Valurauta valu on valmistusprosessi, jossa sula rautaseos – joka sisältää 2–4 % hiiltä ja 1–3 % piitä – kaadetaan muottipesään, joka on tyypillisesti valmistettu hiekasta, ja annetaan jähmettyä lähes lopulliseen muotoon. Yleisin maailmanlaajuisesti käytetty menetelmä on hiekkavalu, joka muodostaa suurimman osan maailmanlaajuisesti valmistetuista valurautaosista alhaisten työkalukustannusten ja joustavuuden ansiosta sekä pienissä erissä että massatuotannossa. Prosessi soveltuu monimutkaisen geometrian, hyvän työstettävyyden, korkean puristuslujuuden ja erinomaisen tärinänvaimennuskomponenttien valmistukseen – ominaisuudet, jotka tekevät valuraudasta parhaan materiaalin moottorilohkoihin, putkiliittimiin, koneenpohjaan ja pumppupesään.
Lyhyesti: valurautavalu yhdistää edullisen, helposti muovautuvan materiaalin monipuoliseen muovausprosessiin, mikä tekee siitä yhden taloudellisimmista tavoista tuottaa kestäviä metallikomponentteja mittakaavassa.
Hiekkavalu on edelleen vallitseva tekniikka valuraudan valmistuksessa, koska se pystyy käsittelemään sekä yksinkertaisia että erittäin monimutkaisia osien geometrioita suhteellisen alhaisin kustannuksin. Prosessi noudattaa johdonmukaista vaihesarjaa.
Kuvio - yleensä puusta, metallista tai hartsista - valmistetaan täsmälleen viimeisen osan muotoisena, mutta hieman ylimitoitettuna, jotta se kutistuisi jäähdytyksen aikana. Harmaarauta kutistuu tyypillisesti 1,0–1,2 % jähmettymisen aikana , ja tämä lisäys on sisällytettävä kuvion mittoihin.
Sideaineeseen (yleensä bentoniittisaveen tai hartsiin) sekoitettu hiekka pakataan kuvion ympärille muotin ontelon muodostamiseksi. Osiin, joissa on sisäisiä onteloita, kuten putkiliittimiä tai moottorilohkoja, tehdään erilliset hiekkasydämet, jotka asetetaan muotin sisään ennen sulkemista.
Rauta sulatetaan kupoli- tai induktiouunissa lämpötiloissa välillä 1 350 °C ja 1 450 °C , kaadetaan sitten muottiin porttijärjestelmän kautta, joka on suunniteltu säätelemään virtausnopeutta ja minimoimaan turbulenssia, mikä auttaa vähentämään kaasun juuttumista ja sulkeumia.
Valukappaleen annetaan jähmettyä ja jäähtyä muotin sisällä – jäähdytysaika riippuu seinämän paksuudesta, ja se vaihtelee ohuiden osien alle tunnista useaan tuntiin raskaiden valukappaleiden kohdalla. Kun hiekkamuotti on jäähtynyt, se murtuu prosessissa, jota kutsutaan shakeoutiksi.
Portit, nousuputket ja salama poistetaan ja pinta puhdistetaan suihkupuhalluksella. Työstöä sovelletaan sitten kriittisiin mittoihin ja yhteenliittyviin pintoihin lopullisten toleranssien täyttämiseksi.
Oikean laadun valinta on yksi tärkeimmistä päätöksistä valuprojektissa, koska mekaaniset ominaisuudet vaihtelevat huomattavasti valurautatyypeittäin.
Yleisimmin käytetty laatu, jolle on ominaista hiutalegrafiittirakenne. Harmaarauta tarjoaa vetolujuuden 150 - 400 MPa luokasta riippuen sekä erinomainen työstettävyys ja tärinänvaimennus, mikä tekee siitä ihanteellisen koneen pohjalle ja kotelolle.
Sisältää pallomaisia grafiittikyhmyjä hiutaleiden sijaan, mikä antaa sille huomattavasti suuremman vetolujuuden ja venymän. Pallorautalaatu 65-45-12 tarjoaa vähintään 65 000 psi:n (450 MPa) vetolujuuden 12 % venymällä , joten se sopii paineputkille, kampiakseleille ja vaihteistoille.
Valmistettu nopealla jäähdytyksellä, joka estää grafiitin muodostumisen, jolloin tuloksena on kova, hauras karbidirakenne. Sen äärimmäinen kovuus (tyypillisesti 450–650 HB) tekee siitä sopivan kulutusta kestäviin sovelluksiin, kuten hiomakuulien ja lietepumpun vuorauksiin, vaikka sitä on vaikea työstää.
| Arvosana | Vetolujuus | Tyypillinen sovellus |
|---|---|---|
| Harmaarautaluokka 30 | 210 MPa | Koneen alustat, kannakkeet |
| Pallorauta 65-45-12 | 450 MPa | Putkiliittimet, kampiakselit |
| Valkoinen rauta | 200-400 MPa | Käytä vuorauksia, hiomavälineitä |
Tasainen laatu valurautavalussa riippuu sekä sulatusprosessin että valmiin tuotteen hallinnasta. Hyvämaineiset valimot soveltavat seuraavien tarkistusten yhdistelmää.
Spektrometrejä käytetään hiilen, piin, mangaanin ja hivenainepitoisuuden tarkistamiseen ennen kaatamista. Vain 0,2 prosentin poikkeama hiiliekvivalentteina voi muuttaa mekaanisia ominaisuuksia niin paljon, että se epäonnistuu , joten reaaliaikainen sulaanalyysi on vakiokäytäntö laatupainotteisissa valimoissa.
Yleisiä menetelmiä ovat:
Tuotantoosien rinnalle valettujen näytekuponkien vetolujuus, kovuus (yleensä Brinell-testauksella) ja kriittisten komponenttien iskunkestävyys testataan – varmistetaan, että jokainen erä täyttää määritetyt laatuvaatimukset.
Koordinaattimittauskoneet (CMM) tai 3D-skannaus varmistavat, että kriittiset mitat ovat toleranssin sisällä, tyypillisesti ±0,5mm - ±1,5mm osan koosta ja valumenetelmästä riippuen standardien, kuten ISO 8062, mukaan.
Tyypillisten vikojen ymmärtäminen auttaa ostajia ja insinöörejä tunnistamaan laatuongelmat varhaisessa vaiheessa ja työskentelemään valimoiden kanssa perimmäisten syiden korjaamiseksi.
Arvioidessaan valimoa valurautavalua varten ostajien tulee tarkastella hintaa pidemmälle ja arvioida prosessikapasiteettia ja sertifiointia.
Valimot, joilla on dokumentoitu prosessinhallinta, raportoivat yleensä alle 5 %:n romuprosentista 10–15 % tai enemmän tiloissa, joissa ei ole tiukkoja laatujärjestelmiä – ero, joka vaikuttaa suoraan sekä kustannuksiin että toimitusvarmuuteen.
Valurautavalu, erityisesti hiekkavalulla, on edelleen yksi kustannustehokkaimmista ja monipuolisimmista menetelmistä valmistaa kestäviä metallikomponentteja eri toimialoilla. Menestys riippuu sovellukseen sopivan laadun valitsemisesta, valvotun hiekkavaluprosessin noudattamisesta ja tiukan laadunvalvonnan soveltamisesta jokaisessa vaiheessa – sulakekemiasta lopulliseen mittatarkastukseen. Ostajat, jotka ymmärtävät nämä perusteet, pystyvät paremmin määrittämään osat oikein ja valitsemaan valimokumppanit, jotka pystyvät toimittamaan yhtenäisiä, virheettömiä valukappaleita.
