к неполному заполнению, образованию холодных швов или неполному формированию кромок в тонкостенных участках. В производстве для уменьшения отклонений в размерах обычно используют предварительный нагрев формы, стабильный ритм разливки, контролируемое время открытия формы и регулировку охлаждения.
5. Проект системы подачи
Конструкция системы подачи влияет не только на образование усадочных полостей и пористость, но и на припуск на механическую обработку. На кромках фланцев, толстых выступках, местах пересечения ребер и обширных поверхностях, подлежащих механической обработке, могут неоднократно возникать локальные впадины, обнажение черной поверхности или недостаточный припуск, если траектория подачи не является плавной. Когда проблемы с размерами постоянно возникают в одной и той же области, увеличения частоты контроля бывает недостаточно. Как правило, необходимо пересмотреть систему литниковых каналов и схему затвердевания.
6. Припуск на обработку
Припуск на механическую обработку обеспечивает соответствие размеров заготовки и готовой детали. Если припуск слишком мал, обработка может оказаться неполной, на поверхности могут остаться следы черной кожи, а отверстия — стать эксцентричными. Если припуск слишком велик, время обработки на станке с ЧПУ увеличивается, а тонкостенные детали могут легче деформироваться при зажиме и резании. Перед изготовлением пресс-формы необходимо уточнить обрабатываемые поверхности, отверстия в отливке, обработанные отверстия, базовые линии отливки и базовые линии обработки.
7. Контроль размеров
Контроль размеров проводится не только перед окончательной отгрузкой. После пробного производства с использованием новой формы проверка обычно охватывает общий профиль, припуски на критических обрабатываемых поверхностях, положение отверстий, толщину стенок, несовпадение линии разъема и деформацию больших плоских поверхностей. При серийном производстве критические размеры проверяются по партиям. Если размеры продолжают отклоняться, результаты проверки должны учитываться при корректировке пресс-формы, настройке системы охлаждения, оптимизации подачи материала или планировании процесса механической обработки.
8. Техническое подтверждение
Многие проблемы, связанные с размерами, возникают из-за различия в интерпретации чертежа. Заказчики обычно уделяют внимание размерам конечной сборки, в то время как поставщик отливок также должен оценивать размеры отливок в том виде, в каком они получены, допуск на литье, припуск на обработку, контрольные базы и требования к послеобработке. Проверка критических функциональных размеров, обрабатываемых поверхностей, литых отверстий, обработанных отверстий, монтажных баз и методов контроля до начала изготовления пресс-формы помогает сократить объем последующей доработки.
Заключение
Стабильная точность размеров отливок зависит от выбора технологического процесса, компенсации усадки, точности формы, контроля температуры, конструкции системы подачи материала, припуска на механическую обработку, контроля размеров и технической проверки. Для отливок, требующих механической обработки и сборки, как можно более раннее подтверждение требований чертежа, критических базовых линий, припусков на механическую обработку и методов контроля помогает обеспечить большую стабильность заготовок и снизить риски, связанные с механической обработкой и сборкой.
