20. Valukappaleen hyötysuhde eli saanto

Transkriptio

1 20. Valukappaleen hyötysuhde eli saanto Raimo Keskinen, Pekka Niemi Tampereen ammattiopisto Fysiikassa hyötysuhteella tarkoitetaan laitteen hyödyksi antaman energian ja laitteeseen tuodun kokonaisenergian välistä suhdetta. Samalla periaatteella lasketaan valukappaleen hyötysuhde eli saanto. Siinä verrataan hyödyksi saatua metallimäärää eli kappaleen nettopainoa valuun käytettyyn koko metallimäärään eli bruttopainoon, johon sisältyvät syöttökupujen ja kanaviston painot. Valukappaleiden saanto vaihtelee riippuen valumetallista, valukappaleen muodosta sekä sen tiiviysvaatimuksista. Valuteknillisesti hankalamuotoisilla teräskappaleilla se on esimerkiksi vain 50 %, jolloin puolet sulatetusta metallimäärästä saadaan hyödyksi. Esimerkiksi suomugrafiittiraudoilla saanto on huomattavasti korkeampi, noin % kappaleen muodosta ja raudan laadusta riippuen. Saanto saadaan kasvamaan pienentämällä syöttökupuja, syöttötäytteitä sekä valukanavistoja. Kuva 237 Syöttökupujen pienentäminen on mahdollista vähentämällä niiden lämmönhukkaa. Avoimet kuvut peitetään heti valun jälkeen lämpöä eristävällä tai eksotermisellä jauheella. Syöttökupujen ympärillä käytetään myös valmiina myytäviä eristäviä tai eksotermisiä holkkeja. Kuva 238. Eksoterminen holkki sivulta Kuva 239. Eksoterminen holkki päältä Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut

2 Suurissa kuvuissa eristävät vaipat muodostetaan erikoisista eristystiilistä kokoamalla (kuva 240). Syöttötäytteet saadaan pienennettyä tai usein kokonaan poistettua käyttämällä näillä kohdilla lämpöä eristävää massaa tai eristystiiliä.(vrt. kuva 241). Saannon parantuessa vähenevät myös valukkeiden eli syöttökupujen, -täytteiden ja kanavistojen katkaisutyöt usein huomattavasti. Kuva 240 Kuva 241. Jähmettymisajan piteneminen käytettäessä erästä eristemassaa Kuva 242. a) kappale ilman syöttötäyttä b) syöttötäyte c) suuri syöttökupu on saatu pienemmäksi eristysmassalla d) syöttötäyte on korvattu eristysmassalla e) syöttökupu on pienennetty sekä syöttötäyte korvattu eristysmassalla Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut

3 Kuva 243. Eksotermisiä holkkeja asetettu mallin päälle Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut

4 21. Jäähdytyskappaleet Raimo Keskinen, Pekka Niemi Tampereen ammattiopisto Usein on valukappaleessa kohtia, joiden syöttäminen syöttökuvuilla tiiviiksi ei ole mahdollista tai edes tarpeellistakaan. Tällaiset ympäristöään paksummat kohdat jäähdytetään metallisilla jäähdytyskappaleilla, jotka estävät imuontelon syntymisen. Jäähdytyskappaleilla ei varsinaisesti poisteta imua, koska ne eivät anna lisämetallia niin kuin syöttökuvut. Niillä voidaan vain siirtää imun paikkaa tai muuttaa se harmittomaksi imuhuokoisuudeksi. Kappaleen pintaa jäähdyttävät ulkoiset jäähdytyskappaleet valmistetaan yleensä teräksestä tai valuraudasta. Koska metallilla on huomattavasti parempi lämmönjohtokyky kuin muottihiekalla, jäähtyy valukappale nopeasti tältä kohdalta. Kuvassa 245 esitetyssä valukappaleessa kohta a jähmettyy nopeammin kuin sen paksumpi alaosa, johon muodostuu imuontelo. Kuva 244. Jäähdytysraudat muotissa Ulkoisilla jäähdytyskappaleilla saadaan paksumpi kohta jähmettymään samanaikaisesti yläpuolen kanssa, jolloin imuontelo saadaan siirtymään syöttökupuun. Jäähdytyskappaleilla voidaan myös lisätä syöttökupujen syöttömatkoja. Jäähdytyskappale aiheuttaa valukappaleeseen reunavaikutuksen, joka levymäisellä valuteräskappaleella on noin 50 mm. Kuva 245 Kuva Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut

5 Riittävän nopea jäähtyminen synnyttää valuraudalle hienojakoisen ja lujan mikrorakenteen. Tällaisia kohtia haluttaessa jäähdytetään ne jäähdytyskappaleilla. Jäähdytyskappaleilla paksuuden tulee olla yleensä samaa luokkaa kuin sen seinämän, jota se jäähdyttää. Paksumman jäähdytyskappaleen käyttö ei lisää jäähtymisnopeutta enää oleellisesti. Kuva 247 Jäähdytyskappaleiden pitää olla pinnaltaan puhtaita. Ruosteinen, kostea tai rasvainen jäähdytyskappale saattaa aiheuttaa huokoisuutta valukappaleeseen. Usein jäähdytyskappale peitostetaan, jotta se ei tarttuisi kiinni valukappaleen pintaan. Joskus valukappaleen jähmettymistä ohjataan voimakkaasti jäähdyttävillä hiekkaseoksilla. Tällaisia ovat esimerkiksi zirkoni- ja kromihiekat sekä kaavaushiekan ja teräshiekan seos. Ulkopuolisten muottihiekkaan sijoitettavien jäähdytyskappaleiden sijasta käytetään joskus myös muottionteloon sijoitettavia sisäisiä jäähdytyskappaleita. Koska ne sulautuvat valukappaleeseen, pitää niiden olla puhtaita ja kuivia, jotta ne eivät aiheuttaisi huokosia valukappaleeseen. Jäähdytyskappaleita käytetään myös erilaisissa seinämien risteyskohdissa imun ehkäisemiseksi. Sisäiset jäähdytyskappaleet pyritään muotoilemaan suuripinta-alaisiksi, jotta ne jäähdyttäisivät tehokkaasti, mutta kuitenkin sulautuisivat valumetalliin. Koska niillä on usein haitallinen vaikutus valukappaleen lujuuteen, käytetään niitä etenkin sellaisissa kohdissa, joista ne myöhemmin työstetään pois, kuten porattavissa rei issä. Kuva 248. Jäähdytysraudat valukappaleessa. Käyrät esittävät jähmettymisrintaman kulkua Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut

6 Koska sisäiset jäähdytyskappaleet sulautuvat valumetalliin, pyritään ne valmistamaan sellaisesta raaka-aineesta, jonka koostumus on sama kuin valumetallinkin tai ainakin lähellä sitä. Kuva 249. Jäähdytyskierukka, joka painetaan muottihiekkaan Ulkoisten sekä sisäisten jäähdytyskappaleiden pitää olla puhtaita ja kuivia muottiin laitattaessa. Kuva 250. Jäähdytysraudat asetettu mallin päälle kaavausta varten Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut

7 22. Keernatuet Raimo Keskinen, Pekka Niemi Tampereen ammattiopisto Keernatukien päätehtävänä on pitää muottiin asennetut keernat paikoillaan kappaleen valu- ja jähmettymisvaiheen aikana. Kuva 251. Normaali keernatuki Kuva 253. Paineenkestävää valua varten tuki Kuva 254. Hitsattu tai sorvattu tuki Kuva 255. Pistovarsitukia Kuva 256. Tukia ohutvalua varten Kuvissa ovat tavallisimmat keernatukimallit. Niiden on oltava riittävän lujia kestääkseen sulan aiheuttamat voimat sekä kestettävä sulamatta valumetallin lämpötila. Keernatukien pitää hitsautua valumetalliin. Hitsautumisen parantamiseksi ja hapettumisen estämiseksi ne pintakäsitellään puhtaalla tinalla. Keernatukien on oltava puhtaita ja kuivia, jotta ne eivät aiheuttaisi huokoisuutta valukappaleeseen (ks. luku Jäähdytyskappaleet). Jos tuet jäävät liian kauaksi aikaa valamattomaan tuorehiekkamuottiin, saattavat ne kostua. Suuria muotteja koottaessa valukappaleiden seinämänpaksuudet eivät aina tule piirustusten mukaisiksi, vaan niissä voi olla millimetrienkin vaihteluita. Kuvissa 257 A-B on esitetty keernatukien asennus ja keernan paikoilleen asettaminen. Jotta kaavaaja tietäisi laittaa oikeankorkuisen keernatuen, pitää hänen mitata seinämän paksuus. Mittaukseen käytetään paperiin käärittyä salvi- tai tiivistemassatulppaa. Muotin yläosa tai keerna lasketaan paikoilleen ja nostetaan pois, jolloin sen alla puristunut tulppa ilmaisee tarvittavan tuen korkeuden (kuva 258). Tukien korkeutta voidaan säätää lisäämällä niiden päälle tarpeen mukaan tukilevyjä Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut

8 Kuva 257 A. Keernatuki asetettu keernan päälle Kuva 257 B. Keerna lasketaan keernatukien päälle Kuva 258 Kuva 259 Kaksoiskeernatuissa on reiät, joista ne kiinnitetään nauloilla pystysuoriin pintoihin. Liian ohut naula saattaa sulaa ja keernatuki irrota. Kuva 260. Keernatuet asetettu muottiin odottamaan keernan laskua Pienissä seinämänpaksuuksissa saattavat keernatukien levyt jäädä hitsautumatta valumetalliin. Tämä voidaan estää upottamalla levyt muottihiekkaan (kuva 261), ja valukappaletta puhdistettaessa se poistetaan Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut

9 Kuva 261 Hyvin pienissä seinämänpaksuuksissa käytetään erikoisia rei itetyistä levyistä taivutettuja keernatukia (kuva 256). Keernatuista voi olla haittaakin. Liian paksuilla tuilla on jäähdyttävä vaikutus, ja ne voivat aiheuttaa kylmäjuoksuja. Valuraudassa ne voivat karkaista raudan rakennetta siten, että sen työstö muodostuu vaikeaksi. Siksi tukien käyttöä pyritäänkin välttämään ja keerna tukemaan lujasti paikoilleen keernakantojen avulla (kuva 262). Jos keernakannan aiheuttamasta aukosta on haittaa, voidaan se tukkia esimerkiksi hitsaamalla. Tämä on yleistä varsinkin teräsvalukappaleissa. Valukappaletta puhdistettaessa voidaan sen sisällä oleva keernahiekka poistaa helposti aukon kautta. Kuva Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut

10 KERTAUSTEHTÄVIÄ Erään valuteräskappaleen paino syöttökupuineen ja kanavistoineen oli 4280 kg. Puhdistettuna kappale painoi 2550 kg. Mikä oli kappaleen saantoprosentti? Millä tavoin valukappaleen saanto saadaan kasvamaan? Millä tavoin jäähdytyskappaleet estävät imuonteloiden syntymisen? Mitä tarkoitetaan valukappaleen syöttötekniikassa reunavaikutuksella? Miksi sisäisten jäähdytyskappaleiden tulee olla erityisen puhtaita? Miten voidaan keernatuen hitsautumista valumetallin kanssa edistää pienillä seinämäpaksuuksilla? Miksi keernatukien käyttöä pyritään välttämään? Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut