Проектирование литых под давлением деталей: 14 структурных принципов для DFM и DFA

Когда мы говорим о проектирование литьевых деталейМы не только решаем, как будет выглядеть деталь. Мы также её ремонтируем. риск пористости, деформационное поведение, время цикла, процент брака, стоимость обработки и эффективность сборки еще до того, как будет нарезан первый инструмент.

Хорошая конструкция литой детали = хорошо DFM (Проектирование для производства) + хорошо DFA (Проект для сборки):

• DFM фокусируется на стабильное литье, легкое заполнение и затвердевание, разумная оснасткаи предсказуемое качество.
• DFA фокусируется на как собирается эта отливка с другими компонентами: позиционирование, допуски, доступность, крепежные элементы и функциональная интеграция.

Ниже приведены 14 практических структурных принципов для проектирования деталей, изготовленных методом литья под давлениемЭтот документ составлен на основе производственного опыта и передовых методов проектирования, проектирования и изготовления алюминиевых и цинковых отливок под давлением, с учетом требований DFM/DFA.

1. Толщина стенок литых под давлением деталей

(1) Выберите разумную толщину стенки

Если стена очень худой, расплав трудно заполнить, что приводит к неполным выстрелам, холодным затворам или неполным конструкциям.
Если стена слишком толстыйзатвердевание происходит медленно, а зерна становятся крупными, что увеличивает риск:

• Внутренние дефекты: усадочная пористость, газовая пористость, сегрегация
• Дефекты поверхности: раковины и углубления
• Более низкие механические свойства и более высокий вес и стоимость

В качестве общего руководства для HPDC:

• максимальная толщина стенки большинства литьевых изделий следует не превышать ~5 мм.
• Тонкостенные секции (в пределах технологических возможностей) помогают улучшить плотность, прочность и устойчивость к давлению.
• Локально толстые области должны быть вырезан благодаря чему общая толщина стенки становится более равномерной, а вес детали уменьшается.

Площадь стены (см²)	Сплавы Al и Mg – минимальная толщина стенки (мм)	Сплавы алюминия и магния – рекомендуемая толщина стенки (мм)	Цинковые сплавы – минимальная толщина стенки (мм)	Цинковые сплавы – рекомендуемая толщина стенки (мм)
≤ 25	0.8	2.0	0.5	1.5
25 ~ 100	1.2	2.5	1.0	1.8
100 ~ 500	1.8	3.0	1.5	2.2
> 500	2.5	3.5	2.0	2.5

Если по функциональным причинам локальная область должна быть толще, используйте карманы или полые секции, чтобы уменьшить массу и сохранить однородность структуры затвердевания.

(2) Поддерживайте равномерную толщину стенок и плавные переходы

По возможности поперечное сечение отливки должно иметь равномерная толщина стенки или только постепенные изменения. Если различия неизбежны (из-за функции или сборки), соотношение от толстого к тонкому разделы должны, как правило, не превышать 3:1.

Советы по дизайну:

• Используйте конические или конусные переходы чтобы избежать резких скачков толщины.
• Избегайте ступенчатых участков, где поток металла внезапно замедляется или ускоряется.
• Помните, что секции с разной толщиной затвердевают в разное время, что может создавать большие внутренние напряжения и приводить к трещины и деформации.

Хорошо продуманные переходы помогают:

• Стабилизировать течение расплава и улучшить наполнение
• Уменьшить турбулентность и складчатость поверхности
• Минимизировать внутренние напряжения и риски деформации

2. Минимальный размер и глубина отверстия

Очень маленькие или очень глубокие отверстия трудно заполнять и вентилировать при HPDC, и они также ослабляют матрицу.

В целом:

• Для пакетов сплавы алюминия и магния, минимальный практический диаметр отверстия составляет около 2.0 – 2.5 мм.
• Для пакетов цинковые сплавы, благодаря лучшей текучести, минимальный практический диаметр отверстия может быть о 1.0 – 1.5 мм.
• Экономичная глубина скважины обычно составляет около 4–6 раз больше диаметра (4d–6d), и технический предел может быть о 8–12 дней, в зависимости от сплава и того, является ли отверстие глухим или сквозным.

Если отверстие должно быть меньше или глубже чем эти рекомендации:

• Рассматривать отливка неглубокой выемки / пилотной метки и завершение функции путем сверление или рассверливание.
• В то же время проверьте дырка в дырку, от отверстия до края и отверстие в паз расстояния, обеспечивающие достаточную прочность штамповой стали для выдерживания термических и механических нагрузок.

3. Избегайте слишком тонких секций штампа.

Структурная конструкция детали напрямую влияет на самые тонкие участки полости матрицы:

• Если штамповая сталь в некоторых областях очень худой, его сила резко падает.
• При многократном циклическом воздействии высоких температур и давления впрыска такие тонкие области склонны к деформация, изгиб, трещина или поломка.

С точки зрения DFM геометрия детали должна исключать возможность появления в полости штампа тонких стальных пластин или слишком узких ребер.

4. Ребристый дизайн

Ребра при литье под давлением выполняют две основные функции:

1. Увеличение жесткости и прочности детали и уменьшить деформацию (вместо простого утолщения стенок).
2. Направляйте поток металла для улучшения наполнения и уменьшения дефектов.

(1) Размеры ребер

Общепринятая конструкция (T = номинальная толщина стенки):

• Толщина основания ребраt:
  • Обычно 0.6–1.0 × Ти вообще не больше чем местная толщина стенки.
• Высота ребраH:
  • Как правило Н ≤ 5 × Т.
• Радиус скругления у основания ребраR:
  • Обычно t ≤ R ≤ 1.25t, и часто близка к местной толщине стенки.
• Угол уклона на ребрах:
  • Около 1-3 ° для облегчения выталкивания.

(2) Избегайте больших плоских тарелок

Большие плоские поверхности без ребер легко деформируются, образуют вмятины или подвергаются вибрации в процессе эксплуатации. правильно ориентированные ребра:

• Увеличивает жесткость
• Стабилизирует наполнение
• Уменьшает локальные проседания и деформации

(3) Соответствовать направлению ребра потоку металла

Где возможно, ориентируйте ребра в направлении заполнения:

• Помогает расплаву течь более равномерно
• Уменьшает мертвые зоны и турбулентность
• Улучшает эвакуацию воздуха

(4) Расположите ребра симметрично и равномерно.

• Стремитесь к сбалансированное и симметричное расположение ребер для более равномерного распределения жесткости и усадки.
• Избегайте пересечений ребер, которые создают очень толстые узлы, которые склонны к усадке, пористости и раковинам.

5. Углы уклона

Разные сплавы имеют разную тенденцию прилипать к матрице, поэтому рекомендуемые углы уклона различны:

• Алюминиевые сплавы: самая высокая адгезия; внутренние поверхности обычно нуждаются ~ 1 ° черновой вариант.
• Магниевые сплавы: немного меньше адгезии; внутренние поверхности примерно 0.75°.
• Цинковые сплавы: самая низкая адгезия; внутренние поверхности вокруг 0.5°.

Для пакетов внешние поверхности, угол наклона обычно составляет в два раза больше внутреннего проекта чтобы гарантировать, что отливка останется на движущаяся (основная) сторона во время выброса.

Обратите внимание:

• Может потребоваться локальное текстурирование, электроэрозионная обработка или шероховатость. дополнительный проект.
• Сложные элементы (глубокие ребра, выступы) часто выигрывают от больший проект для уменьшения прилипания и износа штампа.

6. Дизайн скруглений и углов

(1) Избегайте внешних острых углов.

Внешние острые углы вызывают множество проблем:

• Тонкий металл на краю → плохое наполнение и слабая структура
• Концентрация напряжений → выше риск трещины
• Вопросы безопасности при обращении

Используйте внешние радиусы где это возможно.

(2) Используйте внутренние скругления; избегайте внутренних острых углов.

Внутренние скругления на пересечениях стен имеют решающее значение для обоих качество детали и умереть жизнь:

• Улучшить поток металла, уменьшить турбулентность и облегчить выход воздуха
• Значительно уменьшить концентрация напряжений и риск растрескивания
• Уменьшите термическое напряжение в матрице, улучшив умереть жизнь

Общее правило:

• Радиус внутреннего скругления ≈ локальная толщина стенки
• Внешний радиус = внутренний радиус + толщина стенки

Филе, которые слишком мала ведут себя как острые углы; скругления, которые слишком большой локально утолщают деталь и могут вызвать усадочная пористость и поверхностные раковины.

(3) Преимущества для гальванизации и отделки

Для литья под давлением, требующего гальванопокрытие или другие покрытия, филе помогают достичь:

• Более равномерное распределение тока
• Более равномерная толщина покрытия
• Меньше риска пригорания или образования тонких пятен на углах

7. Конструкция опорной стойки (опоры)

Приливы часто используются в деталях, изготовленных методом высокопрочного прессования, для монтажа, крепления и поддержки конструкций. Хорошая конструкция прилива должна учитывать равномерная толщина стенки и прочность штамповой стали.

Ключевые моменты:

• Избегайте боссов, расположенных слишком близко к стенам или друг к другу.
  • Если бобышки расположены слишком близко, стенки кокиля или отливки становятся слишком тонкими или слишком толстыми, что отрицательно сказывается как на качестве, так и на сроке службы кокиля.

• Ограничить высоту босса
  • Очень высокие выступы сложно заполнить, и они механически нестабильны. Рассмотрите возможность уменьшения высоты или установки рёбер жёсткости.
• Добавьте ребра вокруг выступов.
  • Для повышения прочности и облегчения наполнения используйте кольцевые или радиальные ребра.
  • Избегайте «изолированных» начальников, не имеющих структурной поддержки.

• Оптимизировать наклонные боссы
  • Для наклонных выступов изменение геометрии часто позволяет избежать сложных механизмов боковых сердечников и упростить штамп, снижая стоимость инструмента.

8. Надписи и логотипы

(1) Предпочтительнее рельефные надписи.

Номера деталей, логотипы и символы:

• Спроектируйте их как приподнятые черты лица на отливке (утоплен в форму).
• Это держит расходы на обработку и техническое обслуживание штампов ниже по сравнению с гравировкой углублённых букв в литье.

(2) Рекомендуемые размеры букв

Для обеспечения хорошего заполнения и читаемости:

• Минимальная ширина штриха W: ≥ 0.25 мм
• Высота буквы H: 0.25 – 0.5 мм
• Угол уклона θ: ≥ 10 °

Дополнительно:

• Избегайте надписей на боковые стенки для этого потребуются боковые сердечники или поднутрения.
• Размещайте текст на поверхностях, выровненных по основное направление рисования для упрощения штампа.

9. Дизайн нити

Потоки являются чувствительными элементами в HPDC.

• Для пакетов наружные резьбыизбегать полноразмерные резьбовые секции. По возможности предусмотрите зоны входа и выхода без резьбы.
• Для пакетов внутренние резьбы, не бросайте их напрямую В большинстве случаев. Из-за проблем с заполнением, вентиляцией и очисткой пресс-формы обычно лучше:
  • В ролях керновое отверстие с правильной конструкцией DFM
  • Завершите тему нарезание резьбы или формирование резьбы или
  • Используйте резьбовые вставки где уместно

Такой подход улучшает оба точность размеров и производительность службы резьбовых соединений.

10. Облегчение обрезки облоя и ворот

Удаление облоя и литника составляет значительную часть себестоимости литья под давлением. Грамотная конструкция детали может сделать этот процесс более быстрым и надёжным.

Основные рекомендации:

• Избегайте острых углов между стенами и линией разъема.
  • Острые углы на линии разъема затрудняют обрезку и увеличивают риск косметического повреждения.

• Упростить геометрию детали вблизи линии разъема
  • Сложные формы, которые приводят к образованию глубоко утопленных или неровных участков, потребуют больше ручной работы.
  • Где возможно, сделайте линию разделения простой и гладкий.

• Избегайте чрезмерно строгих требований к внешнему виду зон выхода на посадку
  • Если конструкция требует полностью невидимого литника и зоны удаления облоя, может потребоваться дополнительная механическая обработка или полировка, что повышает стоимость.
  • Там, где это позволяет функция, смягчите требования к внешнему виду ворот, чтобы сократить этапы обработки.

11. Требования к допускам для литья под давлением

(1) Понять стоимость жестких допусков

Очень жесткие допуски деталей напрямую подразумевают очень жесткие допуски штампов, которые вызывают ряд побочных эффектов:

• Высокая стоимость изготовления штампа
• Короткие умереть жизнь из-за высокой нагрузки и износа
• Более частый техническое обслуживание и замена штампов
• Увеличенный частота проверок и больше компонентов штампа
• Высокая скорость брака для отливок

Таким образом, с точки зрения DFM:

Установите допуски литья как как можно свободнее, при условии, что функциональные и монтажные требования по-прежнему полностью удовлетворены.

(2) Уменьшите объем механической обработки, используя функциональные допуски

Расслабляясь там, где это возможно:

• Многие измерения могут быть проведены «как в ролях», исключая механическую обработку.
• Это снижает стоимость и сохраняет плотный поверхностный слой кастинга.

(3) Используйте линию разъема для контроля критических размеров.

Выбор стратегической линии разъема может улучшить контроль толерантности:

• If концентричность D1 и D2 имеет решающее значение → выберите линию разделения, которая удерживает их в та же половина кубика.
• If D1 и D3 должны быть концентрическими → отрегулируйте линию разъема соответствующим образом.
• Если же линия индикатора консистенция D1 на одном конце важно → расположить линию разъема так, чтобы критическая поверхность оставалась в одной половине полости.

Цель состоит в том, чтобы минимизировать относительное движение между критическими функциями, сохраняя их на та же сторона кубика.

12. Упрощение конструкции штампа и снижение затрат на оснастку

С точки зрения DFM, хорошая литая деталь – это та, которая не заставляет делать сложную головоломку.

(1) Избегайте внутренних поднутрений

Внутренние поднутрения могут быть сформированы только боковые ядра or вторичная обработка, который:

• Увеличение сложности и стоимости штампа
• Увеличение времени цикла и требований к техническому обслуживанию

По возможности перепроектируйте деталь следующим образом:

• Заменить внутренние поднутрения на открытые функции выровнен по основному направлению рисунка
• Объедините функции, чтобы избежать множественных побочных действий

(2) Избегайте внешних подрезов

Для наружных поверхностей:

• Перепроектируйте выступы, крючки или углубления, которые создают внешние поднутрения, чтобы их можно было втянуть внутрь основное направление открытия.
• Рассмотрите возможность замены геометрии поднутрения на альтернативы с защелкивающимися креплениями в сборе или с отдельные компоненты если нужно.

(3) Убедитесь, что боковое движение сердечника не затруднено.

Если боковые сердечники неизбежны, проверьте, что:

• Никаких ребер, выступающих частей или филе. блок основное движение.
• Сердечники могут полностью входить и выходить без помех.

Иногда незначительное изменение геометрии детали (например, перемещение ребра или изменение скругления) может позволить создать гораздо более простые и надежные механизмы бокового сердечника.

(4) Избегайте скруглений по линии разъема.

Филе по линии разъема:

• Усложнить обработку штампа
• Снизить локальную прочность штамповой стали
• Затруднить герметизацию и контроль за вспышками

Где возможно, сохраняйте линию разделения. острый и чистый, и отложите филе подальше от него.

(5) Выберите простую линию разделения.

При сравнении возможных линий разъема:

• Предпочитаю тот, который приносит простейшая структура штампа, где меньше боковых ядер и более легкая обработка.
• Более простой штамп обычно более надежной, дешевле и проще в обслуживании.

13. Механическая обработка литья под давлением

(1) По возможности избегайте механической обработки.

Литье под давлением позволяет добиться относительно высокой точности размеров и качества поверхности. Механической обработки следует избегать в следующих случаях:

• Функциональные допуски могут быть соблюдены в литое состояние.
• Косметические требования могут быть удовлетворены путем литые поверхности или простая отделка.

Причины:

• Поверхность литья под давлением представляет собой плотный, высокопрочный слой кожи. Механическая обработка удаляет этот слой и обнажает более пористую внутреннюю часть.
• В процессе обработки может быть выявлена ​​локальная пористость, что приводит к протечки или косметические дефекты.
• Каждая дополнительная операция обработки добавляет стоимость и время выполнения.

(2) Конструкция обеспечивает легкую обработку с минимальным запасом

Когда механическая обработка действительно необходима:

• Спроектируйте деталь так, чтобы обрабатываемые поверхности были легкодоступный со стандартными инструментами.
• Избегайте глубоких карманов или неудобного доступа к инструментам.
• Сохранить припуски на обработку настолько малы, насколько это практически возможно для защиты плотной кожицы и сокращения времени цикла.

Типичные припуски (одна сторона), в зависимости от размера:

1. Припуск на механическую обработку поверхности

Максимальный размер обработанной поверхности (мм)	≤ 50	50-120	120-260	260-400	400-630
Припуск на одностороннюю обработку (мм)	0.3-0.5	0.4-0.7	0.6-1.0	0.8-1.4	1.2-1.8

2. Припуск на обработку отверстия

Диаметр отверстия (мм)	≤ 6	6-10	10-18	18-30	30-50	50-80
Припуск на обработку (мм)	0.05	0.10	0.15	0.20	0.25	0.30

• Плоские поверхности: примерно 0.3 – 1.8 мм по мере увеличения размера от маленького (~50 мм) до большого (~600+ мм).
• Диаметры отверстий: примерно 0.05 – 0.30 мм в зависимости от диаметра.

Точные значения следует выбирать на основе возможностей процесса и требований к качеству.

14. Используйте литье под давлением для упрощения конструкции изделия и снижения стоимости.

Наконец, проектирование литья под давлением — это не только создание «литой» детали; это также возможность оптимизировать весь продукт с точки зрения DFA.

(1) Заменить обработанные детали литьем под давлением

Если позволяют нагрузки, точность и условия эксплуатации:

• Сложно обработанный стальной или алюминиевый компонент может быть заменен литье под давлением, радикально сокращая:
  • Отходы материалов:
  • Время обработки
  • Этапы обработки и сборки компонентов

(2) Уменьшите количество деталей, используя многофункциональное литье под давлением

Литые детали могут обеспечить сложная трехмерная геометрия и интегрированные функции, Таких как:

• Встроенные ребра, выступы, зажимы и элементы крепления
• Интегрированные корпуса вместо отдельных пластин и кронштейнов
• EMI экранирование для электронных изделий путем замены пластиковых корпусов на литые токопроводящие оболочки

Грамотно комбинируя функции, вы сможете:

• Уменьшить количество компонентов
• Упростите сборку и логистику
• Ниже в целом стоимость системы при одновременном повышении надежности

От проектирования до поставки – как литейные формы поддерживают ваши проекты по литью под давлением.

В компании Cast Mold мы обрабатываем проектирование литьевых деталей Качество — это отправная точка, а не второстепенный фактор. Наша команда, базирующаяся в Дунгуане и Шэньчжэне, объединяет внутренние ресурсы. Изготовление пресс-форм, литье под высоким давлением (HPDC), обработка на станках с ЧПУ и финишная обработка поверхности. В соответствии с системами управления качеством ISO 9001 и IATF 16949, каждый проект должен быть отслеживаемым и стабильным, от проектирования до серийного производства.

Для новых проектов мы обычно начинаем с Анализ DFM-моделирования и, при необходимости, моделирование в Moldflow. Для оценки равномерности толщины стенок, схемы литниковых каналов и вентиляции, прочности сердечника, а также риска пористости или деформации. Это позволяет нам оптимизировать конструкцию детали и пресс-формы одновременно, сокращая количество пробных циклов, уменьшая сроки выполнения заказа и продлевая срок службы инструмента.

После утверждения проекта наш инструментальный цех и цех высокоэффективной порошковой дистилляции работают как единая система: прецизионная обработка штампаконтролируемые параметры выстрела и Осмотр КИМ Критические параметры гарантируют, что то, что вы моделируете, соответствует тому, что вы получаете. Независимо от того, что вам нужно быстрый отбор проб, валидация в небольших партиях или стабильное массовое производствоНаша цель проста: точность от проектирования до поставки.

Если вы разрабатываете новую деталь из литого алюминия или цинка и хотите проверить, действительно ли ее конструкция пригодна для производства, вы можете поделиться своими наблюдениями. 3D-модели и 2D-чертежи С нами мы можем предложить практическое решение. Пакет предложений по DFM + коммерческое предложениеи помочь вам превратить хорошую концепцию в надежное решение для литья под давлением.