Alumiini valukappaleen suunnitteluprosessi Suunnittelun suuntaviivoja. Avoin yhteistyö mahdollisimman aikaisessa vaiheessa!!! Työkalun valmistus

Transkriptio

1 Alumiini valukappaleen suunnitteluprosessi Suunnittelun suuntaviivoja. Avoin yhteistyö mahdollisimman aikaisessa vaiheessa!!! Valimo Olennaiset valutekniikkaan, tuotelaatuun, työkalun kestävyyteen, valun puhdistettavuuteen ja jälkikäsiteltävyyteen vaikuttavat asiat Työkalun valmistus Tuotetarkastelu Tuotekritiikki Tuotekehitys Asiakas Tässä vaiheessa kiinnitetään 90 % tuotteen kustannuksista Mahdollinen simulointi Jähmettyminen Täytöstyminen Jännitykset, muodonm.

2 Suunnitelun suuntaviivoja. Valukappaleen suunnittelussa ensisijainen tarkoitus on luonnollisesti halutun teknisen toiminnon toteuttaminen. Mutta olennaista on, että suunnitteluprosessissa tulee riittävällä painolla huomioiduksi tietyt valutekniset ja valun jalostukseen liittyvät seikat, jotka voimakkaasti vaikuttavat kappaleen valmistettavuuteen ja sen tuotelaatuun. Ja sitä kautta tuotteen kappalehintaan, työkalun hintaan ja työkalun kestoikään. Suunnitelun suuntaviivoja. Monet tekijät vaikuttavat yksittäisen kappaleen ja asiakkaan lopputuotteen kustannuksiin. 90 % näistä määrätään tuotesuunnitteluvaiheessa, eikä niinkään valitun valmistusprosessin tehostamisella. Joihinkin ilmeisiin tekijöihin, esim. materiaalikustannuksiin on vaikeaa olennaisesti vaikuttaa, mutta useilla, vähemmän ilmeisillä voi olla dramaattinen vaikutus valutuotteen kustannuksiin.

3 Suunnitelun suuntaviivoja. Tarkoituksena ei ole sanoa, ettei asiakas saa esittää tiukkojakin vaatimuksia. Valimo suorastaan haluaa tehdä kallista tuotetta, jalostaa mahdollisimman paljon Kuitenkin on myös valimon etu pitkällä tähtäimellä, että asiakkaan laatuvaatimukset ovat optimoitu. Yleisesti ottaen laatuvaatimukset ovat tarpeettoman pyöreästi tiedostettu ja määritetty, ja johtavat kalliiseen ylilaatuun. Tätä ylilaatua vaaditaan ja tehdään niin suunnittelussa, kuin laatutoiminnoissa sekä asiakkaalla, että valimossa Suunnittelun suuntaviivoja. Joitakin olennaisia valukappaleen suunnittelussa huomioitavia seikkoja, jotka vahvasti vaikuttavat tuotteen hintaan, On olennaista, että laatuvaatimuksista sovitaan ajoissa, ja yhdessä. Pinnanlaatuvaatimukset Valun puhdistus, jakotasot, aukot, reiät Pyöristyssäteet kulmissa ja nurkissa Muoto- ja sijainti toleranssit (tasomaisuus, sijainti yms) Sisäisiä virheitä koskevat vaatimukset, materiaalikeskittymät Mittatoleranssit Kappaleen tiiveysvaatimukset Erityiset vaatimukset korroosion kestolle Vaaditut seinämäpaksuudet Työvarat koneistusta varten jne. jne.

4 Suunnittelun suuntaviivoja. Todella suuret vaikutukset tuotteen kustannuksiin syntyvät tuotesuunnittelussa niistä vaatimuksista, jotka johtavat teknisesti monimutkaisiin muottirakenteisiin ja jotka kohdistuvat viimekädessä kappaleen puhdistettavuuteen, pinnan laatuun tai jälkikäsittelyn tasoon. Mitä enemmän jakotason siirtoja, liikkuvia muotin osia, teräviä nurkkasäteitä jne. sitä suuremmiksi muodostuvat vaikeudet valun puhdistuksessa, tarkkojen mittojen hallinnassa, pinnan laadun hallinnassa jne. Esimerkki 1: NADCA:n (North American Die Casting Association) tsekkauslistoista

5 Esimerkki 2: Erään autovalmistajan tsekkilista tarjousvaiheessa Valuseosstandardit: EN 1706, ISO 3522, yms. Vaikutus kustannuksiin. Mitä vaatimuksia valukappaleelle? 1. tuotteen käyttöympäristö, korroosio 2. pintakäsittelyt 3. mekaaniset ominaisuudet 4. fysikaaliset ominaisuudet 5. kulutuksen kestävyys 6. paineen kestävyys 7. hitsattavuus 8. ympäristövaatimukset 9. yms. Mitkä ovat todella tärkeät vaatimukset seokselle?

6 Valuseosstandardit: EN 1706 yms. Vaikutus kustannuksiin. Mitä standardi on? Normaalityyppi, suositus, kanssakäymisen helpottamiseksi, josta voi yhdessä sopien poiketa esim. kustannusten pienentämiseksi. Sekundaari alumiinin hinnan määrää tiettyjen epäpuhtauksien / seosaineiden pitoisuus. (käytettävän raaka-aineen laatu) Esim. Cu, Mg, Pb yms. Erikoisjärjestelyt puhtauden ylläpitämiseksi lisäävät valmistuskustannuksia valimossa Erilliset sulatusuunit, kuljetussenkat, valu-uunit Valuseosstandardit: EN 1706, ISO 3522 yms. Vaikutus kustannuksiin. Pari esimerkkiä (Cu, Mg, Pb): Cu% Mg% EN AC-AlSi12(Fe): 0,10 - (tarkoittaa 0,05) SS (AlSi12Fe): 0,20 0,4 Asiakas haluaa vaihtaa puhtaampaan seokseen korroosiosyistä. Cu 0,20 %:sta 0,10 %:iin nostaa ymmärrettävästi hiukan hintaa Mutta samanaikainen Mg:n pudottaminen nostaa hintaa paljon Mg-pitoisuudella ei tässä tapauksessa ollut mitään merkitystä EN AC-AlSi9Cu3 ja vastaavat Pb max % RoHS direktiivit (Restriction of Hazardous Substances) rajoittaa Pb:n yleisesti 0,10 %:iin. Tätä myös vaaditaan joskus Perinteisten edullisten seosten hinta nousee Ko. direktiivin liite sallii alumiinissa poikettavan tästä Pb 0,4 %:iin

7 Pinnan viimeistelyn laatuvaatimukset Puhtausvaatimukset Absoluuttinen puhtaus kallista tuottaa Toiminnan todelliset vaatimukset? Pinnan mekaaninen laatu, pinnan karheus Metallin juoksuvirheet yms. Muotinvoiteluainejäämät muotin pinnalla Kraahaumat, tarttumat Muotin pinta väsyy ja halkeilee. Jälkien poistaminen hiomalla Tiukat vaatimukset vain todella niitä edellyttäviin kohteisiin. (Painevalussa on mahdollista tehdä < Ra 1,0 pintaa paikallisesti, sen tekeminen edellyttää kuitenkin erityistä prosessin hallinnalta) Pinnan viimeistelyn laatuvaatimukset NADCA:n suosituksia pinnan laatuvaatimuksien esittämiselle Luokka Valutilainen pinnan laatu Pintakäsittely tai loppukäyttö 1. Käyttölaatu Ei kosmeettisia vaatimuksia. Pinnan virheet (kylmäjuoksut, pintahuokoisuus, kraahaumat, voiteluainejäämät jne.) hyväksyttäviä Käyttö valutilaisena tai ei-dekoratiivinen pintakäsittely (anodisointi, kromatointi tms.) 2. Toiminnallinen laatu Pinnan virheet (kylmäjuoksut, pintahuokoisuus, kraahaumat, voiteluainejäämät, jne.), jotka voidaan poistaa paikallisesti tai jotka voidaan peittää maalauksella ovat hyväksyttäviä Dekoratiivinen pinnoitus: Maalaus Metallipinnoitus (Al) kiilloitus yms. 3. Kauppalaatu Pienet virheet, jotka ovat poistettavissa sovituin menetelmin, ovat hyväksyttäviä Rakenne osat (jännityksen alaiset alueet) Metallipinnoitus (Zn) Pulverimaalaus Läpinäkyvät pinnoitteet Tietyt elektroniikan metallipinnoitteet 4. Kulutustavara laatu Ei havaittavia pinnan virheellisyyksiä. Tarkastuskäytännöt sovittava. Esim. pinnan heijastukset yms. Erityiset dekoratiiviset pinnat 5. Erittäin korkea laatu Pinnan laatuvaatimus, määritettynä esim. Ra-arvona rajoitetuille alueille O-rengasurat Tiivistepinnat Transistorialtaat

8 Suunnittelun suuntaviivoja. Valumenetelmillä saavutettavia pinnankarheuksia. Vaatimukset valupurseen hyväksyttävälle tasolle Voi olla valukappaleessa kallein jalostusvaihe Suunnittelun vaikutus erityisen suuri Ongelmat kasvavat työkalun kuluessa Jakotasot Visuaaliset pinnat / metallin sisään menot Lämpöväsyminen, kuluminen Aukot ja reiät Vaativat aukot sijoitettava puhdistettaviksi Kierrereikien ulostulopää tasopintaan Ulostyöntappien jäljet Sijoitus Puhallus, täryhionta, harjaus, hionta, koneistus Nurkat, kulmat Muotin lämpöväsyminen, muotin elinikä

9 Valupurseen poisto Jotain ohjenuoraa NADCA:n ym. suosituksista Menetelmä Paksut Ohuet sisäänmenot ja sisäänmenot ja ylijuoksupussit ylijuoksupussit Jakotasot Purse valetuissa aukoissa Purse keernareissä Ulostyöntö tappien purseet Terävät kulmat Manuaalinen taittaminen. Mahdollisesti yksinkertainen työkalu Leikkaimella. Työkalu kustannus. Työkalun laadulla suuri vaikutus Täryhionta. Laitteisto investoinnit Hionta, manuaalinen tai robotisoitu. Kallis työvaihe Koneistus. Kallein Karkea, 2-3 mm:n sisällä 0,4-1,5 mm:n sisällä. Karkea, 2-3 mm:n sisällä 0,25-0,8 mm:n sisällä Purseet murrettu pois 0,25 mm:n sisällä Pyöristetty Pyöristetty Pyöristetty < 0,4 mm. < 0,25 mm. < 0,25 mm. Purseet mahdollisesti murrettu pois Ei poistettu 0,20 mm:n sisällä. Tarkemminkin 0,20-0,4 mm:n erityisen sisällä tarkoilla työkaluilla Pyöristää suurissa aukoissa < 0,20 mm. Ei paranna tilannetta Vaikea suorittaa Ei poistettu, tai manuaalisesti irtoava pois Ei poistettu Pyöristetty < 0,2 mm. Ei poistettu Ei poistettu Pyöristetty Pyöristetty Geometrisista toleransseista: Geometriset toleranssit vain toiminnallisiin ja kriittisiin kohteisiin. Tasomaisuusvaatimukset Tarpeettoman tiukat vaatimukset aiheuttavat turhaa oikaisua tai jopa turhia koneistusvaiheita Jäykkää kappaletta ei ole!!! Todentaminen asennettuna Sijaintitoleranssi Mitoitus irtoaa usein toleroinnista >> koneistus Esim. keernareikien sijainnit toisiinsa nähden Mitoituksen aloitus! Menorajaperiaate!

10 Geometrisista toleransseista. Tasomaisuustoleransssi painevalu. Mittatoleransseista: Mittatoleranssit Kpl 3-D fileen, toleranssit 2-D kuvasta Muotin rakenne. Valukierto Lämpötilan hallinta Muotin puhdistus Todella kriittiset mitat pitäisi saada syntymään yhdestä muotin osasta Liikkuvat muotin osat (luistit) Jakotason yli menevät mitat Koneistuksen pitäisi olla viimeinen keino

11 Valutoleranssinormeista: SFS-ISO Toilettipaperin arvo kestomuottivalua ajatellen Kuitenkin Suomessa voimassa oleva normi ISO Ei koske kestomuottivalua. Edelleen toilettipaperia Ei voimassa Suomessa pr EN ISO 8062, oct auki vielä Jo käyttökelpoinen. Ottaa kantaa geometrisiin toleransseihin, työvaroihin yms. NADCA Product spesifications. Toistaiseksi ehdottomasti paras (hyvä) painevalua ajatellen Suunnittelun suuntaviivoja. Mittatoleransseista painevalu.

12 Suunnittelun suuntaviivoja. Mittatoleransseista painevalu. Suunnittelun suuntaviivoja. Mittatoleransseista painevalu.

13 Päästökulmat painevalu. Sisäiset virheet, huokoisuus Huokosettomuus on, jos ei mahdotonta, niin ainakin hyvin kallista saavuttaa Vaatimukset huokoisuuden tasolle vaikeaa määrittää. Vaatii hyvää prosessituntemusta ja ehdottomasti konsultaatiota valimon kanssa Konstruktiolla ratkaiseva merkitys imuhuokoisuuden syntyyn. ASTM E155 (8 luokkaa), E505 (4 luokkaa), ISO9915 Läpivalaisu kallis menetelmä Tarvittaessa järkevää määrittää koneistetuille pinnoille erikseen vaatimukset (tiivistepinnat, kierteet...)

14 Sisäiset virheet, huokoisuus Esimerkki Volvon normista Summa summarum. Mietitään ja määritetään selkeästi yhdessä laatuvaatimukset; tarvitaanko extra priimaa, jos normaalikin käy. Ja jos extra priimaa tarvitaan, pohditaan, kuinka se on edullisimmin tehtävissä. Takuuvarmasti tuotekustannukset saadaan optimoitua pienellä vaivannäöllä.