Kada se usredotočite na učinkovitost materijala u dizajnu dijelovi za lijevanje aluminija s obzirom na težinu, potrebno je ispuniti nekoliko specifičnih zahtjeva kako bi se osiguralo da je dio i lagan i strukturno zdrav. Evo raščlambe ovih zahtjeva:
Debljinu stijenke treba smanjiti što je više moguće bez ugrožavanja strukturalnog integriteta dijela. Tanje stijenke smanjuju ukupnu težinu, ali i dalje moraju biti dovoljno debele da omoguće pravilan protok rastaljenog aluminija tijekom lijevanja i da izdrže radna naprezanja s kojima će se dio suočiti.
Gdje god je to moguće, održavajte jednaku debljinu stijenke u cijelom dijelu kako biste spriječili probleme poput neravnomjernog hlađenja, savijanja i unutarnjih naprezanja, što može dovesti do nedostataka ili kvara. Uniformni zidovi također doprinose predvidljivijem i učinkovitijem korištenju materijala.
Umjesto povećanja debljine stijenke, upotrijebite rebra za pojačanje područja koja zahtijevaju dodatnu čvrstoću. Rebra pružaju potrebnu potporu bez dodavanja značajne težine, poboljšavajući i učinkovitost materijala i performanse. Rebra postavite strateški kako biste poduprli područja visokog opterećenja ili spriječili deformacije, osiguravajući da se materijal dodaje samo tamo gdje će biti najučinkovitiji.
Gdje je moguće, dizajnirajte dio sa šupljim dijelovima kako biste značajno smanjili potrošnju materijala i težinu. Jezgre se mogu koristiti tijekom lijevanja za stvaranje ovih šupljina, smanjujući ukupnu masu bez ugrožavanja čvrstoće. Jezgre bi trebale biti dizajnirane tako da minimiziraju upotrebu materijala, a da pritom zadrže potrebnu čvrstoću i funkcionalnost dijela. Ovaj pristup je posebno učinkovit u nenosivim područjima gdje je potrebno manje materijala.
Raspodijelite materijal samo tamo gdje je potrebno za podnošenje opterećenja ili otpornost na naprezanja. Izbjegavajte nepotrebne materijale u područjima s niskim stresom, što smanjuje težinu i štedi materijal. Koristite sužene dijelove za prijelaz između različitih debljina, što pomaže u održavanju čvrstoće uz smanjenje težine. Sužavanje također može pomoći u protoku rastaljenog aluminija tijekom lijevanja, smanjujući vjerojatnost nedostataka.
Odaberite aluminijske legure koje nude visok omjer čvrstoće i težine, osiguravajući da dio ostane lagan dok još uvijek ispunjava strukturne zahtjeve. Različite legure nude različite razine čvrstoće, duktilnosti i otpornosti na koroziju, tako da bi izbor legure trebao biti usklađen sa specifičnim potrebama dijela. Razmotrite svojstva lijevanja odabrane legure, kao što su fluidnost, skupljanje i otpornost na vruće trganje, jer oni mogu utjecati na konačnu težinu i učinkovitost lijevanog dijela.
Gdje je moguće, integrirajte više funkcija u jedan dio kako biste smanjili potrebu za dodatnim komponentama, što može smanjiti ukupnu težinu. Na primjer, projektiranje dijela koji služi i kao strukturna potpora i kao kućište može smanjiti potrošnju materijala i pojednostaviti montažu. Smanjite potrebu za dodatnim pričvršćivačima ugradnjom značajki poput uskočnih spojeva, ušica ili integriranih spojeva u dizajn. Ovaj pristup ne samo da smanjuje težinu, već i pojednostavljuje montažu i smanjuje troškove.
Različite metode lijevanja (npr. tlačno lijevanje, lijevanje u pijesak, livenje po investiciji) imaju različite mogućnosti u pogledu debljine stjenke, složenosti i preciznosti. Odaberite metodu koja omogućuje najtanje stijenke i najučinkovitiju upotrebu materijala uz ispunjavanje standarda kvalitete i performansi. Dizajnirajte kalup kako biste osigurali da je protok materijala učinkovit i da je višak materijala (kao što su kanali, uzlazni kanali ili sustavi ograda) sveden na minimum. . Učinkovit dizajn kalupa može smanjiti otpad i osigurati da se materijal učinkovito koristi u završnom dijelu.
Provedite analizu naprezanja i simulacije kako biste identificirali područja gdje se materijal može smanjiti bez ugrožavanja čvrstoće ili funkcionalnosti. FEA može pomoći u optimiziranju dizajna pokazujući gdje je materijal nepotreban, a gdje je ključan. Upotrijebite iterativne procese dizajna, podržane alatima za simulaciju, kako biste kontinuirano poboljšavali dizajn dijela za maksimalnu učinkovitost materijala. To može uključivati male prilagodbe debljine stijenke, postavljanja rebara i drugih značajki na temelju podataka o performansama.
U industrijama poput zrakoplovne ili automobilske, često postoje stroga ograničenja težine za komponente. Dizajn mora ispunjavati ove zahtjeve, a istovremeno ispunjavati sve strukturne i funkcionalne potrebe. Osigurajte da završni dio zadovoljava sve relevantne standarde certifikacije i ispitivanja za težinu i učinkovitost materijala, koji mogu biti potrebni za sigurnost, izvedbu ili usklađenost s propisima.
Udovoljavajući ovim zahtjevima, dizajneri mogu stvoriti dijelove od aluminijskog lijeva koji nisu samo lagani, već i učinkoviti u smislu upotrebe materijala, isplativi i potpuno funkcionalni za namjeravanu primjenu. Ovaj pristup pomaže da se maksimiziraju prednosti aluminija kao laganog materijala, dok istovremeno osigurava da dijelovi zadovoljavaju sve potrebne standarde performansi i trajnosti.
