Tärkein yksittäinen sääntö valmistettaville rautavaluille on tasainen seinämän paksuus . Useimmat valuvirheet – huokoisuus, kutistumisontelot, halkeilu ja vääntyminen – juontavat juurensa äkillisistä paksuuden muutoksista, jotka aiheuttavat epätasaista jäähdytystä. Suunnittelijat, jotka ylläpitävät seinämän paksuuden vaihtelua 20 % vierekkäisten osien välillä poista suurin osa vältettävissä olevista valuongelmista ennen kuin osa ehtii valimoon.
Seinämän paksuuden lisäksi useat muut suunnittelutekijät vaikuttavat suoraan siihen, onko an raudan valu voidaan valmistaa luotettavasti, edullisesti ja hyvillä mekaanisilla ominaisuuksilla. Tämä artikkeli kattaa jokaisen niistä käytännöllisillä ja toimivilla ohjeilla.
Rauta kutistuu noin 1 % - 2 % tilavuudessa sen kiinteytyessä. Kun kappaleessa on sekä paksuja että ohuita osia, paksut alueet jäähtyvät ja kutistuvat myöhemmin kuin ohuet, jolloin syntyy sisäistä jännitystä ja muodostuu usein kutistumisonteloita paksuille vyöhykkeille. Yleisenä ohjeena pidä seinän paksuus välillä 4 mm ja 25 mm useimmille harmaa- ja pallografiittirautaosille ja välttää äkillisiä siirtymiä, jotka ovat suurempia kuin 2:1 vierekkäisten seinien välillä.
Jos paksuuden vaihtelua ei voida välttää, käytä suippenevia siirtymiä terävien askelmien sijaan. Asteittainen kartio levittää jäähdytysgradienttia pidemmälle, mikä vähentää halkeiluihin johtavaa jännityspitoisuutta.
Terävät sisäkulmat toimivat jännityksen nousujohteina ja ovat johtava kuuma repeytymisen syy jähmettymisen aikana. Käytännön sääntönä on, että sisäfileen säteiden tulee olla vähintään 25 % viereisen seinämän paksuudesta , vähintään 3 mm jopa ohuissa osissa.
Pyöristetyt siirtymät parantavat myös muotin täyttöä, koska sula rauta virtaa tasaisemmin kaarteissa kuin terävissä kulmissa, mikä vähentää turbulenssiin liittyviä vikoja.
Vetokulma on pystysuoraan pintoihin kohdistettu lievä kartio, jotta kuvio voidaan vetää pois hiekkamuotista vahingoittamatta muotin onteloa. Ilman riittävää vetoa valimoiden on käytettävä monimutkaisempia työkaluja tai hyväksyttävä muotin repeytymisen aiheuttamat pintavirheet, jotka molemmat nostavat kustannuksia.
| Pintatyyppi | Suositeltu vetokulma |
|---|---|
| Ulkopinnat | 1° - 2° |
| Sisäpinnat (ytimet) | 2° - 3° |
| Syvät tai kapeat ontelot | 3° tai enemmän |
Nousuputket toimivat sulan metallin säiliöinä, jotka syöttävät valukappaletta sen kutistuessa jäähtyessään, estäen sisäisten tyhjien syntymisen. Suunnittelijoiden tulisi tunnistaa osan raskaimmat osat ajoissa, koska nämä alueet, joita kutsutaan kuumiksi pisteiksi, jähmettyvät viimeiseksi ja tarvitsevat suoraa nousuputkea.
Hyödyllinen suunnitteluperiaate on suunnattu jähmettyminen : osa tulee suunnitella siten, että ohuemmat osat jähmettyvät ensin, syöttäen asteittain paksumpia osia, jolloin nousuputki sijaitsee paksuimmassa ja viimeiseksi jähmettyneessä kohdassa. Ilman tätä kehitystä suunnitellut osat ovat paljon alttiimpia sisäiselle kutistumishuokoisuudelle, vaikka seinämän paksuussääntöjä muuten noudatettaisiin.
Sydämiä käytetään muodostamaan sisäisiä onteloita, reikiä tai aliviivoja, joita ulkomuotti ei voi tuottaa yksin. Vaikka jokainen ydin on välttämätön toiminnallisille ominaisuuksille, se lisää kustannuksia, kokoonpanon monimutkaisuutta ja mahdollista mittavirheiden lähdettä, koska ytimet voivat siirtyä hieman kaatamisen aikana.
Koska rauta kutistuu jäähtyessään, kuvioita on rakennettava ylimitoitettuna kompensoimaan. Normaalit kutistumisvarat ovat noin 1 % harmaalle raudalle ja 0,8–1 % pallografiittiraudalla , vaikka tarkat arvot riippuvat osan geometriasta ja poikkileikkauksen paksuudesta. Suunnittelijoiden tulee ilmoittaa kriittiset toleranssit selkeästi valimokuvioliikkeelle, jotta kutistumisvarat sovelletaan oikein toiminnallisiin mittoihin, ei vain osan kokonaiskokoon.
Parhaiten valmistettavat rautavalut syntyvät suunnitteluinsinöörien ja valimoprosessiinsinöörien varhaisesta yhteistyöstä, eivät valmiista piirustuksista, jotka on luovutettu ilman panosta. Valimot voivat tunnistaa todennäköiset kuumat kohdat, suositella porttien ja nousuputkien sijaintia ja ilmoittaa toleranssivaatimukset, jotka nostavat kustannuksia ennen työkalujen leikkaamista.
Käytännössä valimon ottaminen mukaan suunnittelun tarkasteluvaiheeseen - eikä piirustusten viimeistelyn jälkeen - yleensä vähentää työkalujen uudelleenkäsittelyä ja ensimmäisen tuotteen hylkäysastetta, koska geometriaongelmat havaitaan ennen metallin kaatamista. Valmistettavuuden kannalta suunnittelu ei ole kertaluonteinen tarkistuslista, vaan iteratiivinen prosessi parhaiten hoidettu kumppanuus suunnittelu- ja tuotantotiimien välillä.
