19. Muotin syöttöjärjestelmä Raimo Keskinen, Pekka Niemi Tampereen ammattiopisto Kun muotin täyttänyt sula metalli alkaa jähmettyä, kutistuu se samanaikaisesti. Valukappaleen ohuet kohdat jähmettyvät aikaisemmin kuin paksut. Vielä sulana olevista paksuista kohdista siirtyy metallia jähmettyviin ohuempiin kohtiin. Paksuihin kohtiin jää ainevajausta, ellei niihin vuorostaan syötetä metallia. Kuva 205. Jähmettymisvaaka. Jos muotti valetaan sulaa metallia täyteen ja tasapainotetaan, kallistuu se jähmettymisen aikana vasemmalle. Mistä tämä johtuu? Taulukko 3. Syöttäminen tapahtuu syöttökuvuilla, jotka toimivat valukappaleessa eräänlaisina sulan metallin varastoina. Syötön tarve riippuu valumetallin jähmettymiskutistumasta, valukappaleen muodosta sekä sen lujuus vaatimuksista. Taulukko 3 esittää yleisimpien valumetallien jähmettymiskutistumisen. Positiivinen tilavuuden muutos tarkoittaa, että metalli laajenee jähmettyessään, vrt. metallioppi. Syöttökuvuista huolimatta valukappaleeseen jää joskus ainevajausta. Tällaista valuvikaa kutsutaan imuksi. Koska jähmettyminen alkaa kappaleen ulkokuoresta muotin seinämien vaikutuksesta, syntyy imu usein kappaleen sisällä. Kuva 206. Imu kappaleen sisällä. Kuva 207. Imu alumiinivalussa. Taittoa tarkistettu 2.12.2015 (Tuula Höök) Muotinvalmistustekniikka Sivu 67
Imu voi olla myös avoimu, jolloin se näkyy kappaleen pinnassa (Kuva 209). Imuhuokoisuus taas jakaantuu suurena joukkona pieniä imuonteloita laajemmalle alueelle (Kuva 210). Kuva 208. Imu pintaan saakka. Kuva 209. pinnassa. Imu näkyy valuratakappaleen Kuva 210. Kuva 211. Aina ei valukappaleen syöttäminen ole tarpeen, koska usein ei pienistä imuvirheistä tai - huokosista ole haittaa. Esimerkiksi ohuet, tasapaksut kappaleet, joita on mahdottomuus syöttää, saavat valun jähmettyessä syöttömetallia riittävästi valukanavistostaan. Syöttökuvut voivat olla joko avoimia tai umpinaisia. Avoimet kuvut avautuvat muotin yläpintaan, koska niiden mallit on vedettävä kaavauksen yhteydessä muotin yläosasta ylöspäin (Kuva 212). Kuva 212. Avoin syöttökupu. Eksoterminen holkki käytössä. Kuva 213. Avoin syöttökupu peitetty. Taittoa tarkistettu 2.12.2015 (Tuula Höök) Muotinvalmistustekniikka Sivu 68
Avoimien syöttökupujen yläpinnat peitetään yleensä välittömästi valun jälkeen lämpöä eristävällä tai lämpöä synnyttävällä eli eksotermisella aineella, jotta ne pysyisivät mahdollisimman pitkään sulana. Kuva 214. Valetun valukappaleen päällä eksotermista jauhetta Syöttökuvuista tulee olla sula yhteys koko jähmettymisen ajan syötettäviin kohtiin. Ellei näin ole, syntyy kappaleeseen imuvikoja. Sula yhteys saadaan säilymään, jos syöttötie eli vielä sulana olevan metallin osuus aukeaa kiilamaisesti syöttökupua kohti (Kuva 215). Näin toteutetaan suunnatun jähmettymisen periaatetta, jonka mukaan valukappaleen jähmettymisen tulee alkaa syöttökuvuista kauimpana olevista kappaleen osista ja edetä avonaisena rintamana syöttökupuun. Kuva 215. Kuva 216. Suunnatun jähmettymisen periaate voidaan toteuttaa Heuversin ympyrämenetelmällä. Johonkin seinämän leikkaukseen mahtuvan ympyrän pinta-ala voidaan katsoa suoraan verrannolliseksi ko. paikan ainekeskittymään, eli kappaleen jokaiseen kohtaan piirretyn ympyrän (pallon) on mahduttava siirtymään kappaleesta syöttökumpuun. Vertaa seuraavan kuvan (Kuva 217) vasemmanpuolista ja oikeaa kuvaa. Taittoa tarkistettu 2.12.2015 (Tuula Höök) Muotinvalmistustekniikka Sivu 69
Kuva 217. Joskus joudutaan suunnatun jähmettymisen vuoksi lisäämään syöttökupujen yhteyteen syöttötäytteitä, jotka ovat liian nopeasti umpeen jähmettyvien seinämien paksunnoksia. Kuva 218. Syöttö toiminut: valukappaleessa ei imua. Syöttökupujen tarvetta voidaan vähentää sopivalla valukappaleen rakennesuunnittelulla (Kuva 219). Kuva 219. Kappale A: paljon ainekeskittymiä, joissa esiintyy imuvirheitä. Kappale B: tasapaksut seinämät, joissa on imuhuokoisuutta. Kappale C on suunniteltu suunnatun jähmettymisen periaatteen mukaan. Umpinaiset syöttökuvut ovat muotin sisällä piilossa, yleensä jakopinnalla. Niiden toiminta perustuu ilmanpaineen hyväksikäyttöön. Ilmanpaine pääsee vaikuttamaan syöttökuvun jo muualta jähmettyneen kuoren sisäpuolelle joko puhkaisukeernan tai puhkaisuhalkion välityksellä (Kuva 220). Taittoa tarkistettu 2.12.2015 (Tuula Höök) Muotinvalmistustekniikka Sivu 70
Tämä mahdollistaa syöttämisen myös ylöspäin, koska imukohtaan syntyy tyhjiö, johon ilmanpaine painaa metallia. Kuva 220. Kuva 221. Ilmanpaine kykenee teoriassa nostamaan sulaa metallia sellaiseen korkeuteen saakka, joka vastaa metallipatsaan paineena normaalia ilmanpainetta eli 760 mmhg. Valuteräksillä tämä korkeus on 1,3 m. Tähän ei kuitenkaan päästä, koska se edellyttäisi täysin tiivistä jähmettynyttä kuorta sekä valumetallin esteetöntä liikkumista seinämissä (Kuva 220). Kuva 222. Syötön tarve riippuu valumetallista. Sama valukappale valettuna vasemmalla valuraudasta ja oikealla teräksestä. Umpinaisen syöttökuvun on säilytettävä kapeasta kaulastaan huolimatta sula yhteys valukappaleeseen. Tämä on mahdollista, koska kaulan ympärillä oleva muottihiekka kuumenee voimakkaasti ja pitää metallin sulana. Taittoa tarkistettu 2.12.2015 (Tuula Höök) Muotinvalmistustekniikka Sivu 71
Syöttökupu kauloineen on mitoitettava oikein sulayhteyden aikaansaamiseksi (Kuva 223). Kuva 223. Kuva 224. Syöttökupujen poistamista helpotetaan usein, kun asetetaan ohut reiällinen keerna kuvun ja valukappaleen väliin. Tällainen kauluskeerna pienentää kaulan poikkipinta-alaa niin paljon, että se on helppo poistaa joko lyömällä tai polttamalla. Keernan tulee nopeasti saavuttaa ympäröivän sulan lämpötila, jotta syöttö ei vaikeudu (Kuva 224). Kuva 225. Eksotermisessa syöttökuvussa katkaisukeerna. Kuva 226. Katkaisukeernan katkaisukohta. Hauraille aineille, kuten valuraudalle, käytetään joskus ns. Connor-syöttökupua, joka liittyy valukappaleeseen ohuen saumakanavan välityksellä (Kuva 227). Kupu on helppo poistaa lyömällä valukappaleesta. Saumakanava saadaan voimakkaasti kuumenemaan kuvun kautta läpivirtaavan sulan vaikutuksesta ja sulayhteys säilymään liittymäkohdan kapeudesta huolimatta. Kuva 227. Taittoa tarkistettu 2.12.2015 (Tuula Höök) Muotinvalmistustekniikka Sivu 72
Syöttökuvut ja -täytteet lisäävät valukappaleen valmistuskustannuksia, koska niitä varten pitää sulattaa valumetallia enemmän kuin kappaleen paino vaatii. Lisäksi niiden poistaminen valetusta kappaleesta aiheuttaa melkoisia lisäkustannuksia. Valuteräksillä kaasuleikkaus on yleisin paksujen valukkeiden poistamistapa. Runsasseosteiset teräkset ja valuraudat vaativat erikoismenetelmän, jauheleikkauksen, joka on kaasuleikkausta hankalampi ja kalliimpi menetelmä. Kuva 228. Teräsvalukappaleesta poistetaan syöttökupuja polttoleikkaamalla Taittoa tarkistettu 2.12.2015 (Tuula Höök) Muotinvalmistustekniikka Sivu 73
KERTAUSTEHTÄVIÄ Luettele muotin täyttöjärjestelmän tehtäviä. Luettele kaatoaltaan tehtävät. Miksi kaatoallas on pidettävä koko valun ajan täynnä? Miksi valukanavistossa ei saa olla jyrkkiä mutkia? Mitä tarkoitetaan suunnatun jähmettymisen periaatteella? Selitä, mitä ovat syöttötäytteet? Selitä, mikä on puhkaisukeernan tehtävä umpinaisessa syöttökuvussa. Mihin perustuu se, ettei Connor-syöttökuvun kaula ohuudestaan huolimatta jähmety ennen aikojaan? Taittoa tarkistettu 2.12.2015 (Tuula Höök) Muotinvalmistustekniikka Sivu 74