Kuva 302. Kuva 303. Kuva 304

Transkriptio

1 29. Valamistavat Raimo Keskinen, Pekka Niemi Tampereen ammattiopisto Valukappale voidaan valaa useammalla eri tavalla sen muodoista ja vaatimuksista riippuen. Päältävalussa käytetään yläkanavia (kuva 302). Niiden etuna on kuumimman metallin sijoittuminen yläosassa sijaitseviin syöttökupuihin. Kuva 302 Haittapuolena on putoavan metallin kuluttava vaikutus sekä voimakas pyörteiden muodostus, joka hapettaa metallia. Usein aloitetaankin valu alakanavan kautta (kuva 303) ja lopussa metalli kaadetaan avosyöttökupuihin, jolloin putoavan metallin haittavaikutukset poistuvat ja kuumin metalli sijoittuu syöttökupuihin. Kuva 303 Nousevassa valussa käytetään alakanavia (kuva 303). Etuna on muotin täyttyminen rauhallisesti. Hiekkahuuhtoutumien vaara on pieni ja metallin hapettuminen vähäistä. Alakanavan haittana on kuumimman metallin sijoittuminen valukappaleen alapäähän, jolloin suunnattu jähmettyminen saattaa häiriytyä. Kuva 304 Käyttämällä porras- ja solukanavia saadaan päältävalun ja nouseva valun hyvät ominaisuudet yhdistettyä (kuva 304). Porraskanavat yhtyvät kappaleeseen useammalta eri korkeudelta. Solakanavat ovat pystysuoria litteitä kanavia, jotka yhtyvät kappaleeseen sen koko korkeudelta. Näitä kanavatyyppejä käytetään etenkin kevytmetalleita valettaessa. Kuvassa 306 oleva teräsvalukappale kaavataan makuuasennossa ja muotti nostetaan valun ajaksi pystyyn Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut

2 Kanavisto on tehty siten, että muotin täyttyminen alkaa alhaaltapäin, ja noustuaan tietylle korkeudelle metallin pinta alkaa virrata ylhäältä olevaan syöttökupuun, johon viimeksi tuleva kuumin metalli saadaan näin kohdistettua. Alas johtavan kanavan tulee olla riittävän avara, ettei metallia pääse läikkymään enne aikojaan syöttökupuun. Levymäiset kappaleet valetaan usein vinossa asennossa (kuva 306). Metallin nousunopeus muotissa muodostuu tällöin suuremmaksi ja sen jäähtyvä pinta-ala pienemmäksi (kuva 307). Lisäksi kuona ja kaasukuplat saadaan yhteen kohtaan. Kuva 305. Miksi kuvan valukappale valetaan pystyasennossa? Vinoon asentoon asetetun muotin pohja on tuettava hyvin metallin pohjapainetta vastaan. Suuremmat muotit asennetaan aina kaavauskehyksiin kiilatun teräspohjan päälle. Kuva 306 Vaakasuorassa pinnassa metalli nousee hitaasti ja säteilee laajalle alueelle. Vinossa pinnassa nousunopeus kasvaa ja säteily kohdistuu pienelle alueelle. Kuva 307 Edellä esitetyn vuoksi pyritään valukappaleissa välttämään suuria vaakasuoria pintoja siten, että ne suunnitellaan vinoiksi aina, kun se on mahdollista (kuva 308). Kuva 308. Valetun hihnapyörän vaakasuorat pinnat on korvattu vinoilla pinnoilla Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut

3 30. Suurten valumuottien valmistus Raimo Keskinen, Pekka Niemi Tampereen ammattiopisto Suurten valukappaleiden muotit, jotka eivät mahdu kaavauskehyksissä kaavattaviksi, tehdään lattia- eli permantokaavauksena valimon lattiassa olevaan valukuoppaan. Kaavaus voi tapahtua irtomallilla, mallineella tai kokoamalla muotti kokonaan keernoista. Toistuvissa töissä tehdään usein valukappaleen päämittoja mukaileva kestomuotti betonista tai tiilistä. Varsinainen muotti valmistetaan sullomalla kaavaushiekka mallin ja kestomuoti väliin tai kokoamalla se keernoista. Eräitä permantokaavauskappaleita, joita tehdään useimmissa suomalaisissa rautavalimoissa, ovat paperikoneiden kuivaussylinterit. Suurimmat niistä ovat yli 10 metrin pituisia ja yli 30 tonnin painoisia. Kaavaus tapahtuu pystyasennossa syvissä valukuopissa. Kuva kaavauskehysyhdistelmä 2. tiilimuuraus 3. hartsihiekkakerros 4. valumalli 5. muotin ohjaus-ura Kuva 310 esittää erästä kuivaussylinterin muotin valmistustapaa. Pyöreistä kaavauskehyksistä tehty sylinterin korkuinen kestomuotti, joka on vuorattu tiilillä, sijoitetaan valukuopassa olevan kaavauspohjan päälle. Valuraudasta valmistettu putkimainen valumalli, jonka kaavauspohjassa oleva ohjauspohja keskittää oikealle kohdalle, lasketaan kestomuotin sisään. Esimerkiksi 10 metriä korkeassa mallissa on hellitystä vain 4 mm kummallakin puolella. Tiilivuorauksen ja mallin väliin lasketaan syöttösekoittimesta hartsihiekkaa, jota tiivistetään malliin asetetuilla täristimillä. Kun hiekka on kovettunut riittävästi, malli nostetaan ylös ja muotti viimeistellään, peitostetaan ja kuivataan. Keerna valmistetaan suuressa jaetussa keernalaatikossa (kuva 311). Kuva 311. Keernalaatikko valmiina täyttöä varten Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut

4 Kuva 312. Valmiita keernoja Kuva 313. Kuvissa sylinterin keernojen kasausta kokonaiseksi keernaksi Laatikko nostetaan valukuopassa olevan valurautaisen pohjan päälle ja keskitetään siihen. Keernan keventämiseksi asetetaan laatikon sisään rei itetty kevennysputki. Laatikko täytetään syöttösekoittimella pudottamalla hiekkaa laatikon ja kevennysputken väliin samanaikaisesti laatikkoa täristäen. Kun hiekka on kovettunut, avataan keernalaatikko ja sen puolikkaat nostetaan pois, keerna viimeistellään ja peitostetaan. Tämän jälkeen valmis muotti nostetaan keernan ympärille ja keskitetään valupohjalle. Yläpäästään keerna kiinnitetään tukevalla pulttikiinnityksellä muottiin metallin nostovoimaa vastaan. Muotin päälle sijoitetaan kaatoallas, josta metalli putoaa useamman reiän kautta muotin pohjalle, joka on tehty tiilistä hiekan huuhtoutumisen estämiseksi Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut

5 Kuva 315. Kuivaussylinterin valu Kuva yläkaulan irto-osa 2. jaettu keernalaatikko 3. hartsihiekkakerros 4. kevennysputki 5. alakaulan irto-osa 6. valupohja 7. pohjatiilet Esimerkkinä suuren valuteräskappaleen muotinvalmistuksesta otamme kuonapadan muotin. Kuonapata on noin 20 tonnia painava toistuvasti valmistettava astia, jota mm. masuunilaitokset käyttävät sulan kuonan poiskuljettamiseen. Kuonapadan on oltava lujarakenteinen, varsinkin nostotappien ympäristöineen on oltava tiivistä valua. Kuva 317 esittää kuonapadan valumallia. Se on jaettu kolmeen osaan, jotta sisäosan täyttäminen kaavaushiekalla olisi mahdollista. Mallin sisään asetetaan kaavaushiekan säästämiseksi täytteeksi betonimöhkäle. Kuva 316. Kuonapata Nostotappien ympäristö ripoineen tehdään keernalla. Valmiiksi sorvattu teräksinen tappi on laitettu osittain keernan sisään, joten se kiinnittyy valukappaleeseen liitosvaluna. Nostotapit toimivat myös jäähdytyskappaleina tehden ympäristönsä valukappaleessa tiiviiksi Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut

6 Sisäosa muodostuu ylöspäin suuntautuvasta polvanasta. Se täytetään syöttösekoittimella pudottamalla hartsihiekkaa mallin ja betonitäytteen väliin. Hiekka tiivistetään täristämällä. Kun hiekka on noussut mallin ensimmäiseen jakokohtaan, nostetaan yläosa paikoilleen ja jatketaan täyttöä. Ylin kohta muotoillaan vetolaudalla, minkä jälkeen malli suljetaan ylimmällä mallin osalla. Yläosa kaavataan kehysyhdistelmään. Koska yläosasta muodostuu painava ja myös korkea, ei sitä käännetä, vaan viimeistely ja peitostus tapahtuu pukkien päällä. Kuva 317. Kuonapadan valumalli 1. ylin malliin osa 2. syöttökuvut 3. vetolauta 4. muotin vahvikkeet 5. betonitäyte 6. keernat, joiden sisällä on nostotappi Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut

7 31. Muotin peitostaminen Raimo Keskinen, Pekka Niemi Tampereen ammattiopisto Peitosteet ovat yleensä nestemäiseen väliaineeseen sekoitettuja tulenkestäviä jauheita, joilla muotin tai keernan pinta viimeistellään. Niitä käytetään silloin, kun pelkkä hiekkapinta ei anna riittävän hyvää pintaa valukappaleille. Peitosteet täyttävät hiekkarakeiden väliset huokoset ja muodostavat hienojakoisen tulenkestävän suojan hiekan ja sulan metallin väliin estäen metallin hiekkaan tunkeutumisen eli penetraation. Kuva 320 Nestemäisenä väliaineena voi olla vesi tai yleisemmin alkoholi. Hienojakoisia jauheita eli kuivapeitosteita käytetään nykyisin harvoin niiden huonohkon pysyvyyden vuoksi. Vesipeitosteet on kuivattava erittäin huolellisesti ennen valua, vrt. liian kostean hiekan aiheuttamat valuviat. Sprii- eli polttopeitoste sytytetään heti sen levittämisen jälkeen palamaan, ettei se imeytyisi syvälle hiekkaan ja aiheuttaisi myöhemmin valuvikoja. Kuva 321. Peitostekerros on sytytetty palamaan Tulenkestävinä aineina peitosteissa voi olla esim. zirkoni, grafiitti, kvartsi tai kromi. Sideaineena voi olla esimerkiksi bentoniitti. Peitostusta voidaan verrata maalaamiseen. Siveltimellä levittäminen on siinäkin vanhin ja yksinkertaisin tapa. Ruiskuttamisessa käytetään paineilmaruiskua. Peitosteen on ruiskutuksessa oltava ohuempaa kuin sivellintä käytettäessä. Kuva Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut

8 Yhä enemmän on lisätty valutuspeitostusmenetelmää. Siinä muotinpuolikas nostetaan joko pystyyn tai vinoon asentoon ja peitostetta valutetaan suuttimen avulla muotin pintaa pitkin. Peitostaminen tapahtuu matalan säiliön päällä, johon ylimääräinen peitoste valuu ja josta se pumpataan edelleen kiertoon. Muotin syvennyksiin valuva ylimääräinen peitoste on poistettava. Menetelmä on nopea, ja sillä saa tasaisen peitostepinnan muottiin. Kuva 323. Muotin valutuspeitostaminen Peitosteet pyritään nykyisin valmistamaan väriltään vaaleaksi. Vaalea peitoste heijastaa pinnastaan sulan metallin säteilemää lämpöä takaisin. Tästä syystä esimerkiksi zirkoni, joka on väriltään vaalea peitosaine, ei kuumene yhtä paljon kuin kromiitti, joka on mustaa (kuva 322). Vaalean peitosteen eduksi voidaan lukea myös, että sen pinnalta näkyvät mahdolliset viat sekä poistettava irtohiekka selvemmin. Peitosteista on enemmän kirjassa Kaavausaineet Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut

9 32. Konekaavaus Raimo Keskinen, Pekka Niemi Tampereen ammattiopisto Valimoteollisuuden alkuaikoina tehtiin kaikki kaavaustyö käsityönä. Nykyisin käsikaavausta käytetään vain silloin, kun muotit ovat niin suuria, että niiden koneellinen kaavaus on mahdotonta tai valmistettavan kappalemäärän pienuus tekee konekaavausmallien valmistuksen kannattamattomaksi. Kuva 324. Täristämällä saadaan muotin alapinta tiiviiksi Konekaavauksella saavutetaan huomattavia etuja käsinkaavaukseen nähden. Tuotanto saadaan moninkertaistumaan työntekijää kohden ja myös valukappaleen pinnanlaatu sekä mittatarkkuus paremmaksi kuin käsin kaavattaessa, vrt. luku Valumallin valmistuksessa huomioon otettavia seikkoja. Kuva 325. Puristamalla saadaan muotin yläpinta tiiviiksi. Hiekan sisäinen kitka vaimentaa puristusvaikutusta alaspäin mentäessä. Kaavausta varten mallit kiinnitetään laattoihin, jotka kiinnitetään kaavauskoneen pöytään. Paineilmalla toimivia täristys-puristuskoneita käytetään tuorehiekkamuottien valmistukseen. Niissä hiekan sulloutuminen tapahtuu kahdessa vaiheessa. Täristyksellä saatetaan malli sekä hiekalla täytetty kehys nopeaan edestakaiseen liikkeeseen, joka tiivistää muotin alapinnan, mutta ei yläpintaa. Vain hiekan alimmat kerrokset tiivistyvät mallia ja mallilaattaa vasten. Muotin yläpinta tiivistetään puristamalla se puristuslevyä vasten. Täristys- ja puristustyövaiheet voivat tapahtua joko eri aikaan tai samanaikaisesti. Kun sullonta on tapahtunut, irrottaa kone mallin hiekasta samanaikaisesti täristäen. Koska täristysvaihe aiheuttaa meluhaittoja, sen osuutta on pyritty vähentämään iskunvaimennusmännällä (ks. kuva 326), jonka tehtävänä on estää värähdysten leviäminen ympäristöön Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut

10 Täristyskoneiden käyttö on meluhaittojen vuoksi huomattavasti vähentynyt. Suurpainekaavauskoneissa on puristusvoima niin suuri, että täristystä ei tarvita. Paine saadaan aikaan yleensä hydraulisesti, ja se vaihtelee välillä bar. Suurpainekaavauskoneiden kaavauskehykset valmistetaan erikoisen lujiksi seinämiin kohdistuvan suuren taivutusrasituksen vuoksi. Myös mallivarusteiden pitää olla erikoisen tukevatekoisia. Kuva 326. Iskuvaimennetun täristyspuristuskaavauskoneen periaatteellinen rakenne. Aukon a kautta sisään johdettu ilma saa aikaan täristyksen ja aukon c kautta virtaava ilma puristuksen. Hiekan kosteuden pitäisi olla mahdollisimman pieni (2,5 3 %), jotta sen juoksevuus olisi hyvä ja jotta muotti saisi tasaisen kovuuden. Kääntökaavauskoneet kääntävät muotinpuolikkaan valmiiksi kuljetus- ja käsittelyasentoon. Koneen puristus- ja täristyssylinterit sisältävä runko-osa pyörähtää 180 ja palaa irrotuksen jälkeen takaisin kaavausasentoon. Kuva 327. Täristävä ja puristava kääntökaavauskone Kääntökaavauskoneet soveltuvat hyvin sellaisten muotinpuolikkaiden kaavaukseen, joissa esiintyy korkeita riippuvia polvanoita tai jotka muuten on vaikea irrottaa ehjinä mallistaan. Monimäntäkoneissa puristaminen tapahtuu usean erillisen hydraulisesti tai pneumaattisesti toimivan männän avulla. Männät, joihin on kiinnitetty puristuslevyt, puristavat muotin jokaista kohtaa samalla puristusvoimalla. Näin saadaan riittävä kovuus myös muotin alapintaan. Kuva 328. Monimäntäkaavauskoneen toimintaperiaate Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut

11 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut

12 Kumikalvo- eli membraanikaavauskoneissa malli painetaan muottihiekkaan, joka on kehyksissä kahden kumipeitteen päällä. Ylempi kumeista on ohut ja tiheä ja alempi paksumpi mutta ilmaa läpäisevä. Alhaaltapäin puhallettavan ilmanpaineen avulla painetaan hiekka mallia vasten siten, että se vastaa mallin muotoja. Hiekan on oltava hyvin juoksevaa. Menetelmän oleellisin etu on, että sen avulla voidaan säästää muottihiekkaa varsinkin silloin, kun mallissa on korkeita kohtia. Kuva 329. Kumikalvokaavauksen periaate: a) ohut kalvo b) paksu kalvo Puhalluspuristusaavauskoneissa hiekka puhalletaan paineilman avulla mallia vasten, minkä jälkeen puristus tapahtuu. Tähän ryhmään kuuluvassa, myös Suomessa käytössä olevassa Disamatic-koneessa ei käytetä lainkaan kaavauskehyksiä, vaan hiekka puhalletaan koneen muottikammioon, jossa siitä puristetaan muotinpuolikas eli pulla. Kuva 330. Disamatic-koneessa hiekka puhalletaan muottikammioon ja tiivistetään puristamalla. Menetelmä sopii parhaiten keernattomien muottien valmistukseen. Kaavausnopeus on jopa 360 pullaa tunnissa. Kuva 331. Muottikammion vasemman puoleinen seinä irrotetaan täristäen ja puristussylinteri työntää muottipuoliskon radalle. Myös Suomessa käytössä olevassa seiatsu-menetelmän kaavauskoneessa hiekka puhalletaan muottiin paineilmaiskun avulla. Iskun jälkeen varmistetaan hiekan riittävä sulloutuminen Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut

13 jälkipuristuksen avulla (kuva 336). Menetelmässä käytetään kaavauskehyksiä, jotka liikkuvat rullaradoilla. Muottien jakopinta on vaakasuora. Kuva 332. Componenta Pietarsaaren Disa-kaavauslinjan prosessikuvaus Kuva 333. Pullamuotti ennen keernotusta Kuva 334. Pullamuotti keernotuksen jälkeen Kuva 335. Muotinpuolikas irrotetaan muottikammiosta ja työnnetään valuraudalle. Jakopinta muodostuu pystysuoraksi Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut

14 Seiatsu-menetelmällä saadaan tasaisempi ja kovempi muotti kuin tavallisilla täristyspuristuskoneilla. Mallien hellitykset voivat olla pienemmät kuin tavallisissa kaavauskoneissa, jopa 0,5. Menetelmä soveltuu tästä syystä esim. korkeille työstettäville valukappaleille, koska pienet hellitykset pienentävät niiden työstökustannuksia. Kuva 336. Seiatsu-menetelmän periaate: a) alkuasento b) kehyksen täyttö hiekalla c) hiekan tiivistäminen paineilmahiekalla d) hiekan jälkipuristus Kuva 335. Seiatsu-menetelmän mallilaatta Vacupress-kaavauskoneessa kehyksen täyttö hiekalla tapahtuu sinne imetyn alipaineen avulla. Mallilaatta kehyksineen painetaan tiiviisti yläpuolella olevan hiekkasäiliön pohjaa vasten ja kehykseen imetään alipaine (kuva 336) Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut

15 Kun hiekkasäiliön pohjaluukut avataan, syöksyy hiekka kehyksessä olevaan tyhjiöön ja tiivistyy mallin ympärille. Tämän jälkeen hiekka tiivistetään monimäntäpuristimen avulla. Kuva 336. Vacupres-työkierto: A. kone perusasennossa B. tyhjä kaavauskehys mallin vastaanottoasemassa C. malli- ja kehys täyttöasennossa, alipaineimu, hiekka virtaa kehykseen D. kaavauskehys täyttynyt ja laskeutunut alas, puristuspää valmiina siirtymään työasentoon E. puristuspää tiivistää hiekan, hiekkasäiliö täyttyy F. malli ala-asentoon, työkierto päättynyt Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut

16 KERTAUSTEHTÄVIÄ Mitä etuja saavutetaan laittamalla muotti valun ajaksi vinoon asentoon? Mitä etuja saavutetaan vaalean värisellä peitosteella? Selitä täristyksen ja puristuksen vaikutus konekaavauksessa. Miksi suurpainekaavauskoneissa käytetään yleensä pienempää hiekan kosteusprosenttia kuin muissa kaavauskoneissa? Selitä membraanikaavauksen periaate. Millaisten valukappaleiden muoteille Seiatsu menetelmä erikoisesti soveltuu? Mistä syystä hiekkasinkojen käyttö on vähentymässä? Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut