26. Valumallin valmistuksessa huomioon otettavia seikkoja Raimo Keskinen, Pekka Niemi Tampereen ammattiopisto 26.1 Kutistuminen Kuten aikaisemmin todettiin, valukappaleen jähmettyessä sulasta kiinteäksi tapahtuu kiteytymiskutistuma, joka korvataan syöttökuvuista virtaavalla metallilla. Kutistumista tapahtuu tämänkin jälkeen valukappaleen jäähtyessä muotissa normaalilämpötilaan. Valukappaleesta tulisi liian pieni, ellei tätä kiinteäkutistumaa otettaisi huomioon. Taulukko 4. Yleisimpien valumetallien kiinteäkutistumat Valuraudat: Kutistuma Suomugrafiitti 0,6-1,0 % Pallografiitti: Lämpökäsitelty 0,0-0,5 % Pallografiitti: Lämpökäsittelemätön 0,5-1,0 % Adusoitu (Temper) valu 0,0-1,0 % Valuteräkset: Kutistuma Niukkaseosteiset 1,8-2,2 % Runsasseosteiset 1,5-2,7 % Metallivaluseokset: Kutistuma Alumiiniseokset 1,0-1,5 % Messingit 1,5-1,8 % Pronssit 1,4-2,0 % 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 26 28-1
Mallinvalmistaja ottaa huomioon tämän tekemällä mallin hieman valukappaleen mittoja suuremmaksi. Mallinvalmistaja käyttääkin erikoista kutistumamittaa sen mukaan, mitä valumetallia varten malli valmistetaan. Taulukossa 4 on yleisimpien valumetallien kiinteäkutistumaprosentit. Kuva 282. Kutistumamitta verrattuna normaalimittaan Kiinteä kutistuma voidaan laskea myös fysiikassa opitulla lämpöpitenemän kaavalla. Kutistuma ei aina ole taulukon mukainen. Hiekkamuotissa kutistuman suuruuteen vaikuttavat mm. kappaleen muoto, sen suuruus sekä muotin sullontatiukkuus (Kuva 283). Kappaleen kutistuminen asettaakin suuria vaatimuksia malliveistämölle, koska usein on hyvin vaikeata etukäteen arvioida, kuinka paljon kappale kutistuu. Kuva 283 muodon vaikutus kutistumaan muotissa Kun kuvan 284 mukainen valukappale jäähtyy, se käyristyy niistä jännityksistä, jotka syntyvät epätasaisen jäähtymisnopeuden vuoksi. Kapeat sivusauvat kutistuvat ensin ja puristavat kokoon vielä plastisessa tilassa olevaa keskisauvaa. Jäähtymisen jatkuessa keskisauvan lujuus kasvaa, ja se jatkaa kutistumistaan vielä silloinkin, kun sivusauvojen kutistumien on jo loppunut. Niissä syntyy puristusjännitys, mistä syystä ne käyristyvät. Kuvan esittämää käyristymää ei ole liioiteltu. Kuva 284 Jos jokin muotin osa, esimerkiksi kova keerna, estää kappaleen vapaan kutistumisen, saattaa se murtua tältä kohdalta. Sellaisiin valukappaleen kulmiin tai kohtiin, joiden pelätään kutistumisen yhteydessä muuttavan muotoaan tai murtuvan, liitetään vahvistusrivat eli ns. krymppärit, jotka mallinvalmistaja tekee malliin. 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 26 28-2
Kuvassa 285 ohuet vahvistusrivat jähmettyvät ensimmäiseksi ja tukevat vielä pehmeässä tilassa olevaa vetorasituksen alaista kohtaa. Mikäli rivoista on haittaa valukappaleessa, joudutaan ne poistamaan siitä myöhemmin. Kuva 285 26.2 Työstörivat Niissä valukappaleiden pinnoissa, jotka myöhemmin tullaan koneistamaan, pitää olla työstövarat. Valmistettaessa valumallia ne lisätään mallin vastaaviin kohtiin (kuva 286 valukappaleen piirustus). Mallinvalmistaja määrittää työstövarojen suuruudet taulukosta, joka on laadittu ottamalla huomioon useita seikkoja. Suurissa valukappaleissa pitää työstövarojen olla suuremmat kuin pienissä, koska valukappaleen mittojen epätarkkuus kasvaa kappaleen koon kasvaessa. Jos jokin valukappaleen pinta vain tasoitetaan työstämällä siitä ohut lastu, riittää pieni työstövara. Mitä suuremmat vaatimukset koneistettavalle pinnalle asetetaan tarkkuuden ja pinnanlaadun suhteen, sitä suurempi työstövara yleensä vaaditaan. Kuva 286 Työstövaran suuruus riippuu myös työstettävän pinnan sijainnista muotissa (kuva 287). Yläpinnan työstövaran tulee olla suurempi, koska valusta johtuvat epäpuhtaudet, kuten kaasurakkulat, kuona ja irtohiekka, kerääntyvät kevyinä aineksina kappaleen yläpintoihin. Kuva 287 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 26 28-3
Yleensä valukappale on suunniteltava siten, että suurimmat ja tärkeimmät pinnat voidaan sijoittaa muotissa alaspäin (kuva 288). Kuva 288 Kaavaustavalla on myös vaikutuksensa työstövarojen suuruuteen. Koska käsinkaavauksessa joudutaan malli naputtelemaan irti ja sen nosto tapahtuu joko nosturilla tai käsivaraisesti, joutuu se pieneen sivuttaisliikkeeseen, josta muotin mittatarkkuus kärsii (ks. kuva 289). Konekaavauksessa, jossa malli esimerkiksi täristetään irti muotista, saadaan parempi tarkkuus. Valumetallilla, josta kappale valetaan, on myös vaikutuksensa työstövarojen suuruuteen. Tämä johtuu mm. metallien erilaisista valukutistumista. 26.3 Hellitys Hellitys käsitteenä määriteltiin jo aikaisemmin. Sen suuruus vaihtelee mallin laatuluokan, seinämän korkeuden sekä kaavaustavan mukaan. Hyvälaatuisissa malleissa, jotka on tehty kestämään suuria kaavaussarjoja, voidaan käyttää pienempiä hellityksiä kuin muutamaa kaavauskertaa varten tehdyissä halvemmissa malleissa. Suurin hellitys tarvitaan puumalleissa, seuraavana ovat muovimallit, ja pienin hellitys voi olla metallimalleissa. Kuva 289. a) Mallin nosto käsin tai nosturilla b) Kaavauskoneen nostamana Seinämän korkeuden kasvaessa käytetään pienempää hellityskulmaa. Näin hellityksen aiheuttama mittamuutos ei pääse kasvamaan liian suureksi. 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 26 28-4
Taulukko 5. Pinnan korkeuden vaikutus hellityskulman suuruuteen Käsikaavauksessa, jossa mallin irrottaminen muotista on epätarkempaa kuin konekaavauksessa, käytetään suurempia hellityksiä. Valumallin keernakannoissa käytetään huomattavasti suurempia hellityksiä kuin kappaleen pinnoissa (kuva 290). Tällä tavoin helpotetaan mallin irrottamista hiekasta ja varmistetaan, ettei keernasijoista irtoa hiekkaa keernoja muottiin pantaessa. Kuva 290 Hellitys voi olla positiivinen (+) tai negatiivinen (-) tai näiden molempien yhdistelmä (kuvat 291-293). Yleensä käytetään positiivista hellitystä. Sisäpuolisissa mallin osissa käytetään yleensä suurempaa hellitystä, jolloin muotin rikkoutumisvaara on mallia nostettaessa pienempi. Kuva 291 Kuva 292 Kuva 293 Hellityksen suunnan määrää jakopinnan kulku. Tästä syystä samanmuotoisissa malleissa voi hellityksen suunta olla erilainen. 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 26 28-5
Jos valukappaleessa ei sallita minkäänlaista hellitystä, joudutaan pystysuorat pinnat kaavaamaan keernojen avulla tai on valmistettava ns. läpivetomalli (kuvat 294A -294B). Tällöin hellityksetön malli vedetään läpivetolaatan läpi, jolloin muottihiekka ei nouse mallin mukana. Läpivetomalleja käytetään mm. hammaspyörien muottien valmistuksessa. Kuva 294 A Kuva 294 B Kuva 295 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 26 28-6
27. Mallien maalaus ja värimerkinnät Raimo Keskinen, Pekka Niemi Tampereen ammattiopisto Puiset valumallit ja keernalaatikot maalataan aina ennen niiden käyttöönottoa. Mallimaali toimii kalvona hiekan ja puun välissä estäen puun kostumisen, sideaineiden syövyttävän vaikutuksen sekä hiekan aiheuttaman puupinnan kulumisen. Mallimaalin pinta toimii mallia hiekasta irrotettaessa myös irrotuspintana, jonka pitää olla mahdollisimman liukas. Kuva 296 Kaikki mallimaalit eivät sovi kaikille sideaineille. Hartsisideaineissa oleva furfuryylialkoholi liuottaa useampia maalityyppejä. Tällaisia ovat esim. nitroselluloosaperäiset mallimaalit. Hartsihiekoille käytetään yleisesti epoksimaaleja, joilla on hyvä kemiallinen, mekaaninen ja lämmönkestävyys. Pinnan liukkautta lisätään maalaamalla sen päälle alumiinipastakerros, joka on uusittava muutamien kaavauskertojen jälkeen. Kuva 297 Bentoniittihiekoille voidaan käyttää epoksimaalien lisäksi alkydimaaleja, joiden mekaaninen kestävyys on hyvä, mutta kemiallinen sekä lämmönkestävyys huono. Mallimaalien lämmönkestävyys tulee esille käytettäessä esim. sementti- ja hartsihiekkoja, joiden lämpötila voi kovettumisen aikana nousta jopa 70 C:een. Kuva 298 Kuvassa 298 on tukilistojen eli ns. tekkauslistojen merkitsemistapa. Tukilistoja käytetään ohutrakenteisissa malleissa, jotka muuten taipuisivat kaavauksessa. Tukilistan kohta täytetään hiekalla kaavatessa. 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 26 28-7
Pintakäsittelyn lisäksi maalataan kaavaajan työn helpottamiseksi puumallien eri osiin erilaisia värimerkintöjä, jotka selvittävät kaavausteknillisiä yksityiskohtia. Taulukossa 6 on esitetty standardin SFS 3307 mukaiset värimerkinnät. Taulukko 6. Mallien maalaus ja värimerkinnät (katso kuvat 296-297) Hartsihiekkakaavauksessa värimerkintöjen käyttö on jäänyt pois, koska mallit tarvitsevat suojan hiekankovettumisprosessissa syntyvää lämpöä vastaan ja mallit maalataan kauttaaltaan yleisesti samalla yksivärisellä maalilla. 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 26 28-8
28. Valukappaleen valmistussuunnitelman kulku Raimo Keskinen, Pekka Niemi Tampereen ammattiopisto Kun konepajalle tulee valukappaleen tarve, se lähettää valimolle kyselyn kappaleen valmistusmahdollisuuksista ja hinnasta. Kyselyn mukana tulee myös kappalepiirustus, jonka perusteella valimo tekee valukappaleesta esisuunnitelman. Kuva 299. Tilaaja ja valimo yhteistyössä Esisuunnitelma tehdään yleensä kappalepiirustuksen päälle, ja siinä selvitetään mm. valuasento, jakopinnan kulku, keernalla tehtävät kohdat, syötön tarve jne. Esisuunnitelmalla kartoitetaan valukappaleen valmistusmahdollisuudet ja -kustannukset. Kuva 300. Kartoitetaan valukappaleen valmistusmahdollisuudet ja kustannukset. Yhteistyö tilaajan kanssa jatkuu. Kuva 301. Yksityiskohtainen suunnitelma kappaleen valmistusvaiheista. Yhteistyö tilaajan kanssa jatkuu. Esisuunnitelman laskelmien perusteella valimo lähettää tilaajalle tarjouksen. Jos tarjous johtaa tilaukseen, tekee valimo kappaleesta esisuunnitelmaa yksityiskohtaisemman varsinaisen suunnitelman. Siinä tarkistetaan esisuunnitelman laskelmat ja tehdään tarkka yksityiskohtainen suunnitelma valukappaleen valmistusvaiheista. Varsinaisen suunnitelman yhteydessä tehdään myös valusuunnitelma. Siinä esitetään yksinkertaisella luonnoksella kuva mallista, syöttöjärjestelmästä, valukanavistosta jne. 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 26 28-9
http://www.valuatlas.net - ValuAtlas & Tampereen ammattiopisto - Muotinvalmistustekniikka Lisäksi valusuunnitelmasta selviävät tarvittavat käytännön tiedot, kuten käytettävä kaavaushiekka, kappaleen brutto- ja nettopainot, valulämpötila, valuaika jne. Valusuunnitelman tarkoituksena on toimia työnjohdon ja työntekijäin ohjeena. Alla esimerkki erään teräsvalimon valusuunnitelmasta. 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 26 28-10
KERTAUSTEHTÄVIÄ Millaista kutistusmittaa mallinvalmistaja käyttää valmistaessaan mallia suomugrafiittirautavalukappaletta varten? Mitkä seikat vaikuttavat valukappaleen kiinteäkutistuman suuruuteen? Selvitä, mitä ovat ns. krymppärit. Luettele valukappaleen suuruuteen vaikuttavia seikkoja. Miksi konekaavausmalleissa voidaan käyttää pienempiä hellityksiä kuin käsinkaavausmalleissa? Selitä, mitä tarkoitetaan negatiivisella hellityksellä. Selitä, mikä on valumallien maalauksen tarkoitus. 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 26 28-11