Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely. Standardi SFS-EN ISO 8062 osat 1 ja 3. CEN ISO/TS

Transkriptio

1 Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely. Standardi SFS-EN ISO 8062 osat 1 ja 3. CEN ISO/TS Tuula Höök, Valimoinstituutti Johdanto Hiekkavalukappaleet poikkeavat aina jonkin verran suunnitteludokumentaatiossa annetuista mitoista ja muodoista joko a) tarkoituksella tai b) tahattomasti. Tarkoituksellisia mitta- ja muotomuutoksia tehdään valuteknisistä syistä. Niitä ovat 1) hellitysten lisääminen (draft, taper), 2) syöttötäytteiden lisääminen (padding, metal padding) ja 3) terävien ulkoja sisänurkkien pyöristäminen (sisäpuolinen=fillet ja ulkopuolinen=radius). Hellitykset ja syöttötäytteet voivat muuttaa kappaleen ulkomuotoa huomattavasti, mutta muutoksia ei tulkita mitta- ja muotopoikkeamiksi. Ne tulkitaan välttämättömäksi lisämateriaaliksi, joka poistetaan mittatarkastuksen yhteydessä joko laskennallisesti tai tosiasiallisesti. Nurkkien pyöristäminen parantaa hiekkavalun laatua siinä määrin, että ne on useimmiten syytä hyväksyä kohtuullisen kokoisina. Kokoluokasta tulisi sopia yhteisesti valimon ja valun tilaajan välillä. Sallitut arvot merkitään piirustuksiin tai muuhun tilauksen yhteydessä toimitettavaan dokumentaatioon, esimerkiksi standardin SFS-ISO mukaisesti. Kestomuottitekniikan alalle ja muovikappaleiden valmistukseen on kehittynyt toisenlaisia käytäntöjä. Näillä aloilla on tavanomaista, että kappale suunnitellaan lähes valmiiksi jo tilaajan toimesta. Vasta loppuun saakka muotoiltua kappaletta tarjotaan valimoille valmistettavaksi. Kappale on valmiiksi hellitetty ja pyöristetty eikä mittoihin ja muotoihin tehdä enää valimon tai työvälinevalmistajan toimesta muutoksia. Suunnitteluyhteistyö on kuitenkin suotavaa, koska useimmiten tilaaja ei osaa ottaa kaikkia tarpeellisia yksityiskohtia huomioon. Varsinaisia, tietyissä olosuhteissa virheeksi tulkittavia tahattomia mitta- ja muotomuutoksia voi muodostua 1) muotin valmistuksen aikana, 2) valun aikana sekä 3) valumateriaalin kiteytymis- ja kutistumisominaisuuksista johtuen. Mitta- ja muotopoikkeamien suuruus riippuu valumenetelmästä siten, että periaatteessa tarkimpaan lopputulokseen voidaan yltää painevalu- ja tarkkuusvalumenetelmällä sekä muilla metallista muottia hyödyntävillä menetelmillä. Yksittäiskappaleiden käsinkaavaus hiekkaan on menetelmistä epätarkin. Metallisen muotin tuottama hyvä mittatarkkuus perustuu tarkoilla koneistusmenetelmillä valmistettuun ja hyvin mitanpitävään muottiin, joka sulkeutuu täsmällisesti ja on kestävä. Käsin kaavattujen yksittäiskappaleiden epätarkkuus johtuu puolestaan siitä, että lyhyillä sarjoilla ei ennätä kehittää valmistusmenetelmiä ja työkaluja siten, että päästäisiin parhaaseen mahdolliseen lopputulokseen. Epätarkkuutta kertyy muotin kaavauksen ja kokoamisen aikana tapahtuvista poikkeamista, joita ovat esimerkiksi muottipuoliskojen asettuminen toisiinsa nähden väärään kohtaan, epätarkkuus keernojen paikoilleen asettamisessa, puutteellinen sullonta tai mallin irtoaminen vinossa asennossa siten, että muotti vaurioituu. Sarjatuotannossa poikkeamia voidaan järjestelmällisen kehitystyön avulla pyrkiä vähentämään, mutta yksittäiskappaleiden kohdalla lopputulos riippuu huomattavan paljon kaavaustyökalujen suunnittelun ja valmistuksen onnistumisesta sekä työntekijöiden taidosta suorittaa kaavaustyö ja muotin kokoaminen oikein. Kaavausmenetelmästä riippumatta valutapahtuma rasittaa muottihiekkaa. Valumetalli tuo mukanaan lämpökuorman, jonka vaikutuksesta hiekkamuotin osat voivat hajota tai muuttaa muotoaan. Erityisen alttiita muutoksille ovat pitkät ja kapeat muodot, esimerkiksi pitkät keernat. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 1

2 Valmiin valukappaleen tarkkuus riippuu muotin lisäksi monimutkaisella tavalla valumateriaalin kiteytymis- ja kutistumisominaisuuksista. Jos kutistuman eli krympin laskenta onnistuu, pienikokoisen, suhteellisen vapaasti kutistuvan hiekkavalukappaleen mitat tulevat todennäköisesti vastaamaan vaadittuja mittoja hyvin. Suurikokoisen kappaleen mitoille voi odottaa suurempaa epätarkkuutta. Epätarkkuutta muodostuu erityisesti kappaleilla, joiden kutistumista rajoittaa metallinen muottimateriaali tai lämmön vaikutuksesta hajoamaton hiekka sekä kappaleilla, joiden valmistusmateriaali kutistuu hyvin voimakkaasti. Vaikka mittapoikkeamia kertyisi kaikista edellä luetelluista syistä johtuen, valmistunut valukappale voi silti olla vaatimusten mukainen. Jotta mittapoikkeamasta tulee virhe, sen täytyy olla suurempi kuin valukappaleelle asetettu toleranssi. Valukappaleiden mitta- ja muototoleransseja käsitellään standardeissa SFS-EN ISO ja SFS-EN ISO sekä teknisessä spesifikaatiossa SFS-EN ISO/TS Ne ovat jatkoa vanhoille, vuonna ja julkaistuille ISO 8062-standardeille. Vanhoissa ISO 8062-standardeissa on käsitelty ainoastaan mittatoleransseja. Ne ovat sisältäneet viittauksen geometrisen toleranssin standardeihin ISO 1101 ja ISO 5459, mutta ei tietoa, kuinka niitä on tarkoitus soveltaa valettujen kappaleiden tapauksessa. Uusiin, vuoden 2007 standardiversioihin SFS-EN ISO ja SFS-EN ISO , geometriset toleranssit on otettu mukaan. Näitä uusia standardiversioita voi käyttää yhdessä muiden geometrisen tuotemäärittelyn (GPS) standardien kanssa. Standardisarjan toinen osa on julkaistu teknisenä spesifikaationa CEN ISO/TS vuonna Se sisältää ohjeet geometristen toleranssien käyttöön yhteenlaskumenetelmän avulla. Muotin valmistuksen aiheuttamaa epätarkkuutta sekä sen yhteyttä geometriseen tolerointiin ja valun nimellismittojen laskentaan on pyritty selvittämään seuraavissa kappaleissa. Samalla käsitellään myös valumetallien kutistumisesta aiheutuvaa epätarkkuutta. Pintojen hellittäminen (draft allowance, taper, tapering) Hellitykset voivat aiheuttaa kappaleeseen huomattavia mittamuutoksia. Hellitys ymmärretään kuitenkin välttämättömänä lisämateriaalina eikä sen aiheuttamaa muutosta tulkita virheeksi. Valimoilla on erilaisia käytäntöjä ja mieltymyksiä hellitysten asettamiseen. Vaihtelua on myös valumenetelmittäin siten, että ruiskuvalu- ja painevalualoilla toimitaan eri tavoin kuin hiekkavalualalla. Painevalu- ja ruiskuvalualalla on tavanomaista suunnitella kappale valmiiksi kaikkine hellityksineen, jakopintoineen ja keernojen liikesuuntineen ennen kuin tuotetta tarjotaan valettavaksi. Suunnittelu tapahtuu usein yhteistyössä valimon ja toisinaan myös työvälinevalmistajan kanssa nk. rinnakkaissuunnittelun periaatteella. On kuitenkin mahdollista, että kappaleen tilaaja toimii kokonaan yksin tai esimerkiksi yhdessä insinööritoimiston kanssa siten, että valimo ei osallistu suunnitteluun. Hiekkavalualalla on puolestaan tavanomaista antaa valimolle suuri vapaus määritellä hellitykset omista lähtökohdistaan käsin. Hiekkavalun suunnittelija ei aina tiedä etukäteen, mistä valimosta kappale tullaan tilaamaan ja millä periaatteella valuasento valitaan. Hellitysten suunnittelu ei näin ollen ole lainkaan mahdollista. Jotta yllätyksiltä säästytään, valimon kanssa täytyy olla tiiviissä yhteistyössä tai kasvattaa suunnitteludokumentaatioon tulevien merkintöjen tarkkuutta. Hellitykset on perinteisesti määritetty pituusmittaisena seinämän avautumana (Kuva 1). Nykyisin hellitys määritetään mielellään kulmana, koska seinämän kallistaminen on CAD-ohjelmistoilla 1 Vastaava suomenkielinen standardi SFS-ISO 8062 on julkaistu vuonna Vuoden 1994 standardiversiota ei ole koskaan julkaistu SFS-standardina. SFS-standardeissa siirrytään vuoden 1985 versiosta suoraan vuonna 2007 julkaistuihin standardeihin SFS-EN ISO ja SFS-EN ISO Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 2

3 helpompaa kuin avautuman asettaminen. Standardeissa saatetaan kuitenkin ilmoittaa hellityksen ohjearvo avautumana. Hellityksen suuruusluokka riippuu hellitettävän seinämän ja irrotettavan osan muodoista, esimerkiksi seinämän pinta-alan ja korkeuden suhteesta. Huomattava on myös, että kulmana asetetun hellityksen on oltava sitä suurempi, mitä matalampi seinämä on. Tällöin avautuma pysyy samana. Kuva 1. Käsitteet avautuma ja hellityskulma. Metallimuotteja hyödyntävillä menetelmillä hellityksen suuruusluokka riippuu seinämänkorkeuden lisäksi pääasiallisesti valumateriaalista ja valumenetelmästä, mutta myös muottimateriaalin laadusta, kappaleen pinnankarheudesta ja pinnan kuvioinnista. Seuraavassa esitetään kaaviot painevalukappaleen sisäpuolisten muotojen hellitysten suuruusluokasta seinämänkorkeuden funktiona (Kuva 2) ja painevalukappaleen keernoilla valmistettujen reikien hellitysten suuruusluokasta reiän syvyyden funktiona (Kuva 3). Ulkopuolisten muotojen hellitystarve on puolet sisäpuolisten muotojen hellitystarpeesta. Kuva 2. Painevalukappaleen sisäpuolisten muotojen hellitys asteina seinämänkorkeuden funktiona. Ulkopuolisten muotojen hellitys on puolet sisäpuolisten muotojen hellityksestä. Kaavio esittää normaaliolosuhteissa käyvät arvot. Pienempien hellitysten käyttäminen saattaa vaatia soveltamaan erikoistoimenpiteitä muotin valmistuksessa ja valun aikana. Mikäli kappaleen pinta on kuvioitu, hellitystä täytyy kasvattaa. Lähteet: Yoder Industries Inc, ja Kaye Presteigne Ltd, Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 3

4 Kuva 3. Painevalukappaleeseen keernalla valmistetun reiän kokonaishellitys reiän syvyyden funktiona. Kokonaishellitys on reiän vastakkaisten sivujen yhteenlaskettu hellitys. Sylinterin muotoisella reiällä kokonaishellitys on sama kuin kartiokkuus. Hellitys yhtä sivua kohden on näin ollen puolet kaavion osoittamasta arvosta. Lähteet: Yoder Industries Inc, ja Kaye Presteigne Ltd, Hiekkamuoteilla hellitysten suuruusluokkaan vaikuttaa seinämänkorkeuden ohella kaavausmenetelmä ja hiekan laatu sekä mallivarusteiden valmistusmateriaali ja niiden pinnanlaatu. Standardi SFS-EN Valut. Valumallit, mallivarusteet ja keernalaatikot hiekkamuottien ja keernojen valmistamista varten taulukoi seinämän avautuman suuruusluokan seinämänkorkeuden, kaavausmenetelmän, sideaineen ja hellitettävän muodon leveyden mukaan (Taulukko 1). Kaavauskoneiden valmistajilla voi myös olla omia suosituksia hellitysten asettamiseksi. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 4

5 Taulukko 1. Hiekkavalumallin avautumien suuruusluokka seinämänkorkeuden ja kaavausmenetelmän mukaan standardista SFS-EN Valut. Valumallit, mallivarusteet ja keernalaatikot hiekkamuottien ja keernojen valmistamista varten. Korkeus, H Avautuma, mm Matala irrotuskorkeus (H/W 1) Syvä irrotuskorkeus (H/W > 1) Käsinkaavaus Tuorehiekka Kemiallisesti sidottu hiekka Konekaavaus Käsinkaavaus Tuorehiekka Kemiallisesti sidottu hiekka Enintään 30 1,0 1,0 1,0 1,5 1,0 1,0 Yli 30, enintään 80 2,0 2,0 2,0 2,5 2,0 2,0 Yli 80, enintään 180 Yli 180, enintään 250 Yli 250, enintään 1000 Yli 1000, enintään 4000 W = sisäinen leveys 3,0 2,5 2,5 3,0 3,0 3,0 3,5 3,0 3,0 4,0 4,0 4,0 +1,0 250 mm kohden +2, mm kohden +1,0 250 mm kohden +2, mm kohden +1,0 250 mm kohden +2, mm kohden +1,0 250 mm kohden +2, mm kohden +1,0 250 mm kohden +2, mm kohden Konekaavaus +1,0 250 mm kohden +2, mm kohden Hellitykset merkitään standardin SFS-EN ISO mukaisesti seuraavalla periaatteellisella tavalla (Kuva 4 ja Kuva 5). Standardissa on lisää yksityiskohtia merkintöjen toteuttamisesta. Merkinnät Lopputulos kappaleessa Kuva 4. Hellitysten merkitseminen SFS-EN ISO standardin mukaisesti. Kuva on lainattu standardista. Ulkosivuilla on positiivinen eli + -hellitys. Sisäsivuilla on negatiivinen eli - -hellitys. Nuoli osoittaa hellityksen saranakohtaan eli särmään, josta seinämän kallistaminen aloitetaan. Nuolen osoittamaan kohtaan kappaletta tulee mittapiirrokseen merkitty mitta toleranssien rajoissa. Muissa seinämän osissa mitat eivät päde. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 5

6 Merkinnät Lopputulos kappaleessa Kuva 5. Kuvassa on sama kappale kuin edellä. Hellitykset ovat samoihin suuntiin kuin edellä. Kuva on lainattu standardista SFS-EN ISO Hellityksen saranakohta on mitoitettu muualle kuin kappaleen särmään ja merkitty mittapiirrokseen. Nuolen osoittamaan kohtaan kappaletta tulee mittapiirrokseen merkitty mitta toleranssien rajoissa. Muissa seinämän osissa mitat eivät päde. Syöttötäytteet (padding, metal padding) Syöttötäytteellä tarkoitetaan syöttökuvun alle asetettavaa ylimääräistä materiaalia. Materiaalin tarkoituksena on tarjota kanava, jonka kautta valukappaleen alempia osia on mahdollista syöttää. Syöttötäytteet koneistetaan useimmiten pois muiden koneistusvaiheiden yhteydessä, vaikka niiden alla olevia pintoja ei alun perin olisi suunniteltu koneistettaviksi. Pyöristykset (sisäpuolinen=fillet ja ulkopuolinen=radius) Valukappaleen sisä- ja ulkonurkat (eli kahden seinämän leikkauskohdat) pyöristetään työstöteknisistä tai muotin rakenteeseen liittyvistä syistä. Pyöristetyt nurkat ovat muotissa huomattavasti kestävämpiä valutapahtuman aiheuttamaa lämpökuormaa vastaan kuin pyöristämättömät. Nurkkapyöristykset voidaan mitoittaa täsmällisin mittaluvuin joko yksittäin tai useiden nurkkien ryhmänä. Pyöristykset voidaan mitoittaa myös mittavälinä eli toleranssina. Mittavälin määrittelyssä tulisi huomioida sekä kappaleen toiminnallisuuteen että muotin kestävyyteen ja työkalujen valmistukseen liittyvät näkökohdat. Muotin kestävyyden kannalta olisi tärkeää mitoittaa pyöristykset mahdollisimman suuriksi, jolloin seuraa etuna, että kaavaus- ja muottityökalut on myös helppo valmistaa. Ellei laajoja pyöristyksiä voi kappaleen toiminnallisuuden vuoksi sallia, tulee vähintään huomioida työstötekniikan kautta muodostuvat rajoitteet. Mallivarusteiden valmistajat voivat joissain tapauksissa korjata nurkkapyöristyksiä käsityömenetelmin, koska valmistusmateriaalit ovat pehmeitä. Korjauksia pyritään kuitenkin välttämään. Kestomuotissa olevia pyöristyksiä on lähes mahdoton korjata. Kaikki muodot on saatava valmistettua suoraan työstökoneella. Kaavaus- ja muottityökalut valmistetaan nykyisin joko kolme- tai viisiakselisilla työstökeskuksilla muototyöstönä. Muototyöstössä käytetään useimmiten pallopäisiä kartio- tai lieriövartisia teriä. Sisäpuolisen särmäpyöristyksen vähimmäiskoko määräytyy terässä olevan työstävän alueen Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 6

7 halkaisijan tai nirkonsäteen perusteella. Esimerkiksi 3 mm pyöristyksen valmistamiseen voidaan käyttää pallopäistä terää, jonka halkaisija on enintään 6 mm. Työstävän osan halkaisija rajoittaa pallopäisen terän varren pituutta voimakkaasti. 6 mm työkaluilla ei yleensä ole mahdollista työstää yli 60 mm syvemmältä, jos käytetään kolmeakselista työstökonetta. Tällöinkin tarvitaan nk. erikoispitkä terämalli. Pitkä ja pienihalkaisijainen terä on altis värähtelyille, jolloin työstöjäljen laatu heikkenee ja kappaleen irtoaminen muotista tai mallin irtoaminen hiekasta hankaloituu. Viisiakselisella työstökoneella voidaan edullisissa tapauksissa työstää syvempiä muotoja kuin kolmeakselisella työstökoneella, koska terä on kallistettavissa siten, että teränpidin väistää aihiota. Polyuretaanista tai vanerista valmistetut mallivarusteet voidaan työstää kerroksittain siten, että työstäminen aloitetaan mallin jakopinnalta ja edetään aina aihiomateriaalin paksuuden verran ylöspäin. Kun edellinen kerros on valmis, sen päälle liimataan uusi aihiolevy ja jatketaan työstämistä. Tällä tavoin voidaan kolmiakselisellakin koneella päästä suhteellisen pieniin nurkkapyöristyksiin. Toisinaan kappaleessa olevat nurkkapyöristykset joudutaan poistamaan kokonaan. Tällainen tilanne muodostuu esimerkiksi, kun hiekkamuotti halutaan koota keernapaketilla siten, että keernojen jakopinnat osuvat kappaleen nurkkapyöristysten kohdalle. Kestomuoteilla nurkkapyöristysten poistamisesta voidaan joutua neuvottelemaan, jos muottiin vaikuttaisi olevan edullisempaa liittää erillinen kiinteä keerna (keernainsertti tai keernatappi) sen sijaan, että muoto työstettäisiin pesäaihioon suoraan. Materiaalin kutistuminen (shrinkage, shrinkage allowance) Kaikki valumateriaalit kutistuvat jäähtyessään ja jähmettyessään. Sääntö koskee sekä metallisia että polymeerimateriaaleja. Sulassa tilassa tapahtuvaa, jäähtymisen aiheuttamaa kutistumista kutsutaan sulakutistumaksi. Jähmettymisen aikana tapahtuvaa kutistumista kiteytymis- tai jähmettymiskutistumaksi ja kiinteässä tilassa tapahtuvaa, jäähtymisen aiheuttamaa kutistumista kiinteäkutistumaksi. Sulakutistuma ja jähmettymiskutistuma aiheuttavat kappaleeseen imuvikoja, jotka pyritään kompensoimaan syöttämällä kappaleeseen korvaavaa metallia syöttökuvuista. Kiinteäkutistuma huomioidaan suurentamalla muottiontelon mittoja valumateriaalin mukaan valitun kutistumakertoimen eli krympin verran. Kutistumakertoimen asettaminen mahdollisimman oikeasuuntaisesti on eräs tärkeimmistä valukappaleen mittatarkkuuteen vaikuttavista tekijöistä. Muottiontelon mitat kasvatetaan CADohjelmalla useimmiten symmetrisesti siten, että valettavan kappaleen malli skaalataan kutistumakertoimella keskipisteen suhteen. Jos kutistumakertoimeksi on arvioitu esimerkiksi 0,8 %, malli skaalataan kertoimella 1,008. CAD-ohjelmat mahdollistavat myös epäsymmetrisen skaalaamisen. Epäsymmetrinen skaalaaminen voidaan toteuttaa siten, että keskipisteen sijaan valitaan jokin muu lähtökohta tai siten, että mallin koordinaatiston akseleille valitaan erisuuruiset skaalauskertoimet. Epäsymmetrinen skaalaus ei metallisten valukappaleiden tapauksessa ole kuitenkaan tavanomaista. Keskipisteen suhteen tapahtuvan skaalauksen periaate on oikean suuntainen, mutta ei täysin tarkka. Kappaleessa on yleensä aina muotoja, jotka rajoittavat vapaata kutistumista. Kutistuminen voi rajoittua joko muottiin tai kappaleen omiin muotoihin. Mutta koska kutistumasuuntien ja suuruuksien täsmällinen määrittäminen on laskennallisesti mahdotonta, on päädytty käyttämään likiarvoista menetelmää. Kutistumakerroin valitaan kokemusperäisesti. Standardi SFS-EN Valut. Valumallit, mallivarusteet ja keernalaatikot hiekkamuottien ja keernojen valmistamista varten antaa kutistumille ohjearvoja (Taulukko 2), mutta niitä ei kuitenkaan voi varauksetta suositella käytettäväksi. Esimerkiksi Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 7

8 valuteräksiä on monenlaisia, eikä kaikille sovellu standardin suosittelema 2,0 % ohjearvo. Osa teräksistä kutistuu jopa 4 5 %. Kutistumien suuruutta kappaleen eri osissa voi ennustaa valunsimulointiohjelmien avulla. Simulointimenetelmän käyttäminen kutistumien arvioinnissa ei kuitenkaan ole tavanomaista. Vapaan kutistumisen estyminen aiheuttaa valukappaleeseen sisäisiä jännityksiä, vääntyilyä ja joissain tapauksissa repeämiä. Valunsimulointiohjelmia käytetään näiden jännitysten ennustamiseen, jos niistä katsotaan olevan haittaa kappaleen mekaanisille ominaisuuksille tai jos simuloimalla pystytään arvioimaan lämpökäsittelyn tarvetta. Kutistumien aiheuttama mittojen epätarkkuus huomioidaan ensisijaisesti valutoleranssien avulla. Jäljempänä olevissa kuvissa (Kuva 6 ja Kuva 7) on esimerkkejä kutistumien aiheuttamasta vääntyilystä ja simuloimalla lasketun kutistuman suuruusluokasta verrattuna skaalaamalla asetettuun kutistumaan. Taulukko 2. Kutistuman ohjearvot standardista SFS-EN Valut. Valumallit, mallivarusteet ja keernalaatikot hiekkamuottien ja keernojen valmistamista varten Valumetalli Kutistuma, % Suomugrafiittivaluraudat 1,0 Pallografiittivaluraudat, hehkuttamattomat 1,2 Pallografiittivaluraudat, hehkutetut 0,5 Austeniittiset valuraudat (kulumisenkestävät valuraudat) 2,5 Valuteräkset 2,0 Valetut austeniittiset mangaaniteräkset 2,3 Valkoydintemperraudat 1,6 Mustaydintemperraudat 0,5 Alumiinivaluseokset 1,2 Magnesiumvaluseokset 1,2 Valukupari 1,9 Kupari-tina-valuseokset (valupronssit) 1,5 Kupari-tina-sinkki-valuseokset (punametallit) 1,3 Kupari-sinkki-valuseokset (valumessingit) 1,2 Kupari-sinkki-(Mn, Fe, Al) -valuseokset (erikoisvalumessingit) 2,0 Kupari-alumiini-(Ni, Fe, Mn) -seokset (alumiinivalupronssit) 1,9 Sinkkivaluseokset 1,3 Valetut laakerimetallit (valkometallit) 0,5 Nikkelivaluseokset 2,1 Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 8

9 Kokonaiskutistuma kymmenkertaisena X-suuntainen kutistuma kymmenkertaisena Y-suuntainen kutistuma kymmenkertaisena Z-suuntainen kutistuma kymmenkertaisena CAD-ohjelmalla laskettu kutistuma kymmenkertaisena, skaalauskerroin 1,008 eli 0,8 % Kuva 6. Suora laipallinen putki. Kutistumat kymmenkertaisiksi suurennettuina. Taustalla oleva läpinäkyvä osuus esittää alkuperäistä, kutistumatonta muotoa. Väriskaala näyttää MAGMAsimulointiohjelmistolla lasketut kutistumat millimetreinä todellisessa (ei suurennetussa) kokoluokassa. X-, Y- ja Z-suuntaisissa kutistumissa asteikko osoittaa mittamuutoksen kappaleen kutistumattoman, paikallaan pysyvän osan (kutistuman keskiakselin) positiiviseen ja negatiiviseen suuntaan. Suurennetuista kuvista näkyy, kuinka laipat ja kanava rajoittavat vapaata kutistumista jonkin verran. Laipat ja syöttökuvut vääntyvät jonkin verran. Kanava vääntyy huomattavasti. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 9

10 Kokonaiskutistuma kymmenkertaisena X-suuntainen kutistuma kymmenkertaisena Y-suuntainen kutistuma kymmenkertaisena Z-suuntainen kutistuma kymmenkertaisena CAD-ohjelmalla laskettu kutistuma kymmenkertaisena, skaalauskerroin 1,008 eli 0,8 % Kuva asteen kulmassa oleva laipallinen putki. Kutistumat kymmenkertaisiksi suurennettuina. Mittamuutosten asteikko todellisuutta vastaten samoin kuin edellä olevassa kuvassa. Kappaleen ja kanavan muotoilu rajoittaa kutistumista enemmän kuin edellisen kuvan suoralla putkella. Kutistumat ohjautuvat kanavaa kohti sekä CAD-ohjelmalla lasketussa että simuloidussa esimerkissä. Laipat vääntyvät jonkin verran. Kanava vääntyy huomattavasti. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 10

11 Muotin valmistuksen ja valun aikana tapahtuvat mittamuutokset Kaavaus- ja muottityökalujen muodonmuutos lämmön, kosteuden, mekaanisen rasituksen tai kulumisen aiheuttamana Metalliset työkalut ovat alttiita lämpötilan vaihtelun aiheuttamille mittamuutoksille. Metallisia työkaluja käytetään paitsi kestomuottimenetelmissä (kokillivalu, matalapainevalu ja painevalu) myös hiekkakeernojen koneellisessa valmistuksessa, tarkkuusvalun vahamallin valmistuksessa, styroxmallien valmistuksessa, kuorimuottimenetelmässä ja hiekkamuottien konekaavauksessa. Lämmön aiheuttamat muodonmuutokset ovat suhteellisen vähäisiä verrattuna esimerkiksi vanerin kosteuselämiseen, mutta niillä on merkitystä, jos pyritään tarkkuusvalun ja painevalun mahdollistamiin suuriin mittatarkkuuksiin. Painevalussa ja tarkkuusvalumallien valmistuksessa käytettävä työkalu pyrkii kuumentumaan jokaisella valukierrolla sekä toisaalta taas jäähtymään, jos valutyöhön tulee tauko. Lämpötasapainon saavuttamiseen voi kulua tauon jälkeen kymmeniä valukiertoja. Kappaleissa on tänä aikana vaihtelevasti mittapoikkeamia. Puusta, useimmiten vanerista, valmistettuja työkaluja käytetään hiekkavalumuottien käsin kaavauksessa. Vaneri asettuu hitaasti ilmankosteutta vastaavaan tasapainokosteuteen. Suhteellisen ilmankosteuden (RH) ollessa 65 % ja lämpötilan 20 C, ohutviiluisen koivu-, seka- ja havuvanerin tasapainokosteus on noin 12 % ja paksuviiluisen havuvanerin noin 10 %. Tehtaalta lähtiessä vanerin kosteus on 7 12 %. Kosteuden aiheuttama vanerin mittamuutos on pintaviilun syiden suunnassa ja syitä vastaan kohtisuorassa suunnassa luokkaa 0,015 % kosteuspitoisuuden muuttuessa yhden prosenttiyksikön verran. Paksuussuunnassa mittamuutos on 0,3 0,4 % yhden prosenttiyksikön kosteusmuutosta kohden. Näillä arvoilla laskettuna vanerin mitat kasvavat syiden suunnassa 0,15 mm metrin matkalla, kun vanerin tasapainokosteus kasvaa yhden prosenttiyksikön. Paksuussuunnassa mittamuutos on metrin matkalla jo 3-4 mm yhden prosenttiyksikön kosteusmuutosta kohden. Puun tasapainokosteus ei muutu kovin nopeasti, mutta vuodenaikojen mukaan esiintyvää vaihtelua voi olla odotettavissa esimerkiksi siten, että ilmankosteus on Suomessa pienimmillään talvella. Teräksen lineaarinen lämpöpitenemiskerroin on valutyökalujen valmistuksessa käytettävillä kuumatyöteräksillä luokkaa µm/m C, alumiiniseoksilla luokkaa µm/m C ja suomugrafiittivaluraudoilla luokkaa µm/m C. Kuumatyöteräksen mittamuutos huoneenlämpötilasta käyttölämpötilaan, eli välillä C, on näillä arvoilla laskettuna 1,2 1,3 mm metriä kohden, alumiiniseoslevyjen 2,2 2,3 mm metriä kohden ja suomugrafiittivaluraudan 1,0 1,1 mm metriä kohden. Mittamuutos huoneenlämpötilasta käyttölämpötilaan tulisi ottaa huomioon jo muottipesien valmistuksessa, mutta käyttölämpötilan muutoksilla on vaikutus valukappaleen mittatarkkuuteen. Jos käyttölämpötila kasvaa esimerkiksi 15 C, vaikutus valukappaleen mittoihin on työkaluterästyökaluilla luokkaa 0,2 mm, alumiiniseostyökaluilla luokkaa 0,3 mm ja suomugrafiittivalurautaisilla työkaluilla luokkaa 0,15 mm. Mekaanisen rasituksen aiheuttamaa muodonmuutosta voi tapahtua esimerkiksi vahamalleilla tai styroxmalleilla, jos niitä käsitellään huolimattomasti tai liian kovakouraisesti. Kulumista tapahtuu kaikilla työkaluilla ajan mittaan. Jos valukappaletta tilataan suuria sarjoja, kuluminen ja siitä johtuvat korjaus- ja uusimiskustannukset tulisi ottaa huomioon. Ennakkosuunnittelu on tärkeää siten, ettei korjaustarve ilmene yllättäen tai siten, että valuerien toimitukset viivästyvät. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 11

12 Muotin huono sulkeutuminen ja osien sopimattomuus 1. Kappaleessa olevat mitat (jakopinnan ylitse) kasvavat, koska muotti ei sulkeudu kunnolla. Ongelma johtuu hiekkamuoteilla esimerkiksi siitä, että mallipohja on vääntynyt ja jakopinnasta on tullut epätasainen tai keernat eivät ole täysin paikoillaan. Syynä voi olla myös, että keernakantojen ja keernansijojen välillä on liian pieni välys tai välys puuttuu kokonaan. Keernat eivät tällöin sovi kunnolla paikoilleen ja muotti ei sulkeudu (Kuva 8). Keernansijojen mitta pienenee ja keernakantojen suurenee, kun mallivarusteet kuluvat. Välys kutistuu ja lopulta katoaa, ellei mallivarusteita huolleta säännöllisesti. Mutta se voi olla asetettu muuhun muottikokoonpanoon nähden liian pieneksi jo työkalujen valmistuksenkin aikana. Kestomuoteilla ja muilla metallista valmistetuilla työkaluilla välykset pyrkivät kasvamaan työkalun kuluessa. Huono sulkeutuminen on useimmiten merkkinä siitä, että valukone on asetettu huonosti tai siinä on jokin mekaaninen vika. Kuva 8. Keernansijat ovat ahtaat. Ne on voitu valmistaa ahtaiksi tai malli on voinut kulua. Keerna ei mahdu paikoilleen ja muotti jää raolleen. Suhteellisen pienikin kuluma jättää muotin jakopinnan avoimeksi, jolloin valmiin kappaleen mitat jakopinnan ylitse eivät enää täsmää piirustuksen mittoihin. Laskennallisesti voidaan arvioida, että -0,5 mm muutos kummankin muottipuoliskon valumallin keernansijan halkaisijassa saa muotin jäämään 4 mm raolleen. 2. Kappaleessa on pintajakopintasiirtymä (SMI) (Kuva 8 - Kuva 11). Virhe on tyypillinen hiekkavalumenetelmällä valmistetuille kappaleille. Syynä voi olla tehoton ohjaus muottipuoliskojen välillä tai muotin puutteellisesta sulkeutumisesta johtuva liitännäisvika. Epäedullisessa tapauksessa pintajakopintasiirtymää esiintyy useita millimetrejä. Standardisarja SFS-EN ISO 8062 antaa mahdollisuuden määrittää suurin sallittu pintajakopintasiirtymä yleistoleranssin yhteydessä. Pintajakopintasiirtymä voidaan rajoittaa myös jakopintamerkkien yhteydessä standardin SFS-EN ISO esittämällä tavalla. Siirtymä on hyvä huomioida koneistusvaroja ja koneistuksen lähtöpintoja suunniteltaessa. Kestomuottiin valetuissa kappaleissa ei yleensä ole niin suuria pintajakopintasiirtymiä, Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 12

13 että ne tulkittaisiin virheiksi. Pientä pintajakopintasiirtymää voi olla, mutta yleensä siitä ei aiheudu ongelmia. Standardin SFS-EN ISO terminologia jäsentyy siten, että muotin jakopintasiirtymän aiheuttamaa vikaa kappaleessa kutsutaan pintajakopintasiirtymäksi. Muotin jakopintasiirtymä voi johtua muottipuoliskojen välisestä lineaarisesta siirtymisestä, muotin mittavirheestä tai muottipuoliskojen välisestä kiertymisestä. Jakopintasiirtymät nimetään (samassa järjestyksessä) 1) lineaariseksi jakopintasiirtymäksi, 2) mittajakopintasiirtymäksi ja 3) kiertojakopintasiirtymäksi. 0 mm pintajakopintasiirtymä ±4 mm pintajakopintasiirtymä keernan akselin suunnassa ja sivusuunnassa Kuva 9. Lineaarinen jakopintasiirtymä. Esimerkki kappaleesta, johon on muodostunut ±4 mm pintajakopintasiirtymä keernan akselin suunnassa ja sivusuunnassa. Vika johtuu muotin lineaarisesta jakopintasiirtymästä. Pintajakopintasiirtymän huomioiminen työstövaroissa ja toleranssien asettamisessa on tärkeää, koska vaikutus nimellismittoihin on huomattava. Valukappaleen koneistuksessa voi tulla ongelmia, kun työstörataa yritetään paikoittaa oikealle kohdalle siten, että työstövara on kaikkialla riittävä. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 13

14 Kuva 10. Muotin mittajakopintasiirtymä. Virhe aiheuttaa kappaleeseen +3mm pintajakopintasiirtymän ylämuotissa muovautuneen laippapuoliskon toiselle puolelle. Alamuotti ja keernalla valmistettu reikä ovat nimellismitassa. Virhe on voinut muodostua ylämuotin mallin irrotuksen aikana. Malli on voinut kolhaista hiekkaa siten, että se on hioutunut, lohjennut tai painunut 3 mm. Koneistuksessa ei esiinny normaalista poikkeavia paikoitusongelmia. Kuva 11. Muotin kiertojakopintasiirtymä, suuruusluokka 1 astetta keskipisteen ympäri. Virhe aiheuttaa kappaleeseen enimmillään ±3,6 mm suuruisen pintajakopintasiirtymän. Mitta vaihtelee kappaleen eri puolilla. 3. Seinämänpaksuudet vaihtelevat, vaikka niiden tulisi olla kaikkialla samansuuruiset. Ongelma voi johtua huonosti paikoilleen asetetuista keernoista, liian suurista välyksistä keernakantojen ja -sijojen välillä tai keernansijoihin tunkeutuneesta metallista. Liitännäisongelmana voi esiintyä muotin jakopintasiirtymää, joka osaltaan vaikuttaa myös valukappaleen seinämänpaksuuksiin. Seuraaviin kuviin (Kuva 12 ja Kuva 13) on otettu kaksi esimerkkiä seinämänpaksuuteen vaikuttavista virhetilanteista. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 14

15 Kuva 12. Keernansijat ovat liian väljät johtuen mallivarusteiden suunnitteluvirheestä tai valmistusvirheestä, esimerkiksi suunniteltua paksummasta pinnoitekerroksesta. Keerna nousee ylämuotin keernansijan yläpintaan valun aikana. Kappaleen keskelle tarkoitetusta reiästä ei tule laipan kanssa sama-akselinen. Ylämuotin tuottama seinämänpaksuus on pienempi kuin alamuotin tuottama seinämänpaksuus. Keernan ympärille muodostuu runsaasti pursetta. Kuva 13. Keerna pääsee kiertymään valun aikana. Ylämuotin muodostamat seinämänpaksuudet pienenevät ja alamuotin kasvavat. Ongelma johtuu väljistä keernansijoista, liian lyhyiksi mitoitetuista keernansijoista, keernakantojen muotovirheestä, keernan muotovirheestä, keernansijojen muotovirheestä tai liian löysään sullotuista keernakannoista. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 15

16 Mallin tai kappaleen huonosta irtoamisesta johtuvat ongelmat Valukappaleeseen tulisi suunnitella kaikkialle riittävän suuret hellitykset, jotta 1) hiekkamuotin valmistuksessa käytettävä malli irtoaa hiekasta ongelmitta 2) kestomuottiin valettava kappale, styroxmalli, keernatykillä valmistettu keerna tai tarkkuusvalun vahamalli irtoaa hyvin muotista tai keernalaatikosta. Muotin ja mallin pinnanlaadulla voi olla hellityksiä suurempi vaikutus irtoamisongelmiin. Pinnanlaatuun voivat vaikuttaa esimerkiksi työstökoneen mekaniikan laatu, työstöterien kuluminen, terän värähteleminen, työstöradan ominaisuudet ja jälkikäsittelyn laatu. Alarajoille suunniteltujen hellitysten aiheuttamia irtoamisongelmia voi pyrkiä hallitsemaan tekemällä työkalun pinnoista liukkaammat erilaisilla pinnoitteilla ja irrotusaineilla. Pinnanlaatuongelmiin voi näillä keinoilla vaikuttaa vain rajallisesti. Jos hiekkavalun valmistuksessa käytetyissä työkaluissa ilmenee irtoamisongelmia, hiekasta valmistetuilla osilla on taipumus rikkoontua tai laahautua työkalua vasten siten, että niiden pinta rikkoutuu. Rikkonainen hiekkapinta muodostaa valumetallin kanssa eriasteisia hiekan kiinni palamisesta johtuvia vikoja. Vahamallit tai kestovalukappaleet voivat rikkoutua, vääntyillä, naarmuuntua tai jopa takertua muottiin kiinni, jos hellitykset eivät ole riittävän suuret tai jos työkalun pinta ei täytä menetelmän vaatimuksia. Styroxista valmistettu malli on poikkeus. Se on joustava ja irtoaa helposti. Joissain tapauksissa sen voi valmistaa myös kokonaan ilman hellityksiä. Hellitysten koot ja sijainnit tulee kuitenkin neuvotella valmistajan kanssa, joka parhaiten tietää, milloin ne on mahdollista jättää pois. Suurikokoista hiekkavalun mallia tai hiekkakeernaa voi olla hankala irrottaa kohtisuoraan siten, ettei hiekka vaurioidu irrottamisen yhteydessä. Suurikokoisille kappaleille voi tästä syystä odottaa jonkin verran suurempia muodon ja mittojen poikkeamia sekä suurempaa taipumusta hiekan kiinnipalamisesta johtuviin vikoihin. Muotin aiheuttamat pienet geometriamuutokset ja mekaniikasta johtuvat pintaviat Mallivarusteet ja metalliset muotit aiheuttavat paitsi mittamuutoksina näkyviä vikoja, myös pienempiä vikoja, joita ei voi käsitellä mittatoleranssin tai geometrisen toleranssin käsitteillä. Näitä ovat erilaiset työkalun mekaniikasta tai valumenetelmästä johtuvat pintaviat, purseet ja painumat. Vaikka kappale olisi toleranssien puitteissa täysin mitoillaan, tähän ryhmään kuuluvat viat voivat aiheuttaa haittaa kappaleen toiminnallisuudelle, pintakäsittelyille tai ulkonäölle. Työkalun mekaniikasta johtuviksi vioiksi voidaan luokitella: purseet muotin ja keernojen jakopinnoilla, purseet keernakantojen ja keernansijojen välillä malliin tai muottiin kiinnitettyjen osien aiheuttamat purseet ja kohoumat ulostyöntimien aiheuttamat kohoumat, painumat ja purseet kappaleen irrottamisen aiheuttamat hioutumat, laahaumat ja naarmut Valumenetelmästä johtuvia vikoja ovat: pinnan ja muodon epätäydellisyys syöttökupujen, valukanavien tai ilmanpoistokanavien kohdalla Purseille, ulostyöntimien jäljille ja muille menetelmästä johtuville pintavioille voidaan asettaa toleranssi. Voidaan esimerkiksi vaatia, että joillain pinnoilla ei sallita kanaviston tai ulostyöntimien jälkiä. Tai että kappaleeseen jäävän purseen enimmäismitta saa olla 0,5 mm leveyssuunnassa ja 0,3 mm paksuussuunnassa. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 16

17 Valukappaleen rakenne Hiekkavalukappaleet ja kestomuottiin valettavat kappaleet voidaan jakaa neljään rakenneluokkaan, jotka vaikuttavat muotin rakenteeseen ja sen kautta kappaleen mittatarkkuuteen. Tarkkuusvalukappaleille ja muille nk. häviävän mallin tekniikoille tämä luokittelu ei sovellu suoraan, koska näissä tekniikoissa käytetyt mallit voidaan valmistaa useista, kiinteästi toisiinsa liitetyistä osista. Mallia ei myöskään irroteta muotista, se sulatetaan tai poltetaan pois ennen valua. Tarkkuusvalumallien sarjatuotanto on kuitenkin luonteeltaan kestomuottivalua, johon luokittelu sopii. Valukappaleiden ja kertamallien rakenneluokat 1) Kappaleet, jotka voidaan valmistaa ilman keernoja 2) Putkimainen sisämuoto 3) Kotelomainen sisämuoto 4) Laajasti sivuille avoin sisämuoto Kappaleet, jotka voidaan valmistaa ilman keernoja Seuraaviin kuviin (Kuva 14 - Kuva 16) on kerätty esimerkkejä valukappaleista, joiden valmistuksessa ei tarvita keernoja. Yksinkertaisimmillaan kappale on valmistettavissa kahdella muottipuoliskolla, mutta muotti voi koostua myös useammastakin osasta. Kun muotissa on enemmän kuin kaksi kerrosta, kahden uloimman kerroksen väliin asetettavat osat voidaan valmistaa keernanvalmistuksen menetelmin. Olennaista on, että nämä väliosat ovat kappaleen ulkopuolisia muotoja muovaavia muottiviipaleita, joiden jakopinnat ovat keskenään samansuuntaiset. Ne eivät saa olla esimerkiksi yhden kannan varaan asetettuja keernoja tai sivulle avoimen sisärakenteen keernoja. Kestomuottivalujen muotissa voi olla niin monta osaa kuin valukone pystyy avaamaan ja pitämään suljettuna. Useimmiten valukoneessa on vain kaksi muottipöytää, mutta tarjolla on myös monimutkaisempia laitteita. Kuva 14. Osin koneistettu kampiakselivalu. Valmistettu kaksiosaisella muotilla ilman keernoja. Kuvan lähde: Georg Fischer Automotive AG (Georg Fischer Automotive AG, Schaffhausen CH) [CC BY-SA 3.0], Wikimedia Commons. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 17

18 Kuva 15. Vasemmalla: Tuulettimen pidin. Kuva: Fonderia Zardo S.P.A., viitattu Oikealla: Koneistettu valukappale, jonka materiaalina on ruostumaton teräs. Kuva: viitattu Molemmat tuotteet voidaan valmistaa kaksiosaisella muotilla ilman keernoja. Keskellä oleva reikä on pienikokoinen, jolloin on mahdollista valita valmistetaanko se valussa vai koneistamalla. Mikäli keskellä oleva reikä valmistetaan valussa, sen keskisyys suhteessa muihin muotoihin riippuu siitä, kummassa muottipuoliskossa on muodon tuottava muoto sekä siitä, miten hyvin muottipuoliskot ohjataan toisiinsa. Kuva 16. Valettu, koneistettu ja paikoilleen asennettu hammaspyöräsegmentti. Segmentti on rivoitettu ja kevennetty muotoilemalla ripojen väliin reikiä. Suurimmat mittatarkkuushaasteet liittyvät kutistumavaran valintaan. Kevennysreikiä voi käyttää muottipuoliskojen ohjaamiseen. Kuva: Henan Symmen Metal Technology Co. Ltd., Trading Company, viitattu Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 18

19 Ilman keernoja valmistettavien valukappaleiden mittatarkkuuteen vaikuttaa: tapa, jolla muottipuoliskot ohjataan toisiinsa vaikuttaa pintajakopintasiirtymän muodostumiseen työvälineiden kunto ja valmistustarkkuus vaikuttaa mittatarkkuuteen yleisellä tasolla, työvälineiden kosteuseläminen ja vääntyily voi vaikuttaa huomattavastikin kutistumakertoimen (krympin) valinnan onnistuminen vaikuttaa mittatarkkuuteen yleisellä tasolla Suurimmat tarkkuusongelmat koskevat mittoja ja muotoja, jotka muodostuvat kahden tai useamman muottiviipaleen yhteisvaikutuksesta. Mallipohjan vääntyminen aiheuttaa esimerkiksi jakopinnan ylittävien mittojen kasvua ja ongelmia muottipuoliskojen ohjaamisessa. Yhden muottiviipaleen sisällä muodostuvat muodot valmistuvat niin tarkasti kuin työkalun kunto ja valmistustarkkuus sekä kutistumakertoimen oikeellisuus antavat mahdollisuuden. Putkimainen sisämuoto Putkimaisia sisämuotoja on esimerkiksi vesikalusteiden, kaikenlaisten putkien, putkiyhteiden ja liitoskappaleiden, venttiilien, pumpun pesien sekä lukuisten muun tyyppisten kappaleiden valuissa. Olennaista on, että kappaleessa on läpi asti ulottuva reikä, joka valmistetaan vähintään kaksikantaisella keernalla. Kuva 17. Lämmitysvesiputkiston kulmakappale, valettua mustaydintempervalurautaa. Kuva: George Shuklin (Oma työ) [CC BY-SA 1.0], Wikimedia Commons. Kuva 18. Edellisen kuvan kappale voidaan valmistaa kaksiosaisella muotilla, johon tulee kahdella kannalla varustettu kaareva keerna. Muotin jakopinta on tasomainen. Yksittäisen kappaleen keerna on hankala saada pysymään vaaka-asennossa muotin kokoamisen ja valun aikana, koska keernan painopiste on tuentaan nähden sivussa (vasen kuva). Keerna pyrkii kallistumaan alaspäin muotin kokoamisen aikana ja ylöspäin valun aikana. Suurimmat mittatarkkuusongelmat liittyvät tällöin seinämänpaksuuden pitämiseen tasaisena. Kappale on pienikokoinen, jolloin on edullista liittää keernoja peräkkäin. Keernasta tulee paremmin tuettu ja sen painopiste siirtyy tuentojen väliin (oikea kuva). Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 19

20 Kuva 19. Erilaisia venttiilivaluja. Kuvissa esitetyn tyyppiset venttiilit valmistetaan kaksiosaisessa muotissa, jonka sisällä on joko kahdella kannalla (vasen kuva, vasemmanpuoleinen osa) tai kolmella kannalla (vasen kuva ja oikeanpuoleinen osa sekä kaikki kolme valua oikeassa kuvassa) varustettu keerna. Keerna pysyy hyvin tasapainossa. Mittatarkkuusongelmat voivat liittyä esimerkiksi liian väljiksi muotoiltuihin välyksiin keernakannan ja keernansijan välillä. Kuva: Heather Smith (The Alloy Valve Stockist's photo gallery.) [CC BY 3.0], Wikimedia Commons. Kuva 20. Keskipakopumppu. Kuvassa oleva pumpun pesä valmistetaan muotissa, johon tulee yksi kolmella kannalla varustettu keerna kappaleen sisäpuolista muotoa varten. Kannat ulkonevat imupuolen ja painepuolen laipoista sekä käyttöakselin kiinnityskohdasta. Pumpun pesän keerna voi olla hankala tasapainotettava, koska juoksupyörää varten valmistettava sisämuoto on huomattavasti laajempi kuin imu- ja painepuolen reikiä sekä käyttöakselia varten valmistettavat sisämuodot. Mittatarkkuusongelmat liittyvät keernan pitämiseen tasapainossa muotin kokoamisen ja valun aikana. Keernan liikkuminen tuottaa valuun epätasaisen seinämänpaksuuden. Pumpun sisällä on juoksupyörä, jonka valussa on sivulle avoin sisämuoto. Kuva on muokattu lähteestä: Fantagu at German Wikipedia, edit: User:sunspeanzler [CC BY-SA 3.0], Wikimedia Commons. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 20

21 a) Pumpun pesän valu käyttöasennossa. b) Poikkileikkaus. c) Mahdollinen valuasento 1 d) Vastaava alamuotin kokoonpano e) Mahdollinen valuasento 2 f) Vastaava alamuotin kokoonpano Kuva 21. Esimerkkikuvia pumpun pesän valuista ja alamuotin rakenteesta. Kumpi kuvapareista esittää paremman ratkaisun c+d vai e+f? Molemmissa ratkaisuissa muottiin tulee kolme toisiinsa sovitettua keernaa, yksi keskelle ja kaksi sen molemmille puolille. Toinen ulommista keernoista sovitetaan keskimmäiseen keernaan pienikokoisella kannalla (kuva f) ja toinen suurikokoisella kannalla (kuva d). Kuvaparissa e+f oleva rakenne tukee isokokoista keernaa enemmän alaspäin kuin ylöspäin. Kuvaparissa c+d tukea muodostuu enemmän ylöspäin. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 21

22 Irtonainen tai liikkuva keerna Kiinteä keerna tai suoraan muottipuoliskoilla tuotettava muoto Kuva 22. Valmiiksi koneistettu alumiininen kokillivalukappale. Kappale voidaan valmistaa kaksiosaisella muotilla, jossa on yksi tai kaksi keernaa. Molemmat keernoilla tuotettavaksi soveltuvat muodot ovat putkimaisia eli muotoja, joiden keernassa on kaksi kantaa. Kokillimuottiin voi valmistaa suhteellisen pienet välykset keernakantojen ja keernansijojen välille, jolloin valmiin kappaleen mittatarkkuus pysyy hyvänä. Muottipuoliskojen ohjaus toimii myös suhteellisen tarkasti. Kuva: Georg Fischer Automotive AG [CC BY-SA 3.0 de], Wikimedia Commons. Kuva 23. Valettu hydrauliikkakomponentti ja komponenttia varten valmistettu kuorimuottihiekkainen keerna. Kappaleessa on useita putkimaisia muotoja, joista muodostuu monimutkainen verkosto. Keernojen kanta on kehys, joka tuottaa osan valukomponentin ulkopinnoista. Kannat voi yhdistää myös siinä tapauksessa, että keernat eivät yhdisty toisiinsa. Kappaleen mittatarkkuus paranee verrattuna siihen, että jokainen keerna valmistettaisiin erillisenä ja keernat asetettaisiin erillisiin keernansijoihin. Kuvat: Fonderia Zardo S.P.A., viitattu Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 22

23 Putkimainen sisämuoto vaikuttaa valukappaleiden mittatarkkuuteen seuraavilla mekanismeilla: keernojen tuennan onnistuminen vaikuttaa 1) seinämänpaksuuteen sekä 2) keernalla tuotettavien muotojen ja muotilla tuotettavien muotojen väliseen mittatarkkuuteen keernojen paikoitus suhteessa toisiinsa vaikuttaa 1) keernoilla tuotettavien muotojen väliseen mittatarkkuuteen sekä 2) keernoilla tuotettavien muotojen ja muotilla tuotettavien muotojen väliseen mittatarkkuuteen Lisäksi mittatarkkuuteen vaikuttavat yleiset tekijät: tapa, jolla muottipuoliskot ohjataan toisiinsa vaikuttaa pintajakopintasiirtymän muodostumiseen työvälineiden kunto ja valmistustarkkuus vaikuttaa mittatarkkuuteen yleisellä tasolla, työvälineiden kosteuseläminen ja vääntyily voi vaikuttaa huomattavastikin kutistumakertoimen (krympin) valinnan onnistuminen vaikuttaa mittatarkkuuteen yleisellä tasolla Suurimmat tarkkuusongelmat koskevat mittoja ja muotoja, jotka muodostuvat kahden tai useamman keernan ja muottiviipaleiden yhteisvaikutuksesta. Yhden muotin osan sisällä muodostuvat muodot valmistuvat niin tarkasti kuin työkalun kunto ja valmistustarkkuus sekä kutistumakertoimen oikeellisuus antavat mahdollisuuden. Kotelomainen sisämuoto Puhtaasti kotelomaisia sisämuotoja on erilaisissa astioissa, säiliöissä, taidevaluissa sekä laitekoteloissa, joissa ainoastaan yksi sivu on avonainen. Pääosin kotelomaisia muotoja esiintyy kappaleissa, joissa on keernalla valmistettava laaja sisämuoto, mutta mahdollisuuksia vain yhteen riittävän suureen ja hyvin tukevaan keernakantaan. Kotelomainen muoto esiintyy myös siinä tapauksessa, että jollekin valukappaleen sivulle tulee ulkopuolisen yksikantaisen keernan vaativa, syvennyksen muotoinen vastahellitys. Kotelomaisen rakenteen ongelmat muodostuvat siitä, että keernaan voi valmistaa ainoastaan yhden riittävän paksun ja sulan nosteen vaikutusta kestävän kannan. Yksikantainen keerna vaatii usein lisätukea keernatuista eli keernapalleista (Kuva 24). Keernan kokoon ja muotoon nähden heikot kannat on vahvistettava raudoituksin, piikein ja nauloin. Kuva 24. Erilaisia keernatukia. Kuva: Reginald Heber Palmer (Foundry practice; page 157) [Public domain], lähde: Wikimedia Commons. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 23

24 a) Suositeltava ratkaisu b) Ei suositeltava ratkaisu Kuva 25. Kotelomainen kappale asetettuna avonainen puoli alaspäin. Keerna lasketaan alamuotissa olevaan syvennykseen (keernansijaan), jolloin se paikoittuu erikseen valmistetusta ohjaavasta muodosta oikeaan asentoon. Ylämuotin asento määräytyy irrallisilla, muottiin kaavattuihin reikiin asetettavilla ohjaustupeilla. Vasemmalla oleva kuva a) esittää suositeltavan ratkaisun. Keerna sidotaan paikoilleen ylämuotin jakopintaa vasten. Oikealla olevan kuvan b) ratkaisu ei ole suositeltava. Keernan päälle ja sivuille on asetettava keernatuet. Keerna ei pysy paikoillaan ilman tukia, jos keernansijaan pääsee tunkeutumaan metallia valun aikana. Kuva 26. Kotelomainen kappale asetettuna avonainen puoli ylöspäin. Keerna ripustetaan alamuotissa olevaan syvennykseen (keernansijaan), jolloin se ohjautuu keernakantaan tehdystä ohjaavasta muodosta oikeaan asentoon. Ylämuotissa oleva hellitys pitää keernan paikoillaan valun aikana. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 24

25 a) Suositeltava ratkaisu b) Ei suositeltava ratkaisu Kuva 27. Kotelomainen kappale vaaka-asennossa. Vasemmalla oleva kuva a) esittää suositeltavan ratkaisun. Keernan kanta tarjoaa tuen nostetta vastaan, mutta ei ole kooltaan vielä kovin massiivinen. Mikäli keernansija on väljä, keernan päälle voi tarvita keernatukia, jotta sulan noste ei käännä keernaa yläviistoon asentoon. Tiukka keernansija pitää keernan paikoillaan. Keerna täytyy tukea muotin kokoamisen aikana, koska sen painopiste on keernansijan etupuolella nuolen osoittamassa kohdassa. Oikealla oleva kuva b) esittää ratkaisun, jota ei voi suositella. Keerna ei saa riittävää tukea sulan nostetta vastaan. Se täytyy varustaa keernatuilla sekä sivuilta että päältä. Epävarma rakenne Kuva 28. Pumpun pesän valu. Kappaleen sisälle tulee suurikokoinen keerna, jossa on kaksi kantaa. Toinen kannoista on muihin muotoihin nähden heikko, toinen on vahva ja tukee hyvin. Tällaista kappaletta voi tarkastella kotelomaisena rakenteena, vaikka keerna on periaatteessa putkimainen. Keerna kannattaa tukea samalla tavoin kuin edellisessä kuvassa (Kuva 27). Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 25

26 Kuva 29. Keernan kallistumista ehkäisevä rakenne keernakannassa. Katso edellisen kuvan esimerkki. Kotelomainen sisämuoto vaikuttaa valukappaleiden mittatarkkuuteen samoin kuin putkimainen muoto, mutta keerna on hankalampi tukea ja saada pysymään paikoillaan valun aikana: keernojen tuennan onnistuminen vaikuttaa 1) seinämänpaksuuteen sekä 2) keernalla tuotettavien muotojen ja muotilla tuotettavien muotojen väliseen mittatarkkuuteen keernojen paikoitus suhteessa toisiinsa vaikuttaa 1) keernoilla tuotettavien muotojen väliseen mittatarkkuuteen sekä 2) keernoilla tuotettavien muotojen ja muotilla tuotettavien muotojen väliseen mittatarkkuuteen Lisäksi mittatarkkuuteen vaikuttavat yleiset tekijät: tapa, jolla muottipuoliskot ohjataan toisiinsa vaikuttaa pintajakopintasiirtymän muodostumiseen työvälineiden kunto ja valmistustarkkuus vaikuttaa mittatarkkuuteen yleisellä tasolla, työvälineiden kosteuseläminen ja vääntyily voi vaikuttaa huomattavastikin kutistumakertoimen (krympin) valinnan onnistuminen vaikuttaa mittatarkkuuteen yleisellä tasolla Suurimmat tarkkuusongelmat koskevat mittoja ja muotoja, jotka muodostuvat kahden tai useamman keernan ja muottiviipaleiden yhteisvaikutuksesta. Yhden muotin osan sisällä muodostuvat muodot valmistuvat niin tarkasti kuin työkalun kunto ja valmistustarkkuus sekä kutistumakertoimen oikeellisuus antavat mahdollisuuden. Laajasti sivuille avoin sisämuoto Laajasti sivuille avoimia sisämuotoja esiintyy esimerkiksi pumppujen ja turbiinien juoksupyörissä, kehysrakenteessa sekä erilaisissa haarukkamuodoissa. Niitä esiintyy usein myös muun tyyppisen rakenteen täydentäjänä (Kuva 30). Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 26

27 Kuva 30. Sivulle avoin sisämuoto kappaleen päädyssä. Keerna on hyvin tuettu. Se ulotetaan kappaleen ulkopuolelle ja asetetaan alamuotissa olevaan syvennykseen. Mittatarkkuusongelmat liittyvät keernan paikoittumiseen suhteessa muottiin. Kuva 31. Haarukkavivun keernat. Vasemmalla olevan keernan kannat on ulotettu pitkälle kappaleen muotojen yli, jolloin rakenne on tukeva. Oikealla oleva keerna on epävakaa. Kantaa on venytetty ainoastaan yhteen suuntaan, jolloin keerna pääsee kallistumaan sekä valun että muotin kokoamisen aikana. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 27

28 Laajasti sivuille avoin sisämuoto on periaatteessa helppo valmistaa keernalla, koska keernaan on mahdollista muotoilla riittävän laajat ja hyvin tukevat kannat. Ongelmia alkaa ilmetä vasta sitten, kun muodot monimutkaistuvat esimerkiksi siten, että keernoja täytyy olla useita. Tai siten, että yksittäiset keernat vaativat moniosaisia keernalaatikoita. Muilta osin mittatarkkuus riippuu samoista tekijöistä kuin muillakin keernallisilla rakenteilla: keernojen tuennan onnistuminen vaikuttaa 1) seinämänpaksuuteen sekä 2) keernalla tuotettavien muotojen ja muotilla tuotettavien muotojen väliseen mittatarkkuuteen keernojen tuenta ja paikoitus suhteessa muottiin vaikuttaa keernoilla tuotettavien muotojen ja muotilla tuotettavien muotojen väliseen mittatarkkuuteen Lisäksi mittatarkkuuteen vaikuttavat yleiset tekijät: tapa, jolla muottipuoliskot ohjataan toisiinsa vaikuttaa pintajakopintasiirtymän muodostumiseen työvälineiden kunto ja valmistustarkkuus vaikuttaa mittatarkkuuteen yleisellä tasolla, työvälineiden kosteuseläminen ja vääntyily voi vaikuttaa huomattavastikin kutistumakertoimen (krympin) valinnan onnistuminen vaikuttaa mittatarkkuuteen yleisellä tasolla Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 28

29 Toleranssit ja työstövarat standardin SFS-EN ISO mukaan SFS-EN ISO luokittelee toleranssit mittatoleransseihin (DCT, Dimensional Casting Tolerance) ja geometrisiin toleransseihin (GCT, Geometrical Casting Tolerance). Molemmissa on joukko toleranssiasteita (DCTG, Dimensional Casting Tolerance Grade; GCTG, Geometrical Casting Tolerance Grade). Toleranssiaste valitaan käytettävän valumenetelmän ja valumateriaalin mukaan. Toleranssin laajuus riippuu toleranssiasteesta ja toleroitavasta mitasta. Seuraaviin taulukoihin on koottu standardin esittämät pituusmittojen toleranssit (Taulukko 5) ja suositukset toleranssiasteen valinnasta (Taulukko 3 ja Taulukko 4). Taulukoiden tiedot perustuvat kokemusperäiseen tietoon valimoiden keskimääräisestä suorituskyvystä. Mittatoleranssit suositellaan jaettavaksi symmetrisesti nimellismitan molemmin puolin. Myös epäsymmetrisiä toleransseja voidaan käyttää, jos niistä sovitaan erikseen valun toimittajan kanssa. Taulukko 3. Pitkien sarjojen tai massatuotannon raakavalukappaleiden mittatoleranssiasteet standardista SFS-EN ISO Valukappaleiden mittatoleranssiaste (DCTG) valumetallien mukaan Menetelmä Teräs Adusoitu valurauta Suomugrafiittivalurauta Pallografiittivalurauta Kupariseokset Sinkkiseokset Kevytmetalliseokset Nikkelipohjaiset seokset Kobolttipohjaiset seokset Hiekkavalu, käsinkaavaus Hiekkavalu, kone- ja kuorimuottikaavaus Metallinen kestomuotti (paitsi painevalu) Painevalu Tarkkuusvalu ) Tarkkuusvalulle suositellaan toleranssiasteita suurimman kokonaismitan mukaan seuraavasti: Jos suurin kokonaismitta on 100 mm, valitaan toleranssiasteista Jos suurin kokonaismitta on > 100 mm 400 mm, valitaan toleranssiasteista ja mitoille > 400 mm asteista ) Painevalulle suositellaan toleranssiasteita suurimman kokonaismitan mukaan seuraavasti: Jos suurin kokonaismitta on 50 mm, valitaan mittatoleranssiaste 6. Jos mitta on välillä 50 mm 180 mm, valitaan mittatoleranssiaste 7. Välille 180 mm 500 mm valitaan aste 8 ja tätä suuremmille kokonaismitoille toleranssiaste 9. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 29

30 Taulukko 4. Lyhyiden sarjojen tai yksittäistuotannon raakavalukappaleiden mittatoleranssiasteet standardista SFS-EN ISO Taulukon arvoja sovelletaan yleisesti 25 mm suuremmille nimellismitoille. Pienemmille mitoille voidaan tavallisesti käyttää taloudellisesti ja käytännöllisesti seuraavia pienempiä toleransseja: a) Nimellismitat enintään 10 mm, kolme astetta pienempi. b) Nimellismitat mm, kaksi astetta pienempi. c) Nimellismitat mm, yksi aste pienempi. Menetelmä Hiekkavalu, käsinkaavaus Muottimateriaali Valukappaleiden mittatoleranssiaste (DCTG) valumetallien mukaan Teräs Adusoitu valurauta Suomugrafiittivalurauta Pallografiittivalurauta Kupariseokset Sinkkiseokset Kevytmetalliseokset Nikkelipohjaiset seokset Savisidosteinen Kemiallisesti sidottu Mittatoleranssi tulisi mieluiten esittää nk. yleistoleranssina. Yleistoleranssi merkitään valukappaleen mittapiirustuksen otsikkokenttään tai sen lähelle. Aluksi kirjoitetaan sana Yleistoleranssit. Sen jälkeen kirjoitetaan viittaus ISO standardin kolmanteen osaan muodossa ISO ja valittu toleranssiaste väliviivalla erotettuna muodossa DCTG xx. Esimerkki: Yleistoleranssit ISO DCTG 12 Jos jokin mitta halutaan valmistaa yleistoleranssia tarkemmin, sitä koskeva toleranssi merkitään selkeästi mitan yhteyteen, mutta yleistoleranssia huonompia tarkkuuksia ei merkitä kuin joissain erikoistapauksissa. Hankkivalle tai valmistavalle taholle ei tavallisesti ole suurta taloudellista hyötyä siitä, että jollekin mitalle sallitaan yleistoleranssia heikompi tarkkuus. Kullakin valimolla on tietty suorituskyky valujen mitanpitävyyden osalta. Mitanpitävyys riippuu esimerkiksi käytössä olevista laitteista, materiaaleista ja menetelmistä. Standardisarja SFS-EN ISO 8062 ohjaa sekä tilaajaa että valimoa selvittämään, mikä tuo suorituskyky on sekä toimimaan mitoituksen ja työstövarojen valinnan suhteen siten, että suorituskyky riittää täyttämään vaatimukset. Valimon suorituskyvyn selvittäminen korostuu myös siinä, että toleranssien ylittyminen ei standardin mukaan välttämättä ole peruste hylätä valutoimitusta. Tilaajan tulee vielä erikseen todistaa, että sovittua huonommasta mitanpitävyydestä on ollut haittaa kappaleen toiminnallisuudelle. Jos kappaleen valmistustarkkuus halutaan esittää tarkemmin kuin mihin mittatarkkuuden toleranssiaste antaa mahdollisuuden, yleistoleranssiin lisätään vaatimukset geometrisen toleranssin asteesta ja jakopintasiirtymästä. Jakopintasiirtymä sisältyy epäsuorasti mittatoleransseihin. Jos otetaan esimerkiksi edellä olevan kuvan (Kuva 9) pituussuuntaisen 450 mm mitan jakopintasiirtymä, se saisi normaalilla käsinkaavausvalimon suoritustasolla (DCTG 11-14) olla jopa 7 18 mm. Mikäli mikään muu tekijä ei vaikuta kappaleen mitanpitävyyttä huonontavasti, 4 mm jakopintasiirtymä mahtuu normaaleihin toleransseihin. Toisaalta laipan paksuusmitta ei saisi vaihdella enempää kuin 3,2 8 mm. Jos jakopintasiirtymä halutaan rajata tarkemmin, se liitetään yleistoleranssiin merkinnällä SMI. Esimerkki: Yleistoleranssit ISO DCTG 12 SMI ± 2 Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 30

31 Taulukko 5. Valukappaleiden pituusmittojen toleranssit (DCT) standardista SFS-EN ISO Seinämänpaksuuksille käytetään yhtä astetta suurempaa toleranssia siten, että astetta DCTG 16 käytetään vain seinämänpaksuuksille valukappaleissa, joille on yleisesti määritelty DCTG 15. Muotilla valmistetun kappaleen nimellismitta Valukappaleiden pituusmittojen toleranssit mittatoleranssiasteiden (DCTG) mukaan DCTG1 DCTG2 DCTG3 DCTG4 DCTG5 DCTG6 DCTG7 DCTG8 DCTG9 DCTG10 DCTG11 DCTG12 DCTG13 DCTG14 DCTG15 DCTG ,09 0,13 0,18 0,26 0,36 0,52 0,74 1 1,5 2 2,8 4,2 > ,1 0,14 0,2 0,28 0,38 0,54 0,78 1,1 1,6 2,2 3 4,4 > ,11 0,15 0,22 0,3 0,42 0,58 0,82 1,2 1,7 2,4 3,2 4, > ,12 0,17 0,24 0,32 0,46 0,64 0,9 1,3 1,8 2,6 3, > ,13 0,18 0,26 0,36 0,5 0,7 1 1,4 2 2,8 4 5, > ,14 0,2 0,28 0,4 0,56 0,78 1,1 1,6 2,2 3,2 4, > ,15 0,22 0,3 0,44 0,62 0,88 1,2 1,8 2,5 3, > ,24 0,34 0,5 0,7 1 1,4 2 2,8 4 5, > ,4 0,56 0,78 1,1 1,6 2,2 3,2 4,4 6, > ,64 0,9 1,2 1,8 2,6 3, > ,4 2 2, > ,6 2,2 3,2 4, > ,6 3,8 5, > ,4 6, > > Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 31

32 Standardin SFS-EN ISO mukaan sovellettavia geometrisia toleransseja ovat suoruus, tasomaisuus, ympyrämäisyys, yhdensuuntaisuus, kohtisuoruus, symmetrisyys ja sama-akselisuus. Toleranssin suuruus määritetään toleranssiasteiden mukaan samalla tavoin kuin mittatoleranssien tapauksessa. Seuraavissa taulukoissa (Taulukko 6 - Taulukko 9) esitetään geometriset toleranssit toleranssiasteiden mukaan ja niiden jälkeen tulevassa taulukossa (Taulukko 10) geometristen toleranssien asteet valumenetelmän ja valettavan materiaalin mukaan. Taulukko 6. Suoruustoleranssit standardista SFS-EN ISO Muotilla valmistetun kappaleen nimellismitta Valukappaleiden suoruustoleranssit geometristen toleranssiasteiden (GCTG) mukaan GCTG2 GCTG3 GCTG4 GCTG5 GCTG6 GCTG7 GCTG8 10 0,08 0,12 0,18 0,27 0,4 0,6 0,9 > ,12 0,18 0,27 0,4 0,6 0,9 1,4 > ,18 0,27 0,4 0,6 0,9 1,4 2 > ,27 0,4 0,6 0,9 1,4 2 3 > ,4 0,6 0,9 1, ,5 > > > Taulukko 7. Tasomaisuustoleranssit standardista SFS-EN ISO Muotilla valmistetun kappaleen nimellismitta Valukappaleiden tasomaisuustoleranssit geometristen toleranssiasteiden (GCTG) mukaan GCTG2 GCTG3 GCTG4 GCTG5 GCTG6 GCTG7 GCTG8 10 0,12 0,18 0,27 0,4 0,6 0,9 1,4 > ,18 0,27 0,4 0,6 0,9 1,4 2 > ,27 0,4 0,6 0,9 1,4 2 3 > ,4 0,6 0,9 1, ,5 > ,6 0,9 1, ,5 7 > > > Taulukko 8. Ympyrämäisyys-, yhdensuuntaisuus-, kohtisuoruus- ja symmetrisyystoleranssit standardista SFS-EN ISO Muotilla valmistetun kappaleen nimellismitta Valukappaleiden toleranssit geometristen toleranssiasteiden (GCTG) mukaan GCTG2 GCTG3 GCTG4 GCTG5 GCTG6 GCTG7 GCTG8 10 0,18 0,27 0,4 0,6 0,9 1,4 2 > ,27 0,4 0,6 0,9 1,4 2 3 > ,4 0,6 0,9 1, ,5 > ,6 0,9 1, ,5 7 > ,9 1, , > > > Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 32

33 Taulukko 9. Sama-akselisuustoleranssit standardista SFS-EN ISO Muotilla valmistetun kappaleen nimellismitta Valukappaleiden sama-akselisuustoleranssit geometristen toleranssiasteiden (GCTG) mukaan GCTG2 GCTG3 GCTG4 GCTG5 GCTG6 GCTG7 GCTG8 10 0,27 0,4 0,6 0,9 1,4 2 3 > ,4 0,6 0,9 1, ,5 > ,6 0,9 1, ,5 7 > ,9 1, , > , , > > > Taulukko 10. Geometriset toleranssiasteet standardista SFS-EN ISO Valukappaleiden geometrinen toleranssiaste (GCTG) valumetallien mukaan Menetelmä Teräs Adusoitu valurauta Suomugrafiittivalurauta Pallografiittivalurauta Kupariseokset Sinkkiseokset Kevytmetalliseokset Nikkelipohjaiset seokset Kobolttipohjaiset seokset Hiekkavalu, käsinkaavaus Hiekkavalu, kone- ja kuorimuottikaavaus Metallinen kestomuotti (paitsi painevalu) Painevalu a Tarkkuusvalu b b b a) Painevalulle suositellaan toleranssiasteita seuraavasti: Astetta GCTG 2 tulisi käyttää vain erikseen sovittaessa. Aste GCTG 3 kattaa tavalliset valukappaleet, jotka valmistetaan luistittomalla muotilla. Astetta GCTG 4 sovelletaan monimutkaisille valukappaleille sekä valukappaleille, joita varten tarvitaan luistillinen muotti. b) Tarkkuusvalulle sovelletaan: Jos kappaleen suurin kokonaismitta on pienempi kuin 100 mm, käytetään asteita Jos suurin kokonaismitta asettuu välille < 100 mm 400 mm, käytetään asteita Yli 400 mm kokonaismitoille käytetään asteita Geometrinen toleranssi määrittää joissain tapauksissa jakopintasiirtymän suuruuden mittatoleranssia paremmin. Geometrisia toleransseja ei kuitenkaan sovelleta hellitettyihin muotoihin. Edellä olevan kuvan (Kuva 9) esimerkkitapauksessa sovellettavaksi tulisi lähinnä ympyrämäisyystoleranssi, koska kaikki loput pinnat ovat hellitettyjä. Jos kappaleen valmistusmenetelmä olisi käsin kaavattu hiekkavalu ja valmistusmateriaali pallografiittivalurauta, geometriset toleranssit valittaisiin luokista GCTG 5 7. Ympyrämäisyystoleranssi on tällöin mm mitoille 2 4,5 mm. Astetta GCTG6 vastaa 3mm toleranssi. Mikäli se katsotaan riittäväksi, voidaan yleistoleranssiin merkitä esimerkiksi: Yleistoleranssit ISO GCTG 6 Jos geometrista toleranssia käytetään yleistoleranssina mittatoleranssin yhteydessä, lisätään merkintöihin työstövara-aste. Esimerkki: Yleistoleranssit ISO DCTG 12 RMA 4 (RMAG G) GCTG 6 Geometrinen toleranssi, kuten mittatoleranssikin voidaan merkitä piirustuksiin myös joillekin mitoille ja muodoille erikseen. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 33

34 Työstövaran suuruus mitoitetaan valitsemalla aluksi sopiva työstövara-aste valumateriaalin ja valumenetelmän perusteella (Taulukko 12). Sen jälkeen haetaan työstövara suurimman kokonaismitan perusteella (Taulukko 11). Taulukko 11. Työstövaran suuruus eri työstövara-asteissa standardin SFS-EN ISO mukaan. Työstövara-asteita A ja B käytetään vain erikoistapauksissa erikseen sopimalla. Suurin Tarvittavat työstövarat työstövara-asteiden (RMAG) mukaan kokonaismitta RMAG A RMAG B RMAG C RMAG D RMAG E RMAG F RMAG G RMAG H RMAG J RMAG K 40 0,1 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,5 0,7 1 2 > ,1 0,2 0,3 0,3 0,4 0,5 0,7 1 1,4 3 > ,2 0,3 0,4 0,5 0,7 1 1,4 2 2,8 4 > ,3 0,4 0,5 0,8 1,1 1,5 2, > ,3 0,5 0,7 1 1,4 2 2,8 4 5,5 8 > ,4 0,7 0,9 1,3 1,8 2,5 3, > ,5 0,8 1,1 1,5 2, > ,6 0,9 1,2 1,8 2,5 3, > ,7 1 1,4 2 2,8 4 5, > ,8 1,1 1,6 2,2 3,2 4, > ,9 1,3 1,8 2,5 3, > ,4 2 2,8 4 5, > ,1 1,5 2,2 3 4, Taulukko 12. Tavallisesti sovellettavat työstövara-asteet valumetallin ja -menetelmän mukaan standardista SFS-EN ISO Tarvittava työstövara-aste (RMAG) valumetallien mukaan Menetelmä Teräs Adusoitu valurauta Suomugrafiittivalurauta Pallografiittivalurauta Kupariseokset Sinkkiseokset Kevytmetalliseokset Nikkelipohjaiset seokset Kobolttipohjaiset seokset Hiekkavalu, käsinkaavaus G...K F...H* F...H* F...H F...H F...H F...H* G...K G...K Hiekkavalu, kone- ja kuorimuottikaavaus Metallinen kestomuotti (paitsi painevalu) F...H E...G E...G E...G E...G E...G E...G F...H F...H D...F D...F D...F D...F D...F D...F Painevalu B...D A...D B...D Tarkkuusvalu E E E E E E E * Yli 6300 mm mitoille sovelletaan tavallista laajempaa työstövara-asteväliä F K. Työstövarat voidaan tarvittaessa mitoittaa joillekin nimetyille pinnoille yleistoleranssia pienempinä tai suurempina. Pinnat merkitään tällöin erikseen. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 34

35 CEN ISO/TS : Muotilla valmistetun kappaleen nimellismittojen laskenta ja säännöt geometristen toleranssien merkitsemiseksi Muotilla valmistettu kappale voi koostua asiakirjan CEN ISO/TS mukaan elementeistä, jotka jäävät muotissa muotoutuneeseen tilaan sekä elementeistä, joita jatkojalostetaan yhdessä tai useammassa työstövaiheessa. Näitä koskevat käsitteet 1) muotilla valmistettu elementti, 2) osittain työstetty elementti ja 3) valmiiksi työstetty elementti. Kun kappale on poistettu muotista ja sille on tehty normaalit puhdistustoimenpiteet eli valukkeiden poisto, pintapuhdistus ja jakopinnan siistiminen, sen sanotaan olevan puhdistetussa tilassa. Kappaleessa on tällöin ainoastaan muotilla valmistettuja elementtejä. Jos kappaleelle on suunniteltu työstövaiheita ja vähintään yksi niistä on valmis, mutta osa on vielä suorittamatta, kappaleen sanotaan olevan osittain työstetyssä tilassa. Siinä voi tällöin olla muotilla valmistettuja elementtejä, osittain työstettyjä elementtejä ja valmiiksi työstettyjä elementtejä. Kun kaikki työstövaiheet on tehty, kappale on valmiiksi työstetyssä tilassa. Siinä voi tällöin olla muotilla valmistettuja elementtejä ja valmiiksi työstettyjä elementtejä. Kappaleella voi olla vain yksi puhdistettu tila ja yksi kokonaan työstetty tila. Osittain työstettyjä tiloja voi olla useita. Kappaleen tila tarkoittaa käytännössä samaa kuin kappaleen valmistusvaihe. Valmistusvaiheisiin liittyvät vaatimukset määritetään piirustuksella. Mikäli valmistusvaiheita on useampia kuin yksi, niitä koskevat vaatimukset voidaan esittää yhdistelmäpiirustuksella. Yhdistelmäpiirustus sisältää mitat, toleranssit ja muut vaatimukset kappaleen puhdistetulle tilalle sekä kaikille työstövaiheille tai vain osalle niistä. Vaatimukset voidaan esittää myös kullekin valmistusvaiheelle erikseen laadituilla erillispiirustuksilla. Erillispiirustusten käyttö on suositeltavaa, jos merkintöjä ja valmistusvaiheita on paljon tai jos yhdistelmäpiirustuksesta tulee jostain muusta syystä vaikeaselkoinen. Erillispiirustusten ja yhdistelmäpiirustusten otsikkotauluun tai sen lähelle merkitään standardin numero sekä tunnukset piirustuksen esittämistä tiloista. Yhdistelmäpiirustuksessa kaikki mitat, pintamerkit ja muut vaatimuksia osoittavat merkinnät tulee lisäksi varustaa tunnuksella, joka osoittaa, mitä kappaleen tilaa kukin osoittaa. Erillispiirustuksissa näitä selventäviä merkintöjä ei tarvita. Tunnukset, otsikkotauluun tehtävät merkinnät ja vaatimusten yhteydessä esitettävät merkinnät on lueteltu seuraavassa taulukossa (Taulukko 13). Yhdistelmäpiirustuksen kuvantoihin piirretään kappaleen pisimmälle valmistetun tilan ulkomuoto. Jos yhdistelmäpiirustuksella esitetään esimerkiksi puhdistetun kappaleen tila ja kaksi ensimmäistä osittain työstetyn kappaleen tilaa, sen kuvannot piirretään jälkimmäisen työstövaiheen mukaisina. Vaatimukset merkitään kaikista niistä tiloista, joita piirustuksella halutaan esittää. Vähintään tulee merkitä pisimmälle valmistettua ja sitä edeltävää tilaa koskevat vaatimukset. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 35

36 Taulukko 13. Tunnus Tilojen tunnukset ja esimerkkejä niiden käyttötavoista Käyttökohde Puhdistettu tila Osittain työstetty tila Valmiiksi työstetty tila Toimittajan tekemän työstön tunnus Tunnusten käyttö mittojen ja toleranssien yhteydessä Elementin tila pintamerkin yhteydessä Elementin tila mitan yhteydessä Elementin tila mittatoleranssin yhteydessä Tunnukset otsikkotaulussa: Elementin tila teoreettisesti tarkan mitan yhteydessä Elementin tila geometrisen toleranssin yhteydessä Yhdistelmäpiirustus Erillispiirustus Elementin tilan tunnus voidaan liittää sekä mittatoleransseihin että geometrisiin toleransseihin (Taulukko 13). Ellei geometriseen toleranssiin ole liitetty tilan tunnusta, toleranssi koskee kaikkia piirustuksessa esitettyjä kappaleen tiloja. Geometrisen toleranssin peruselementiksi otetaan elementti, joka on samassa tilassa kuin geometrinen toleranssi, jos tällainen peruselementin tila on tarjolla, esimerkiksi pintamerkin yhteydessä määriteltynä (Kuva 15). Ellei samassa tilassa olevaa peruselementtiä ole, valitaan lähin edeltävä tila tai se tila, joka on tarjolla (Kuva 16). Peruselementtinä voi käyttää hellitettyä, puhdistetun kappaleen tilassa olevaa pintaa, mutta menettely ei ole suositeltava. Hellitys täytyy poistaa pinnasta joko todellisesti tai virtuaalisesti ennen, kuin peruselementti ja sillä suunnattu geometrinen toleranssi voidaan määrittää. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 36

37 Työstettäviin pintoihin tarvittava työstövara määritetään yhdellä merkinnällä standardiin SFS-EN ISO viitaten tai erillisillä merkinnöillä pintamerkkien yhteydessä (Kuva 24). Kuva 32. Työstövaran merkitseminen pintamerkin yhteyteen. Merkintä tarkoittaa, että kuvannon esittämällä työstetyllä pinnalla on kappaleen puhdistetussa tilassa 3 mm työstövara. Erikseen merkitty työstövara kumoaa yleisen RMA- ja RMAG -merkinnän. Kuva 33. Peruselementiksi on tarjolla pinta, joka on vastaavassa tilassa kuin geometrinen toleranssi. Puhdistetun kappaleen tilaan määritetyn geometrisen toleranssin peruselementtinä käytetään kappaleen puhdistetussa tilassa olevaa pintaa (vaihtoehto a). Osittain työstettyyn (karkeakoneistettuun) tilaan määritetyn geometrisen toleranssin peruselementtinä käytetään osittain työstetyssä tilassa olevaa (karkeakoneistettua) pintaa (vaihtoehto b). Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 37

38 Kuva 34. Peruselementiksi on tarjolla vain puhdistetussa tilassa oleva kappaleen pinta. Sitä käytetään sekä puhdistettuun tilaan määritetylle että osittain työstettyyn (karkeakoneistettuun) tilaan määritetylle geometriselle toleranssille. Kappaleen tilojen määrittely piirustuksissa Muotilla valmistetun osittain työstetyn kappaleen tila määritetään erillispiirustuksella tai yhdistelmäpiirustuksella, johon tämä tila sisältyy. Samoin määritetään kappaleen valmiiksi työstetty tila. Epäsuorat määrittelyt eivät ole kummankaan tilan tapauksessa mahdollisia. Ellei muotilla valmistettua kappaletta työstetä, sen puhdistetun tilan määrittäminen tapahtuu suoraan erillispiirustuksella eikä muita vaihtoehtoja ole. Mikäli valmistukseen kuuluu työstövaiheita, kappaleen puhdistettu tila voidaan määrittää suoraan erillispiirustuksella, suoraan yhdistelmäpiirustuksella tai epäsuorasti yhdistelmäpiirustuksella. Suorassa määrittelyssä puhdistetun ja työstetyn tilan mitat ja toleranssit kirjoitetaan yhdistelmäpiirustukseen näkyviin ja kuhunkin liitetään tilan tunnus. Epäsuorassa määrittelyssä pudistetun tilan mittoja ei kirjoiteta piirustukseen. Piirustukseen merkitään työstetyn tilan mitat ja toleranssit sekä sovellettava valun mittatoleranssiaste, geometrisen toleranssin aste ja työstövara-aste. Puhdistetun tilan nimellismitat lasketaan näiden perusteella. Osan puhdistetun tilan mitoista ja toleransseista voi kuitenkin halutessaan kirjoittaa. Erikseen kirjoitetut mitat ja toleranssit ohittavat yleistoleranssit ja laskennallisesti määritettävät nimellismitat. Epäsuoraa yhteenlaskumenetelmää soveltava piirustus laaditaan seuraavien vaiheiden kautta: työstetty kappale määritellään suoraan kokonaisuudessaan soveltuvilla geometrisen tuotemäärittelyn (GPS) standardien mukaisilla merkinnöillä standardista SFS-EN ISO valitaan sopiva mittatoleranssiaste (DCTG), geometrinen toleranssiaste (GCTG) ja työstövaran aste (RMAG) otsikkotauluun tai sen läheisyyteen merkitään muotilla valmistetun puhdistetun kappaleen piirustustyypin tunniste ja valmiiksi työstetyn kappaleen piirustustyypin tunniste Yhteenlaskumenetelmä johtaa suurempiin valun mittoihin kuin mikä olisi useimpien valimoiden valmistustarkkuus huomioiden tarpeellista. Yhteenlaskumenetelmässä varaudutaan siihen, että valun ja työstön toleranssit kumuloituvat mahdollisimman epäedullisella tavalla. Mikäli työstettävän aineen Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 38

39 määrää halutaan vähentää, tilaajan on hyvä pyytää valimon arvio nimellismittojen kohtuullistamisesta ja erilaisiin kappaleen muotoihin sovellettavista geometrisista toleransseista. Tämän jälkeen valun puhdistetun tilan mitat määritellään suoraan erillis- tai yhdistelmäpiirustukseen. Yhteenlaskumenetelmän soveltaminen a) Ulkopuolinen mitallinen elementti (ei porrasmitta): Valun nimellismitta (dc) lasketaan lisäämällä valmiiksi työstetyn muodon ylempään rajamittaan (dmmax) työstövara (trma) kaksinkertaisena sekä sen lisäksi valun muototoleranssi (tgct) kokonaisena, puolet valun mittatoleranssista (tdct) ja työstetyn muodon geometrinen muototoleranssi (tgmt). Mikäli työstetylle mitalle on asetettu verhopintavaatimus (E), sen geometrista muototoleranssia (tgmt) ei lisätä. eli ilman verhopintavaatimusta: dc = dmmax + 2tRMA + tgct + ½tDCT + tgmt tai verhopintavaatimuksen kanssa: dc = dmmax + 2tRMA + tgct + ½tDCT b) Sisäpuolinen mitallinen elementti: Valun nimellismitta (dc) lasketaan vähentämällä valmiiksi työstetyn muodon alemmasta rajamitasta (dmmin) työstövara (trma) kaksinkertaisena sekä sen lisäksi valun muototoleranssi (tgct) kokonaisena, puolet valun mittatoleranssista (tdct) ja työstetyn muodon geometrinen muototoleranssi (tgmt). Mikäli työstetylle mitalle on asetettu verhopintavaatimus (E), sen geometrista muototoleranssia (tgmt) ei vähennetä. eli ilman verhopintavaatimusta: dc = dmmin 2tRMA tgct - ½tDCT tgmt tai verhopintavaatimuksen kanssa: dc = dmmin 2tRMA tgct - ½tDCT c) Porrasmitta: Valussa olevan porrasmaisen, työstettävän muodon pintojen välinen nimellismitta lasketaan vähentämällä valmiiksi työstetyn muodon nimellismitasta (dm) valun tasomaisuustoleranssi (tgct) kokonaisena ja lisäämällä erotukseen puolet valun mittatoleranssista. dc = dm tgct + ½tDCT Kumpaankin työstettävään pintaan lisätään työstövara (trma). d) Paikkatoleroitu mitallinen elementti suhteessa tasomaiseen pintaan: Valussa olevan paikkatoleroidun mitallisen elementin ja tasopinnan välinen teoreettisesti tarkka (TED) mitta lasketaan lisäämällä valmiiksi työstetyn muodon teoreettisesti tarkkaan mittaan valetun pinnan muototoleranssi (tgct) kokonaisena, puolet karkeakoneistetun tilan muototoleranssista (tgmt) sekä työstövara (trma). TEDC = TEDM + tgct + ½tGMT + trma Valun mittatoleranssia (tdct) ei huomioida, koska mittatoleransseja ei yleisesti ottaen kohdisteta teoreettisesti tarkkoihin mittoihin. Mitallisen elementin nimellismitta puhdistetun valun tilassa määritetään, kuten edellä on esitetty. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 39

40 e) Kahden paikkatoleroidun mitallisen elementin välinen etäisyys: Paikkatoleroitujen mitallisten elementtien välinen teoreettisesti tarkka mitta pysyy muuttumattomana. Mitta on sama valmiiksi työstetyssä, osittain työstetyssä ja puhdistetun valun tilassa. Mitallisen elementtien nimellismitat puhdistetun valun tilassa määritetään, kuten edellä on esitetty. Kuva 35. Esimerkki valmiiksi työstetyn tilan vaatimuksista. Kuvannot eivät ole täydellisiä. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 40

41 Esimerkki 1: Ulkopuolinen mitallinen elementti Edellä olevassa kuvassa (Kuva 17) on osa valuteräksestä valmistettavan venttiilipesän mitoitusta. Kappaletta on tarkoitus valaa piensarja käsin kaavattuna hiekkavaluna kemiallisesti sidottuun hiekkaan. Mittatoleranssiasteeksi valitaan tällöin DCTG 13 ja geometriseksi toleranssiasteeksi GCTG 7. Työstövara-asteeksi valitaan RMAG H, jolloin työstövara on suurimman kokonaismitan (340 mm) perusteella 5 mm. Kuvaan on merkitty neljä ulkopuolista mitallista elementtiä. Nämä ovat kaikkien kolmen laipan ulkohalkaisija (200 mm) ja kahden yhdensuuntaisen laipan välinen etäisyys (340 mm). Verhopintavaatimusta ei ole merkitty. Lasketaan aluksi laipan ulkokehän nimellismitta muotilla valmistetun kappaleen puhdistetussa tilassa. Ulkokehän ylempi rajamitta on 200,5 mm. Geometrinen samaakselisuustoleranssi tälle mitalle on 7 mm, kun sovelletaan toleranssiastetta GCTG 7. Samaakselisuus on määrätty laipan keskellä olevaan reikään peruselementeillä A ja B. Mittatoleranssiksi tulee 11 mm, kun sovelletaan toleranssiastetta DCTG 13. Työstövaraksi valittiin 5 mm. Ulkohalkaisijan nimellismitta on tällöin: dc = dmmax + 2tRMA + tgct + ½tDCT + tgmt = 200,5mm + 2 x 5mm + 7 mm + ½ x 11 mm + 0,1 mm = 223,1 mm 223 mm eli lisämitta säteen suunnassa: ½ x (223 mm mm) = 11,5 mm Yhdensuuntaisten laippojen välisen etäisyyden laskennassa käytetään ylempää rajamittaa 340,5 mm, astetta DCTG 13 vastaavaa mittatoleranssia 12 mm ja työstövaraa 5 mm. Laipoille on merkitty peruselementillä B symmetrisyystoleranssi kuvannon suunnassa ylhäällä olevan laipan keskellä olevaan reikään. Toleranssiastetta GCTG 7 ja mittaa 340,5 mm vastaava symmetrisyystoleranssi on 7 mm. Näillä arvoilla laippojen välisen etäisyyden nimellismitta on muotilla valmistetun kappaleen puhdistetussa tilassa: dc = dmmax + 2tRMA + tgct + ½tDCT + tgmt = 340,5 mm + 2 x 5 mm + 7 mm + ½ x 12 mm + 0,1 mm = 363,6 mm 364 mm eli kumpaankin pintaan lisättävä mitta: ½ x (364 mm 340 mm) = 12 mm Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 41

42 Esimerkki 2: Ulkopuolinen mitallinen elementti Jos edellä olevan esimerkin 1 tuotetta valmistetaan kuorimuottikaavauksena suuri, esimerkiksi kappaleen sarja, mittatoleranssiaste, geometrinen toleranssiaste ja työstövara-aste voidaan valita pienemmiksi. Valitaan asteet DCTG 10, GCTG 6 ja RMAG G. Toleranssiastetta DCTG 10 vastaava mittatoleranssi on laipan halkaisijalle 4 mm ja laippojen väliselle etäisyydelle 4,4 mm. Laipan ulkohalkaisijan geometriseksi samaakselisuustoleranssiksi saadaan taulukosta 4,5 mm ja laippojen välisen etäisyyden symmetrisyystoleranssiksi 4,5 mm, kun sovellettavana on geometrisen toleranssin aste GCTG 6. Työstövara-astetta RMAG G ja mittaa 340 mm vastaava työstövara on 3,5 mm. Laipan ulkohalkaisijan nimellismitaksi muotilla valmistetun kappaleen puhdistetussa tilassa saadaan näillä arvoilla: dc = dmmax + 2tRMA + tgct + ½tDCT + tgmt = 200,5 mm + 2 x 3,5 mm + 4,5 mm + ½ x 4 mm + 0,1 mm = 214,1 mm 214 mm Laippojen välisen etäisyyden nimellismitaksi muotilla valmistetun kappaleen puhdistetussa tilassa saadaan näillä arvoilla: dc = dmmax + 2tRMA + tgct + ½tDCT + tgmt = 340,5 mm + 2 x 3,5 mm + 4,5 mm + ½ x 4,4 mm + 0,1 mm = 354,3 mm 354 mm Esimerkki 3: Sisäpuolinen mitallinen elementti Edellä olevan kuvan (Kuva 17) esimerkissä on kolme sisäpuolista mitallista elementtiä. Elementit ovat laippojen keskellä olevat reiät halkaisijaltaan 110 mm. Kappaletta on tarkoitus valaa piensarja käsin kaavattuna hiekkavaluna kemiallisesti sidottuun hiekkaan, kuten esimerkissä 1. Mittatoleranssiaste on tällöin DCTG 13 ja geometrinen toleranssiaste GCTG 7. Työstövara-aste on RMAG H ja työstövara suurimman kokonaismitan (340 mm) perusteella 5 mm. Verhopintavaatimusta ei ole merkitty. Reikien alempi rajamitta on 109,5 mm. Kuvannon suunnassa kappaleen päällä olevan laipan keskellä olevaan reikään kohdistuu kohtisuoruusvaatimus laipan yläpinnan kanssa. Sivuilla oleviin reikiin kohdistuu symmetrisyystoleranssi ja paikkatoleranssin kautta muodostuva yhdensuuntaisuuden vaatimus. Geometrinen symmetrisyys- ja yhdensuuntaisuustoleranssi tälle mitalle on 4,5 mm, kun sovelletaan toleranssiastetta GCTG 7. Mittatoleranssiksi tulee 10 mm, kun sovelletaan toleranssiastetta DCTG 13. Laipoissa olevien reikien sisähalkaisijan nimellismitta puhdistetussa tilassa on tällöin: dc = dmmin - 2tRMA - tgct - ½tDCT - tgmt = 109,5 mm - 2 x 5 mm 4,5 mm - ½ x 10 mm - 0,1 mm = 89,9 mm 90 mm eli säteen suunnassa lisätään ainepaksuutta: ½ x (110 mm - 90 mm) = 10 mm Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 42

43 Esimerkki 4: Paikkatoleroitu mitallinen elementti suhteessa tasomaiseen pintaan Edellä olevan kuvan (Kuva 17) esimerkissä on yksi tasopinnan ja mitallisen elementin välinen paikkatoleroitu mitta. Se on työstetyn peruselementin C ja kappaleen sivulla olevan laipan keskellä olevan työstetyn reiän välinen teoreettisesti tarkka mitta 145 mm. Kappaletta on tarkoitus valaa piensarja käsin kaavattuna hiekkavaluna kemiallisesti sidottuun hiekkaan, kuten esimerkissä 1. Mittatoleranssiaste on tällöin DCTG 13 ja geometrinen toleranssiaste GCTG 7. Työstövara-aste on RMAG H ja työstövara suurimman kokonaismitan (340 mm) perusteella 5 mm. Geometrisista toleransseista sovelletaan standardin SFS-EN ISO taulukossa 4 olevia tasomaisuustoleransseja. 200 mm halkaisijaisen laipan tasomaisuustoleranssi on tästä taulukosta poimittuna 3 mm, kun sovellettava toleranssiaste on GCTG 7. Karkeakoneistetun tilan tasomaisuustoleranssia ei ole merkitty. Sen soveltuvaksi arvoksi voi ottaa esimerkiksi 0,25 mm. Reiän ja tasopinnan välinen teoreettisesti tarkka mitta on valun puhdistetussa tilassa tällöin: TEDC = TEDM + tgct + ½tGMT + trma = 145mm + 3mm + ½ x 0,25 mm + 5 mm = 153,125mm 153mm Yhteenlaskumenetelmän ongelmia Yhteenlaskumenetelmää käyttäen päädytään huomattavan suuriin valun nimellismittoihin. Siitä huolimatta on mahdollista, että valuaihiosta ei saa työstettyä koneensuunnittelijoita tyydyttävää kappaletta. Yhteenlaskumenetelmän suurin ongelma on, että se ei huomioi ensimmäisissä tekstikappaleissa esitettyjä valumateriaalin kutistumisesta, työkalujen kulumisen, kosteuden tai lämpötilan vaihteluiden aiheuttamia mittamuutoksia eikä muotin rakenteen aiheuttamia epätarkkuustekijöitä muuten kuin yleisinä nimellismittojen lisäyksinä. Luetellut epätarkkuustekijät saa paremmin hallintaan, kun ne tunnistaa valukappaleen rakenteesta ja toleroi täsmällisesti valuaihion valmistajaa varten. Seuraavilla, esimerkkilaskelmissa käytetystä kappaleesta laadituilla kuvilla (Kuva 18 - Kuva 21) pyritään yhden esimerkin kautta selventämään koneistettavan valuaihion tarkkuuteen vaikuttavia tekijöitä. Esimerkissä on keerna asettunut hiukan vinoon asentoon muotin kokoamisen aikana. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 43

44 a) b) Kuva 36. Vasemmalla olevassa kuvassa a) on keerna asetettu epähuomiossa hiukan vinoon asentoon alamuotissa oleviin keernansijoihin. Kuvassa b) keerna on suorassa ja oikein asetettu. Ero on tuskin huomattavissa. Kuva 37. Kappale, joka on poistettu muotista, jossa keerna on ollut vinossa asennossa. Kappaletta ei ole vielä puhdistettu muuten kuin poistamalla muotti- ja keernahiekka pintapuhdistuksen keinoin. Keernan virheasento on aiheuttanut ongelmia muotin sulkeutumisessa, jolloin jakopinnalle ja keernakantoihin on muodostunut runsaasti pursetta. Kuva 38. Edellisen kuvan kappale valmiiksi puhdistettuna. Jakopintaa ei ole runsaasta ja paksusta purseesta johtuen saatu puhdistettua kovin siistiksi. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 44

45 Kuva 39. Kun työstettävää muotoa sovitetaan valuaihioon, jää mietittäväksi haetaanko sovitusta sisäpuolisten vai ulkopuolisten muotojen perusteella. Tässä esimerkissä työstettävä muoto on sovitettu sisäpuolisten, keernalla muotoutuneiden muotojen perusteella. Tällöin huomataan, että seinämänpaksuudesta ei saa kaikkialta suunnitellun mukaista. Laipan paksuus vaihtelee ja työstettävää ainetta on huomattavan paljon. Esimerkkikuvien tapauksessa olisi ollut ehkä mahdollista selvitä pienemmillä työstettävän aineen paksuuksilla, jos valuaihioon eli kappaleen puhdistettuun tilaan olisi toleroitu keernan asetustarkkuus ja valun nimellismitat olisi laskettu sen perusteella. Parhaaseen lopputulokseen päästään, jos keernan asetustarkkuus ja muutkin olennaiset valun tarkkuuteen vaikuttavat tekijät huomioidaan valutuotteen suunnittelussa, esimerkiksi työstettävien osien peruselementtien valinnassa. Standardisarja SFS-EN ISO 8062 suosittelee käyttämään keernoilla, etenkin suurikokoisilla ja/tai pisimmillä keernoilla valmistettuja muotoja ensisijaisina peruselementteinä. Esitetystä esimerkkitapauksesta voi päätellä tämän olevan hyvä lähtökohta. Muokattu Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely - 45