Nguyên tắc quan trọng nhất đối với vật đúc bằng sắt có thể sản xuất được là độ dày tường đồng nhất . Hầu hết các khuyết tật của vật đúc - độ xốp, lỗ co ngót, vết nứt và cong vênh - đều bắt nguồn từ sự thay đổi độ dày đột ngột gây ra sự làm mát không đồng đều. Các nhà thiết kế duy trì sự thay đổi độ dày của tường trong 20% giữa các phần liền kề loại bỏ phần lớn các vấn đề đúc có thể tránh được trước khi bộ phận đó được đưa đến xưởng đúc.
Ngoài độ dày của tường, một số yếu tố thiết kế khác ảnh hưởng trực tiếp đến việc đúc sắt có thể được sản xuất một cách đáng tin cậy, rẻ tiền và có tính chất cơ học tốt. Bài viết này đề cập đến từng vấn đề đó với những hướng dẫn thực tế và có thể thực hiện được.
Sắt co lại khoảng 1% đến 2% về khối lượng khi nó đông đặc lại. Khi một bộ phận có cả phần dày và phần mỏng, vùng dày nguội đi và co lại muộn hơn vùng mỏng, tạo ra ứng suất bên trong và thường hình thành các khoang co ngót ở vùng dày. Theo hướng dẫn chung, giữ độ dày thành ở giữa 4 mm và 25 mm cho hầu hết các bộ phận bằng sắt xám và dễ uốn, đồng thời tránh sự chuyển tiếp đột ngột lớn hơn tỷ lệ 2:1 giữa các bức tường liền kề.
Khi không thể tránh khỏi sự thay đổi độ dày, hãy sử dụng các chuyển tiếp giảm dần thay vì các bước sắc nét. Độ côn dần dần trải gradient làm mát trên một khoảng cách dài hơn, làm giảm sự tập trung ứng suất dẫn đến nứt.
Các góc nhọn bên trong đóng vai trò làm tăng ứng suất và là nguyên nhân hàng đầu gây ra hiện tượng rách nóng trong quá trình hóa rắn. Theo nguyên tắc thực tế, bán kính góc trong ít nhất phải bằng 25% độ dày của tường liền kề , tối thiểu là 3 mm ngay cả trên các phần mỏng.
Các chuyển tiếp tròn cũng cải thiện việc đổ đầy khuôn, vì sắt nóng chảy chảy quanh các đường cong trơn tru hơn các góc nhọn, làm giảm các khuyết tật liên quan đến nhiễu loạn.
Góc nghiêng là độ côn nhẹ được áp dụng cho các bề mặt thẳng đứng để có thể lấy mẫu ra khỏi khuôn cát mà không làm hỏng khoang khuôn. Nếu không có đủ bản nháp, các xưởng đúc phải sử dụng công cụ phức tạp hơn hoặc chấp nhận các khuyết tật bề mặt do rách khuôn, cả hai đều làm tăng chi phí.
| Loại bề mặt | Góc dự thảo được đề xuất |
|---|---|
| Bề mặt bên ngoài | 1° đến 2° |
| Bề mặt bên trong (lõi) | 2° đến 3° |
| Khoang sâu hoặc hẹp | 3° trở lên |
Risers hoạt động như một bể chứa kim loại nóng chảy cung cấp cho vật đúc khi nó co lại trong quá trình làm mát, ngăn ngừa các khoảng trống bên trong. Các nhà thiết kế nên xác định sớm những phần nặng nhất của một bộ phận, vì những khu vực này - được gọi là điểm nóng - đông cứng lại sau cùng và cần nạp trực tiếp vào ống nâng.
Một nguyên tắc thiết kế hữu ích là kiên cố định hướng : bộ phận phải được thiết kế sao cho các phần mỏng hơn đông đặc lại trước, dần dần cấp các phần dày hơn, với phần nâng nằm ở điểm dày nhất và cuối cùng đông đặc lại. Các bộ phận được thiết kế không có sự tiến triển này sẽ dễ bị co ngót bên trong hơn, ngay cả khi các quy tắc về độ dày của tường được tuân thủ.
Lõi được sử dụng để tạo thành các khoang, lỗ hoặc đường cắt bên trong mà khuôn bên ngoài không thể tự sản xuất được. Mặc dù cần thiết cho các tính năng chức năng, nhưng mỗi lõi sẽ làm tăng thêm chi phí, độ phức tạp khi lắp ráp và có thể dẫn đến sai số kích thước vì các lõi có thể dịch chuyển một chút trong quá trình đổ.
Vì sắt co lại khi nguội nên các hoa văn phải được chế tạo có kích thước lớn để bù lại. Phụ cấp co ngót tiêu chuẩn là khoảng 1% cho sắt xám và 0,8% đến 1% đối với sắt dẻo , mặc dù giá trị chính xác phụ thuộc vào hình dạng bộ phận và độ dày mặt cắt. Các nhà thiết kế nên thông báo rõ ràng về dung sai tới hạn cho xưởng sản xuất mẫu đúc để mức cho phép co ngót được áp dụng chính xác trên các kích thước chức năng chứ không chỉ trên kích thước bộ phận tổng thể.
Những vật đúc bằng sắt dễ sản xuất nhất là kết quả của sự hợp tác sớm giữa các kỹ sư thiết kế và kỹ sư quy trình đúc, chứ không phải từ các bản vẽ hoàn thiện được bàn giao mà không có đầu vào. Các xưởng đúc có thể xác định các điểm nóng có thể xảy ra, đề xuất các vị trí cổng và ống nâng cũng như gắn cờ các yêu cầu về dung sai sẽ làm tăng chi phí trước khi cắt giảm công cụ.
Trong thực tế, việc liên quan đến xưởng đúc trong giai đoạn xem xét thiết kế - thay vì sau khi bản vẽ được hoàn thiện - thường làm giảm tỷ lệ làm lại dụng cụ và tỷ lệ từ chối sản phẩm đầu tiên, vì các vấn đề về hình học được xử lý trước khi đổ bất kỳ kim loại nào. Thiết kế cho khả năng sản xuất không phải là danh sách kiểm tra một lần mà là một quá trình lặp đi lặp lại được xử lý tốt nhất dưới dạng hợp tác giữa nhóm thiết kế và sản xuất.
