Valuviat ja kappaleen pinnan laatu

Transkriptio

1 Valuviat ja kappaleen pinnan laatu Tuula Höök - Tampereen teknillinen yliopisto Pinnan laadusta tulee eräs pinnoitettavan valukappaleen tärkeimmistä hyväksymiskriteereistä, koska pinnoitteilla on taipumus tehdä pintavioista entistä selvemmin näkyviä. Pinnoitettavan valukappaleen pinnassa ei saa olla valuvikoja, sen täytyy olla puhdas ja pinnankarheuden on oltava sopiva. On myös tärkeää, että kappaleen sisäosissa, pinnan lähellä, on vain vähän huokoisuutta. Huokoisuus voi vaurioittaa pinnoitteen valmistamista siten, että siihen tulee rakkuloita ja neulahuokosia. Puhdistus- ja peiteaineiden jäämät voivat myös vaurioittaa muodostuvaa pinnoitetta reagoimalla prosessin aikana kemiallisesti tai fysikaalisesti. Pinnan viimeistely ja koneistaminen aiheuttavat valukappaleiden laadulle lisää vaatimuksia. Kappaleen koneistaminen eli jyrsintä, poraus, kierteitys, hiominen ja muut vastaavat toimenpiteet voivat paljastaa kappaleen pintakerroksessa olevaa huokoisuutta, joka olisi muuten pysynyt näkymättömissä. Lähellä pintaa oleviin huokosiin ja onteloihin loukkuun jäänyt ilma voi nousta rakkuloille, kun pintakerros ohenee ja/tai lämpenee koneistettaessa tai pinnoitusprosessin aikana. Myös loukkuun jäänyt kaasu lämpenee ja sen tilavuus kasvaa. Painevalukappaleen pinnan laatu riippuu seuraavista tekijöistä: Muottipesän täyttymisaika ja lämpötilaolosuhteet Sulan porttinopeus Sulan virtausprofiili muottipesän sisällä Valukappaleen muoto Muottipesän pinnankarheus ja pinnanlaatu yleisesti Ruiskutusaine ja ruiskutusolosuhteet Valuseoksen metallurgia, seoksen puhdistuksen onnistuminen Männän voiteluaine Kappaleen suunnittelija voi vaikuttaa suoraan kappaleen muotoon. Kappaleen muoto voi aiheuttaa valun aikana seuraavia ongelmia: Täyttöaikaa ja lämpötilaolosuhteita ei pysty optimoimaan Virtausprofiilia muottipesän sisällä ei pysty tuottamaan täyttymisen kannalta riittävän hyväksi Muottipesän pintakerroksen materiaali vaurioituu liian nopeasti Ruiskutus on hankala säätää sopivaksi ja/tai ruiskutusolosuhteiden pitäminen tasaisina on hankalaa Kappaleen muotoon liittyviä ongelmia on hankala korjata valuteknisin keinoin. Ne on paras ennakoida ja korjata jo suunnitteluvaiheessa, ennen kuin kappale on päässyt tuotantoon. Ei ole viisasta esittää liian tiukkoja vaatimuksia vastoin valimon teknisen henkilökunnan ohjeita, mutta toisaalta ei ole viisasta tilata kappaletta valimosta, joka ei anna neuvoja lainkaan. Erityisen tärkeätä on ottaa konsultaatio vastaan siinä tapauksessa, että valukappaleessa on joitakin tärkeitä toleranssirajoja tai muita teknisiä vaatimuksia. Tekniset vaatimukset voivat koskea pinnan laatua, painetiiveyttä tai kappaleen lujuutta. Toisinaan ei ole muuta vaihtoehtoa kuin pitää jo suunnitellut muodot, mutta päätökset tulisi tehdä huolellisesti ja tarkkaan harkiten yhteistyössä valimon kanssa. Valimon henkilökunta pystyy korjaamaan ja asettamaan sulan porttinopeutta melko helposti, jos kanavisto on suunniteltu oikein. Kanavisto koostuu jakokanavistosta, valuportista, ylijuoksuista ja Tarkistettu Tuula Höök - Valuviat ja kappaleen pinnan laatu - 1

2 ilmanpoistokanavista. Kaikki osat ovat yhtä tärkeitä, kun tuotetaan parhaita mahdollisia olosuhteita muottipesän täyttymiselle. Valimon henkilökunta pystyy korjaamaan myös metallurgiset ongelmat, ei-toivottujen kemiallisten yhdisteiden muodostumiseen liittyvät ongelmat sekä ongelmat ruiskutus- ja voiteluaineiden kanssa. Metallurgiset ongelmat liittyvät tavallisimmin sulan hapettumiseen, kaasujen liukenemiseen ja metalliyhdisteiden muodostumiseen. Sula voi reagoida omien ainesosiensa kanssa, ilmassa olevien kaasujen kanssa ja ruiskutusaineen tai männän voiteluaineen ainesosien kanssa. Ruiskutusaineen annosteluun ja ruiskutukseen liittyvät säätöongelmat voivat kuitenkin liittyä myös kappakappaleen muotoiluun, jolloin ongelmaa ei voi korjata vaihtamalla ruiskutus- tai voiteluaineita. Pinnan laatuun liittyvien valuvikojen luokittelu Pinnan laatuun liittyviä valuvikoja on olemassa kahta perustyyppiä: Viat, jotka ovat näkyviä välittömästi valun jälkeen ja viat, jotka tulevat esille vasta koneistamisen tai erilaisten mekaanisten pintakäsittelytoimenpiteiden jälkeen. Tyypillisimmät painevalukappaleissa esiintyvät, heti valun jälkeen näkyvät viat ovat: Täyttymisviat, kylmäjuoksut, kerrostumat ja vastaavat viat Pintahuokoisuus Kutistumispainumat Vetojäljet ja naarmut Hiili- ja muut tahrat Muottipesän lämpöväsymissäröily Eroosiokulumat Vikoja, jotka tulevat esille vasta koneistuksen ja mekaanisten pintakäsittelyvaiheiden jälkeen, ovat: Rakkulat Välittömästi pinnan alla oleva huokoisuus Täyttymisviat Täyttymisvikoja, kylmävikoja ja kerrostumia muodostuu, kun sula alkaa jähmettyä ennen kuin muottipesä on kokonaan täynnä tai jokin muottipesän osa jää huonoista virtausolosuhteista johtuen täyttymättä. Kaikki esiintyvät samantapaisina muodostelmina: muottipesä on jäänyt joistakin kohdin vajaaksi tai hauraaksi ja kappale on vastaavalta kohdalta puutteellisesti muotoutunut. Täyttymisvikoja on eriasteisia. Kappaleen seinämästä voi puuttua vain hyvin pieni reunaosa tai siinä voi olla pyöreäreunainen lovi. Toisaalta kappaleen koko seinämä on voinut jäädä muotoutumatta tai jokin yksityiskohta sisältä huokoiseksi ja lähes ontoksi. Perussyitä täyttymisvikojen esiintymiseen ovat seuraavat: Liian pitkä täyttymisaika verrattuna sulassa olevan lämmön määrään ja kappaleen ohuimman kohdan jähmettymisaikaan -> Kylmävika Kappaleessa on liian ohuita seinämiä -> Kylmävika Muottipesässä on liian pitkiä virtausmatkoja -> Kylmävika Valuseoksen juoksevuus on huono -> Kylmävika Muottipesässä on sulan virtausreitin ulkopuolella korkeita umpiperiä, kuten korkeita ruuvitorneja tms. -> Täyttymisvika Keernan taakse jää katvealue, joka täyttyy huonosti -> Täyttymisvika Tarkistettu Tuula Höök - Valuviat ja kappaleen pinnan laatu - 2

3 Jokin osa kappaleesta täyttyy takaisinvirtauksella vasta, kun koko muu osa muottipesää on jo täynnä -> Täyttymisvika ja/tai kylmävika Muottiin valettavan metalliseoksen lämpötilan tulisi pysyä kaikkialla muottipesässä solidusrajan yläpuolella kunnes pesä on kokonaan täynnä. Kappaleen ohuet osat menettävät lämmön nopeammin kuin paksut osat. Ristiriitaisesti on suositeltavaa suunnitella painevalukappale siten, että paksut osat voidaan sijoittaa lähimmäksi porttia ja ohuet lähimmäksi ylijuoksuja ja ilmanpoistokanavia. Päinvastainen järjestely voisi ehkäistä kylmäviat, mutta kappaletta ei pysty syöttämään, jos ohuet seinämät asetettaan portin eteen. Virtausmatka ohuisiin seinämiin tulisi kuitenkin olla niin lyhyt kuin mahdollista. Valimon henkilöstö yrittää useimmiten korjata kylmäjuoksuja tai muita kylmävikoja kasvattamalla valumännän nopeutta, nostamalla sulan lämpötilaa tai säätämällä ruiskutusta vähemmälle. Ruiskutusta voidaan vähentää joko lyhentämällä ruiskutukseen käytettävää aikaa tai säätämällä ruiskutettavan nesteen määrää pienemmäksi. Jos kappaleessa on kylmävikojen lisäksi huonosti täyttyviä alueita (katvealueita keernojen takana tai umpiperiä), ongelmia voi olla hankala ratkaista pelkästään valuteknisin keinoin. Ongelma on silloin kappaleen muotoilu ja sen lisäksi vaikeudet pitää yllä muottipesän lämpötasapainoa. Täyttymisvikojen syinä ovat yleensä kappaleen muotoilussa olevat, valutekniikan kannalta ongelmalliset kohdat. Tällaisia kohtia ovat esimerkiksi: Terävät epäjatkuvuuskohdat, esimerkiksi: korkea torni keskellä tasomaista seinämää, jäähdytysripa tai jokin muu kapea uloke virtauksen suuntaan nähden poikittain; Pitkät ja/tai korkeat kapeat seinämät; Seinämien rakenne on kokonaisuudessaan monimutkainen ja kappaleessa on teräviä nurkkia (Katso kuvat alla ja seuraavalla sivulla). Syynä voi olla vielä näiden lisäksi sulan huono juoksevuus. Tämä ongelma on suhteellisen helposti vältettävissä, kun valitaan oikea seos oikeaan paikkaan ja huolehditaan sulan metallurgisesta laadusta. Oksidikalvot ja jotkin epäpuhtaudet heikentävät sulan juoksevuutta nopeasti. Kuva 1. Vasemmalla: Korkea ruuvitorni keskellä tasomaista seinämää. Tämän tyyppinen rakenne aiheuttaa hyvin todennäköisesti täyttymisongelmia. Oikealla: Tämä rakenne täyttyy paremmin. Rivat johtavat metallin torniin. Tarkistettu Tuula Höök - Valuviat ja kappaleen pinnan laatu - 3

4 Kuva 2. Vasemmalla: Ohut seinämä suoraan portin edessä. Ohut seinämä jähmettyy nopeasti ja taaempana olevien paksumpien seinämien täyttäminen ei onnistu kovin helposti. Kappaleen etupuolella olevan laajan aukon muotoava keerna jättää taakseen katvealueita, jotka eivät aina täyty kunnolla. Oikealla: Parempi rakenne. Paksu seinämä syöttää sulaa ohuempiin seinämiin ja katvealue keernan takana täyttyy paremmin. Kuva 3. Vasemmalla: Ulkonema sulan virtaussuuntaa vastaan suoraan portin edessä. Huonot virtausolosuhteet muottipesässä. Oikealla: Parempi rakenne. Ulkonemat asettuvat sulan virtauksen suuntaisesti. Kuva 4. Vasemmalla: Jäähdytysripoja sulan virtaussuunnassa poikittain. Kapeita ja korkeita ulkonemia. Oikealla: Parempi. Jäähdytysrivat on asetettu sulan virtauksen suuntaisesti. Seinien paksuntaminen tekisi rakenteesta vielä paremman. Kaasuhuokoisuus ja kaasuontelot yleisesti Kaasuhuokoisuus esiintyy pieninä, pyöreämuotoisina kaasun täyttäminä tyhjinä tiloina. Kaasuontelot ovat isompia, epäsäännöllisiä pyöreämuotoisia tyhjiä tiloja valukappaleen sisällä. Huokoset voivat olla myös jähmettymiskutistuman aiheuttamia. Nämä huokoset sijaitsevat tavallisesti kappaleen keskilinjalla ja ovat muodoiltaan terävämpiä ja epäsäännöllisempiä. Kappaleen sisällä olevat kaasuhuokoset ovat painevaluissa hyvin tavallisia ja niitä on vaikea välttää kokonaan. Tarkistettu Tuula Höök - Valuviat ja kappaleen pinnan laatu - 4

5 Kaasuhuokoisuuden pääasialliset lähteet ovat: muottitilassa tai muotin sisäpinnassa oleva kosteus kemialliset reaktiot männän voiteluaineen grafiitin ja valuseoksen aineosien välillä kemialliset reaktiot ruiskutusaineen ja valuseoksen aineosien välillä valuseokseen liuennut vety ja muut kaasut huonosti säädetyt valuiskun vaiheet muottipesän huonojen virtausolosuhteiden vuoksi loukkuun jäänyt kaasu Huokoisuuden syyt ovat pääasiassa valuteknisiä, mutta kappaleen suunnittelija voi vähentää huokoisuusongelmia suunnittelemalla kappaleen siten, että se täytyy helposti ja että sen kaasunpoisto toteutuu ongelmitta. Jos kappaleessa on huonosti täyttyviä kohtia, on hyvin todennäköistä, että siinä on myös huokoisuutta ja jopa kaasuonteloita, koska takaisinvirtaus tuo mukanaan muottipesässä olevia kaasuja, sekoittaa ne sulaan ja myös ehkäisee tehokasta kaasujen poistumista. Tyhjövalulaitteilla voidaan parantaa virtausolosuhteita ja ilmanpoistoon liittyviä ongelmia, mutta tyhjövalun tulisi olla vasta seuraava vaihtoehto, jos kappalegeometrian muuttaminen ei ole mahdollista. Suuria kaasuonteloita muodostuu pääasiassa huonon kaasunpoiston ja huonojen virtausolosuhteiden seurauksena. Muotin suunnittelijan tulisi mitoittaa ilmanpoistokanavat muottipesän täyttymisajan ja muottipesän tilavuuden perusteella. Jos ilmanpoisto on periaatteessa huolellisesti suunniteltu, loukkuun jääneiden kaasujen syynä on useimmiten jokin huonosti muotoiltu yksityiskohta valukappaleessa: esimerkiksi umpiperä, josta ei ole suoraa ilmanpoistokanavaa muotin jakotasolle. On myös mahdollista, että kaasut ovat sekoittuneet sulan joukkoon valukammiossa. Jälkimmäinen ongelma voidaan korjata muuttamalla valuiskun vaiheiden nopeuksia, edellinen ongelma ottamalla käyttöön tyhjövalulaitteisto tai muuttamalla valukappaleen muotoja ilmanpoiston kannalta edullisemmiksi. Pintahuokoisuus Pintahuokoisuus johtuu pääasiassa valuteknisistä seikoista. Pintahuokoset ovat joukko ryhminä esiintyviä pieniä kuoppia valukappaleen pinnassa. Pintahuokoisuutta aiheuttaa muottipesän pinnassa oleva kosteus, liika ruiskutusaine tai liika männän voiteluaine. Ensimmäiset toimenpiteet ongelman korjaamiseksi ovat ruiskutuslaitteen säätäminen ja toisen tyyppisen männän voiteluaineen valitseminen. Valukappaleen virheellinen muotoilu voi aiheuttaa huokoisuusongelman epäsuorasti. Ruiskutuksen säätäminen tuottaa hankaluuksia, jos kappaleessa on korkeita ja kapeita ulkonemia. Kappaleen korkeat ja kapeat ulkonemat ovat kapeita ja syviä uria muottipesässä. Niihin on vaikea johtaa ruiskutusaine siten, että se kostuttaa muottipesän pinnan. Hankaluudet voivat johtaa liian voimakkaaseen ruiskuttamiseen ja kosteusongelmiin joissain toisissa muottipesän osissa. Muottipesän pintaan voi myös kerrostua ruiskutusainejäämiä. Muottipesässä voi olla osia, jotka lämpenevät voimakkaasti ja osia, jotka pysyvät suhteellisen matalassa lämpötilassa valukierrosta toiseen. Matalan lämpötilan alueille muodostuu helposti pintahuokosia, jos ruiskutuslaitteistoa ei voi säätää siten, että ruiskutus tehostuu voimakkaammin lämpenevillä alueilla ja heikkenee viileämmillä alueilla. Kappaleessa olevat korkeat, lähekkäin sijaitsevat ulkonemat ja korkeat yksittäiset keernat ovat tyypillisiä esimerkkejä voimakkaasti lämpenevistä muottipesän alueista. Kappaletta on hyödyllistä tarkastella negatiivina siten kuin se tulee muodostamaan muottipesän valmiissa muotissa. Kaikissa valukappaleen suunnitteluun tarkoitetuissa CAD-ohjelmistoissa on työkalut, joilla kappale voidaan jakaa muotin pesä- ja keernapuoleksi. Jaa kappale ja yritä hahmotel- Tarkistettu Tuula Höök - Valuviat ja kappaleen pinnan laatu - 5

6 la lämpötilan siirtymistä muottimateriaalissa. Lämpö kertyy alueille, joissa on muottipesän pintaan nähden vain vähän lämpöä johtavaa materiaalia. (Kuva 5 ja Kuva 6) Voimakas lämpeneminen aiheuttaa metalliseoksen takertumista muottipesän pintaan alumiiniseoksilla, ruiskutusainetahroja (seurauksena vaikeuksista ruiskutuksen säätämisessä) ja muottipesän pintakerroksen lämpöväsymissäröilyä. Näistä ongelmista on tarkempi esitys myöhemmin. Niiden poistamiseksi ja ehkäisemiseksi tehdään osittain samanlaisia toimenpiteitä kuin pintahuokoisuuden poistamiseksi. Kuva 5. Vasemmalla: Valukappale. Oikealla: Kiinteä muottipuolisko. Keerna lämpenee enemmän kuin ympäröivät alueen muottimateriaalissa, mutta ei kuitenkaan kovin paljon enemmän. Kuva 6. Liikkuva muottipuolisko. Rivoitusta varten valmistetut keernat lämpenevät voimakkaasti, koska niiden alla on pintaan nähden vain vähän lämpöä johtavaa ainetta. Ison syvennyksen ja rivoituksen välillä oleva muotin osa lämpenee jonkin verran. Muut osat pysyvät matalammissa lämpötiloissa. Rakkulat Rakkuloita muodostuu, kun pinnan alla olevat kaasua sisältävät huokoset kasvavat ja nostavat kappaleen pintakerroksen koholle. Näin voi tapahtua, jos kappale kuumennetaan tarkoituksella lämpökäsittelyn aikana, jos se lämpenee tahattomasti pinnoittamisen tai koneistamisen aikana tai jos se poistetaan muotista ennen kuin pintakerros on ennättänyt kiteytyä riittävän jäykäksi. Kaasuhuokoisuus on painevalukappaleissa hyvin tavallista. Sitä on vaikea välttää kokonaan, koska osa muottipesässä olevasta ilmasta sekoittuu sulan joukkoon muottipesän täyttämisen eli valuiskun ensimmäisen ja toisen vaiheen aikana. Ongelma esiintyy, vaikka ilmanpoistokanavat olisi suunniteltu toimiviksi ja prosessin asettaminen olisi tehty kuinka huolella tahansa. Tyhjövalulaitteistolla voi ehkäistä merkittävän osan kaasuhuokoisuudesta, mutta ei kokonaan. Reaktiokaasuja menetelmä ei poista. Tyhjövaletut painevalukappaleet ovat jopa lämpökäsiteltäviä. Tarkistettu Tuula Höök - Valuviat ja kappaleen pinnan laatu - 6

7 Välittömästi pinnan alla oleva huokoisuus koneistamisen kannalta Kappaleen sisällä oleva huokoisuus ei välttämättä heikennä sen mekaanisia ominaisuuksia tai aiheuta mitään muutakaan haittaa niin kauan kuin se pysyy piilossa pinnan alla. Koneistaminen paljastaa usein huokoisuutta. Tyypillisiä koneistettavia kohteita ovat tiivisteurat, kierteet ja laakeripinnat. Kaikissa niissä vaadittaisiin erinomaista pinnanlaatua. Pinnan alla oleva huokoisuus voi olla normaalia kaasuhuokoisuutta, jolloin sitä ehkäistään myös tavoilla, jotka on tarkoitettu kaasuhuokoisuuden ehkäisemiseen. Pinnan alla voi olla myös imuhuokosia. Imuhuokoisuus esiintyy tavallisesti valukappaleen keskilinjalla. Keskilinjahuokoisuus voi siirtyä lähemmäksi kappaleen pintakerrosta muotissa olevan kuuman kohdan suuntaan. Valimon henkilöstö aloittaa ongelman korjaamisen säätämällä muotin ruiskutusta siten, että kuumentuneen kohdan lämpötila laskee. Kappaleen suunnittelijan tulisi pyrkiä ennakoimaan ongelma tarkastelemalla kappaletta ja sille tehtyä muottia lämmön siirtymisen näkökulmasta. Jos kappaleessa on pintoja, jotka tullaan koneistamaan, näitä pintoja ei pitäisi sijoittaa kohtiin, joiden alla oleva muottiaine tulee kuumentumaan valun aikana. Koneistusvarat kannattaa mitoittaa niin niukoiksi kuin mahdollista. Kutistuma- eli imupainumat Imupainuma on laakea painuma kappaleen pinnassa. Se voi muodostua kappaleen paksuimpaan kohtaan metalliseoksen jähmettymisen ja jäähtymisen aikana. Paksuimmat kohdat jähmettyvät viimeiseksi. Imupainumia voi välttää suunnittelemalla kappale siten, että siinä ei ole yksittäisiä tukevia kohtia. Paksuimmat seinämät pyritään asettamaan muotissa lähimmäksi porttia. Painevalukoneen valuisku jakaantuu kolmeen vaiheeseen. Ensimmäinen vaihe on hidas ja muotti täytetään sen aikana valuportille saakka. Toinen vaihe on hyvin nopea. Muottipesä täytetään sen aikana sekunnin murto-osassa. Kolmannessa vaiheessa muottipesään syötetään korvaavaa sulaa kompensoimaan kutistuman aiheuttama valukappaleen tilavuuden pieneneminen. Painevalukone painaa valumetallia hyvin voimakkaasti, jotta metalli virtaisi ja tiivistyisi pesän sisällä. Jos portin edessä olevat osat jähmettyvät ennen kappaleen paksuimpia osia, niihin saattaa muodostua imupainumia ja runsasta imuhuokoisuutta. Kuva 7. Paksuja osia ohuiden seinämien keskellä. Paksuihin osiin muodostuu imuhuokosia ja onteloita. Kappale täytyy suunnitella uudelleen siten, että sen seinämäpaksuus on tasainen. Tarkistettu Tuula Höök - Valuviat ja kappaleen pinnan laatu - 7

8 Vetojäljet Muottipesän pintaan takertunut valumetalliseos naarmuttaa vetojäljet valukappaleeseen. Alumiinilla on voimakas taipumus liuottaa rautaa. Alumiiniseokset takertuvat sopivissa olosuhteissa myös muottipesän pinnassa olevaan rautaan kemiallisella sidoksella. Takertumia muodostuu erityisesti muottipesän pinnan kuumiin kohtiin, kuten portin lähellä oleviin pintoihin, keernatapin pintaan tai pienten syvennysten ympärille. Jos mahdollista, pyri suunnittelemaan kappale siten, ettei sen muottiin tarvittaisi pienihalkaisijaisia keernatappeja, jotka myös lämpöväsyvät ja rikkoutuvat erittäin nopeasti. Alumiiniseoksen takertumaa on sen kemiallisesta luonteesta johtuen hankala poistaa kokonaan. Takertuma muodostuu helposti samoihin paikkoihin yhä uudelleen, ellei muottipesän olosuhteita muuteta edullisemmiksi. Sinkkiseokset takertuvat myös muottipesän pintaan, mutta tavallisimmin kohtiin, jotka ovat sulan päävirtausreitin ulkopuolella. Tyypillisin kohta on katvealue keernan takana. Takertumisen mekanismi on erilainen kuin alumiiniseoksilla. Kemiallista yhdistettä ei muodostu ja sinkkiseoksen takertuma on suhteellisen helppo poistaa. Hiili- ja muut tahrat Tahrat huonontavat pinnoitteiden tarttumista. Ne voivat myös heikentää valukappaleen ulkonäköä. Tahrat on yleensä mahdollista poistaa, mutta poistaminen on ylimääräinen työvaihe, joka lisää kappaleiden valmistuskustannuksia. Tahroja muodostuu erilaisten valuteknisten ongelmien vuoksi. Kappaleen pinnassa olevat hiilitahrat ovat muottipesän pinnan hapettamiseen käytettyjen rasvojen tai männän voiteluaineen jäämiä. Useissa voiteluaineissa ja rasvoissa on hiiltä grafiitin muodossa. Hiilijäämät aiheuttavat myös huokoisuutta. Tahrat voivat olla myös ruiskutusaineen jäämiä. Ruiskutusainetahrat voidaan ehkäistä säätämällä ruiskutuslaite tarkemmin, mutta ruiskutus ei aina ole helposti säädettävissä, kuten todetaan pintahuokoisuutta käsittelevässä kappaleessa. Muotissa voi olla kuumia kohtia, joita täytyy ruiskuttaa voimakkaasti. Muottipesän lämpöväsymissäröily Painevalun valukierrot aiheuttavat muottiteräkseen voimakkaita lämpöshokkeja, jotka pitkään jatkuessaan saavat teräksen pintakerroksen lämpöväsymään. Lämpöväsyminen ilmenee laajenevina hiushalkeamina, säröinä. Muottipesän kuumimmat kohdat ovat voimakkaimmin rasitettuja ja ne alkavat säröillä nopeimmin. Säröt kopioituvat kappaleen pintaan ohuina suonimaisina kohoumina. Kappaleen terävät sisänurkat ovat muottipesässä teräviä ulkonurkkia. Kaikki muotissa olevat terävät ja kapeat muodot ovat alttiita lämpöväsymiselle. Kappaleen sisänurkat tulisi suunnitella mahdollisimman suurella pyöristyssäteellä. Jos on tarpeen pitää muottipesän pinnan laatu mahdollisimman hyvänä, on parempi jättää laittamatta muottiin korkeita, kapeita keernoja ja tuottaa nämä yksityiskohdat valamisen sijaan esimerkiksi koneistamalla. Toinen vaihtoehto on muuttaa kappaleen konstruktiota siten, ettei muottiin tarvita ohuita keernoja. Epätasainen koneistusjälki muottipesässä nopeuttaa lämpöväsymissäröilyn muodostumista. Koneistaminen jättää koneistettuun metalliin epäjatkuvuuskohtia. Pienten sisäpuolisten nurkkapyöristysten ja syvien muotojen koneistaminen on hankalinta. Tarkistettu Tuula Höök - Valuviat ja kappaleen pinnan laatu - 8

9 Eroosiokuluminen Eroosiokuluminen on muottipesän kulumisongelma, joka muovautuu valukappaleeseen. Muotin eroosiokulumista aiheuttaa pääasiassa liian suuri sulan virtausnopeus. Ne muottipesän osat, jotka ovat lähinnä porttia, kuluvat nopeimmin. Valukappaleen muotoa on pyrittävä muuttamaan siten, ettei keernaa tai muuta pystysuoraa muotoa tarvitse asettaa suoraan portin eteen. Porttinopeutta voi yrittää pienentää tai pyrkiä suuntaamaan sulan virtaus viistosti keernan ohitse. Sulan virtausta on mahdollista suunnata tangentiaalikanavistolla. Porttinopeuden pienentäminen voi aiheuttaa kuitenkin muita vikoja, kuten kylmävikoja, vajaatäyttöä ja huokoisuutta. Eroosiokuluman syyt voivat olla virtausnopeuden lisäksi myös valuseoksen metallurgiassa. Jos alumiiniseoksen rautapitoisuus laskee liian alas, eroosiokuluminen kiihtyy voimakkaasti. Kuva 8. Tangenttikanava, joka on jaettu osiin siten, että virtaus voidaan suunnata portin edessä olevien keernojen sivuitse. Virtaus suuntautuu kanavassa olevien kaarien tangentin suuntaan. Pohdintaa Kappaleen suunnittelija kohtaa erilaisia teknisiä rajoitteita, joiden syyt löytyvät valitusta valumenetelmästä ja muotin valmistuksen tekniikasta. Kappale tulisi muotoilla siten, että samalla harkitaan valumenetelmästä johtuvia teknisiä rajoitteita. Jos suunnittelija ei ota näitä rajoitteita huomioon, hän voi aiheuttaa hankalasti korjattavissa olevia tai jopa ylipääsemättömiä valuteknisiä ongelmia. Yleensä kappaleesta ei saa täydellisen yksinkertaisesti ja ongelmitta valettavaa, mutta suurimmat hankaluudet voidaan kuitenkin välttää jo sillä, että tehdään yhteistyötä valimon ja muotin valmistajan kanssa varhaisessa vaiheessa suunnittelua. Lähteet E. Autere, Valukappaleiden suunnittelu, Tekniikan käsikirja 8, Gummerus, Suomi, 1973 E. Autere, Y. Ingman, P. Tennilä, Valimotekniikka 1, Insinööritieto, Suomi, 1982 E. Autere, Y. Ingman, P. Tennilä, Valimotekniikka 2, Insinööritieto, Suomi, 1986 Valuvirhekäsikirja syyanalyysein, Metalliteollisuuden keskusliitto, Helsinki, Suomi, 1985 W. G. Walkington, Die casting defects, NADCA, USA, 1997 Tarkistettu Tuula Höök - Valuviat ja kappaleen pinnan laatu - 9