Cea mai importantă regulă pentru piesele turnate din fier fabricabil este grosime uniformă a peretelui . Majoritatea defectelor de turnare - porozitate, cavități de contracție, fisurare și deformare - se datorează modificărilor bruște ale grosimii care provoacă o răcire neuniformă. Designeri care mențin variația grosimii peretelui în interior 20% între secțiunile adiacente eliminați majoritatea problemelor de turnare evitabile înainte ca piesa să ajungă vreodată la turnătorie.
Dincolo de grosimea peretelui, câțiva alți factori de proiectare afectează direct dacă an turnare de fier poate fi produs în mod fiabil, ieftin și cu proprietăți mecanice bune. Acest articol acoperă fiecare dintre ele cu linii directoare practice, acționabile.
Fierul se micșorează aproximativ 1% până la 2% în volum pe măsură ce se solidifică. Când o piesă are atât secțiuni groase, cât și subțiri, zonele groase se răcesc și se micșorează mai târziu decât cele subțiri, creând tensiuni interne și formând adesea cavități de contracție la zonele groase. Ca un ghid general, păstrați grosimea peretelui între 4 mm și 25 mm pentru majoritatea pieselor din fontă gri și ductilă și evitați tranzițiile bruște mai mari de un raport de 2:1 între pereții adiacenți.
Acolo unde variația grosimii este inevitabilă, utilizați tranziții conice mai degrabă decât trepte ascuțite. O conicitate treptată împrăștie gradientul de răcire pe o distanță mai lungă, reducând concentrația de stres care duce la fisurare.
Colțurile interioare ascuțite acționează ca elemente de creștere a tensiunii și sunt o cauză principală a ruperii la cald în timpul solidificării. Ca regulă practică, razele interne ale filetului ar trebui să fie cel puțin 25% din grosimea peretelui alăturat , cu minim 3 mm chiar si pe sectiuni subtiri.
Tranzițiile rotunjite îmbunătățesc, de asemenea, umplerea matriței, deoarece fierul topit curge mai ușor în jurul curbelor decât unghiurile ascuțite, reducând defectele legate de turbulență.
Unghiul de tiraj este o ușoară conicitate aplicată pe suprafețele verticale, astfel încât modelul să poată fi retras din matrița de nisip fără a deteriora cavitatea matriței. Fără tiraj adecvat, turnătoriile trebuie să utilizeze unelte mai complexe sau să accepte defecte de suprafață de la ruperea matriței, ambele crescând costurile.
| Tip de suprafață | Unghiul de aspirare recomandat |
|---|---|
| Suprafețe exterioare | 1° până la 2° |
| Suprafețe interioare (miezuri) | 2° până la 3° |
| Cavități adânci sau înguste | 3° sau mai mult |
Riserele acționează ca rezervoare de metal topit care alimentează turnarea pe măsură ce aceasta se micșorează în timpul răcirii, prevenind golurile interne. Proiectanții ar trebui să identifice cele mai grele secțiuni ale unei piese devreme, deoarece aceste zone - numite puncte fierbinți - se solidifică ultimele și au nevoie de alimentare directă.
Un principiu util de proiectare este solidificare direcțională : piesa trebuie proiectată astfel încât secțiunile mai subțiri să se solidifice mai întâi, alimentând progresiv secțiunile mai groase, cu ridicarea situată în punctul cel mai gros și ultimul care se solidifică. Piesele proiectate fără această progresie sunt mult mai predispuse la porozitatea de contracție internă, chiar dacă regulile de grosime a peretelui sunt respectate altfel.
Miezurile sunt folosite pentru a forma cavități interioare, găuri sau subtăieri pe care matrița exterioară nu le poate produce singură. Deși este necesar pentru caracteristicile funcționale, fiecare miez adaugă costuri, complexitate de asamblare și o sursă potențială de inexactitate dimensională, deoarece miezurile se pot deplasa ușor în timpul turnării.
Deoarece fierul se contractă pe măsură ce se răcește, modelele trebuie construite supradimensionate pentru a compensa. Alocațiile de contracție standard sunt de aproximativ 1% pentru fier gri and 0,8% până la 1% pentru fontă ductilă , deși valorile exacte depind de geometria piesei și grosimea secțiunii. Proiectanții ar trebui să comunice clar toleranțele critice atelierului de modele de turnătorie, astfel încât cotele de contracție să fie aplicate corect pe dimensiunile funcționale, nu doar pe dimensiunea totală a piesei.
Cele mai fabricabile piese turnate din fier rezultă din colaborarea timpurie dintre inginerii proiectanți și inginerii de procese de turnătorie, nu din desene finalizate predate fără intrare. Turnătoriile pot identifica punctele fierbinți probabile, pot recomanda locații pentru porți și coloane și pot semnala cerințele de toleranță care vor crește costurile înainte ca sculele să fie tăiate.
În practică, implicarea turnătoriei în timpul etapei de revizuire a proiectării – mai degrabă decât după finalizarea desenelor – reduce în mod obișnuit relucrarea sculelor și ratele de respingere a primului articol, deoarece problemele de geometrie sunt surprinse înainte ca orice metal să fie turnat. Proiectarea pentru fabricabilitate nu este o listă de verificare unică, ci un proces iterativ Cel mai bine este tratat ca un parteneriat între echipele de proiectare și producție.
