هنگام تمرکز بر کارایی مواد در طراحی قطعات ریخته گری آلومینیوم با توجه به ملاحظات وزن، چندین الزام خاص باید مورد توجه قرار گیرد تا اطمینان حاصل شود که قطعه هم وزن سبک و هم از نظر ساختاری سالم است. در اینجا به تفکیک این الزامات آمده است:
ضخامت دیوار باید تا حد امکان کاهش یابد بدون اینکه به یکپارچگی ساختاری قطعه آسیبی وارد شود. دیواره‌های نازک‌تر وزن کلی را کاهش می‌دهند، اما همچنان باید به اندازه کافی ضخیم باشند تا جریان مناسب آلومینیوم مذاب در طول ریخته‌گری را فراهم کنند و در مقابل تنش‌های عملیاتی که قطعه با آن مواجه می‌شود مقاومت کنند.
تا جایی که ممکن است، ضخامت دیواره یکنواخت را در سرتاسر قطعه حفظ کنید تا از مسائلی مانند سرمایش ناهموار، تاب برداشتن و تنش‌های داخلی که می‌تواند منجر به نقص یا خرابی شود، جلوگیری کنید. دیوارهای یکنواخت همچنین به استفاده قابل پیش بینی تر و کارآمدتر از مصالح کمک می کند.
به جای افزایش ضخامت دیوار، از دنده ها برای تقویت مناطقی که نیاز به استحکام بیشتری دارند استفاده کنید. دنده ها پشتیبانی لازم را بدون اضافه کردن وزن قابل توجه فراهم می کنند و کارایی و عملکرد مواد را بهبود می بخشند. دنده ها را به صورت استراتژیک برای حمایت از مناطق با تنش بالا یا جلوگیری از تغییر شکل قرار دهید، اطمینان حاصل کنید که مواد فقط در جایی اضافه می شوند که بیشترین تأثیر را دارند.
در صورت امکان، قطعه را با مقاطع توخالی طراحی کنید تا به میزان قابل توجهی مصرف مواد و وزن کاهش یابد. هسته‌ها را می‌توان در طول ریخته‌گری برای ایجاد این حفره‌ها، کاهش جرم کلی بدون به خطر انداختن استحکام استفاده کرد. این رویکرد به ویژه در مناطق غیر باربر که به مواد کمتری نیاز است مؤثر است.
مواد را فقط در جاهایی که برای تحمل بارها یا مقاومت در برابر تنش ها لازم است توزیع کنید. از مواد غیر ضروری در مناطق کم تنش خودداری کنید، که باعث کاهش وزن و حفظ مواد می شود. از مقاطع مخروطی برای انتقال بین ضخامت های مختلف استفاده کنید، که به حفظ استحکام و در عین حال به حداقل رساندن وزن کمک می کند. مخروطی کردن همچنین می تواند به جریان آلومینیوم مذاب در طول ریخته گری کمک کند و احتمال نقص را کاهش دهد.
آلیاژهای آلومینیومی را انتخاب کنید که نسبت استحکام به وزن بالایی را ارائه می‌دهند و از سبک بودن قطعه و در عین حال مطابق با الزامات ساختاری اطمینان حاصل کنید. آلیاژهای مختلف سطوح مختلفی از استحکام، شکل‌پذیری و مقاومت در برابر خوردگی را ارائه می‌دهند، بنابراین انتخاب آلیاژ باید با نیازهای خاص قطعه مطابقت داشته باشد. ویژگی‌های ریخته‌گری آلیاژ انتخابی مانند سیالیت، انقباض، و مقاومت در برابر پارگی داغ را در نظر بگیرید. زیرا اینها می توانند وزن نهایی و کارایی قطعه ریختگی را تحت تأثیر قرار دهند.
در صورت امکان، چندین عملکرد را در یک قسمت ادغام کنید تا نیاز به اجزای اضافی را کاهش دهید، که می تواند وزن کلی را کاهش دهد. برای مثال، طراحی بخشی که هم به عنوان تکیه گاه سازه ای و هم به عنوان محفظه عمل می کند، می تواند مصرف مواد را کاهش داده و مونتاژ را ساده کند. با افزودن ویژگی هایی مانند اتصالات محکم، گیره ها یا اتصالات یکپارچه در طراحی، نیاز به اتصال دهنده های اضافی را کاهش دهید. این رویکرد نه تنها وزن را کاهش می دهد، بلکه مونتاژ را ساده می کند و هزینه ها را کاهش می دهد.
روش های مختلف ریخته گری (مانند ریخته گری، ریخته گری شن و ماسه، ریخته گری سرمایه گذاری) از نظر ضخامت دیواره، پیچیدگی و دقت، قابلیت های متفاوتی دارند. روشی را انتخاب کنید که با رعایت استانداردهای کیفیت و عملکرد، نازک ترین دیوارها و کارآمدترین استفاده از مواد را امکان پذیر می کند. قالب را طوری طراحی کنید که جریان مواد کارآمد باشد و مواد اضافی (مانند اسپروها، رایزرها یا سیستم های دریچه ای) به حداقل برسد. . طراحی قالب کارآمد می تواند ضایعات را کاهش دهد و اطمینان حاصل کند که مواد به طور موثر در قسمت نهایی استفاده می شود.
تجزیه و تحلیل تنش و شبیه سازی را برای شناسایی مناطقی که می توان مواد را بدون به خطر انداختن استحکام یا عملکرد کاهش داد، انجام دهید. FEA می‌تواند به بهینه‌سازی طراحی با نشان دادن مواد غیرضروری و اهمیت آن کمک کند. از فرآیندهای طراحی تکراری، با پشتیبانی از ابزارهای شبیه‌سازی، برای بهبود مستمر طراحی قطعه برای حداکثر کارایی مواد استفاده کنید. این می تواند شامل انجام تنظیمات کوچک در ضخامت دیوار، قرارگیری دنده و سایر ویژگی ها بر اساس داده های عملکرد باشد.
در صنایعی مانند هوافضا یا خودرو، اغلب محدودیت‌های وزنی سختی برای قطعات وجود دارد. طرح باید این الزامات را برآورده کند و در عین حال تمام نیازهای ساختاری و عملکردی را برآورده کند. اطمینان حاصل کنید که بخش نهایی تمام استانداردهای گواهینامه و آزمایش مربوطه را برای وزن و کارایی مواد، که ممکن است برای ایمنی، عملکرد یا انطباق با مقررات مورد نیاز باشد، مطابقت دارد.
با پرداختن به این الزامات، طراحان می توانند قطعات ریخته گری آلومینیومی را ایجاد کنند که نه تنها سبک وزن هستند، بلکه از نظر استفاده از مواد نیز کارآمد هستند، مقرون به صرفه هستند و برای کاربردهای مورد نظر خود کاملاً کاربردی هستند. این رویکرد کمک می کند تا مزایای آلومینیوم به عنوان یک ماده سبک وزن به حداکثر برسد و در عین حال اطمینان حاصل شود که قطعات تمام استانداردهای عملکرد و دوام لازم را برآورده می کنند.3
