7. Valukappaleiden suunnittelu keernojen käytön kannalta

Transkriptio

1 7. Valukappaleiden suunnittelu keernojen käytön kannalta Pekka Niemi Tampereen ammattiopisto Keernoja käytetään valukappaleen muotojen aikaansaamiseksi sekä massakeskittymien poistoon. Kuva 23 A D. Ainekeskittymän poistolla parannettu tiiviyttä valukappaleessa. Vaihtoehto C D. Ainekeskittymä. Vaihtoehto A B. Ainekeskittymä vähennetty reiän avulla Kuva 24. Keernan muodostuminen useammasta keernasta Keerna voi muodostua useammasta keernasta. Tällöin on huomioitava keernan yhteen liittäminen ja tukeminen. Mahdollisesti tästä seuraa, että valukappaleen rakennetta joudutaan muuttamaan tekemällä esim. yksi aukko kappaleeseen, kuten kuvan 24 hyvässä ratkaisussa Pekka Niemi Valukappaleiden suunnittelu keernojen käytön kannalta - 1

2 Keernaan voidaan liittää keernoja, mikä on parempi tapa kuin esim. yhden pienen keernan läpivieminen isosta keernasta, kuten kuvan 24 huonossa ratkaisussa. On parempi käyttää ratkaisua, jossa liitetään isoon keernaan useampi erillinen kiinni. Kuvan 24 painevalumuotissa tämä on entistä tärkeämpää, koska keernojen irtiveto on aina vaikea ratkaisu. 7.1 Valukappaleiden suunnittelu keernan valmistuksen kannalta Valukappaleen muotoa joudutaan usein muuttamaan jonkun työvaiheen, täyttymisen, tiiviyden ym. seikkojen vuoksi. Aina kuitenkaan ei voida näin toimia. Tällöin voidaan käyttää keernoja muotoilun apuna. Keernojen käyttämisessä on kuitenkin huomioitava joitakin seikkoja: mikäli mahdollista, vältä keernojen käyttöä vältä vastapäästöjä myös valukappaleen sisäpuolella suunnittele keernat käsittelyä kestäväksi vältä keernoissa teräviä kärkiä ja käytä mahdollisimman pyöreitä muotoja suunnittele valukappaleeseen riittävän monta reikää keernaohjausta ja muottiin kiinnittämistä varten tutki, voidaanko kappale valmistaa helpommin tai halvemmalla jakamalla se osiin. Kuten malli on mahdollista jakaa osiin, on keernalaatikkokin mahdollista jakaa osiin. Keernalaatikko voidaan jakaa useaan osaan, jolloin jokainen saa oman päästösuuntansa. Aina on kuitenkin edullista, jos keernalaatikko voidaan tehdä kokonaiseksi tai kaksiosaiseksi. Useampiosaiset keernalaatikot ovat kalliimpia valmistaa ja käyttää. Lisäksi niiden mittatarkkuus on huonompi. Tavoitteena on valmistaa keerna mahdollisimman yksinkertaiseksi. Kuitenkin keerna, jonka avulla muodostetaan vaikeita muotoja, voi tarvita keernalaatikon jakamista osiin. Tällainen esimerkki keernalaatikon jakamisesta on irtopalojen käyttö. Kuvan 25 A keernassa on vastapäästö, jolloin keernalaatikkko on varustettava irtopaloilla. Tämä vaikeuttaa keernalaatikon valmistamista sekä itse keernan valmistamista. Kuva 25. Irtopalan käyttö Pekka Niemi Valukappaleiden suunnittelu keernojen käytön kannalta - 2

3 Näiden syistä johtuen on kuvan 25:n B-vaihtoehdossa muotoiltu keernalaatikon sisäpuoli sileäksi, jolloin keernalaatikko tulee yksinkertaisemmaksi ja keernan valmistusaika pienenee. Mikäli irtopaloja ei ole, niin keernalaatikon varastointi helpottuu (ei irtopalojen mukana säilymisongelmia). 7.2 Keernojen osuus valmistuskustannuksista Keernojen käyttö nostaa tavallisesti valmistuskustannuksia, joten suunnittelijan tulisi pyrkiä suunnittelemaan kappale ilman keernoja. Kuitenkin kappaleeseen täytyy pystyä valmistamaan onteloita, vaikeita muotoja jne., joten keernoja on käytettävä. Tällöin keernojen tulisi olla rakenteeltaan yksinkertaisia ja helppoja valmistaa, käsitellä ja asettaa muottiin. Keernojen käytössä kannattaa miettiä erilaisia ratkaisuja (kuva 26). Keernojen valmistamisessa on huomioitava myös niiden valmistamisen helppous tai vaikeus. Usein saman valukappaleen muotojen aikaansaamiseksi tarvitaan useita keernoja, kuten kuvassa 26. Haluttu muoto voidaan myös saada tekemällä keerna useammalla keernan avulla, jotka yhdistetään yhdeksi keernaksi. Kuva 26 A Kuva 26 B Kuvassa 26 A on käytetty kahta keernaa. Kuvan 26 A uloimmalla keernalla muodostetaan valukappaleen ulkopuoli ja sisemmällä keernalla valukappaleen sisäosa. Ratkaisussa A kappaleen sisäosan keerna on syytä pyrkiä tekemään yhdessä osassa, mutta myös se voidaan tehdä kolmessakin osassa (keskikeerna ja molemmat päät erikseen), jos keernakokonaisuus on iso ja vaikea käsitellä. Kuvan 26 ratkaisussa B on käännetty valettava kappale vaakatasoon Pekka Niemi Valukappaleiden suunnittelu keernojen käytön kannalta - 3

4 Kuvan 26 B-ratkaisussa säästytään uloimman osan keernan käytöltä. Sisäosan keernan valmistamiseen sopivat A-vaihtoehtoehtoratkaisut. Tällä tavalla muuttamalla rakennetta voidaan kaavaus suorittaa yhdellä keernalla ja muotti saadaan matalammaksi. Edellä mainittuja vaihtoehtoja suunnitellessa on huomioitava kustannusten kertymä: mitä useampi keernalaatikko, sitä suuremmat laatikon valmistuskustannukset. Keernalaatikkoratkaisun kustannuksia on verrattava kustannuksiin, jotka syntyvät ilman keernaratkaisua (jos vertaaminen on mahdollista). 7.3 Keernojen kiinnitys muottiin Keernalla on oltava riittävän monta ja suurta ohjausta, jotta sen asema muotissa olisi luja ilman erillistä keernatukea (kuva 27). Kuvassa 27 A ja B on kaksi keernaa asetettu päällekkäin muodostamaan valukappaleen sisäosan muodon. Kuvassa 27 A on keernat tuettu paikoilleen keernatukien avulla. Kuvan 27 B- ratkaisussa on käytetty keernaohjausta. Kuva 27. Keernojen aseman varmistaminen Kuvan 27 A-ratkaisussa käytettyjä keernatukia voidaan joutua käyttämään, mikäli valukappaleeseen ei voida suunnitella keernohjausta varten aukkoja. Keernatukien käytössä on joitakin huomioonotettavia seikkoja: asiakas voi vaatia, että niitä ei saa käyttää epäillään että se ei sulaudu valukappaleeseen ja seinämä esim. vuotaa paineen alla koneistettavuusvaatimukset (keernatuesta johtuen esim. kovuusongelma) mittatarkkuusepävarmuus hankala käyttää Pekka Niemi Valukappaleiden suunnittelu keernojen käytön kannalta - 4

5 Kuva 28 A. Keernaohjain vaikealla pyöreällä pinnalla Kuva 28 B. Erimallisia keernatukia Keernatuet ovat joskus hankalampia käyttää ja epävarmempia kuin keernaohjaus. Toisaalta keernaohjaus vaatii melko ison aukon ja joissain tapauksissa myöhemmin aukon sulkemisen esim. tulppaamalla. Kaikki keerna-aukot eivät ole yhtä edullisia valmistuksen kannalta, vaikka niitä halutaankin saada mieluummin mahdollisimman monta. Kuvan 29 ei-toivotuissa aukoissa syntyy muotin kokoonpanovaiheessa tilanne, jossa keerna voi vahingoittaa muotin seinämää ja aiheuttaa esim. muoto-, mitta- ja hiekkavirheen. Kuva 29. Keernaohjauksen muodostamia aukkoja Keernamuotoilussa on otettava huomioon myös valunpuhdistus. Keernahiekan poistaminen valun jälkeen tarvitsee tarpeeksi isot aukot, jotta se ei veisi turhaa aikaa. Tätä asiaa käsitellään luvussa 11 Valukappaleiden suunnittelu puhdistuksen kannalta. Keerna jää usein valukappaleen sisällä sulan ympäröimäksi, jolloin kaasunpoisto keernasta täytyy ohjata pois. Tälle ei aina löydy luonnollista reittiä, jolloin se täytyy pyrkiä järjestämään vaikka muotoilua muuttamalla. Mikäli kaasua ei pystytä järjestämään pois, on suurena vaaran kaasujen ohjautuminen sulaan ja kaasurakkulavirheen aiheuttaminen Pekka Niemi Valukappaleiden suunnittelu keernojen käytön kannalta - 5

6 Kuva 30. Kaasujen poistotapoja keernoista Kappaleessa on oltava riittävästi aukkoja keernaohjauksia varten. Kaasujen poistossa huomioitava (kuva 30): Keerna A: kaasunpoistoaukot puuttuvat. Keerna B: keernaohjaukset liian pienet, ei saa kunnon kaasupoistoa, voi syntyä kaasurakkulavirheitä, keerna ohuen tuen varassa. Keerna C: kaasunpoistoreikä on, kuitenkin joudutaan käyttämään keernatukia. Keerna D: kaasunpoistoreiät; ei tarvitse keernatukia, helpoin tapa poistaa kaasut muotin yläpuoliskon kautta. 7.4 Keernan muotoilu Keernoissa on syytä välttää, kuten kappaleen muotoilussa yleensäkin, teräviä kulmia ja ohuita osia (kuva 31). Muotoile keernat siten, että terävät kärjet, ohuet sekä kapeat muodot muutetaan paksummiksi. Kuva 31. Terävien kärkimuotojen välttäminen keernoissa (myös muotissa) Seuraavalla sivulla olevassa kuvassa 32 A on paksu keerna, jossa ohuet ja kapeat muodot syöttökuvun vieressä (paikka jossa pitää olla viimeiseksi sula) Pekka Niemi Valukappaleiden suunnittelu keernojen käytön kannalta - 6

7 Kuva 32 A. Keernamuotoilussa teräviä kulmia Kuvan 32 keernan muodon muutostarpeen perustelut: sulan aiheuttaman lämmön siirtyminen huonoa, jolloin hiekka voi sintraantua (pureutua) valukappaleeseen kiinni valukappaleessa massakeskittymiä, joista voi seurata imuvaluvirhe kaasunpoistuminen huonoa, jolloin seurauksena kaasurakkulavirheitä. Keernan ohuet kohdat ovat alttiita vaurioitumiselle. Kuva B: + ohut kohta poistettu + kaasunpoisto paremmin johdettavissa - valukappaleessa massakeskittymä. Kuva C: + ohuet kohdat poistettu + kaasunpoisto paremmin johdettavissa + massakeskittymä pienennetty muotoilulla. Kuva 33 B ja C. Keerna on muotoiltu niin, että ohuet kohdat poistettu Pekka Niemi Valukappaleiden suunnittelu keernojen käytön kannalta - 7