Najważniejszą zasadą dotyczącą gotowych odlewów żeliwnych jest jednolita grubość ścianki . Większość wad odlewniczych – porowatość, wgłębienia skurczowe, pęknięcia i wypaczenia – ma swoje źródło w nagłych zmianach grubości, które powodują nierównomierne chłodzenie. Projektanci, którzy utrzymują zróżnicowanie grubości ścianek 20% pomiędzy sąsiednimi sekcjami wyeliminować większość możliwych do uniknięcia problemów związanych z odlewaniem, zanim część dotrze do odlewni.
Poza grubością ścianki, kilka innych czynników projektowych bezpośrednio wpływa na to, czy odlew żeliwny można wytwarzać niezawodnie, tanio i o dobrych właściwościach mechanicznych. W tym artykule omówiono każdy z nich i podano praktyczne wskazówki, które można zastosować.
Żelazo kurczy się w przybliżeniu 1% do 2% objętości w miarę krzepnięcia. Kiedy część ma zarówno grube, jak i cienkie przekroje, grube obszary schładzają się i kurczą później niż cienkie, tworząc naprężenia wewnętrzne i często tworząc wgłębienia skurczowe w grubych strefach. Jako ogólną wskazówkę należy zachować grubość ścianki pomiędzy 4 mm i 25 mm dla większości części z żeliwa szarego i sferoidalnego oraz unikać nagłych przejść pomiędzy sąsiednimi ścianami w stosunku większym niż 2:1.
Tam, gdzie nie da się uniknąć różnic w grubości, należy stosować raczej stożkowe przejścia niż ostre stopnie. Stopniowe zwężanie rozkłada gradient chłodzenia na większą odległość, zmniejszając koncentrację naprężeń prowadzących do pękania.
Ostre narożniki wewnętrzne działają jak elementy zwiększające naprężenia i są główną przyczyną rozrywania na gorąco podczas krzepnięcia. Z praktycznej zasady wewnętrzne promienie zaokrągleń powinny wynosić co najmniej 25% grubości przylegającej ściany , co najmniej 3 mm, nawet na cienkich odcinkach.
Zaokrąglone przejścia poprawiają również wypełnianie formy, ponieważ stopione żelazo przepływa po krzywiznach płynniej niż po ostrych kątach, redukując defekty związane z turbulencjami.
Kąt pochylenia to niewielkie zwężenie zastosowane do powierzchni pionowych, dzięki czemu wzór można wyjąć z formy piaskowej bez uszkodzenia wnęki formy. Bez odpowiedniego ciągu odlewnie muszą stosować bardziej złożone narzędzia lub akceptować defekty powierzchniowe wynikające z rozdarcia formy, co podnosi koszty.
| Typ powierzchni | Zalecany kąt pochylenia |
|---|---|
| Powierzchnie zewnętrzne | 1° do 2° |
| Powierzchnie wewnętrzne (rdzenie) | 2° do 3° |
| Głębokie lub wąskie ubytki | 3° lub więcej |
Nadstawki działają jak zbiorniki roztopionego metalu, które zasilają odlew podczas jego kurczenia się podczas chłodzenia, zapobiegając powstawaniu wewnętrznych pustek. Projektanci powinni wcześnie zidentyfikować najcięższe sekcje części, ponieważ te obszary – zwane gorącymi punktami – twardnieją jako ostatnie i wymagają bezpośredniego zasilania z pionu.
Przydatną zasadą projektowania jest zestalenie kierunkowe : część powinna być zaprojektowana w taki sposób, aby cieńsze sekcje zestaliły się jako pierwsze, stopniowo wprowadzając grubsze sekcje, przy czym pion znajdował się w najgrubszym i ostatnim miejscu krzepnięcia. Części zaprojektowane bez tej progresji są znacznie bardziej podatne na wewnętrzną porowatość skurczową, nawet jeśli przestrzegane są inne zasady dotyczące grubości ścianek.
Rdzenie służą do tworzenia wewnętrznych wnęk, otworów lub podcięć, których zewnętrzna forma nie jest w stanie wytworzyć sama. Chociaż jest to konieczne ze względu na funkcje funkcjonalne, każdy rdzeń zwiększa koszty, złożoność montażu i potencjalne źródło niedokładności wymiarowej, ponieważ rdzenie mogą nieznacznie przesuwać się podczas zalewania.
Ponieważ żelazo kurczy się podczas stygnięcia, wzory muszą być budowane ponadwymiarowo, aby to zrekompensować. Stiardowe naddatki na skurcz wynoszą w przybliżeniu 1% dla żeliwa szarego and 0,8% do 1% dla żeliwa sferoidalnego , chociaż dokładne wartości zależą od geometrii części i grubości przekroju. Projektanci powinni wyraźnie przekazać modelarni odlewni tolerancje krytyczne, aby naddatki na skurcz były prawidłowo stosowane w odniesieniu do wymiarów funkcjonalnych, a nie tylko całkowitego rozmiaru części.
Najbardziej nadające się do produkcji odlewy żeliwne powstają w wyniku wczesnej współpracy pomiędzy inżynierami-projektantami i inżynierami zajmującymi się procesami odlewniczymi, a nie z ostatecznych rysunków przekazanych bez wkładu. Odlewnie mogą zidentyfikować prawdopodobne gorące punkty, zalecić lokalizację wlewów i pionów oraz określić wymagania dotyczące tolerancji, które zwiększą koszty przed wycięciem oprzyrządowania.
W praktyce zaangażowanie odlewni na etapie przeglądu projektu — a nie po ukończeniu rysunków — zwykle zmniejsza liczbę przeróbek narzędzi i współczynnik odrzuceń pierwszego artykułu, ponieważ problemy z geometrią są wychwytywane przed wylaniem jakiegokolwiek metalu. Projektowanie pod kątem wykonalności nie jest jednorazową listą kontrolną, ale procesem iteracyjnym najlepiej radzić sobie w ramach partnerstwa pomiędzy zespołami projektowymi i produkcyjnymi.
