Минимальная толщина стенок алюминия, отлитого в песчаные формы: практическое руководство по проектированию

В вашей CAD-модели изображен аккуратный алюминиевый кронштейн со стенкой толщиной 2 мм, и литейный завод предлагает его в три раза дороже ожидаемой цены. Причина проста: большинство предприятий по литью в песчаные формы считают 3 мм (около 0,120 дюйма) практической минимальной толщиной стенки алюминия, а 4,8 мм (3/16 дюйма) — величиной, которую они действительно хотят видеть на производственных деталях. Стенка толщиной 2 мм не является невозможной, но она превращает рутинную отливку в деликатную. Время заполнения становится критическим, диапазон температур заливки сужается, а процент брака возрастает.

Вывод перед отправкой отпечатка в литейный цех: спроектируйте с точностью до 3 мм для небольших локализованных элементов, таких как ребра и выступы; целевое значение от 4 до 5 мм для общих стен и секций конструкций; и нажимайте тоньше только тогда, когда деталь маленькая, простая и литейный завод подтверждает, что может выполнить эту работу. В этой статье объясняется, откуда берутся цифры, какие детали конструкции поднимают пол и какие дефекты вытекают, если на это не обращать внимания.

Цифры, лежащие в основе практического правила

Рекомендации по литейному производству и рекомендации по проектированию группируются в одном диапазоне. В ссылках на инженерное проектирование обычно указывается минимум 2,5 мм (0,100 дюйма) для алюминиевых перемычек и стенок при литье в песчаные формы. Производственные литейные предприятия обычно указывают 3,0 мм (0,120 дюйма) в качестве стандартного минимума для обычных стен, а для надежного заполнения рекомендуется от 3,8 мм (0,150 дюйма) до 4,6 мм (0,180 дюйма). Очень маленькие изолированные области могут иметь толщину примерно до 2,3 мм (0,090 дюйма), в то время как для очень больших деталей часто требуется не менее 6,4 мм (0,250 дюйма), поскольку расстояние заполнения формы и поведение при затвердевании изменяются в зависимости от масштаба.

Ни одна цифра не подходит для каждой работы. Указанный минимум является лишь отправной точкой; Практический предел зависит от геометрии детали, сплава, песчаной среды, конструкции литников и средств управления процессом на литейном заводе. Используйте таблицу ниже в качестве справочного материала, а затем уточните у конкретного литейного завода, который предложит вашу деталь.

Почему алюминиевое литье в песчаные формы имеет толстый пол

Расплавленный алюминий при типичных температурах заливки от 680 до 760 °C является жидким, но не бесконечно. В песчаной форме металл должен пройти через литниковую систему и заполнить всю полость, прежде чем передняя кромка замерзнет. Тонкие срезы увеличивают соотношение поверхности к объему, что ускоряет замерзание и отводит тепло от расплава. Когда фронт потока остывает ниже критической температуры, он прекращает движение.

Три переменные процесса определяют фактическую толщину пола по толщине стены:

• Текучесть металла: более высокая температура разливки улучшает заполняемость, но увеличивает поглощение газа и окисление, поэтому литейные заводы ограничивают степень его распространения.
• Среда для форм: зеленый песок экономичен, но имеет меньшую прочность и проницаемость. Необожженный (химически связанный) песок более жесткий, позволяет получать немного более тонкие срезы и предпочтителен для лучшего качества поверхности и контроля размеров.
• Подача и затвердевание: тонкая стенка быстро замерзает, тогда как более толстый прилегающий участок дольше остается жидким и может вытягивать из себя загружаемый металл, создавая усадочную пористость в обеих зонах.

Детали дизайна, повышающие практический минимум

Даже если толщина самой стенки превышает 3 мм, стандартные правила проектирования литейного производства могут уменьшить эффективную толщину стенки или создать условия, при которых тонкие секции выходят из строя. Это детали, которые чаще всего подталкивают дизайн-минимум вверх.

Углы уклона

Каждая вертикальная поверхность нуждается в угле наклона, чтобы рисунок можно было извлечь из песка. Типичным является угол от 1 до 2 градусов на внешних стенах и от 2 до 3 градусов на внутренних стенах. При высоте стены 50 мм уклон в 2 градуса удаляет примерно 1,7 мм с одного конца номинальной толщины. Если вы начнете с 3 мм, один конец стены опустится на 2 мм, что ниже практического пола.

Угловые радиусы

Острые внутренние углы являются одновременно концентраторами напряжений и горячими точками, где образуется усадочная пористость. Большие радиусы также способствуют потоку песка во время изготовления форм. Как правило, используйте внутренний радиус, по крайней мере равный местной толщине стенки; коэффициент, в 1,5 раза превышающий толщину стены, еще безопаснее.

Переходы разделов

Резкий переход от толстых к тонким срезам является распространенной причиной сбоев и горячих разрывов. Сохраняйте толщину стенок как можно более однородной. Если изменение неизбежно, переходите постепенно, используя конус или радиус, сохраняя соотношение между соседними секциями на уровне 3:1 или ниже.

Бобышки, ребра и соединения паутины

Боссы создают тяжелые изолированные массы, которые нуждаются в подаче металла после того, как окружающие их тонкие стены замерзнут. Ребра должны быть тоньше стенок, которые они поддерживают, обычно от 60 до 80 процентов толщины прилегающей стенки, чтобы ребро затвердевало первым, и более тяжелая стенка могла его питать. Соединение двух стенок у ребра создает локальную концентрацию масс; добавьте радиус и оставьте толщину ребра ниже основной стенки, чтобы избежать пористости.

Дефекты, которые появляются, когда стены слишком тонкие

Проектирование ниже минимума не просто усложняет производство отливки; это приводит к появлению узнаваемых дефектов, которые увеличивают стоимость лома и задерживают доставку.

• Неправильная работа и холодное закрытие: расплав замерзает до того, как полость заполнится, оставляя неполные края или видимые линии потока. Это наиболее распространенная поломка при тонких алюминиевых стенках.
• Газовая пористость: тонкие срезы задерживают газ при замерзании металла; Алюминий также поглощает водород в расплавленном состоянии, и небольшие пути подачи в тонких стенках не могут вытолкнуть газ наружу.
• Горячий разрыв: когда тонкая стенка остывает и сжимается быстрее, чем соединенная тяжелая секция, удерживаемая область может порваться в месте соединения, особенно при резких переходах.

Все три дефекта имеют одну общую черту: они спорадичны. Тонкая стенка может нормально работать при пробной партии, а затем периодически выходить из строя при производстве из-за изменения температуры заливки, влажности песка или условий окружающей среды. Вот почему литейные заводы назначают более высокие цены на стены ниже минимального размера.

Допуски, припуск на обработку и усадка

Толщина стенки — не единственный размер, который стоит проверить. Допуски при литье в песчаные формы и поведение при усадке напрямую влияют на то, соответствует ли деталь, включая ее самые тонкие участки, техническим характеристикам.

• Допуски на размеры: для деталей размером примерно до 300 мм линейные размеры часто варьируются от ± 0,5 до ± 1,5 мм в зависимости от особенности и формы. Тонкие стены будут смещаться внутри этой оболочки, поэтому не проектируйте стену с абсолютным минимумом, если допуск на конечной детали имеет значение.
• Припуск на обработку: если будет обрабатываться торец, оставьте припуск от 1,5 до 2,5 мм. Убедитесь, что толщина стенки после механической обработки остается выше минимальной, установленной литейным цехом; в противном случае отливка не имеет практических шансов соответствовать рисунку.
• Допуск на усадку: усадка алюминия при затвердевании составляет примерно 1,3 процента (около 5/32 дюйма на фут). Создатели моделей компенсируют это, но если вы унаследовали существующий образец, убедитесь, что окончательная толщина стенки после компенсации усадки по-прежнему соответствует проектной цели.

Применение той же дисциплины толщины к алюминиевым строительным системам

Тот же подход, который обеспечивает хорошую конструкцию отливки в песок, также позволяет создать хорошее алюминиевое строительное изделие. Каркас солярия с заниженной толщиной стенок прогибается под снеговыми нагрузками; импост навесной стены со слишком маленькой толщиной сечения не соответствует расчетам ветровой нагрузки; подоконник с тонкими стенками приводит к образованию конденсата и проблемам с дренажем. Покупатели и архитекторы редко задаются вопросом о минимальной толщине стены при заказе окон, но этот вопрос заслуживает такого же внимания, как и отливка.

Dongcheng проектирует и производит алюминиевые окна, двери, солярии, перила и навесные стены, толщина профиля которых выбирается на основе структурных расчетов, а не догадок по экономии материалов. Производство соответствует процедурам управления качеством ISO9000, поэтому толщина профиля, обработка поверхности и сборка стандартизированы. Система солярия с А-образной рамой и дизайном с быстрым дренажем Например, используется оптимизированная геометрия крыши со структурными профилями, рассчитанными на местные снеговые и ветровые нагрузки. навесная перегородка из алюминия , в свою очередь, опирается на стойки и фрамуги, толщина стенок которых учитывает ветровую нагрузку, сейсмические движения и тепловое расширение. Та же логика применима и к алюминиевые раздвижные окна , где толщина стенки профиля влияет на воздухонепроницаемость, водонепроницаемость и долговечность.

Оптовые поставщики алюминиевых навесных стен, компания - Zhejiang Dongch Dongcheng - оптовый поставщик и компания алюминиевых навесных стен из стержня в Китае, алюминиевая ненесущая стена из стержня, также известная как ... Посмотреть продукт →

Оптовые алюминиевые солярии с А-образной рамой (конструкция с быстрым дренажем), поставщики, Компания - Z Dongcheng - оптовый поставщик и компания алюминиевого солярия с А-образной рамой (конструкция с быстрым дренажем) в Китае. Солярий с А-образной рамой имеет сим... Посмотреть продукт →

При покупке алюминиевых систем используйте тот же подход, что и в литейном производстве: запросите чертежи разрезов, запросите толщину стенок и состояние сплава каждого профиля конструкции, а также запросите отчеты об испытаниях на ветровую нагрузку, водонепроницаемость и тепловые характеристики. Поставщику, который дает четкие ответы, можно доверять.