33. Valumenetelmiä Raimo Keskinen, Pekka Niemi Tampereen ammattiopisto 33.1 Kuorimuottimenetelmä Kuorimuotti- eli croning menetelmässä käytetään erikoista hartsisideaineella päällystettyä juoksevaa hienoa hiekkaa. Malli, joka on valmistettu metallista, kuumennetaan 250 300 C:n lämpötilaan. Hartsipitoinen hiekka joko puhalletaan tai pudotetaan kuuman mallin päälle, jolloin hartsi sulaa lämmön vaikutuksesta ja mallin pinnalle muodostuu kuori, jonka paksuus on 5 15 mm. Kuori kovetetaan koneessa olevassa uunissa kuumentamalla, minkä jälkeen se irrotetaan mallista. Muotti muodostetaan liimaamalla ylä- ja alapuolta vastaavat kuoret vastakkain. Kuva 337. Kuorimuottikaavauksen periaate. a) b) ja c) Kuumennettu mallilaatta käännetään hiekkasäiliön päälle. d) Hiekkasäiliö käännetään ylösalaisin, jolloin mallilaatan lähellä oleva hartsihiekkakerros kovettuu. e) Mallilaatta ja hiekkasäiliö käännetään alkuasentoon, ja ylimääräinen hiekka putoaa muottikuoren päältä pois. f) Mallilaatan pintaan kovettunut hiekkakerros lujitetaan paistamalla. g) Valmis muotinpuolikas irrotetaan mallilaatasta. h) Muotinpuolikkaat liitetään toisiinsa ja asetetaan soran tukemana kehyksiin, jossa varsinainen valu suoritetaan. 1. mallilaatan kuumennus 2. hartsattu hiekka 3. mallilaatta 4. kuori 5. kuoren paisto 6. kovettuneen kuoren irrotus mallilaatasta 7. valusenkka 8. kehys ja 9. sora. Valaminen tapahtuu muotin ollessa joko vaaka- tai pystyasennossa. Pystyasennossa tuetaan muotin seinämät metallin aiheuttamaa hydrostaattista painetta vastaan latomalla kuorimuotit erikoiseen valulaatikkoon, jossa niiden välit täytetään soralla (kuva 339). 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 33 35-1
Kuva 338. Sylinterin kuorimuotin puolikkaat Suurien mallikustannusten vuoksi kuorimuottimenetelmä sopii vain suuriin, muutamista sadoista kappaleista ylöspäin valmistettaviin sarjoihin. Menetelmää käytetään erityisesti monimutkaisiin ja mittatarkkoihin kappaleisiin. Tavallisin kappalekoko on alle 10 kg, muuta 150 kg painoisiakin kappaleita on valettu. 33.2 Valu keraamisiin muotteihin Tarkkuusvalumenetelmässä tarvitaan metallimuotti, jonka avulla valmistetaan valettavia kappaleita vastaavat vahamallit. Useita vahamalleja kiinnitetään ns. rypäleeksi, jonka oksat ja runko muodostavat lopullisen tarkkuusvalumuotin valukanaviston (ks. kuva 340 a). Rypäleen päälle muodostetaan kuori kastamalla se useita kertoja nestemäiseen keraamiseen ja tulenkestävään massaan. Kastojen välillä ripotellaan muodostuvan kuoren päälle tulenkestävää jauhetta. Mitä paksumpi kuori halutaan muodostuvan, sitä useammin kasto toistetaan (kuva 340 vaiheet 1). Kuva 339 Kuva 340 Häviävää vahamallia käyttävän tarkkuusvalun (Lost-Wax-Method) periaate: a) vahamallin valmistus. 1) keraamikuoren muodostaminen kastamalla ja täyteainetta sirottamalla 2) vahan poisto ja kuoren sintraus uunissa 3) valu. 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 33 35-2
Keraamisella aineella päällystetty rypäle siirretään uuniin, jossa kuori kuivataan ja vaha sulatetaan pois muotista (kuva 340 vaihe 2). Jotta keraamisen kuoren lujuus edelleen lisääntyisi, kuumennetaan se yli 1000 C:n lämpötilaan. Näin saatu valmis muotti valetaan (kuva 340 vaihe 3). Kappaleen jäähdyttyä kuori rikotaan ja valettu rypäle viedään jälkikäsittelyyn. Tarkkuusvalumenetelmä sopii pienille monimutkaisille kappaleille, painoltaan muutamista grammoista aina 10 kg:aan asti. Nimensä mukaisesti menetelmällä saadaan mittatarkkoja ja sileäpintaisia kappaleita. Tämän vuoksi työstötavarat voivat olla hyvinkin pieniä, ja joskus ne voidaan jättää pois kokonaan. Keernoja ja helityksiä ei kappaleissa tarvita. Metallimuotin takia muottikustannukset nousevat suuriksi, joten pienien sarjojen valmistaminen ei ole taloudellista. Replicast-menetelmä on edellä esitetyn vahatarkkuusvalun kaltainen, mutta malli valmistetaan polystyreenimuovista, joka poltetaan kuorrutuksen jälkeen pois. Valukappaleet ovat huomattavasti suurempia, 5 100 kg, mutta menetelmällä on valettu jopa 900 kg painavia valoksia. Kuva 341. Replicast-menetelmä. Keraamisia kuoria pakkauslaatikossa tuettuina vakuumilla Malli valmistetaan metallimuotissa sintraamalla polystyreeni vesihöyryn avulla haluttuun muotoon. Monimutkaiset mallit kootaan useammasta osasta liimaamalla. Tarvittaessa voidaan pinnan laatua parantaa erilaisilla pinnoitteilla. Yksittäisten valukappaleiden mallit tehdään polystyreenilevystä työstämällä. Mallin polttamisen jälkeen keraaminen kuori pakataan ja tuetaan valulaatikon sideaineettomaan kuivaan hiekkaan. Tuentaa tehostetaan imemällä laatikkoon alipaine samoin kuin tyhjöpakatussa kahvipaketissa. Valun jälkeen valulaatikko tyhjennetään laskemalla osa valuhiekasta pois ja poimimalla valokset erilleen. Kuva 342. Polystyreenimuovista valmistettu jatkettavalapaisen potkurin malli. Rakenne on aikaisemmin tehty hitsaamalla ja reiät porattu kiinnittimessä. 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 33 35-3
Kuten vahatarkkuusmenetelmässä, on replicast-menetelmässäkin valukappaleen muotoilun vapaus suuri. Jakopintaa, hellityksiä ja keernoja ei tarvitse muotoilussa ottaa huomioon. Reiät, jotka muiden menetelmien valukappaleisiin joudutaan poraamaan, voidaan tällä menetelmällä valaa valmiiksi Kuva 343. Polystyreenimalli Kuva 344. Kuori syöttökupuineen Kuva 345. Valmis valukappale Shaw- ja unicast-menetelmissä muotti valmistetaan keraamisesta aineesta kestomallia käyttäen. Mallikustannukset ovat pienemmät kuin metallimuotilla valmistettavaa vahamallia käyttävässä tarkkuusvalussa. Shaw- ja unicast-menetelmillä voidaan valaa kaikkia metalleja ja niillä saavutetaan tarkkuusvalua vastaavat mittatarkkuudet, yksityiskohtien kopioitavuus ja valukappaleen pinnanlaatu. Pinnanlaatu on 3,2 mm tai parempi. Shaw- ja unicast-menetelmillä valetut kappaleet ovat tiiviitä, eivätkä ne sisällä ei-metallisia sulkeumia. Menetelmillä on muitakin etuja: laitekustannukset ovat vähäiset, mallit voidaan tehdä haluttaessa ilman päästöjä, valettaessa kuumaan muottiin voidaan valukappaleen seinämänpaksuutta pienentää ja, kuten kaikissa tarkkuusvalumenetelmissä, puhdistus- ja työstökustannuksissa voidaan säästää samoin kuin valumetallissa. Seinämänpaksuudet voivat olla 1,6 mm. 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 33 35-4
Shaw- ja unicast-menetelmien suurin ero tarkkuusvaluun (ja replicast-menetelmään) verrattuna on, että muotti on kaksiosainen. Siksi suunnittelussa tulee huomioida jakotaso. Menetelmillä valmistettavien kappaleiden koot vaihtelevat 10 kg:sta 1000 kg:aan. Menetelmät sopivat pienille ja keskisuurille sarjoille ja jopa yksittäistuotantoon. Kuva 346. Shaw-menetelmä: 1. kaavausmassan valmistaminen 2. kaavausmassa eli slurry kaadetaan puusta, metallista tai muovista tehtyyn kehyksillä varustettuun malliin, jossa sen annetaan hyytyä 2 3 minuuttia 3. kiinteä keraamimassa irrotetaan mallista 4. muotti poltetaan, kunnes haihtuvat aineet ovat poistuneet 5. poltettu shaw-muotti sintrataan korkeassa lämpötilassa 6. muotinpuoliskot asetetaan paikoilleen ja suoritetaan valu. Shaw- ja unicast-menetelmien suurimpana haittana on niiden suuren keraamimuottimäärän aiheuttamat korkeat kustannukset ja suuri jätemäärä. Keraamisten muottien materiaali ei ole kierrätettävissä. Tämä rajoittaa sarjasuuruuden 20 100 kappaleeseen, mutta käyttämällä komposiitti- eli yhdistelmämuotteja sarjasuuruutta voidaan kasvattaa. Komposiittimenetelmässä mallin päälle muodostetaan vain ohut kerros keraamisella materiaalilla ja loppuosa muotista täytetään halvemmalla materiaalilla, joka on lisäksi kierrätettävissä. Shaw- ja unicast-menetelmien käyttöä voidaan puoltaa silloin, kun kappale on liian suuri valettavaksi tarkkuusvaluna. Tällöin vahamallista tulisi liian iso ja hankalasti käsiteltävä. Toinen perustelu on valettavan kappaleen sarjasuuruus: tarkkuusvalun vaatimaa metallista työkalua vahamallin valmistamiseksi ei kannata tehdä kovin pienillä kappalemäärillä. Tällöin voi olla perustellumpaa tehdä puinen tai muovinen malli Shaw- ja unicast-menetelmiä varten. Ko. malli on edullisempi ja sen toimitusaika on lyhyempi. 33.3 Kokillivalu Kokillivalussa käytetään metallisia kestomuotteja, kokilleja. Menetelmää käytetään sarjatuotannossa ja yleisemmin matalissa lämpötiloissa sulavien metallien valuun, mutta myös rautaa ja terästä voidaan valaa. Mitä korkeampi on valettavan metallin lämpötila, sitä lyhyempi on kokillin kestoikä. Kevytmetallivaluissa kokilli voi kestää jopa 50 000 valua. Kokilliin valetulla metallilla on hienojakoinen ja tiivis kiderakenne, ja sen lujuusominaisuudet ovat paremmat kuin hiekkaan valetulla. Myös pinnan laatu on parempi. Hiekan puuttumisen vuoksi ei 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 33 35-5
http://www.valuatlas.net - ValuAtlas & Tampereen ammattiopisto - Muotinvalmistustekniikka kappaleissa ole hiekkavikoja. Kappalekoko on yleensä alle 100 kg, mutta suurempiakin kappaleita voidaan valaa. Kokillivalun keernat valmistetaan joko valuraudasta, työkaluteräksestä tai muodon niin vaatiessa keernahiekasta. Kokillin ja metallikeernojen pinnat suojataan valussa tapahtuvalta lämpöshokilta peitostamalla ne ohuella ja tulenkestävällä materiaalilla. Kuva 347. Kokillimuotti avattuna Kuva 348: Kestokeernan käyttö kokilli- Kuva 349. Vaikeasti valettava alumiininen valussa, keerna jaettu osiin kokillivalukappale syöttöjärjestelmineen Tavallisessa menetelmässä kaadetaan sula metalli valukauhalla muottiin. Kuva 350. Kokillivalupiste, vasemmalla uuni, Kuva 351. Peitostettu kokillimuotin puolikas oikealla pneumattisesti toimiva kokillivalukone 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 33 35-6
Kuva 352. Auki oleva kokillivalukone Kuva 353. Sula kaadetaan kokilliin valukauhalla Pienpainekokillivalussa (matalapainevalu) muotin täyttö tapahtuu paineella alhaaltapäin. Sula metalli johdetaan metallipinnan alapuolelle ulottuvaa nousuputkea pitkin muottiin sen pohjassa olevan valuaukon kautta antamalla noin 1,5 barin paineen vaikuttaa tiiviisti suljetussa uunissa metallin pintaan (kuva 260). Pienpainekokillivalulla voidaan valaa suurempia kappaleita kuin tavanomaisella kokillivalulla. Paineen ansiosta syöttökupujen määrä on pienempi sekä metallin hapettuminen vähäisempää verrattuna tavalliseen kokillivaluun. Kuva 354. Pien- eli matalapainevalulaitteisto Kuva 356. Nousuputken haaroittaminen kappaleen syötön helpottamiseksi 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 33 35-7
http://www.valuatlas.net - ValuAtlas & Tampereen ammattiopisto - Muotinvalmistustekniikka Kuva 355. Pienpainevalumuotti avattuna Kuva 357. Pienpeinekokillivalulla valmistettu tuote 33.4 Keskipakovalu Keskipakovalussa on muotti valamisen ajan pyörivässä liikkeessä, ja metalli jähmettyy keskipakovoiman vaikutuksen alaisena. Näin syntyvän paineen vuoksi valettava metalli saa tiiviin rakenteen ja hyvät lujuusominaisuudet. Aidossa keskipakovalussa metalli kaadetaan joko vaaka- tai pystysuoran pyörimisakselin omaavan rengasmaisen tai putkimaisen muotin sisään. Metalli asettuu keskipakovoiman vaikutuksesta muotin seinämää vasten, ja kappaleen sisäpuoli muodostuu ilman keernaa. Kappaleen seinämäpaksuutta voidaan säädellä muutamalla valettavaa metallimäärää. Aidolla keskipakovalulla valmistetaan putkia, holkkeja, renkaita jne. Kuva 358. Pystysuoran keskipakovalun periaate. Kappaleen seinämänpaksuus jää alaosassa suuremmaksi kuin yläosassa. Vaakasuoran keskipakovalun periaate: Sula metalli johdetaan muotin sisään pitkää valukourua pitkin. Sitä mukaa kun metallia virtaa muottiin, siirretään pyörillä olevaa vaunua siten, että metalli jakautuu tasaisesti koko muotin osalle (kuva 359). Keskipakomuotovalussa pyörii muotti ja siihen valettu sula metalli pystysuoran symmetriaakselinsa ympäri. Pyörimisnopeus on tavallisesti 150 200 1/min. Muottimateriaalina voi olla metalli, keraaminen aine tai kemiallisesti kovettuva hiekkaseos. 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 33 35-8
Kappaleen muoto voi olla hyvinkin monimutkainen, esimerkiksi laivan potkuri. Muodon määrää kokonaan muotti, jonka pitää olla lujarakenteinen kestääkseen keskipakovoiman aiheuttamat rasitukset. Kuva 359. Vaakasuoran keskipakovalun periaate Kuva 360. Keskipakovalukone vinoasennossa Kuva 361. Osista koottu keskipakovaluun sopiva muotti Keskipakopainevalussa kappaleet kaavataan kemiallisesti kovettuviin hiekka- tai keraamisiin muotteihin siten, että kaatokanava jää keskelle ja kappaleet sijoitetaan symmetrisesti sen ympärille (kuva 362). Tällaisia muotteja voi olla useita päällekkäin. Pyörimisnopeus on alle 200 1/min. Kuva 362. Teräsventtiilin rungon valaminen keskipakopainevaluna 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 33 35-9
33.5 Painevalu Painevalussa puristetaan sula metalli männän avulla teräksestä tehtyyn muottiin. Suuri paine täyttää muottipuoliskojen muodostaman ontelon sekunnin murto-osassa. Nykyaikaisissa koneissa käytetään 20 200 MPa:n puristuspainetta. Suuri paine vaatii suuren sulkuvoiman muottipuoliskojen koossapitämiseksi. Painevalukoneiden suuruus määritetäänkin niiden sulkuvoiman perusteella. Tavallisesti se on 500 5000 kn, mutta käytössä on jopa 50 000 kn:n koneita. Suuri sulkuvoima saadaan aikaan ns. polvimekanismin avulla (kuva 363). Kuva 363 Painevaletuilla kappaleilla on suuri mittaustarkkuus, ja ne voidaan valaa valmiiksi, jolloin niiden työstäminen jää kokonaan pois. Painevalukoneita on kahdentyyppisiä, kylmäkammio- ja kuumakammiokoneita. Kylmäkammiokoneita käytetään valettaessa korkeassa lämpötilassa sulavia metalleja, kuten messinkiä, alumiinia ja magnesiumia. Kylmäkammiokoneen toimintaperiaate on esitetty kuvassa 364. Siinä vaakasuora terässylinteri muodostaa kylmäkammion, joka ulottuu muottionteloon asti. Sulaa metallia kaadetaan panostusreiän kautta, ja liikkuva mäntä puristaa metallin muottiin. Kuva 364. Kylmäkammiokoneen toimintaperiaate 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 33 35-10
http://www.valuatlas.net - ValuAtlas & Tampereen ammattiopisto - Muotinvalmistustekniikka Kuva 365. Kylmäkammiopainevalukone, jonka sulkuvoima on 13500kN Kuumakammiokoneita käytetään matalan valulämpötilan metalleille, kuten sinkille, lyijylle ja nykyisin myös magnesiumille. Kuumakammiokoneissa (kuva 366) ovat sylinteri ja mäntä upotettuna sulaan metalliin siten, että sylinteri automaattisesti täyttyy jokaisen työiskun jälkeen. Kuumakammiokoneita ei voida käyttää alumiinin tai messingin valuissa, koska sulan metallin korkea lämpötila vaikuttaa haitallisesti teräksiseen mäntään ja sylinteriin. Kuva 366 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 33 35-11
33.6 Jatkuvavalu Jatkuva- eli liukuvalua käytetään muotoprofiilien ja putkien valmistuksessa. Muoto saadaan vesijäähdytteisellä grafiitti- tai metallimuotilla, jota vedetään ulospäin sen läpi menevän metallin jähmettyessä, ja muottiin valuu sulaa metallia tilalle. Jatkuvavalua käytetään lähinnä metallien valmistusteollisuudessa, jossa se korvaa valannevalun. Sillä saadaan parempi saanto, pienempi energian kulutus, parempi laatu, lyhyempi prosessin läpimenoaika sekä pienemmät työkustannukset. Lisäksi menetelmä on helppo automatisoida. Jatkuvavalulla tehdään vakiomittaisia valurautaisia tankoja, levyjä, putkia ym. profiileja lähinnä GJL 200- tai 250-lajista. Jatkuvavalulla valmistettujen valurautalevyjen ja - laattojen käyttö on lisääntymässä työstökoneteollisuuden rakenneaineina. Teräksen osalta jatkuvavalua käytetään lähinnä vain valmistettaessa eräitä erikoistuotteita (mm. kulutusta kestäviä levyjä ja tankomyllyjen tankoja). Kupariseoksille jatkuvavalua käytetään runsaasti pyöreiden ja kulmikkaiden tankojen valmistuksessa. Jatkuvavaluun sopivat myös samat alumiiniseokset kuin kokillivaluun. Kuva 367. Pystysuora jatkuvavalukone 33.7 Puristusvalu Puristusvalussa (kuva 368) tietty sulapanos kaadetaan vaakasuoraan jaetun muotin alempaan puoliskoon, minkä jälkeen muotti suljetaan hitaasti painamalla yläpuolisko paikoilleen sekä nostamalla puristuspaine 70 120 MPa:iin metallin jähmettymisen ajaksi. Puristusvalu voidaan suorittaa suoralla puristuksella, tuurnapuristuksella tai pursotuspuristuksella. Kuva 368. Puristusvalun menetelmät: A. suora puristus B. tuurnapuristus C. pursotuspuristus. 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 33 35-12
Suora puristus sopii massiivisille, tuurnapuristus ontoille ja pursotuspuristus laattamaisille kappaleille. Menetelmää voidaan käyttää alumiini- ja kupariseoksille sekä teräkselle, lisäksi se sopii komposiittirakenteiden valmistukseen. Ei-rautametalleilla kappalekoot ovat 0,1 30 kg ja teräksellä 3 100 kg. Metallin saanto on lähes 100 % ja saadut kappaleet virheettömiä. Lisäksi materiaalille saadaan tiivis ja hieno kiderakenne sekä hyvät lujuusominaisuudet. Menetelmä sopii parhaiten yksinkertaisille 15 000 100 000 kpl sarjoissa valmistettaville kappaleille. Puristusvalun tärkein käyttöalue on hydrauliikka- ja kulkuneuvoteollisuuden osissa. 33.8 Liitosvalu Liitosvalussa metallikomponentit liitetään toisiinsa valamalla siten, että korkeammassa lämpötilassa sulavaan kappaleeseen valetaan kiinni alemmassa lämpötilassa sulava metalli. Kiinnivalettavat kappaleet eivät muodosta sulaliitosta valumetallin kanssa, vaan tarttuvat siihen yleensä kutistumisessa syntyvän puristuksen tiukkuuden ansiosta. Liitosvalulla joko parannetaan valukappaleen paikallisia ominaisuuksia valamalla siihen kiinni toista metallia olevia kappaleita tai kootaan suuria rakennekokonaisuuksia pienemmistä osakomponenteista, jotka voivat olla joko samaa metallia tai eri materiaalia. Liitosvalua sovelletaan yleisimmin painevalussa. Koska valuiskun aikana muottiin syöksyvä metalli puskisi kiinnivalettavat kappaleet paikoiltaan, on ne lukittava paikoilleen joko upottamalla muottiin tai erillisillä pitotapeilla. Liitosvalu soveltuu useimmille valumetalleille. Tavallisimmin liitetään teräsputkia joko valuraudan tai -teräksen kanssa, teräs- ja valurautakappaleita, kierreinserttejä tms. kevytmetalli- tai kupariseoskappaleisiin ja laakerimetalleja valurauta- tai terässeosten kanssa, jolloin niiden päälle muodostuu ohut alumiini-rauta-yhdistekerros, joka parantaa alumiinin kiinnittymistä. Vasta tämän jälkeen osan päälle valetaan varsinainen alumiinikappale. Liitosvalu on myös yhdistetty keskipakovaluun suurten kerrosrakenteisten sylinterinholkkien valmistuksessa siten, että ensin valetaan holkin ulompi luja ja sitkeä pallografiittivalurautainen tukikerros ja tämän vielä ollessa kuumana sen sisään suomugrafiittivalurautainen tribologisesti optimaalinen liukupintakerros. 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 33 35-13
34. Keernapaketit ja -muotit Raimo Keskinen, Pekka Niemi Tampereen ammattiopisto Usein keernat ovat muodoiltaan niin monimutkaisia, että niitä sellaisenaan on mahdotonta saada ulos keernalatikosta. Tällöin keerna jaetaan osakeernoihin, joista jokainen tehdään omassa keernalaatikossaan. Osakeernoista kootaan varsinainen keerna, jota kutsutaan keernapaketiksi. Pienet osakeernat liitetään yhteen tulenkestävällä liimalla, isot keernapaketit kootaan hitsaamalla osakeernat tukirangoistaan yhteen. Kuva 369. Osakeernoista koottu keernapaketti Myös muotti voidaan koota keernoista. Näin valmistetaan hyvinkin monimutkaisten valukappaleiden muotteja. Kuva 370. Keernoista tehty kampiakselin muottia. Kuva 371 Kuvassa 371 on muotiksi koottavien osakeernojen liitospinnat muotoilu siten, että ne ohjautuvat kokoamisvaiheessa tarkasti paikoilleen. Suurten ja paljon vastahellityksiä sisältävien valukappaleiden muotit valmistetaan usein keernakaavauksena, jolloin ne kootaan useammista keernoista. Näin vältytään suurikokoisten valumallien valmistuksilta ja niiden hankalilta käsittelyiltä kaavauksen yhteydessä. 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 33 35-14
http://www.valuatlas.net - ValuAtlas & Tampereen ammattiopisto - Muotinvalmistustekniikka Kuva 372. Keernapakettiin valettuja keskipakopumpun juoksupyöriä Alla olevissa kuvissa esitetään erään keernakaavausmuotin kokoonpanovaiheet. Kuva 373. Keernan osia Kuva 374. Keerna osittain koottuna Kuva 375. Keernakaavausmuottia kootaan 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 33 35-15
Alla olevissa kuvissa on kuvattu osin koottu keernapaketti ja valmis suljettu paketti. Kuva 376. Keernapaketti osin koottuna Kuva 377. Keernapaketti kokoonpantuna 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 33 35-16
35. Keernakannat Raimo Keskinen, Pekka Niemi Tampereen ammattiopisto Jotta keernat pysyisivät tukevasti muotissa valun aikana ja jotta ne ohjautuisivat täsmällisesti oikeaan paikkaan muottia kokoonpantaessa, pitää niissä olla keernakannat. Keernakantojen pitää sopia tarkasti muotissa niille varattuihin kohtiin eli keernasijoihin. Kuva 378 Keernakannat on mitoitettava riittävän suuriksi, ettei keernaan kohdistuva sulan metallin nostovoima riko niitä tai murra muottia keernasijojen kohdilta: mitta a kuvassa 378. Joskus joudutaan keernakanta tekemään keernan paikallaan pysymisen takaamiseksi huomattavasti suuremmaksi ja painavammaksi kuin varsinainen keernaosuus. Näin saadaan keernan painopiste keernakannan puolelle (kuva 379). Kuva 379 Jos keernakanta on liian lyhyt, pyrkii keerna ennen muotin sulkemista kallistumaan alaspäin ja rikkomaan muotin kohdasta a (kuva 380). Kuva 380 Jos keernakanta on taas liian väljä, nousee keerna metallin täytettyä muotin ylös rikkoen sen kohdasta b (kuva 381). Kuva 381 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 33 35-17
Kuvassa 382 on keernan asema epävakaa. Se ei pysy muottia koottaessa paikallaan ilman keernatukia, koska sen painopiste on muotin puolella. Myös sulan metallin nestevoima saattaisi liikuttaa sitä. Kuva 382 Kuvassa 383 kahden kappaleen keernat on liitetty yhteen siten, että ne tasapainottavat toisiaan. Tällä tavoin voidaan myös keernakannan kokoa pienentää esim. kuvan 379 tapauksessa. Mallien pitää olla pohjitettuja mainituissa tapauksissa. Kuva 383 Kuva 384 Jos vaakasuora reikä tms. ei ole jakopinnan kohdalla, joudutaan käyttämään täytekeernaa (keerna 1, kuva 384). Sillä täytetään keernasija, jonka kautta keerna 2 asetetaan muottiin. Usein yhdistetään keernat 1 ja 2 samaksi keernaksi. Kuva 385 Jos kaavattavien muottien määrä on pieni, on joskus taloudellista käyttää vain keernaa 2, jolloin kaavaaja sulloo ns. patolevyä apuna käyttäen keernasijan 1 umpeen (kuva 385). 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 33 35-18
Keernan aseman muotissa määrää tavallisemmin alemman muottipuoliskon keernasija. Jotta muottia kiinni pantaessa eivät ylemmän muottipuoliskon keernasijat rikkoutuisi ja näistä irronnutta hiekkaa joutuisi muottiin, tehdään ne tietyllä väljyydellä (mitta a), jonka suuruus riippuu keernan pituudesta (kuva 386). Kuva 386 Joskus keernan aseman muotissa määrää ylin muottipuolisko, jolloin keerna kiinnitetään tukirangastaan kiinnityskoukuilla muotin yläosaan eli keerna hirtetään (kuva 387). Tämä tulee kysymykseen esim. teräsvalussa, jolloin kappaleen syöttäminen määrää valuasennon. Kuva 387 Keerna voidaan myös hirttää siten, että vastaava työ tehdään toisinpäin, jolloin keerna kiristetäänkin keernasta päin. Tällöin kiristys tapahtuu keernan sisällä, ja kiristetty ruuvi peitetään kaavaushiekalla. Kuva 388. Keernaa lasketaan muottiin ja hirtetään yläosaan kiinni Keernakannoissa käytetään huomattavasti suurempia hellityksiä kuin muualla mallissa. Näin saadaan keerna sijoitetuksi muottiin siten, etteivät keerna ja muotti hankaudu toisiaan vasten. Pystyasennossa olevan keernan ylemmän kannan hellitys tehdään noin kaksinkertaiseksi alemman kannan hellitykseen verrattuna (kuva 389). Tämä siksi, että muottia kiinni pantaessa saataisiin yläosa paremmin sovitettua paikalleen (vrt. kuva 386). Yläpuolen keernakannan korkeus on noin puolet alapuolen kannan korkeudesta. 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 33 35-19
Taulukko 7 esittää suomalaisen sandardin SFS 3307 suosittamia keernakantojen hellityksiä. Hartsihiekkamuotissa keerna saa vain vähän koskettaa muotin yläosaa. Matalia keernoja käytettäessä voidaan yläosan keernakanta jättää kokonaan pois. Tuorehiekkamuotissa keerna voi olla joissakin tapauksissa seinämänpaksuutta hieman korkeampi, jolloin se painuu jonkin verran muottihiekkaan ja pysyy tukevasti paikallaan (kuva 390). Kuva 389 Taulukko 7 Liian lyhyt keerna saattaa kallistua sulan metallin virtauksen vaikutuksesta, jolloin sen kaasukanaviin pääsee metallia ja valukappaleesta tulee virheellinen (kuva 391). Kuva 390 Liian pitkä keerna prässää, mistä on seurauksena joko muotin tai keernan rikkoutuminen (kuva 392). Kuva 391 Kuva 392 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 33 35-20
KERTAUSTEHTÄVIÄ Selitä keernakantojen tehtävä keernassa. Mitä vaikutuksia voi olla liian lyhyillä keernakannoilla? Piirrä kuva muotista, jossa käytetään täytekeernaa. Selitä, missä käytetään patolevyä. Mitä tarkoitetaan keernan hirttämisellä? Miksi keernan ylemmän kannan hellitys tehdään suuremmaksi kuin alemman kannan? Millaisessa tapauksessa keerna voi olla muotissa sille varattua kohtaa hieman korkeampi? 30.3.2010 Raimo Keskinen, Pekka Niemi Luvut 33 35-21