Végső útmutató a prototípusok öntéséhez
A műanyag- és fémmegmunkáló iparban, öntvény prototípusok pénzügyileg költségesnek minősülnek hosszú átfutási idővel az alkatrészfejlesztési projektekhez. Mindazonáltal a közelmúltban a nyomásos öntvény prototípusgyártás területén elért fejlődés gyorsabb és gazdaságosabb prototípusgyártási folyamatokat eredményezett.
A fő fordulópont a számítógépes numerikus vezérlésű (CNC) megmunkálás megjelenése, egy olyan technológiai újítás, amely teljesen megváltoztatta a szerszámkészítés módját a nyomásos öntéshez. A hagyományos módszerekkel egy négycsúcsos szerszám elkészítéséhez szükséges idő körülbelül 8-10 hét volt, de ma már a CNC megmunkálás gyorsan, mindössze 1-2 hét alatt elvégzi ugyanazt a munkát.
Ezzel párhuzamosan a 3D-s tervező- és szimulációs szoftverek használata is integrálódik, ami sokak számára lehetőséget ad a szerszámöntő szerszámok létrehozására. A 3D-s számítógépes tervezés (CAD) technológia használata megkönnyítette a szerszámtervezés néhány óra alatt történő összeállítását. Ezen túlmenően a fejlett szoftverek lehetővé teszik a 3d vagy 3d virtuális prototípusok készítését, ami viszont segít azonosítani a tervezési hibákat, amelyek egyébként problémát jelentenének a gyártás során.
A különböző típusú prototípus öntés A módszerek közé tartozik az egy üregű szerszám, a gravitációs öntés, a gyors prototípusgyártás, a gipszformás prototípusgyártás és a megmunkálás. A 3D nyomtatási technológia megjelenése jelentősen kibővítette a prototípusgyártás lehetőségeit. Emellett új, még feltárásra váró módszerek sorát vezeti be. Röviden, a fejlesztés öntvény prototípusok a gyártási hatékonyság archetípusát képviseli. Az öntvény prototípusgyártás belépési akadályainak csökkenése a CNC megmunkálás és a 3D tervezőszoftverek megjelenésének köszönhető.
A technológiai fölény szinergiája nemcsak a költséghatékonyságot növeli, hanem a termékfejlesztés idejét is lerövidíti, ami a modern gyártási módszerek egyik átalakító jellemzőjének tekinthető. Ez a cikk hasznos információkat nyújt a prototípusok öntéséről.
Hogyan forradalmasítja a prototípus öntés a feldolgozóipart?
Prototípus öntés a modern gyártástechnológia alapvető része. Összehasonlíthatatlan sebességet és pontosságot biztosít az összetett fémalkatrészek gyártása során. Ezt a technikát széles körben alkalmazzák számos iparágban, például a repülőgépiparban és a szórakoztató elektronikában, mivel képes bonyolult formák nagy pontossággal történő reprodukálására.
Prototípus öntés határozottan sokoldalú, mivel bármilyen anyagot felhasználhat a robusztus műanyagtól a nagy szilárdságú fémekig, amelyet kifejezetten a különböző teljesítménykövetelményeknek megfelelően alakítottak ki. Az alumínium öntvény prototípusgyártást nagyra értékelik könnyű és erős tulajdonságai miatt, ezért széles körben használják az autó- és repülőgépgyártásban. Cink.
Ezen túlmenően, kínál rendkívül méretstabil és nem hajlamos a korrózióra, és viszonylag fontos elemnek tekinthető a gyártás olcsó és bonyolult tervezési alkatrészek a szórakoztató elektronikai és távközlési alkalmazások. Magnézium, egy másik ötvözet , amely kiváló szilárdság/tömeg arányáról ismert, gyakran használják könnyűszerkezetekhez az autóiparban és a repülőgépiparban.
A szerszámöntés prototípusok készítésére történő alkalmazása számos előnnyel jár. Először is, a nyomásos öntés lehetővé teszi a méretgazdaságosságot, így a kifinomult alkatrészek nagy mennyiségben, alacsony fajlagos költséggel állíthatók elő. Ezt a költséghatékonyságot tovább növeli a sima öntési folyamat, amely lehetővé teszi a gyors gyártási ciklust, ami kritikus tényező a szoros ütemtervek betartása és a gyorsabb piacra kerülés szempontjából.
Különböző stratégiák az öntvény prototípusgyártáshoz:
A legmegfelelőbb öntvény prototípusgyártási stratégiát számos tényező határozza meg: az ártól és az átfutási időtől kezdve a kritikus termékjellemzők tesztelésének lehetőségéig. A rendelkezésre álló lehetőségek sokasága közül két kiemelkedő stratégia emelkedik ki: az egy üregű prototípus szerszám és a gravitációs öntési módszerek. Vessünk egy pillantást az egyes technikákra, és értékeljük pozitív és negatív oldalaikat.
Egy üregű prototípus öntés:
A kritikus termékjellemzők szigorú tesztelése és értékelése esetén az együregű prototípus szerszám a legmegfelelőbb. Ennek a módszernek a gyártása teljes körű, és az olyan tényezőket, mint a felületkezelés, gondosan vizsgálják, ami számos alkalmazásban nagy jelentőséggel bír. Ezenkívül rugalmasságot biztosít a különböző tervmódosítások elvégzéséhez, ami segít elkerülni a költséges utómunka kockázatát a következő gyártási fázisokban.
The single-cavity prototype die casting process has one significant advantage in the form of potential reuse of the original die’s insert in the final stage of production. It also enables to reduce the time from prototyping to production and save money for tooling development. As well, the shorter lead time for creating final dies and secondary trim tools results in a higher level of efficiency in the production process, which is very important in manufacturing industries that are characterized by a high level of competition.
Mindazonáltal az egy üregű prototípus szerszámok előállításának megvannak a maga érdemei, de kihívást is jelenthet azokban a helyzetekben, amikor az időkorlátok vagy a tervezési bizonytalanságok a fő tényezők. A szerszámtervezéshez és -készítéshez szükséges tőkeköltség és szállítási idő a legjobb eredmények biztosítása érdekében megfelelő tervezést és a projektspecifikációk értékelését igényli.
Gravitációs öntés:
A gravitációs öntést azonban, amely olcsó megoldás, előnyben részesítik, ha kis sorozatban történő gyártásról van szó. A gravitációs öntést az egy üregű prototípusgyártással szemben a költséghatékonysága és a gyors átfutási ideje miatt nagyra értékelik. Ennek eredményeképpen a gravitációs öntés uralja a szerszámöntés prototípusgyártás területét.
A gravitációs öntésnek van egy másik oldala is, és bár a kisebb porozitás miatt nagyobb fáradási szilárdsággal rendelkezik, az éremnek van egy másik oldala is. Ettől eltekintve megvannak a maga hátrányai is. A nagyon pontos öntési eljárás esetében kiemelkedő a kezdeti költségelőny részleges elvesztését eredményező további megmunkálási műveletek szükségessége, ami a kezdeti költségelőny részleges elvesztését eredményezi. Ezen túlmenően, az ultra-vékony falvastagságnak a nyomásos öntéshez hasonlóan történő reprodukálásának hiánya korlátozhatja a 3D nyomtatási technológia használatát bizonyos alkalmazásokban.
Sztereolitográfia és öntvények:
A gyors prototípusgyártás különböző technikái vannak, beleértve a sztereolitográfiát, a lézeres szinterezést és az olvasztott lerakódásos modellezést sztereolitográfia, lézeres szinterezés és olvasztott lerakódásos modellezés. A sztereolitográfiás technikák kombinálásával ezek a módszerek gyors átfutási időt kínálnak, amely általában körülbelül 5-8 hét. A gravitációs öntéssel ellentétben ezek a prototípus-technikák a következő módszereket alkalmazzák nagynyomású öntés, míg a H-13 acélszerszámokat a bonyolult alkatrészgeometriák legmagasabb szintű pontosságú reprodukálására használják.
Az egyik fő előnye a gyors prototípusgyártás alumínium is that it is quite close to the properties and materials of production-grade materials. Alloying materials with similar physical and thermal properties as those used in full-scale production helps in the creation of prototypes with thorough and precise product analysis that doesn’t require costly die construction. This is one of the reasons why this technology is specifically suited for the production of small batches of tens of thousands of units, while tooling is being made.
Nevertheless, it is necessary to mention that die casting rapid prototyping, commonly known as the “steel process,” may not be functional for parts with the thin or tall standing detail because of the natural constraints of the process.
Gipszforma prototípus készítés:
Ezen túlmenően, lehet hivatkozni a gumi műanyag öntőformára (RPM), amely a gravitációs alapú öntési módszert alkalmazza, amely alkalmas a különböző ötvözetekhez, beleértve az alumínium, magnézium, cink és ZA ötvözeteket. A sztereolitográfiás modellek a legjobb módja a gyors, néhány héten belüli prototípusgyártásnak, ami nagyon fontos tényező az alkatrészgeometria gyors iterációja és módosítása szempontjából.
A gipszforma prototípusgyártás gyakran költséghatékony, és a gipszforma elkészítésének költsége általában csak töredéke a gyártási szerszámgyártáshoz szükséges beruházásnak. Bár a gipszforma prototípus készítés költségeit a hagyományos szerszámkészítés költségeinek körülbelül 10%-ére becsülik, mégis költséghatékony megoldásnak bizonyul a szerszámöntés prototípus készítésénél.
A gipszforma prototípusgyártás meglehetősen széles skálán mozog, de különösen jól alkalmazható 2 és 24 köbcentiméter közötti geometriák esetén. Ezzel a módszerrel 10 és 100 darab közötti darabszámú működő öntvény prototípusokat lehet készíteni, és ez a legmegfelelőbb a projektekhez, mivel nem kell a kemény öntvény szerszámok magas költsége.
Bár ez a gipszformás prototípusgyártás egyik előnye, a tervezőknek óvatosnak kell lenniük, hogy ne bonyolítsák túl az alkatrészgeometriákat, mivel az a képesség, hogy bármilyen önthető geometriát reprodukálni tudnak, megnövekedett öntési költségekhez és gyártási kihívásokhoz vezethet.
A hasonló öntvények megmunkálásának felhasználása a prototípusgyártási folyamatban
A prototípusok ugyanabból az öntvényből pragmatikus módon, a meglévő, hasonló méretű és alakú öntvények felhasználásával készíthetők el. Ez a módszer a legpraktikusabb, és összetett formájú öntőformák esetében is alkalmazható. Emellett jobban megvalósítható kis alkatrészek esetében, ahol nem célszerű egyetlen nagyméretű öntvény vastag területeinek megmunkálása. Ez a legjobb választás kis fogaskerekek, csavaros megmunkálású termékek és egyéb olyan alkatrészek gyártásához, amelyek megmunkálása automatikusan történik a folyamat és az anyagok során.
Másrészt a szerszámöntés kétségtelenül kényelmes a prototípusgyártásban; másrészt viszont nem mentes a maga korlátaitól. Először is, a prototípus tervezési paramétereit eleve korlátozza a rendelkezésre álló öntvények mérete és formája. Az öntvényből történő megmunkálás azt jelenti, hogy le kell mondanunk a gyártási öntvényekre jellemző kemény bőrről.
Studies that focus on the consequences of skin removal on the mechanical properties of die castings are conducted. For example, Briggs & Stratton’s studies revealed that a 10% and 39% reduction in yield and fatigue strengths, respectively, occurred when the skin was machined off from the alumínium öntvények. Hasonló módon, a megállapítások a U. S. A Nemzeti Energetikai Technológiai Laboratórium kimutatta, hogy a cink nyomóöntvények folyáshatára körülbelül 10%-vel alacsonyabb volt, amikor a bőrt eltávolították.
Megmunkálási technikák megmunkált vagy lemezes anyagoknál
Az öntvény prototípusgyártás összefüggésében a megmunkálás megmunkált vagy lemezes anyagokból alternatív megközelítést jelent a lemezből vagy extrudált alumíniumból és magnéziumból készült prototípusok előállításához. Az öntött kovácsolt és lemeztermékek képlékenyebbek, mint a nyomásos öntvények, de alacsonyabb a nyomószilárdságuk, és a lemez vagy extrudált ötvözetek orientációja miatt irányítottak lehetnek.
A kovácsolt vagy lemezes anyagokból történő megmunkálás velejáró korlátai mellett vannak olyan előnyök is, amelyek különleges esetekben jelentősek, például ha anyagjellemzőkre vagy irányított tulajdonságokra van szükség. A képlékenységet, a nyomószilárdságot és az irányított tulajdonságokat is magában foglaló kompromisszumok finom elemzésével a gyártók a kovácsolt vagy lemez anyagokból történő megmunkálással olyan prototípusokat hozhatnak létre, amelyek megfelelnek a szigorú igényeknek.
Kompatibilis anyagok prototípusokhoz Nyomdai öntés
Az öntvény prototípus a különféle anyagokon alapul, amelyeket gondosan kiválasztanak, hogy megfeleljenek a teljesítményszint és az alkalmazás különleges követelményeinek. Ez a bekezdés megvizsgálja a leggyakrabban használt nyomásos öntőanyagokat, azonosítja azok megkülönböztető tulajdonságait, és bemutatja, hogyan alkalmazhatók a különböző iparágakban.
1.Alumínium:
Az alumínium továbbra is a legnépszerűbb anyag, amelyet a prototípusok öntéséhez használnak, mivel kiváló szilárdsága, könnyűsége és korrózióállósága miatt. Ez az anyag a legsokoldalúbb, és olyan iparágakban használják, mint az autóipar, a repülőgépipar, a szórakoztató elektronika és a távközlés. A alumínium öntött prototípusok nagyfokú méretstabilitással és jó felületi felülettel rendelkeznek, ami lehetővé teszi a részletes alkatrészek és szerkezeti elemek gyártásához való felhasználásukat.
2.Cink:
A cinket gyakran választják prototípusok öntéséhez is, amelyek nagy méretpontosságukról, nagy szilárdságukról és kiváló korrózióállóságukról ismertek. A cink öntött alkatrészek jól alkalmazhatók összetett geometriájú és nagy pontosságú alkalmazásokhoz, és az autóiparban, az elektronikai, az orvosi eszközökben és a hardveriparban használják őket. Ezenfelül a cink alacsony olvadáspontja megkönnyíti a gyors gyártási ciklusok lefuttatását, ami viszont csökkenti a prototípusgyártás teljes költségét.
3.Magnézium:
Magnesium is a material that has an unrivaled combination of strength-to-weight ratio, making it a desirable choice for lightweight structural components in automotive, aerospace, and consumer electronics industries. The magnesium die cast parts are characterized by superb mechanical properties which include high stiffness and impact resistance and also thermal conductivity that is exceptional. Although it is more expensive than aluminum and zinc, magnesium’s exclusive features make it favored for prototyping applications in which weight reduction and performance optimization are the main goals.
4. Sárgaréz és réz:
A sárgaréz- és rézötvözeteket hiánypótló alkalmazásokban alkalmazzák a következőkben prototípus öntés, különösen a jobb elektromos és hővezető képességet igénylő iparágakban. Ezt a fémtípust nagyra értékelik jó korrózióállósága, megmunkálhatósága és esztétikai tulajdonságai miatt. Az ilyen alkatrészeket elektromos csatlakozókban, vízvezeték-szerelvényekben, díszítő hardverekben és precíziós műszerekben használják.
Hogyan határozzuk meg a megfelelő prototípus DieCasting technikát?
A megfelelő kiválasztása öntvény prototípusgyártás folyamat magában foglalja a gyártási öntési módszerek és a prototípusgyártásban általában alkalmazott módszerek közötti alapvető különbségek megértését. Lényeges tudomásul venni, hogy az ötvözet összetételének és a gyártási módszernek az eltérései miatt a nyomásos öntéssel kifejlesztett prototípusok a gyártási társaiktól eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek.
For instance, the diecast components are mostly covered with a layer of skin of about 0. For instance, 5 mm thick, which is a major factor that determines the product’s tensile strength and fatigue life. However, this skin leads to a problem in prototype machining, where one may have to remove part of it or the whole skin to produce the prototype.
Bár az öntvények mechanikai tulajdonságai eltérhetnek a más módszerekkel előállított prototípusokétól, a gyártási folyamat során még mindig a legjobb megoldás a nyomásos öntés alkalmazása. A nyomásos öntés fizikai jellemzői, mint például a gyors lehűlés, a gyors megszilárdulás és a nagynyomású öntés, azok a tényezők, amelyek megkülönböztetik a nyomásos öntvény prototípusokat a többi prototípustól.
A nyomásos öntéssel előállított ötvözeteket úgy tervezték, hogy azok megfeleljenek bizonyos öntési módszereknek, de nem biztos, hogy alkalmasak a gravitációs öntésre vagy a kovácsolt vagy lemezes anyagok megmunkálására. Például a nyomásos öntésben széles körben használt Zamak ötvözetcsoportot a Zamak 3, 5 és 7 alkotja, amelyek mindegyike 4% alumíniumot tartalmaz, és saját megszilárdulási sebességgel és mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik. Ennek eredményeképpen a Zamak ötvözetek nem ajánlottak a gravitációs öntvény prototípusok készítéséhez, mivel a gravitációs öntvény prototípusok mechanikai tulajdonságai eltérhetnek a nyomásos öntvényekétől. Ehelyett a ZA ötvözeteket javasoljuk a gravitációs öntvény prototípusok készítéséhez, hogy a lehető legjobban utánozzák a nyomásos öntvény mechanikai tulajdonságait.
Meg kell említeni, hogy a Zamak 3, 5 és 7 nem alkalmas prototípusok öntésére, azonban a prototípus díszítő elemeihez felhasználhatók, feltéve, hogy mechanikai tulajdonságaik nem befolyásolják a prototípus működőképességét.
Következtetés
A legjobb módszer kiválasztásakor meg kell érteni, hogy mi különbözteti meg a gyártási technikákat a prototípustervezési módszerektől. öntvény prototípus. Bár vannak eltérések, a prototípusok mechanikai tulajdonságai elsősorban a nyomásos öntésből származnak, és az ötvözet helyes megválasztása alapvető fontosságú az egyéb nyomásos öntési prototípusgyártási eljárásokkal való kompatibilitásuk szempontjából. Ezeket a meglátásokat felhasználva a termékgyártók csökkenthetik a gyártáshoz szükséges időt. prototípusok a gyártásig, így magabiztosan hozhatunk forgalomba minőségi termékeket.