Perimmäinen opas prototyyppien painevaluun

Muovi- ja metalliteollisuudessa, painevaluprototyypit pidetään taloudellisesti kalliina  pitkällä toimitusajalla osien kehityshankkeisiin. Viimeaikaiset edistysaskeleet painevaluprototyyppiteollisuudessa ovat kuitenkin johtaneet nopeampiin ja taloudellisempiin prototyyppiprosesseihin.

Tärkein käännekohta on CNC-työstö, joka on teknologinen innovaatio, joka on muuttanut täysin tapaa, jolla valmistamme työkaluja painevalua varten. Perinteisillä menetelmillä neliliuskaisen muotin valmistamiseen tarvittiin noin 8-10 viikkoa, mutta nyt CNC-työstö tekee saman työn nopeasti vain 1-2 viikossa.

Tämän rinnalla otetaan käyttöön 3D-suunnittelu- ja simulointiohjelmistot, jotka antavat monille mahdollisuuden luoda painevalutyökaluja. Tietokoneavusteisen 3D-suunnittelun (CAD) tekniikan käyttö on helpottanut työkalujen suunnittelua, joka voidaan laatia muutamassa tunnissa. Lisäksi kehittyneet ohjelmistot mahdollistavat 3d- tai 3d-virtuaaliprototyyppien luomisen, mikä puolestaan auttaa tunnistamaan suunnitteluvirheet, jotka muuten saattaisivat muodostua ongelmaksi tuotannon aikana.

Erilaiset prototyyppien painevalu Menetelmiin kuuluvat yhden ontelon muotti, painovoimavalu, nopea prototyyppivalu, kipsimuottiprototyyppivalu ja koneistus. 3D-tulostustekniikan kehittyminen on laajentanut prototyyppien valmistusta huomattavasti. Lisäksi se tuo käyttöön uudenlaisia menetelmiä, joita ei ole vielä tutkittu. Lyhyesti sanottuna painevaluprototyypit edustaa valmistuksen tehokkuuden arkkityyppiä. Muotovaluprototyyppien valmistukseen pääsyn esteiden väheneminen on johtunut CNC-työstön ja 3D-suunnitteluohjelmistojen käyttöönotosta.

Teknologisen ylivoimaisuuden synergia ei ainoastaan lisää kustannustehokkuutta vaan myös lyhentää tuotekehitykseen kuluvaa aikaa, mitä pidetään yhtenä nykyaikaisten valmistusmenetelmien muutosvoimana. Tässä artikkelissa annetaan hyödyllistä tietoa prototyyppien painevalusta.

Miten prototyypin painevalu mullistaa valmistusteollisuuden?

Prototyyppien painevalu on olennainen osa nykyaikaista valmistustekniikkaa. Se tarjoaa vertaansa vailla olevan nopeuden ja tarkkuuden monimutkaisten metalliosien valmistuksessa. Tätä tekniikkaa käytetään laajalti monilla teollisuudenaloilla, kuten lentokoneissa ja kulutuselektroniikassa, koska sen avulla voidaan valmistaa monimutkaisia muotoja suurella tarkkuudella.

Prototyyppien painevalu on ehdottomasti monipuolinen siinä mielessä, että siinä voidaan käyttää mitä tahansa materiaalia tukevista muoveista lujatekoisiin metalleihin, jotka on erityisesti suunniteltu täyttämään erilaiset suorituskykyvaatimukset. Alumiinin painevaluprototyyppien valmistusta arvostetaan suuresti sen kevyiden ja vahvojen ominaisuuksien vuoksi, minkä vuoksi sitä käytetään laajalti autojen ja lentokoneiden valmistuksessa. Sinkki.

Lisäksi se on erittäin mittapysyvää eikä se ole altis korroosiolle, ja sitä pidetään suhteellisen tärkeänä tekijänä valmistettaessa edullisia ja monimutkaisia suunnittelukomponentteja kulutuselektroniikka- ja televiestintäsovelluksiin. Magnesium, toinen seos  tunnetaan erinomaisesta lujuus-painosuhteestaan, ja sitä käytetään usein kevyissä rakenteissa auto- ja ilmailuteollisuudessa.

Muottiinvalun käyttöönotto prototyyppien valmistuksessa tuo mukanaan useita etuja. Ensinnäkin painevalu mahdollistaa mittakaavaedut, jolloin kehittyneitä osia voidaan tuottaa suuria määriä alhaisin yksikkökustannuksin. Kustannustehokkuutta lisää vielä sujuva painevaluprosessi, joka mahdollistaa nopean tuotantosyklin, mikä on kriittinen tekijä tiukkojen aikataulujen noudattamisen ja markkinoille saattamisen nopeuttamisen kannalta.

Erilaiset strategiat painevalun prototyyppien valmistukseen:

Sopivin painevalun prototyyppistrategia määräytyy monien tekijöiden perusteella: hinnasta ja läpimenoajasta aina mahdollisuuteen testata kriittisiä tuoteominaisuuksia. Käytettävissä olevien vaihtoehtojen joukosta erottuu kaksi merkittävää strategiaa: yhden ontelon prototyyppimuotti ja painovoimavalumenetelmät. Tutustutaanpa kuhunkin tekniikkaan ja arvioidaan niiden myönteisiä ja kielteisiä puolia. 

Yhden ontelon prototyypin painevalu:

Jos tuotteen kriittisten ominaisuuksien testaus ja arviointi on tiukkaa, yhden ontelon prototyyppimuotti olisi sopivin. Tämän menetelmän tuotanto on täydellistä, ja pinnan viimeistelyn kaltaiset tekijät tutkitaan huolellisesti, mikä on erittäin tärkeää monissa sovelluksissa. Lisäksi se tarjoaa joustavuutta erilaisten suunnittelumuutosten tekemiseen, mikä auttaa välttämään kalliiden jälkitöiden riskin seuraavissa tuotantovaiheissa.

Yhden ontelon prototyypin painevaluprosessilla on yksi merkittävä etu, joka on alkuperäisen muotin insertin mahdollinen uudelleenkäyttö tuotannon loppuvaiheessa. Sen avulla voidaan myös lyhentää aikaa prototyyppien valmistuksesta tuotantoon ja säästää rahaa työkalujen kehittämiseen. Lyhyempi läpimenoaika lopullisten muottien ja toissijaisten leikkaustyökalujen luomiselle lisää tuotantoprosessin tehokkuutta, mikä on erittäin tärkeää valmistusteollisuudessa, jolle on ominaista kova kilpailu.

Yhden ontelon prototyyppimuottiprosessilla on kuitenkin omat ansionsa, mutta se voi myös aiheuttaa haasteita tilanteissa, joissa aikarajoitteet tai suunnittelun epävarmuustekijät ovat tärkeimmät tekijät. Muotin suunnitteluun ja luomiseen vaadittava pääomakustannus ja toimitusaika edellyttävät asianmukaista suunnittelua ja projektin eritelmien arviointia, jotta voidaan varmistaa paras mahdollinen lopputulos. 

Painovoimavalu:

Pienimuotoisessa tuotannossa suositaan kuitenkin painovoimavalua, joka on edullinen vaihtoehto. Painovoimavalua arvostetaan suuresti sen kustannustehokkuudesta ja nopeista toimitusajoista, toisin kuin yhden ontelon prototyyppivalua.  Tämän seurauksena painovoimavalu hallitsee painevalun prototyyppien valmistusta.

Painovoimavalulla on kolikon toinen puoli, ja vaikka sen etuna on suurempi väsymislujuus pienemmän huokoisuuden ansiosta. Tämän lisäksi sillä on myös omat haittansa. Erittäin tarkassa painevaluprosessissa tarvitaan ylimääräisiä työstötoimenpiteitä, jolloin alkuperäinen kustannusetu menetetään osittain. Lisäksi se, ettei painevalussa saavuteta erittäin ohutta seinämäpaksuutta, saattaa rajoittaa 3D-tulostustekniikan käyttöä joissakin sovelluksissa.

Stereolitografia ja painevalu:

Die casting rapid prototyping -tekniikoita on erilaisia, kuten stereolitografia, lasersintraus ja sulatettu laskeumamallinnus stereolitografia, lasersintraus ja sulatettu laskeumamallinnus. Yhdistämällä stereolitografiatekniikat nämä menetelmät tarjoavat nopean läpimenoajan, joka on yleensä noin 5-8 viikkoa. Toisin kuin painovoimalla tapahtuvassa painevalussa, näissä prototyyppitekniikoissa hyödynnetään korkeapainevalu, kun taas H-13-teräsmuotteja käytetään monimutkaisten osien geometrioiden toistamiseen suurimmalla mahdollisella tarkkuudella.

Merkittävä etu nopea prototyyppien valmistus alumiinista on, että se on melko lähellä tuotantokelpoisten materiaalien ominaisuuksia ja materiaaleja. Seostamalla materiaaleja, joilla on samanlaiset fysikaaliset ja lämpöominaisuudet kuin täysimittaisessa tuotannossa käytettävillä materiaaleilla, voidaan luoda prototyyppejä, joilla on perusteellinen ja tarkka tuoteanalyysi, joka ei vaadi kallista muotin rakentamista. Tämä on yksi syy siihen, miksi tämä tekniikka soveltuu erityisesti pienten, kymmenien tuhansien kappaleiden erien tuotantoon työkalujen valmistuksen aikana.

On kuitenkin syytä mainita, että painevaluprosessin nopea prototyyppien valmistus, joka tunnetaan yleisesti "teräsprosessina", ei välttämättä ole toimivaa sellaisten osien osalta, joissa on ohuita tai korkeita yksityiskohtia, koska prosessin luonnolliset rajoitukset ovat olemassa. 

Kipsimuotin prototyyppien valmistus:

Lisäksi sitä voidaan kutsua kumi-muovimuotti-valuksi (RPM), jossa käytetään painovoimapohjaista valumenetelmää, joka soveltuu erilaisille seoksille, kuten alumiini-, magnesium-, sinkki- ja ZA-seoksille. Stereolitografiamallit ovat paras tapa saada aikaan nopea prototyyppituotanto muutamassa viikossa, mikä on erittäin ratkaiseva tekijä osan geometrian nopeassa iteroinnissa ja muokkaamisessa.

Kipsimuotin prototyyppien valmistaminen on usein kustannustehokasta, ja kipsimuotin valmistuskustannukset ovat yleensä vain murto-osa tuotantomuotin rakentamiseen tarvittavasta investoinnista. Vaikka kipsimuotin prototyyppien valmistuksen kustannusten arvioidaan olevan noin 10% perinteisen työkalun valmistuksen kustannuksista, se on osoittautunut kustannustehokkaaksi ratkaisuksi painevalun prototyyppien valmistukseen.

Kipsimuottien prototyyppien valmistus on melko laaja-alaista, mutta se soveltuu erityisen hyvin 2-24 kuutiotuuman geometrioille. Tällä menetelmällä saadaan toimivia painevaluprototyyppejä 10-100 kappaletta, ja se soveltuu parhaiten projekteihin, koska siihen ei tarvita kovien painevalutyökalujen korkeita kustannuksia.

Vaikka tämä on kipsimuotin prototyyppien valmistuksen etu, suunnittelijoiden on oltava varovaisia, etteivät he tee osan geometriasta liian monimutkaista, sillä kyky jäljentää mitä tahansa valettavissa olevaa geometriaa voi johtaa painevalukustannusten ja valmistushaasteiden kasvuun.

Koneistuksen käyttäminen samankaltaisesta painevalusta prototyyppiprosessissa

Prototyypit samoista valukappaleista voidaan tehdä käytännönläheisesti käyttämällä olemassa olevia, kooltaan ja muodoltaan samankaltaisia valukappaleita. Tämä menetelmä on käytännöllisin, ja sitä voidaan käyttää muottien monimutkaisissa muodoissa.  Lisäksi se on käyttökelpoisempi pienille osille, joissa yhden suuren painevalukappaleen paksujen alueiden työstäminen ei ole suositeltavaa. Se on paras valinta pienten hammaspyörien, ruuvikoneistettujen tuotteiden ja muiden sellaisten osien valmistukseen, jotka koneistetaan automaattisesti prosessissa ja materiaaleissa.

Toisaalta painevalu on kiistatta kätevä prototyyppien valmistuksessa, mutta toisaalta sillä on myös omat rajoituksensa. Ensinnäkin prototyypin suunnitteluparametreja rajoittaa luonnostaan käytettävissä olevien painevalukappaleiden koko ja muoto. Koneistus valukappaleesta tarkoittaa, että meidän on luovuttava kovasta kuoresta, joka on ominaista tuotantomuotoisille painevalukappaleille.

Tutkimukset, joissa keskitytään kuoren poiston vaikutuksiin painevalukappaleiden mekaanisiin ominaisuuksiin, on tehty. Esimerkiksi Briggs & Strattonin tutkimuksissa kävi ilmi, että myötö- ja väsymislujuus alenivat 10% ja 39%, kun kuori poistettiin koneellisesti valukappaleesta. alumiinivalukappaleet. Samalla tavoin U.  S.  National Energy Technology Laboratory osoitti, että sinkkivalukappaleiden myötölujuus oli noin 10% alhaisempi, kun kuori oli poistettu.

Taivutettujen tai levymateriaalien työstötekniikat

Valukappaleiden prototyyppien valmistuksen yhteydessä työstö joko muokatuista tai levymateriaaleista tulee vaihtoehtoiseksi lähestymistavaksi prototyyppien rakentamiseen alumiinilevystä tai suulakepuristetusta alumiinista ja magnesiumista. Valetut muokatut ja levytuotteet ovat sitkeämpiä kuin painevalut, mutta niiden puristuslujuus on alhaisempi, ja ne voivat olla suuntautuneita levyn tai suulakepuristettujen seosten suuntauksen vuoksi.

Tehdas- tai levymateriaalien työstön luontaisten rajoitusten lisäksi on olemassa joitakin etuja, jotka ovat merkittäviä erityistapauksissa, kuten silloin, kun tarvitaan materiaalin ominaisuuksia tai suuntaavia ominaisuuksia. Valmistajat voivat käyttää muokatuista tai ohutlevymateriaaleista työstöä luodakseen prototyyppejä, jotka täyttävät heidän tarkat tarpeensa, analysoimalla hienovaraisesti kompromisseja, joihin kuuluvat sitkeys, puristuslujuus ja suuntausominaisuudet.

Yhteensopivat materiaalit prototyyppejä varten painevalu

Muotovaluprototyyppi perustuu erilaisiin materiaaleihin, jotka valitaan huolellisesti täyttämään suorituskyvyn tasoa ja sovellusta koskevat erityisvaatimukset. Tässä kappaleessa tarkastellaan yleisimmin käytettyjä painevalumateriaaleja, yksilöidään niiden erityisominaisuudet ja osoitetaan, miten niitä voidaan soveltaa eri teollisuudenaloilla.

1.Alumiini:

Alumiini on edelleen suosituin prototyyppien painevalussa käytetty materiaali, koska se on erittäin luja, kevyt ja korroosionkestävä. Tämä materiaali on kaikkein monipuolisin, ja sitä käytetään eri teollisuudenaloilla, kuten autoteollisuudessa, ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, kulutuselektroniikassa ja televiestinnässä. . alumiinivaletut prototyypit ovat erittäin mittatarkkoja ja pintakäsittelynsä on hyvä, minkä vuoksi niitä käytetään yksityiskohtaisten osien ja rakenneosien valmistuksessa. 

2.Sinkki:

Sinkki on myös yleinen valinta prototyyppien valamiseen, jotka tunnetaan suuresta mittatarkkuudestaan, suuresta lujuudestaan ja erinomaisesta korroosionkestävyydestään. Sinkkivaletut osat soveltuvat hyvin sovelluksiin, joissa on monimutkainen geometria ja korkea tarkkuus, ja niitä käytetään autoteollisuudessa, elektroniikassa, lääkinnällisissä laitteissa ja laitteistoteollisuudessa. Lisäksi sinkin matalan sulamispisteen ansiosta sillä on helppo toteuttaa nopeita tuotantosyklejä, mikä puolestaan alentaa prototyyppien valmistuksen kokonaiskustannuksia.

3.Magnesium:

Magnesium on materiaali, jolla on vertaansa vailla oleva lujuus-painosuhde, mikä tekee siitä halutun valinnan kevyisiin rakenneosiin autoteollisuudessa, ilmailu- ja avaruusteollisuudessa sekä kulutuselektroniikkateollisuudessa. Magnesiumin painevaletuille osille on ominaista erinomaiset mekaaniset ominaisuudet, joihin kuuluvat suuri jäykkyys ja iskunkestävyys sekä poikkeuksellinen lämmönjohtavuus. Vaikka se on kalliimpaa kuin alumiini ja sinkki, magnesiumin ainutlaatuisten ominaisuuksien ansiosta sitä suositaan prototyyppisovelluksissa, joissa painon vähentäminen ja suorituskyvyn optimointi ovat päätavoitteita.

4. Messinki ja kupari:

Messinki- ja kupariseoksia käytetään kapeisiin sovelluksiin seuraavissa aloissa prototyyppien painevaluerityisesti teollisuudenaloilla, jotka vaativat parempaa sähkön- ja lämmönjohtavuutta. Tämäntyyppistä metallia arvostetaan suuresti sen hyvän korroosionkestävyyden, työstettävyyden ja esteettisten ominaisuuksien vuoksi. Tällaisia osia käytetään sähköliittimissä, LVI-kalusteissa, koristeellisissa laitteissa ja tarkkuusinstrumenteissa.

Miten määrittää oikea prototyyppien painevalutekniikka?

Oikean vaihtoehdon valinta painevalettu prototyyppien valmistus prosessiin liittyy peruserojen ymmärtäminen tuotantomuotoisten painevalumenetelmien ja prototyyppituotannossa yleensä käytettävien menetelmien välillä. On olennaista tunnustaa, että painevalun avulla kehitetyillä prototyypeillä on erilaisia ominaisuuksia kuin tuotannossa käytettävillä vastineilla, mikä johtuu seoksen koostumuksen ja valmistusmenetelmän vaihteluista.

Esimerkiksi painevaletut osat on useimmiten päällystetty noin 0,5 mm:n paksuisella kuorikerroksella, joka on merkittävä tekijä tuotteen vetolujuuden ja väsymiskestävyyden kannalta. Tämä kuori aiheuttaa kuitenkin ongelman prototyyppien työstössä, jossa osa kuoresta tai koko kuori saatetaan joutua poistamaan prototyypin valmistamiseksi.

Vaikka valukappaleiden mekaaniset ominaisuudet voivat poiketa muilla menetelmillä valmistettujen prototyyppien ominaisuuksista, on silti paras vaihtoehto käyttää painevalua tuotantoprosessissa. Painovalun fyysiset ominaisuudet, kuten nopea jäähdytys, nopea jähmettyminen ja korkeapainevalu, ovat tekijöitä, jotka erottavat painevaletut prototyypit muista prototyypeistä.

Painovaluissa valmistettavat seokset on suunniteltu tiettyihin valumenetelmiin sopiviksi, mutta ne eivät välttämättä sovellu painovoimavaluun tai muokatun tai levymateriaalin työstöön. Esimerkiksi painevalussa laajalti käytetty Zamak-seosryhmä koostuu Zamak 3, 5 ja 7 -seoksista, joista kukin sisältää 4%-alumiinia ja joilla on omat jähmettymisnopeutensa ja mekaaniset ominaisuutensa. Tämän vuoksi Zamak-seoksia ei suositella painovoimavalun prototyyppien valmistukseen, koska painovoimavalun prototyyppien mekaaniset ominaisuudet voivat poiketa painevalun ominaisuuksista. Sen sijaan ZA-seoksia suositellaan painovoimavaluprototyyppien valmistukseen, jotta ne jäljittelisivät mahdollisimman hyvin painevalun mekaanisia ominaisuuksia.

On syytä mainita, että Zamak 3, 5 ja 7 eivät sovellu prototyyppien valamiseen, mutta niitä voidaan käyttää prototyypin koriste-elementteinä edellyttäen, että niiden mekaaniset ominaisuudet eivät vaikuta prototyypin toimivuuteen.

Päätelmä

Tuotantotekniikoiden ja prototyyppimenetelmien eroja olisi ymmärrettävä, kun valitaan parasta vaihtoehtoa. painevalun prototyyppi. Vaikka on olemassa variaatioita, painevalu on tärkein syy prototyyppien mekaanisiin ominaisuuksiin, ja seoksen oikea valinta on olennaisen tärkeää niiden yhteensopivuuden kannalta muiden painevaluprototyyppien valmistusprosessien kanssa. Käyttämällä näitä oivalluksia tuotevalmistajat voivat lyhentää valmistukseen tarvittavaa aikaa. prototyypit tuotantoon, jolloin laadukkaat tuotteet voidaan tuoda markkinoille luottavaisin mielin.