Painevalukappaleen valeavuus Miskolc Universiy Sefan Fredriksson Swecas AB Muokau ja lisäy käännös: Tuula Höök, Pekka Savolainen Tampereen eknillinen yliopiso Painevalukappale äyyy suunniella sien, eä seuraava kolme keskeisä prosessiin liiyvää vaaimusa äyyvä: Muoipesä äyyy kokonaan Valuseos jähmeyy sien, eä kappale väänyilee mahdollisimman vähän ja kaikki aluee sen sisällä ova asalaauisia Kappale voidaan poisaa muoisa Kun sula mealli viraa kanavison läpi muoipesään, siiä siiryy lämpöä muoin seinämiin. Jähmeyminen alkaa sulan lämpöilan laskiessa riiävän alas. Joa kappaleeseen ei muodosuisi kylmävikoja, pesä äyyy äyää kokonaan ennen kuin jähmeyminen eenee liian pikälle. Meallin jähmeymisnopeus ja jähmeyneen meallin osuus äyövaiheen lopussa riippuu valukappaleen massan ja ulkopinnan pina alan suheesa. Sen lisäksi vaikuava muoimaeriaalin lämmönjohavuus ja pesän äyämiseen arviava aika. Painevalumuoi johaa lämpöä nopeasi pois muoipesään äyeysä meallisa, mua painevalumeneelmän mahdollisama eriäin nopea äyöaika sallii kappaleeseen sili ohue seinämä (Taulukko 1). Kokillivalussa käyeään muoimaeriaaleja, joiden lämmönjohumisominaisuude ova samaa luokkaa kuin painevalumuoissa. Muoipesä äyeään suheellisen hiaasi, jolloin meneelmällä ei voida uoaa yhä ohuseinämäisiä kappaleia kuin painevalumeneelmällä. Kokillivalussa käyeään valuraudasa sekä joissain apauksissa eräksesä ai grafiiisa valmiseuja muoeja. Kun mealli jähmeyy muoin sisällä, se kuisuu. Jähmeymisen aiheuama kuisuma kompensoidaan painevalumeneelmässä purisamalla muoipesässä olevaa meallia valumännällä koko jähmeymisapahuman ajan. Kokilli, hiekka ja arkkuusvalussa käyeään syöökupuja, joisa viraa lisämeallia kuisuman vuoksi yhjeneviin kohiin valukappaleessa. Painevalukappale ulisi suunniella sien, eä se jähmeyy viimeiseksi porin edesä. Muihin valumeneelmiin arkoieu kappalee ulisi suunniella sien, eä syöökupujen alla oleva osa jähmeyvä viimeisinä. Tällä avoin syöömealli pääsee viraamaan muoipesään eseeä. Muoin jäähdyysjärjeselmä voidaan suunniella sien, eä lämpöä johdeaan pois oisila alueila nopeammin ja oisila hiaammin. On ärkeää neuvoella valimon kanssa jo silloin, kun kappalea suunniellaan, joa kappaleeseen saadaan oikeassa järjesyksessä jähmeyvä rakenne. Painevalukappale äyyy suunniella sien, eä se voidaan ongelmia poisaa muoisa. Muoin aukeamissuunaise seinämä äyyy helliää. Jos muoiin ulee liikkuvia meallikeernoja, kappaleen keernapinnoissa ulee olla helliys keernan liikesuunaan. Liikkuvia ai supisuvia keernoja vaaiva yksiyiskohda kappaleessa monimukaisava muoia ja nosava sen hinaa. Näiä yksiyiskohia ulisikin suunniella ainoasaan silloin, kun hyödy yliävä kusannukse. Valukappaleen suunnielijan ulisi alkaa yönsä yriämällä hahmoaa, millaisella muoilla kappale ullaan valamaan. Muoin ulisi olla niin yksinkerainen kuin mahdollisa, jakoason ulisi olla asomainen, kaikkien seinämien asapaksuja ja kaikissa muoin aukeamissuunaisissa ai keernan liikesuunaisissa pinnoissa ulisi olla helliykse. Täsä perusasa käsin voi järjeselmällisesi: Tarkiseu 3.04.014 Painevalukappaleen valeavuus 1
Suunniella joidenkin seinämien paksuuksien pienenämisä ai suurenamisa niissä rajoissa, joka valumeneelmä ja valumealli ekevä mahdolliseksi. Tavoieena on joko kasvaaa lujuua seinämää paksunamalla ai pienenää kappaleen ilavuua seinämää ohenamalla. Lisää vahvisavia ja jäykisäviä elemenejä, kuen kauluksia ja rivoiuksia. Lisää liios ja paikoiuskomponeneja, kuen reikiä, orneja ja elineiä. Lisää yksiyiskohia, joka vaaiva muoiin jonkin erikoisrakaisun, jos näillä yksiyiskohdilla voidaan välää esimerkiksi koneisus ai kokoonpanovaiheia valmiissa komponenissa. Porrasaa jakopina, jos porrasamisella voidaan uoaa kappaleeseen yksiyiskohia, joiden avulla väleään koneisus ai kokoonpanovaiheia valmiissa kappaleessa. Massiivise kohda, seinämänpaksuusero ja kappaleen minimiseinämänpaksuus Kun mealliseos jähmeyy muoissa, se kuisuu. Kuisuman kompensoimiseksi on olava saaavilla juoksevaa meallia. Osiin, joihin ei viraa korvausmeallia, muodosuu yhjiä iloja: kuisumaoneloia, huokosia ai painumia. Kuisumavaikuus suurenuu, jos kappaleessa on yksiäisiä paksuja seinämiä ai paikallisia kuumia kohia. Kappale ulisi suunniella sien, eä sen seinämänpaksuus pysyy kauaalaan mahdollisimman asaisena. Kappaleessa ei saisi olla hyvin paksuja kohia, nopeia seinämänpaksuusvaiheluia ai sellaisia ohuia kohia, joiden kaua jähmeymiskuisuman kompensoiniin arviava syöömealli jouuu kulkemaan paksumpiin kohiin. Painevalun lujuus riippuu valumaeriaalin jähmeymisnopeudesa. Paksu seinämä eivä ole yhä lujia kuin muu kappaleen osa. Paksujen seinämien vaaima pikä jähmeymisaika voi myös pidenää huomaavasi yheen valukieroon kuluvaa aikaa sekä hankaloiaa kappaleen poisamisa muoisa. Kappaleen poisaminen voi hankaloiua esimerkiksi siiä syysä, eä paksujen seinämien pikä jähmeymisaika anaa ohuille seinämille aikaa kuisua iukasi keernojen ympärille. Samanlaisia ongelmia ilmenee sekä painevalussa eä muissa kesomuoimeneelmissä. Jos kappaleessa on eri paksuisia seinämiä, paksuusvaihelun ulisi apahua niin loivasi kuin mahdollisa. Jyrkä seinämänpaksuusvaihelu aiheuava väänyilyä ja mahdollisesi myös säröilyä. Ongelma uleva esiin, kun kappale jähmeyy ja jäähyy. Tornien sisälle uleva reiä ulisi mieluien valmisaa keernoilla sen sijaan eä ne koneiseaan myöhemmin auki. Tällä avoin saadaan pienenneyä seinämänpaksuua jonkin verran. Ohue kohda ulisi mieluien vahvisaa rivoiuksilla, ei seinämänpaksuua kasvaamalla. Kuva ja 3 esiävä joiain apoja suunniella kappaleeseen asainen seinämänpaksuus ja samalla edisää valeavuua. Paksuja kohia voidaan kevenää keernoiamalla niihin syvennys keskelle. Rakaisu sääsää valumaeriaalia ja voi samalla lisää uoanovauhia. Jos paksua kohaa ei keernoiea, siihen voi muodosua imupainumia, joka eivä pienikokoisinakaan ole hyväksyäviä pinnoieavissa kappaleissa. Kuva 1 Painevalukappaleiden seinämäpaksuus ulee suunniella mahdollisimman asaiseksi. Paksu koha kieyyy eri avalla kuin ohu seinämä. Painevalu ei eroa ässä suheessa muisa valumeneelmisä. Ohue kohda jähmeyvä umpeen ennen paksua kohaa, jolloin siihen muodosuu imuvikoja. Tarkiseu 3.04.014 Painevalukappaleen valeavuus
A B Kuva Kalliseun ornin ja pohjalevyn välinen liioskoha kuvassa A on suunnielu uudelleen kuvan B osoiamalla avalla. Kappaleen seinämänpaksuus on paremmin muooillussa kappaleessa lähes yhenäinen. Kuvan B kappale mahdollisaa myös yksinkeraisemman muoirakeneen. A B C Kuva 3 Rakenne A on huono, koska siinä on keskellä massiivinen koha. Rakeneen B seinämä ova yhenäise. Lujuus on uoeu rivoiuksella, jonka valamiseksi muoiin arviaan liikkuva keerna molemmille puolille. Rakenne C oeuaa yhenäisen seinämänpaksuuden yksinkeraisella muoirakeneella. Muoiin ei arvia lainkaan liikkuvia keernoja. Hyväksyävä Parempi Ei suosielava Suosielava Kuva 4 Kuinka muooilu vaikuaa kappaleen sisäiseen yhenäisyyeen. Paksu kohda jähmeyvä viimeisenä ja keräävä sisälleen huokoisuua. Tarkiseu 3.04.014 Painevalukappaleen valeavuus 3
Painevalukappaleen seinämien ei ulisi olla liian ohuiakaan. Seinämänpaksuudella on minimiarvo, joka riippuu valeavasa mealliseoksesa ja seinämän pina alasa seuraavan aulukon (Taulukko 1) mukaisesi. Painevaleavan kappaleen pienimmän seinämänpaksuuden riippuvuus seinämän pina Taulukko 1 alasa. Kappaleen seinämän pina-ala (cm) Sn-, Pb- ja Zn-seokse (mm) Al-ja Mg-seokse (mm) Cu-seokse (mm) 5 0,6-1,0 0,8-1, 1,5-,0 5-100 1,0-1,5 1,-,0,0-,5 100-500 1,5-,0,0-,5,5-3,0 yli 500,0-,5,5-3,0 3,0-4,0 Seinämänpaksuuserojen miaaminen ympyräekniikalla Seinämänpaksuuserojen selviämisen apuna voi käyää yksinkeraisa ympyräekniikkaa. Piirrä seinämien ja nurkkakohien sisälle ympyröiä ja veraa niiden halkaisijoia oisiinsa. Huomioi kaikki suunna. Piirrä ympyröiä sekä vaaka eä pysysuunaisiin seinämiin. Jos ympyröiden halkaisija eroava enemmän kuin 3:1, paksuimpiin seinämiin voi muodosua kuisumahuokoisuua. Jos halkaisija eroava enemmän kuin 6:1, kappaleen lujuus kärsii ja laau heikkenee huomaavasi. Kuva 5 Ympyräekniikka seinämänpaksuuserojen selviämisessä. Esimerkkikappaleen paksuimma seinämä ova suunnilleen neljä keraa paksumpia kuin ohuimma seinämä. Pyörisykse ja nurka Valukappaleen ulkonurka muoouuva muoin sisänurkissa. Kesomuoin erävä sisänurka eivä useinkaan pysy pikään hyväkunoisina, koska ne keräävä jänniyksiä ja halkeileva eriäin helposi. Valukappaleen ulkonurkkien ulisi äsä syysä olla pyöriseyjä. Jos suunnielija vaaii kappaleeseen erävä ulkonurka, muoin huolokusannukse lisäänyvä huomaavasi. Valukappaleen sisänurka muoouuva muoin ulkonurkissa. Muoin erävä ulkonurka kuluva ai muruva sulavirauksen vaikuuksesa. Kappaleen erävä sisänurka halkeileva helposi lämpörasiusen ai mekaanisen rasiuksen vaikuuksesa. Sisänurkkien ulisi näisä syisä olla aina pyöriseyjä. Tarkiseu 3.04.014 Painevalukappaleen valeavuus 4
Kuva 6 Eriyisesi kappaleen erävä sisäkulma olisi pyöriseävä. Huomioi suunnielussa, eä muoi on kappaleen negaiivi. Kappaleen ulkopyörisys on muoin sisäpuolinen pyörisys. Sisäpuolise pyörisykse äyyy jyrsiä kovaan, usein karkaisuun yökalueräkseen. Miä pienempi ulkopyörisys siä pienempisäeinen jyrsinyökalu arviaan. Pienisäeise yökalu kuluva ja muoin hina kasvaa. Kuva 7 Jos kappaleen sisälle arviaan erävä nurkka, käyä uria. Muisa ehdä pyörisykse riiävän suuriksi. Vasahelliykse Kokilli ja maalapainevalumeneelmillä voidaan valmisaa sisäpuolisia vasahelliyksiä melko helposi hiekkakeernoja ai iropaloja käyäen. Molempia käyeään yleisesi myös hiekkavalumeneelmässä. Kesomuoin iropala valmiseaan meallisa. Ne kiinnieään muoiin sien, eä kappale voidaan poisaa muoisa iropala mukanaan. Iropala poiseaan kappaleesa väliömäsi sen jälkeen, kun kappale on oeu ulos muoisa. Pala oeaan aleen ja käyeään uudelleen. Hiekkamuoin iropala kiinnieään valumalliin sien, eä iropala jää kaavauun muoiin, kun malli vedeään pois. Iropala poiseaan erikseen. Painevalumuoiin on aseeu iropaloja joissain hyvin harvoissa apauksissa. Iropala kasvaava valukieroon kuluvaa aikaa ja lisäävä yövoiman arvea, jolloin valukusannukse nouseva. Hiekkakeernoja ei voi painevalumeneelmässä käyää ollenkaan. Kokilli ja maalapainevalukappaleisiin voidaan joissain apauksissa uoaa vasapääsöjä segmenoiduilla keernoilla eli osiin jaeuilla keernoilla. Painevaluun segmenoidu keerna eivä kuienkaan sovi, koska valuapahuman aikainen suuri paine pakoaa valumeallin keernasegmenien väliin ja hisaa ne yheen. Painevalukappaleisiin ei voi näin ollen suunniella edes pienikokoisia sisäpuolisia vasahelliyksiä. Kokilli ja hiekkavaluissakin sisäpuolisia vasahelliyksiä ulisi välää, joa muoin rakeneesa saadaan mahdollisimman yksinkerainen. Kuva 9 esiää neljä erilaisa apaa poisaa sisäpuolise vasahelliykse. Kuva 8 esiää avan poisaa ulkopuolise vasahelliykse. Tarkiseu 3.04.014 Painevalukappaleen valeavuus 5
A B Kuva 8 Rakenne B alla eliminoi ulkopuolisen vasahelliykse, joka hankaloiaa rakeneen A valmisusa. A B C D E Kuva 9 Koelorakeneessa A on sisäpuolisia vasahelliyksiä kiinniysulokkeiden alapuolella. Rakeneessa B kiinniysulokkee on sijoieu koelon ulkopuolelle. Rakenne C hyödynää kiineää keernaa, joka on aseeu koelon alapuolelle. Rakeneessa D vasahelliys on eliminoiu jakamalla kiinniysulokea koelon pohjaan saakka. Rakenne E on vasaava kuin rakenne D, mua seinämänpaksuus on asaisempi. Tarkiseu 3.04.014 Painevalukappaleen valeavuus 6
Helliykse ja valukappaleen arkkuus Kaikille muoin aukeamissuunaan ai keernan liikesuunaan oleville pinnoille sekä valumallin irroussuunaisille pinnoille äyyy aseaa helliys. Riiävän suuri helliävä kulma helpoaa kappaleen ulosyönöä ai mallin irroamisa ja pienenää niiden kaua valukusannuksia. Teollisuudessa eri puolilla maailmaa on oeu laajali käyöön erilaisia minimihelliyssandardeja. Minimihelliys riippuu seinämän korkeudesa. Kesomuoimeneelmissä voiaisiin määriää sisäja ulkopuolisen pinojen helliykse erisuuruisiksi. Ulkopuolisen pinnan helliys on puole sisäpuolisen pinnan helliyksesä. (Kuva 10) Jos sisäpuolinen helliys on esimerkiksi 1, ulkopuolinen helliys on 0.5. Useimmien molemmilla puolilla käyeään kuienkin samaa helliysä, joa seinämänpaksuudesa saadaan asainen. Teollisuudessa yleisesi hyväksyyä arvoa pienempi helliys voidaan ieyin varauksin oaa käyöön, mikäli kappaleen ilaaja arvioi helliyksen pienenämisen hyödy haioja suuremmiksi. Pienempi helliys voi esimerkiksi ohenaa kappaleen seinämiä sien, eä maeriaaliarve ai uoeen kokonaismassa pienenee. Pieni helliys voi myös vähenää koneisusarvea. Jos kappaleeseen suunniellaan suosieluja arvoja pienemmä helliykse, suunnielijan ulisi konsuloida valimoa, joa voidaan selviää mikä on ehdoon minimi ja millaisia vaikuuksia helliyksen pienenämisellä on. Jos suunnielija esimerkiksi haluaa pienenää reiän helliysä, ulosyönövoiman arve reiän ympärisössä kasvavaa. Tällöin voi olla arpeen vahvisaa reiän ympärisön rakennea ai lisää ulosyönimien määrää, joa ulosyönö ei paina kappalea lommolle ai väännä siä. Kuva 10 Kesomuoimeneelmillä valmiseuissa kappaleissa sisäpuolinen helliys ulee pinnoille, joka kuisuva muoia vasen ja ulkopuolinen helliys pinnoille, joka kuisuva muoisa poispäin. Teollisuudessa on käyössä erilaisia valujen mia ja muoooleranssisandardeja, joissa ilmoieaan minimioleranssi eriyyppisille mioille ja muodoille. Toisinaan on hyödyksi suunniella kappaleeseen näiä iukemma oleranssi, joa kappaleen koneisusarve vähenee. Tällöinkin ulee konsuloida valimon henkilösöä, joa voidaan selviää kuinka pieni oleranssialue on mahdollinen ja kuinka se vaikuaa kappaleen valmisuskusannuksiin. Tiukkojen oleranssien saavuaminen vaaii, eä prosessiparameri ova hyvin hallinnassa. Painevaluprosessin paramereja ova esimerkiksi muoin lämpöila, sulan lämpöila, sulan äyönopeus ja paine sekä jähmeymisaika eli aika, jonka kappale on muoissa ennen kuin se yönneään ulos. Samanyyppisiä paramereja on myös muissa kesomuoimeneelmissä. Painevaluihin voidaan uoaa hyvin suuri arkkuus niin sanoulla lasua ja kokeile meneelmällä. Muoi valmiseaan aluksi sien, eä ne osa, joissa on kriiisiä oleransseja, valmiseaan hieman oleranssialuea suuremmiksi ai pienemmiksi. Kappaleen reikiä muooava keerna ehdään hieman suuremmiksi ja ulokkeia muooava syvennykse hieman pienemmiksi kuin Tarkiseu 3.04.014 Painevalukappaleen valeavuus 7
vaadiu mia. Sen jälkeen ehdään koevalukierros, jonka aikana säädeään valuparameri sien, eä kappale äyää oleranssivaaee mahdollisimman hyvin. Koevalukierroksen jälkeen muoipesän koneisamisa äydenneään ja ehdään sen jälkeen uusi kokeilu. Näin jakeaan, kunnes oleranssivaade äyyy. Jos kappaleeseen haluaan esimerkiksi uoaa hyvin arkkamiainen reikä, ehdään sen muooava keerna aluksi hieman suuremmaksi kuin olisi arpeen. Kun valuparameri on aseeu kohdalleen sien, eä kaikkien muiden osien oleranssivaade äyyy, keernaa pienenneään. Tämän yyppinen meneely lisää muoin valmisuksen ja uoannon ylösajon kusannuksia. Kappaleen ilaajan äyyy harkia, ulevako odoeu sääsö olemaan suuremma kuin suuremman arkkuuden vuoksi kasvanee kusannukse. Kusannussääsöjä saadaan esimerkiksi siä kaua, eä koneisuksia arviaan vähemmän ai ei ollenkaan. Seinämien riseyskohda Sefan Fredriksson SweCas Riseyskoha muodosuu kun kaksi kappaleen seinämää ai seinämä ja ripa kohaava. Riseyskoha on muua ainea paksumpi ja kuisumavikojen välämiseksi on ärkeää suunniella se oikein. Riseyskohia on erilaisia: T, L, X ja Y yyppisiä leikkauksia, joisa T muoo on usein paras. Kuva 11 Erilaisia seinämien riseyskohia. Mikäli kappaleessa on kohia joihin valuiskun kolmannen vaiheen aikana ei voida lisää sulaa, muodosuu niihin yypillisesi kuisumavikoja ja huokoisuua. Painevalussa valuiskun kolmannen vaiheen arkoiuksena on vähenää ää huokoisuua. Kokillivalussa sama vaikuus on muoiin ehävillä syöökuvuilla. Joskus on mahdoona välää suunnielemasa kappaleeseen paksuja kohia. Silloin kappaleen äydellinen uudelleensuunnielu voi olla hyvä rakaisu. On myös mahdollisa suunniella kappaleeseen ylimääräinen syöökanava. Ylimääräinen syöökanava on kappaleessa ai muoissa sen ympärillä oleva osa, jonka arkoiuksena on valuiskun aikana syöää sulaa paksumpaan osaan kappalea. Mikäli komponenin rakenne on monimukainen ja seinämäpaksuus on epäasainen, vaikuaa kyseinen koha myös jäähymisen aikaiseen kuisumaan. Halkeamien ja huokoisuuden välämiseksi kappale ulee suunniella sien, eä seinämäpaksuus pysyy vakiona, jolloin kappaleeseen ei muodosu kuumia kohia. Joissakin apauksissa kappaleeseen voi muodosua halkeamia ja sisäisiä jänniyksiä vaikka siinä onkin asainen seinämäpaksuus. Näin käy eriyisesi reikiä sisälävissä kappaleissa, koska keerna kuumenee muua muoia voimakkaammin. Kuva 3. Kuvan geomeria ova yypillisesi aliia kuumarepeilylle, koska niissä on keernoilla valmiseuja reikiä, joka vaikuava valukuisumaan. Tarkiseu 3.04.014 Painevalukappaleen valeavuus 8
Ihaneellisesi suunnielu kappale on ermisesi neuraali, jolloin se jähmeyy asaisesi joka puolela. Termisesi neuraalissa kappaleessa seinämänpaksuude ova ieyssä suheessa oisiinsa. Jos yksi riseävien seinämien paksuuksisa on puole oisen seinämän paksuudesa, on kyseessä ermisesi neuraali poikkileikkaus. Jos yksi seinämisä on paksuudelaan kolmasosa muihin verrauna muodosaa se jäähdyyselemenin, joka siirää jähmeymiskeskiöä poispäin riseyskohdan keskelä. 1 1 1 1 0. 5 1 0.3 Kuva 1 Esimerkki riseyskohdan vaikuuksesa jähmeymiskuisumiseen. Seuraavassa esieään joiakin riseyskohien suunnielusäänöjä. Seinämien paksuussuhde riippuu poikkileikkauksen yypisä. T leikkaukse ova suunnielun kannala usein parhaia. L riseys 1 Jos 1 R R1 1; R1 1 Jos 1 ; R 0 R1 T1 1, 5T1 Jos 1 1 1 1 T riseys 3 R ; R 0 R R R 1 R 1 R 1 1, 5 1 missä: = pienin seinämäpaksuus. 1 T riseys on parhaalla mahdollisella avalla muooilu, kun se on seinämäpaksuudelaan yhenäinen, mua yleensä se johaa korkeampiin yökalu ja muoikusannuksiin. X mallisia riseyskohia ulisi välää mahdollisimman paljon, koska niihin muodosuu voimakas lämpökeskiymä. X riseykse voidaan suunniella kahena T riseyksenä. Kahden T riseyksen seinämien välisen eäisyyden ulisi olla vähinään kolme keraa seinämänpaksuus. Myös Y riseys voidaan usein muunaa parempaan T muooon. Tarkiseu 3.04.014 Painevalukappaleen valeavuus 9
X riseys θ R 90 R1 R 1 45 R1 0,71; R 1, 51 30 R1 0,5 1; R, 51 R 1 X riseyksiä ulisi mahdollisuuksien mukaan välää, koska riseyksesä ulee hyvin paksu. X riseykse voidaan suunniella uudelleen seuraavan sivun kuvassa esieyn esimerkin mukaisesi muuamalla ne kahdeksi T riseykseksi. Y riseys 1 90 R1 R 1 45 R1 0,71; R 1, 51 30 R1 0,51; R, 51 R R 1 θ L 3 1 Kuva 6. X riseyksesä kaheen T riseykseen. Y riseykse voidaan myös muuaa T riseyksiksi. On olemassa ieyjä krieerejä joia uudelleensuunnielun on äyeävä. Seinämien eäisyyden on esimerkiksi olava vähinään kaksi keraa seinämävahvuus. Tarkiseu 3.04.014 Painevalukappaleen valeavuus 10
a R R 1 R 3 R R ; R 3 ; a 1 ; 3 Kuva 7. Muooilu Y riseyksesä T muooon. R 1 Säde liian suuri, nurkkaan voi muodosua kuisuma-huokosia. Suosielava säde ai pyörisyksen muoo. R1 1 1, 5 1 Säde liian lyhy, murumien riski kasvaa. Kuva 9. Ohjeia nurkkapyörisyksen muooiluun. Seinämien yhymäkoha ei saa olla kulmalaan erävä, sillä se voi johaa valamisen aikana kuumarepeilyyn, sekä muoin murumiseen. Pyörisys ei myöskään saa olla liian suuri, koska kappaleeseen muodosuu silloin massiivisia vyöhykkeiä, joka jäähyvä hiaasi. Pienimpien pyörisyssäeiden ulisi olla vähinään 1 mm. Tämän kokoluokan pyörisyssäde vähenää virauksen urbulenssia muoipesän sisällä. Turbulenssi voi aiheuaa kappaleeseen kaasuhuokoisuua ja oksidisulkeumia. Reiä ova ongelmallisia muoin äyymisen kannala. Suurisäeise ja muodolaan pyöreä reiä esävä repeilyä ja urbulenisa muoin äyymisä. Tarkiseu 3.04.014 Painevalukappaleen valeavuus 11
Huokoisuusennuse Sulaprofiili, sulan osuus 4,97 % Kuva 13 Edellä olevan kuvan (Kuva 1) esimerkkiin perusuen ehy jähmeymislaskena MAGMA 5. ohjelmison kokillivalumoduulilla (Die Casing). Valumaeriaali on alumiiniseos AlSi10Mg ja muoimaeriaali pallografiiivaluraua. Laskenaan on käyey 5 muoin lämpöasapainoa hakevaa laskenakierrosa ja yksi varsinainen laskenakierros. Simuloiniin on oeu pelkkä jähmeymislaskena. Ylhäällä olevassa kuvassa on huokoisuusennusee kolmelle eri valuasennolle. Huokoisuusennusee noudaava T riseyksen mioiuksesa esieyjä periaaeia. Alhaalla oleva kuva esiää sulaprofiilia, kun sulan osuus on 5 % valukappaleen kokonaisilavuudesa. Sulaprofiilin muoo noudaaa myös T riseyksen mioiuksesa esieyjä periaaeia. Tarkiseu 3.04.014 Painevalukappaleen valeavuus 1
Huokoisuusennuse Sulaprofiili, sulan osuus 9,96 % Kuva 14 Aikaisemmin esieyn kuvan (Kuva 1) esimerkkiin perusuen ehy jähmeymislaskena MAGMA 5. ohjelmison kokillivalumoduulilla (Die Casing). Valumaeriaali on sinkkiseos ZnAl4Cu1 ja muoimaeriaali pallografiiivaluraua. Laskenaan on käyey 5 muoin lämpöasapainoa hakevaa laskenakierrosa ja yksi varsinainen laskenakierros. Simuloiniin on oeu pelkkä jähmeymislaskena. Ylhäällä olevassa kuvassa on huokoisuusennusee kolmelle eri valuasennolle. Huokoisuusennusee noudaava T riseyksen mioiuksesa esieyjä periaaeia. Alhaalla oleva kuva esiää sulaprofiilia, kun sulan osuus on 10 % valukappaleen kokonaisilavuudesa. Sulaprofiilin muoo noudaaa myös T riseyksen mioiuksesa esieyjä periaaeia. Tarkiseu 3.04.014 Painevalukappaleen valeavuus 13
Huokoisuusennuse Sulaprofiili, sulan osuus 3,95 % Kuva 15 Aikaisemmin esieyn kuvan (Kuva 1) esimerkkiin perusuen ehy jähmeymislaskena MAGMA 5. ohjelmison kokillivalumoduulilla (Die Casing). Valumaeriaali on messinki CuZn30 ja muoimaeriaali pallografiiivaluraua. Laskenaan on käyey 5 muoin lämpöasapainoa hakevaa laskenakierrosa ja yksi varsinainen laskenakierros. Simuloiniin on oeu pelkkä jähmeymislaskena. Ylhäällä olevassa kuvassa on huokoisuusennusee kolmelle eri valuasennolle. Huokoisuusennusee noudaava T riseyksen mioiuksesa esieyjä periaaeia. Alhaalla oleva kuva esiää sulaprofiilia, kun sulan osuus on 4 % valukappaleen kokonaisilavuudesa. Sulaprofiilin muoo noudaaa myös T riseyksen mioiuksesa esieyjä periaaeia. Tarkiseu 3.04.014 Painevalukappaleen valeavuus 14
Jakolinja ja valukkeiden leikkaaminen Muoisa poiseussa valussa on joukko valukanavisossa muoouuneia ylimääräisiä osia, valukkeia. Valumeneelmäsä riippuen nämä osa ova jakokanavia, syöökupuja, syööholkissa muoouuneia osia, ablei ai ylijuoksuja. Ylimääräise osa leikaaan painevaluvalukappaleesa iri hydraulisesi oimivalla leikkaimella. Kokilli, maalapainevalu ja hiekkavalukappaleisa valukkee useimmien sahaaan iri. Kaikissa meneelmissä valukappaleeseen jää hiukan koholla oleva, selkeäsi erouva rosoinen linja jakopinnan kohdalle. Jos kappaleen ulkonäkö ai pinnoiaminen vaaii arkempaa jakolinjan siisimisä, arviaan lisää puhdisusyöä. Joissain apauksissa kappale voidaan suunniella aiavasi sien, eä ylimääräisiä yövaiheia ei arvia. Jakolinja voidaan piiloaa sellaisiin osiin valukappalea, joissa ulkonäkövaaee ova pienemmä ai joissa jakolinja ei haiaa asennusyöä. Jakolinja muodosuu myös osiin, joissa liikkuva keerna kohaa muoipesän pinnan. Jos liikkuvan keernan ja muoipesän pinnan väliin muodosuu pursea, se voi joissain apauksissa olla hyvin hankalasi poiseavissa. Valun viimeiselykusannukse kasvava joka apauksessa. Porraseu jakopina ai hyvin epäsäännöllisen muooinen jakolinja nosaa myös viimeiselykusannuksia. Seuraava kuva (Kuva 16) esiää sylinerimäisen muodon kyljessä olevaa ulokea, joka on suunnielu uudelleen sien, eä jakolinja saadaan paremmin leikaavaksi. A B Hankalasi poiseavaa pursea Kuva 16 Rakeneen A vaaima luisi jäää kappaleen kylkeen hankalasi poiseavissa olevaa pursea. Rakenne B siirää purseen paikkaan, jossa se on helpommin leikaavissa. Kuva 17 esiää vähäisä rakennemuuosa, joka yksinkeraisaa jakolinjaa rakaisevasi ja ekee kappaleesa helpommin viimeiselävän. Viimeiselykusannukse puoava merkiäväsi. A Kuva 17 Jakolinjalla oleva piene muodo hankaloiava viimeiselyleikkaimen valmisamisa. Rakeneessa B reunamuoo kakaisaan kauluksella, jolloin leikkain on paljon yksinkeraisempi ja leikkausjälki siisimpi. B Tarkiseu 3.04.014 Painevalukappaleen valeavuus 15
Porraseu jakopina on vaikea koneisaa ja muoia on sen vuoksi hankala saada pysymään suljeuna valun aikana. Valukappaleeseen voi muodosua pursea, joka on muodosa johuen hankala poisaa. Yksinkerainen muuos helpoaa viimeiselyä huomaavasi (Kuva 18). Samalla kappaleen lujuus kasvaa. Välä pysysuunaisia jakolinjoja, jos mahdollisa. Rakenne (B) alla olevassa kuvassa on oeueu ilman pysysuunaisia muooja, vaikka siinä on muila osin sama rakenneosa kuin esimerkissä (A). A B Ei suosielava Parempi, vaikka ei paras mahdollinen rakaisu Kuva 18 Esimerki huonosa ja paremmasa jakopinarakeneesa. Paras mahdollinen muoo on aso. Muoin äyymisen edisäminen Joa kappalee olisiva mekaanisesi ja visuaalisesi hyvälaauisia, muoi on äyeävä nopeasi. Tavallinen äyöaika pienille painevalukappaleille on 10 40 millisekunia. Miä suuremma pinnanlaauvaaimukse kappaleelle aseeaan, sen lyhempi äyöaika valiaan. Valukappale ulisi meneelmäsä riippumaa muooilla sien, eä sula äyää muoipesän asaisesi ja pyöreilemää. Tällöin kappaleeseen ulee hyvä pinnanlaau. Miä asaisempi seinämänpaksuus kappaleessa on, sen helpommin muoipesä äyyy. Ei suosielava Parempi Ei suosielava Parempi Kuva 19 Muooja, joilla ediseään muoipesän äyymisä Tarkiseu 3.04.014 Painevalukappaleen valeavuus 16
Sulava ja yhenäise muodo edisävä muoipesän äyymisä. Torni ja muu koholla oleva osa voiva olla hankalia äyää. Näiden osien äyymisä voi edisää rivoiuksilla. Kappale lujiuu samalla, jos ripa on hyvin suunnielu. Pikä ikkuna ai ura voi olla eriäin hankala muoo, koska se esää meallia viraamasa kappaleen vasakkaiselle puolelle. Ikkuna voidaan korvaa jonolla pienempiä aukkoja, joka voiva oeuaa sama eknise vaaimukse ja samalla edisää muoipesän äyymisä. Paikallisen kuumien kohien muodosumisen ehkäiseminen Piene ulokkee kuumenuva muoissa helposi liikaa. Kuumenuminen voi johaa erilaisiin valuvikoihin, kuen pinahuokoisuus, veojälje ja syöpyminen. A Ei suosielava, erävä sisänurka keräävä lämpöä muoiin B Parempi A Ei suosielava, ripojen välillä on liian kapea ura B Parempi Kuva 0 Kuinka suunniella kappale sien, eei muoiin muodosu paikallisia kuumia kohia Muoin hyvä lämpöekninen suunnielu ehkäisee ongelmia osalaan, mua kaikkein paras rakaisu on, jos kappaleeseen ei suunniella ollenkaan lämpöä kerääviä yksiyiskohia. (A) ja (B) yllä olevassa kuvassa oeuava sama eknise oiminno, mua (B) on suunnielu sien, eä siinä ei ole eräviä kulmia Tällöin muoi ei kuumene paikallisesi yhä paljon kuin rakeneen (A) apauksessa. Terävä kulma paisi kuumeneva, myös kuluva ja vahingoiuva helposi. Tarkiseu 3.04.014 Painevalukappaleen valeavuus 17
Rivoiusen käyäminen lujuuden ja maeriaalialouden vuoksi Riva ova erinomainen keino lujiaa valukappalea paksunamaa seinämiä. Riva ulisi pyörisää ja sulauaa muuhun kappaleeseen. Niiä ulisi käyää myös vierekkäisen ulokkeiden liiämiseen oisiinsa. Kappale lujiuu ja muoi äyyy paremmin. Ripojen ei ulisi olla poikkileikkaukselaan suorakulmaisia. Riva ulisi muooilla kaareviksi, joa sula viraa niiden kaua vasassa olevaan seinämään paremmin ja joa niihin ei muodosuisi jänniyskeskiymiä. Alla olevassa kuvissa oleva asomaise muodo voidaan vahvisaa ja äyää paremmin rivoiamalle ne. Laakea, pyöreämuooinen ja asaisesi aseelu rivoius on paras, koska se ei väännä kappalea yhä helposi kuin erävänurkkainen ja suora rivoius. Välä suunnielemasa riseyskohiin paksuja seinämiä. Ei suosielava, asomaisia pinoja ja uloke, joka on hankala äyää Parempi, riva edisävä kappaleen äyymisä ja jäykisävä siä Ei suosielava, riva, joissa on erävä särmä Parempi, pyörisey riva Ei suosielava, suora riva Parempi, pyöreämuooise riva Kuva 1 Ripojen hyödynäminen muoipesän äyämisessä ja kappaleen vahvisamisessa Tarkiseu 3.04.014 Painevalukappaleen valeavuus 18
Ripojen mioiaminen Sefan Fredriksson SweCas Rivoiuksia käyeään kahdesa syysä: Paranamaan muoipesän äyymisä ja lujiamaan kappaleen rakennea. Useimmien on parempi lujiaa kappale rivoilla kuin seinämänpaksuua kasvaamalla, koska: Ohuiden seinämien lujuus on suurempi kuin paksujen seinämien lujuus Paksu seinämä jähmeyvä hiaammin kuin ohue seinämä ja uoanovauhi hidasuu Paksu seinämä uoava huokoisuua ja muia valuvikoja, koska ne jähmeyvä muua rakennea hiaammin Paksu seinämä aiheuava kappaleeseen jänniyskeskiymiä Riva on syyä suunniella huolella, koska oimimaon suunnielu saaaa aiheuaa jänniyskeskiymiä ja väänyilyä. Perussyy on kappaleen epäasainen jähmeyminen. Rivan korkeus ulisi aseaa seinämän paksuuden mukaiseksi ja ripojen välisen eäisyyden ulisi olla vähinään kolme keraa seinämänpaksuus. Rivoia mieluien kappaleen sisäpuolela, ei ulkopuolela. Jänniyshuipu asoiuva ällä avoin parhaien. Pyörisä kaikki nurka ja suunniele ripojen muoo pyöreäksi. Älä ee suoria seinämiä ai eräviä nurkkia. Alla oleva kuva esiää yleise suunnieluperiaaee. 1 h 1 h 1 h 1,5 h 4 0 1,5 h 1, 5 0 1,75 h 0, 5 0 Kuva Joiain ripojen suunnielusäänöjä Liikkuvien keernojen väläminen Liikkuvilla keernoilla voidaan valmisaa monimukaisia kolmiuloeisia muooja, joiden valaminen ei ole avallisella muoirakeneella mahdollisa. Muoi, jossa on liikkuvia keernoja, ei kuienkaan pysy samaan uoanovauhiin kuin avanomainen muoi. Jos kappaleen suunnielija pysyy välämään liikkuva keerna muooilemalla kappaleen kekseliääsi, muoisa ulee halvempi ja uoanovauhi pysyy parempana. Seuraavissa kuvissa on esiey kaksi esimerkkiä liikkuvien keernojen välämiseksi. Eräs keino on jäää reiä päälä avonaisiksi (Kuva 3) ai valmisaa kappaleen kyljessä oleva reikä keernoiamalla se molemmisa muoipuoliskoisa (Kuva 18). Jälkimmäisä meneelmää voidaan sovelaa ainoasaan siinä apauksessa, eä seinämässä on riiävän suuri helliys. Tarkiseu 3.04.014 Painevalukappaleen valeavuus 19
Vaaii liikkuvan keernan Ei vaadi liikkuvaa keernaa Kuva 3 Reiän jääminen päälä avonaiseksi. Kuva 4 Toinen rakenne, jolla voidaan välää liikkuva keerna. Seinämän kulman on olava riiävän suuri. Tässä esimerkissä kulma on 0 asea. Keernoieu reiä Useissa apauksissa reiä voidaan valmisaa riiävän arkkamiaisina suoraan valamalla sien, eä koneisusvaiheia ei arvia lainkaan. Reikiä voidaan valmisaa jopa helliämää. Reikien muooiluun äyyy kuienkin uhraa jonkin verran ajausa, joa muoi saaaisiin valmiseua mahdollisimman vahvaksi ja joa siä ei arvisisi huolaa arpeeoman usein. Kuva 5 Muuama vaihoeho keernoieujen reikien muooiluun Tarkiseu 3.04.014 Painevalukappaleen valeavuus 0
Pohjareikä on useimmien parempi kuin pohjaon reikä, koska pohjaon reikä saaaa muodosaa pursea keernan ja sen vasapuolella olevan pinnan yhymäkohaan. Pohjaon reikä kannaaa muooilla sien, eä jakoasolle jää ohu kerros meallia. Säännöllinen, arkoiuksella valmiseu ohu meallikerros on helpompi poisaa kuin epäsäännöllinen ja suunnielemaomasi muodosuva purse. Meallikerros poiseaan joko koneisamalla ai viimeiselyleikkaimessa. Reiä ulisi helliää, jos mahdollisa. Helliey pinna edisävä kappaleen iroamisa muoisa. Helliyksen muooilussa on oeava jakopinnan sijaini huomioon, koska sillä on yhdessä helliyksen kulman kanssa vaikuusa reiän oleransseihin. Lieä keernaapi ova heikkoja. ne muruva uoano olosuheissa hyvin helposi. Tee rei isä niin ympyrämäisiä kuin mahdollisa ja koneisa niiden muodo avalliseen pyöreään keernaappiin. Seuraavan kuvan esimerkissä keernoieu reikä arjoaa riiävän paikoiuspinnan, jos se on ainoasaan yhdelä sivula lieä. Täsä syysä puoliympyrä riiää. Puoliympyrä on parempi muoo muoin valmisusa ajaellen. Kuva 6 Vasemmalla: Ei suosielu rakenne. Terävä keerna muruu helposi uoano olosuheissa. Oikealla: Parempi. Pyöreä nurka eivä murru yhä helposi kuin erävä nurka. Puoliympyrä on myös helppo koneisaa avalliseen pyöreään keernaappiin. Seuraavaan aulukkoon (Taulukko ) on koou suosiuksia reiän halkaisijan ja piuuden suheesa. Jos reiän piuudeksi ulee aulukon suosiusa suurempi, konsuloi valimoa. Tällöin on usein edullisempaa jäää reikä valusa pois ja valmisaa se yösämällä. Taulukko Halkaisijan suhde reiän piuueen Valumealli Halkaisija (mm) 3 4 5 6 7 8 10 15 0 sinkki 9 16 30 35 48 57 90 15 alumiini 5 10 17 5 33 45 55 90 15 magnesium 5 10 17 5 33 45 55 90 15 kupari - - - 13 1 8 4 75 110 Tarkiseu 3.04.014 Painevalukappaleen valeavuus 1
Pinojen viimeisely Lieä ja sileä pinna ova ehkä kaikkein hankalimmin valmiseavia ja vähien visuaalisesi houkuelevia yksiyiskohia painevalukappaleissa. Erilaisin pinojen viimeiselymeneelmin voidaan uoaa valukappaleisiin visuaalisempia ja edullisemmin valmiseavia pinoja. Teksuroini Teksuroimalla voidaan valmisaa useia saoja erilaisia pinakuvioineja. Teksuuri paranaa kappaleen pinnan visuaalisa ilmeä ja myös pinnanlaau paranee. Teksiäminen Teksiämisä voidaan käyää pinnan ilmeen paranamiseen ja samalla iedon väliämiseen. Kappaleeseen voidaan kirjoiaa esimerkiksi valmisajan nimi ja valmisusvuosi ai uoemerkki. Teksi kannaaa aseaa pinnasa koholle ai hieman kappaleen pinaa syvemmällä olevaan paneeliin. Bombeeraus Jos kappaleeseen äyyy suunniella paljas, pinnoieava ja visuaalisesi vaaiva pina, se kannaaa valmisaa hiukan kuperaksi ja pyörisää nurka. Bombeeraaminen vähenää väänyilyä, edisää muoin äyymisä ja paranaa kappaleen ulkonäköä. Kiereiden valmisaminen Painevalumeneelmällä voidaan valmisaa hyvin hienoja ja arkkoja yksiyiskohia. Myös kiereiden valmisaminen on mahdollisa. Suunnielijan on varmisuava, eei muoin rakenne monimukaisu niin paljon, eä uoanovauhi laskee. Toinen vaihoeho on valaa kappale sileäpinaiseksi ja valmisaa kieree koneisamalla. Ulkokieree Useimma ulkokieree voidaan valaa sien, eä ne jaeaan kaheen osaan joko muoin aukeamissuunaan ai liikkuvien keernojen liikesuunaan (Kaso kuva seuraavalla sivulla). Kieree voidaan valaa kokonaisina, jos valimo pysyy piämään uoanoparameri riiävän arkasi vakioina. Kiereen keskelle kannaaa suunniella lieä osa, jos mahdollisa. Tällainen rakenne on helpompi valmisaa, viimeisely helpouu eikä kiereen nousu ole yhä kriiinen kuin jos kierre olisi kokonainen. Sisäkieree Sisäkieree on useimmien edullisempaa valmisaa koneisamalla kuin valamalla. Sisäkiereen valamisessa arviaan pyörivä keernamekanismi, joka hidasaa valukieroa. Hyvin karkea ai suurinousuise kieree ova poikkeus, koska niiä varen arviava keerna on helpompi avaa. Sisäkieree, joissa on vain yksi kierre, voidaan valmisaa ilman kieryvää keernaa. Inserien käyäminen Painevalukappaleisiin valeaan inserejä kappaleen vahvisamisa varen, kiinniyskomponeneiksi ai laakeripinnoiksi. Inserien valaminen hidasaa uoanovauhia ja lisää näin kappaleen valmisuskusannuksia. Ne ulisikin liiää kappaleeseen vasa koneisamisen ai muun viimeiselyn yheydessä, jolloin oimenpiee eivä vaikua valukoneen uoanovauhiin. Käyä mieluien urallisa ai pinakuvioiua inseriä. Pinakuvioini lisää liiospinnan väänölujuua ja urius ankkuroi inserin syvyyssuunnassa. Hyvin suunnielu inseri lisää kappaleen lujuua ja kulumisenkesoa. Liiosvaleu inseri voi oisaala heikenää kappalea, koska sen ympärille muodosuu jänniyshuippuja. Tarkiseu 3.04.014 Painevalukappaleen valeavuus
A B C Kuva 7 Kolme vaihoehoa ulkopuolisen kiereiden valmisamiseen. Rakeneissa A ja B muoin jakolinja kulkee kiereen poikki. Rakeneessa C kierre jaeaan liikkuvilla keernoilla sien, eä kappale voidaan poisaa muoisa. Lähee Produc design for die casing, viides painos, NADCA, USA, 1998 Tarkiseu 3.04.014 Painevalukappaleen valeavuus 3
Liieauluko Liieaulukko 1: Painevalun oleranssi ja suunnielun ohjearvo Kupariseokse Alumiiniseokse Magnesiumseokse Sinkkiseokse Lyijyseokse Tinaseokse Pienin seinämän paksuus 1 (mm) 1,5-3,0 1,0-3,0 1,0-3,0 0,6-,0 1 0,5 Pienin pyörisyssäde (mm) 1 1 1 0,5 - - keernoissa ja sisäpinnoissa 1 (%),0-3,0 0,40-1,0 0,30-0,50 0,0-0,40 - - Pienin pääsö ulkopinnoissa (%) 1,0-1,5 0,-0,5 0-0,30 0-0,0 - - Pienin reiän halkaisija d (mm) 4,5 1 0,8 0,5 Pohjareiän suurin piuus (mm) -3d 3-4d 3-4d 4d 4d 4d Läpimenevän reiän suurin piuus (mm) 4-6d 5-7d 6-8d 8d 8-10d 8d Ulkokierre: Pienin halkaisija (mm) - 8-1 8-1 6-8 10 10 Pienin kiereen nousu (mm) - 1 1 0,7 1 1 Sisäkierre: Pienin halkaisija (mm) - - - 0 0 0 Hammasuksen pienin jako 1,5M 0,5M 0,5M 0,3M 0,3M 0,3M Toleranssialue IT1-13 IT10-1 IT10-11 IT9-11 IT8-9 IT8-9 1 Soviava valimon kanssa M=moduuli Tarkiseu 3.04.014 Painevalukappaleen valeavuus 4