22. Valu- ja kanavistonäkökohtia

Transkriptio

1 22. Valu- ja kanavistonäkökohtia Pekka Niemi Tampereen ammattiopisto Valamisen onnistumiseen vaikuttaa paljon eri osa-alueita. Näistä voidaan nostaa joitakin määrääviksi tekijöiksi. Nämä voidaan esim. kiteyttää ja tarkastella kymmenellä käskyllä. Englantilainen valimoasiantuntija John Cambell kiteyttää nämä sekä muutamia näkökohtia täyttöjärjestelmästä seuraavasti: Valamisen kymmenen käskyä: 1. Tuota hyvänlaatuista sulaa. 2. Vältä sularintamavikoja. 3. Vältä sularintaman pysähtymistä. 4. Vältä kuplavikoja. 5. Vältä keernan puhalluksia. 6. Vältä imuvikoja. 7. Vältä konvektiovikoja (Konvektio = lämmön siirtoa kaasussa tai nesteessä lämmön aiheuttamien virtausten mukana) 8. Suunnittele suotautumien jakautuminen. 9. Ohjaa jäännösjännityksiä. 10. Määritä lähtö- ja kiinnityskohdat. Täyttöjärjestelmän suunnittelussa on oleellista ja huomioitava: täyttöjärjestelmän on oltava täynnä mukaan ei saa päästä suuria määriä ilmaa metalli ei saa roiskua ja näin aiheuttaa eroosioita valukanaviston kuristus ei saa olla vain tietyissä kohdin (esim. kaatokanavan alapäästä tai sisäänmenojen kohdalta) vaan kaatoaltaasta lähtien kokonaisvaltaisesti = tasapainotettu järjestelmä Pekka Niemi Valu- ja kanavistonäkökohtia - 1

2 Kaatoallas ja kanava metallin nopeus kasvaa jo matkalla valusenkasta kaatoaltaseen eli n. 20 cm:n pudotuksessa 2m/s nokkasenkaa ja pohjasenkkaa käytettäessä se on vielä suurempi kaada mieluummin kaatoaltaaseen, josta sula siirtyy padon yli kaatokanavaan pohjasenkkaa käytettäessä on hyvä käyttää stopparia (estää metallin valumisen kaatokanavaan ennen altaan täyttymistä) kaatokanavan yläpoikkipinnan kasvattaminen kaatonopeuden lisääntymisen uhallakin parantaa virtausta kaatokanavan alapään syvennys ei paranna hallitsemattomien virtausten estämistä. suodatin kaatokanavan alapäässä estää kuonan ja epäpuhtauksien menon muottiin toimii tehokkaasti virtausnopeuden hidastimena. Kuva 139. Sulan siirtyminen padon yli kaatokanavaan Kuva 140. Sula putoaa pohjan laajennokseen jossa pyörteisyys tasaantuu Kuva 141. Kanavistoon sijoitettu suodatin Jakokanava jotta keskenään samankokoiset valukanavat toimisivat tehokkaasti jakokanava muotoiltava loppuaan kohti suippenevaksi vaihtoehtoisesti jakokanavan poikkileikkausta kasvattaa kaatokanavan suuntaan jos jakokanavan poikkileikkaus on pituudeltaan sama Pekka Niemi Valu- ja kanavistonäkökohtia - 2

3 Valukanavat suositeltavaa on, että valukanavan paksuus on puolet valoksen seinämän paksuudesta jos valukanava on yhtä paksu kuin seinämäkin valokseen asti jatkuva imuontelo jos valukanava on selvästi ohuempi kuin seinämä jähmettyy sisäänmeno ensimmäisenä ja toimii jäähdytysripana, jolloin se siirtää loppusulan aluetta etäämmälle risteyksestä valitsemalla ohuet valukanavat voidaan vaikuttaa jähmettymisjärjestykseen (erityisesti alumiinilla). Valukanavien paksuus valoksen seinämän vahvuudesta: Kuva 142. Valukanavien paksuus 1. jos sisäänmeno yhtä paksu kuin seinämä 2. suositeltava sisäänmeno eli puolet valoksen seinämän vahvuudesta 3. jos sisäänmeno selvästi ohuempi, jäähtyy sisäänmeno ensimmäisenä eli on jäähdytysripa Erilaisilla metalleilla on huomioitava erityyppisiä näkökohtia syöttöjärjestelmässä. Seuraavassa englantilaisen valimoasiantuntijan R.D. Forrestin näkökohtia pallografiittivalun syöttöjärjestelmän suunnitteluun lyhyesti. Syöttöjärjestelmän suunnittelu (pallografiittivaluissa): Syöttöjärjestelmä on suunniteltava ennen kuin täyttöjärjestelmä voidaan laskea. Pääosat ovat: syöttökuvut, jotka ovat umpikupuja eli yläpäät suljettu syöttökuvun kaula mahdollisimman lyhyt sisäänmenot ohuita ja leveitä nopeaa jähmettymistä varten kaasunpoistoreiät, edistävät nopeaa täyttymistä Pekka Niemi Valu- ja kanavistonäkökohtia - 3

4 Syöttöjärjestelmän päämäärät ovat: valukappaleet, joissa ei ole imuvikoja: taloudellinen tuotanto maksimoitu valun saanto. Syötön yksityiskohtaiset suunnittelun perusteet: määritettävä valukappaleen määräävä moduuli (Ms) arvosteltava muotin ja raudan laatu ja valittava sitten sopiva syöttötapa määritettävä sulan siirtomoduuli (syöttökuvun kaulan moduuli Mn) ja syöttökupujen määrä valittava syöttökupujen tyyppi ja laskettava niiden mitat (Mr) valittava syöttökuvun kaulan tyyppi ja laskettava mitat tarkistettava syöttökuvun kaulan riittävyys valukappaleen tarpeisiin valittava valulämpötila valitun syöttötavan perusteella. Moduulin käyttö Moduuli = Tilavuus / tehollinen jäähdytyspinta-ala Mutkikkaissa kappaleissa pitäisi kappale jakaa yksinkertaisiksi muodoiksi ja määrittää yksinkertaisten muotojen moduulit. Syöttötavan valinta: heikko muotti: tuorehiekka, kuorimuotti, tiivistämätön kemiallisesti sidottu hiekka luja muotti: hyvin tiivistetty kemiallisesti sidottu hiekka, sementtihiekka, kuiva hiekka. Muotin lujuuden perusteella voidaan jakaa syöttömenetelmä: paineohjattu syöttö tai pullo-ohjattu syöttö suoratoiminen syöttö syöttökuvuton syöttö. Paineohjattu syöttö: useimmat tuorehiekan ja kuorimuottihiekkaan valetut kappaleet tulisi syöttää tällä menetelmällä pyrkimyksenä ohjata jäähtymisen ja jähmettymisen aikana syntynyt paine pysymään minimipaineen ja muotin paisumiseen johtavan maksimipaineen välillä Pekka Niemi Valu- ja kanavistonäkökohtia - 4

5 Paineohjatun syötön periaate: kun valu päättyy, sula kutistuu syöttökupu korvaa sulakutistuman kun laajeneminen alkaa, vältetään muotin muodon muutos valukappaleen paineellisen sulan vaikutuksesta, jolloin tapahtuu takaisinsyöttö syöttökuvun jähmettyessä uudelleen ihannetapauksessa syöttökuvun tulisi täyttyä uudelleen juuri ennen kuin laajeneminen päättyy syntynyt paine estää sekundääri-imuvikoja Pullosyöttökupu: on tärkeää, että syöttökupuun muodostuu nopeasti ensi-imuontelo niin, että kupu voi syöttää sulaa metallia valukappaleeseen tavanomainen kupu ei takaa aina tätä ominaisuutta pullosyöttökuvussa on niin pieni pinta-ala, että se alkaa imeä hyvin nopeasti kupujen oltava normaaleja kupuja korkeampia korkeuden suhde halkaisijaan riippuu metallista, mutta n. 4 % kupu ei ole niin riippuvainen lämpötilasta kuin tavallinen kupu. Pullosyöttökuvun koko lasketaan valukappaleen määräävästä moduulista ja valukappaleen massasta, joka määrää tarvittavan syöttömetallin määrän. Joskus voidaan haluta tai tarvita valaa syöttökuvuttomalla järjestelmällä. Syöttökuvuton järjestelmä: Periaatteet: vala melko alhaisella raudan lämpötilalla välttääksesi sulakutistumaa anna kaiken laajentumispaineen raudan jäähtymisen ja jähmettymisen aikana kohdistua muottiin. Vaadittavat tuotanto-olosuhteet syöttökuvuttomalle järjestelmälle: sulan raudan oltava erittäin korkealaatuista käytettävien muottien pitää olla hyvin jäykkiä tuore- ja kuorimuotit eivät ole riittävän lujia kemiallisesti kovettuvissa hiekoissa hiekka tiivistetään mekaanisesti Pekka Niemi Valu- ja kanavistonäkökohtia - 5

6 valukappaleen määräävän moduulin tulee olla vähintään 25 cm valu on suoritettava lämpötila-alueella C valun tapahduttava nopeasti kaasunpoiston muotista pitää olla hyvä. Suoratoiminen syöttöjärjestelmä, periaatteet: käytä syöttökupua tai täyttöjärjestelmää sulakutistuman korvaamiseen anna kaiken laajentumispaineen raudan jäähtymisen ja jähmettymisen aikana kohdistua muottiin koska järjestelmä korvaa sulakutistuman, voidaan tuottaa korkeammissa lämpötiloissa valettavia ohuempia seinämiä kuin syöttökuvuttomassa järjestelmässä. Vaadittavat tuotanto-olosuhteet suoratoimiselle syöttöjärjestelmälle: raudan valulämpötila ei saa vaihdella enempää kuin 14 C jos määräävä moduuli on enemmän kuin 4 mm tarvitaan jäykkä muotti jos määräävä moduuli on alle 4 mm voidaan käyttää sitä myös heikoilla muoteilla. Täyttöjärjestelmään kuuluu tai siihen voidaan liittää myös sulapuhtautta parantavaa tekniikkaa. Näitä on esitetty Muotinvalmistustekniikka-kirjassa. Seuraavassa kuitenkin suodattimen käytöstä englantilaisen valimoasiantuntijan Ken Taylorin esittelemiä näkemyksiä. Suurin syy suodattimien käyttöön valettaessa on valutuotteiden laatuvaatimusten kasvaminen mittatarkkuus ja valun puhtaus koneistustarpeen väheneminen materiaaliominaisuuksien paraneminen voidaan valaa ohuempia seinävahvuuksia valukomponentin paino vähenee. Suodattimien käyttö on mahdollistanut kustannustehokkuuden parantamisen susiprosentin pienentyessä ja saannon parantuessa. Myös itse valutekniikan kehittyminen on pakottanut keksimään uusia ratkaisuja, esim. virtausnopeuden hidastamistarpeet on pitänyt täyttää Pekka Niemi Valu- ja kanavistonäkökohtia - 6

7 Yleisimmät suodatintyypit (valmistustavan mukaan): puristetut ja pursotetut sula menee yhdensuuntaisten reikien läpi sulan virtausnopeus ei muutu vaahtosuodattimet suodatus tapahtuu koko suodattimen matkalla tehollinen pinta-ala suurempi Pekka Niemi Valu- ja kanavistonäkökohtia - 7