The valurauta valu prosessi muuttaa sulan raudan valmiiksi komponentiksi kuuden ydinvaiheen kautta: kuvioiden valmistus, muotin valmistelu, sulatus, kaataminen, jähmettyminen ja jäähdytys sekä viimeistely . Rauta sulatetaan tyypillisesti kupoliuunissa tai induktiouunissa lämpötiloissa välillä 1 350 °C ja 1 450 °C , kaadetaan sitten kuvion muovaamaan hiekka- tai pysyvään muottionteloon. Kun metalli jähmettyy ja jäähtyy - prosessi, joka voi kestää mistä tahansa 20 minuutista useisiin tunteihin osan paksuudesta riippuen - valu poistetaan, puhdistetaan ja koneistetaan lopullisten vaatimusten mukaisesti. Alla olevissa osissa käydään läpi jokainen vaihe yksityiskohtaisesti sekä laaduntarkistuspisteet, jotka erottavat luotettavan valukappaleen viallisesta.
Jokainen valu alkaa kuviolla – jäljennöksellä viimeisestä osasta, mutta hieman ylimitoitettuna metallin kutistumisen huomioon ottamiseksi jäähdytyksen aikana. Valurauta kutistuu yleensä välillä 0,8 % ja 1,2 % kun se jähmettyy ja jäähtyy huoneenlämpötilaan, kuviontekijät lisäävät tämän lisäyksen suoraan kuvion mittoihin.
Kuviot valmistetaan yleensä puusta, alumiinista tai muovista tuotantomäärästä riippuen. Puukuviot ovat kustannustehokkaita prototyyppi- tai pienten volyymien ajoissa, mutta ne kuluvat karkeasti 50-100 muottijaksoa . Alumiini- tai teräskuviot, vaikka ne ovatkin kalliimpia etukäteen, kestävät kymmeniä tuhansia jaksoja ja ovat vakiona suurien volyymien tuotannossa.
Jos osa vaatii sisäisiä onteloita tai onttoja profiileja, rakennetaan erilliset hylsylaatikot hiekkahylsyjen valmistamiseksi. Nämä ytimet työnnetään muottipesään ennen kaatamista, ja ne on tyypillisesti valmistettu hiekasta, joka on sidottu hartsilla kestämään sulan metallin lämpöä ja painetta romahtamatta.
Kun kuvio on valmis, sitä käytetään muottipesän luomiseen, joka muotoilee sulan raudan. Muotin valmistusmenetelmä vaikuttaa merkittävästi pinnan viimeistelyyn, mittatarkkuuteen ja tuotantokustannuksiin.
Valurautassa yleisimmin käytetty menetelmä, hiekkavalu pakkaa hiekan, saven ja veden (tai hartsisidoksella hiekan) seosta kuvion ympärille muodostaen kaksiosaisen muotin, joka tunnetaan nimellä cope and drag. Tämä menetelmä on taloudellinen ja joustava sekä pienille erille että suurille osille, vaikka se tuottaa tyypillisesti karheamman pintakäsittelyn. 125-250 mikrotuumaa Ra .
Kuorivalussa käytetään hartsipinnoitettua hiekkaa, joka on kuumennettu metallikuviota vasten ohuen, jäykän kuoren muodostamiseksi. Tämä tuottaa huomattavasti paremman pintakäsittelyn ja tiukemmat mittatoleranssit kuin perinteinen hiekkavalu, joten se sopii pienempiin, tarkkoihin komponentteihin.
Yksinkertaisempien geometrioiden suuren volyymin tuotannossa uudelleenkäytettävät metallimuotit voivat korvata hiekkamuotit kokonaan. Pysyvät muotit voivat tuottaa tuhansia osia ennen vaihtoa ja tuottaa erinomaisen pinnanlaadun, vaikka korkeammat työkalukustannukset tekevät tästä menetelmästä vähemmän taloudellisen pienikokoisille tai monimutkaisille osille.
Kun muottia valmistetaan, raaka-aineet – harkkorauta, teräsromu ja hiilipitoiset lisäaineet – sulatetaan uunissa, jolloin saadaan halutun kemiallisen koostumuksen omaavaa sulaa rautaa.
Kupoliuunit, jotka polttavat koksia metallipanoksen rinnalla, ovat edelleen yleisiä perinteisissä valimoissa jatkuvan sulatuskyvyn ja alhaisempien käyttökustannusten ansiosta. Induktiouunit sitä vastoin tarjoavat tarkemman lämpötilan ja kemian hallinnan ja tuottavat vähemmän päästöjä, mikä tekee niistä yhä suositumpia nykyaikaisissa valimoissa korkeammista sähkökustannuksista huolimatta.
Valuraudan ominaisuudet riippuvat voimakkaasti hiili- ja piipitoisuudesta. Harmaarautaa tyypillisesti sisältää 3,0-3,6 % hiiltä ja 1,8-2,8 % piitä , kun taas pallografiittivalurauta vaatii ylimääräistä magnesiumkäsittelyä – yleensä 0,03-0,06 % jäännösmagnesiumia — tuottaa pallografiittirakenne, joka antaa sille erinomaisen sitkeyden harmaaseen rautaan verrattuna.
Kun rauta saavuttaa oikean lämpötilan ja kemian, se siirretään kauhaan ja kaadetaan valmistettuun muottiin suojajärjestelmän kautta, joka on suunniteltu säätelemään virtausnopeutta ja minimoimaan turbulenssia.
Porttijärjestelmä, joka koostuu kaatoaltaasta, kanavasta, jakoputkista ja porteista, ohjaa sulan metallin onteloon ja minimoi ilman jäätymisen ja turbulenssin, jotka molemmat voivat aiheuttaa huokoisuusvirheitä valmiissa valussa. Nousuputkia on myös lisätty sulan metallin syöttämiseksi onteloon, kun valukappale kutistuu jähmettymisen aikana, mikä estää kutistumisen onteloita.
Liian hidas kaataminen vaarantaa ennenaikaisen jähmettymisen ennen kuin muotti täyttyy kokonaan, mikä johtaa epätäydellisiin valuihin, jotka tunnetaan nimellä "kylmäsulkeutuminen". Liian nopea kaataminen lisää turbulenssia ja kaasun juuttumista. Valimot pyrkivät tyypillisesti kaatolämpötiloihin 1 300 - 1 400 °C harmaaraudalle, säädetty osan paksuuden ja muotin monimutkaisuuden mukaan.
Kaatamisen jälkeen sula rauta alkaa jähmettyä muotin seinämistä sisäänpäin. Jäähdytysnopeus vaikuttaa suoraan valun mikrorakenteeseen ja mekaanisiin ominaisuuksiin, mikä tekee tästä vaiheesta ratkaisevan lopullisen osan laadun kannalta.
| Jäähdytysnopeus | Tuloksena oleva rakenne | Tyypillinen vaikutus |
|---|---|---|
| Hidas jäähtyminen | Karkeat grafiittihiutaleet | Pienempi lujuus, parempi työstettävyys |
| Kohtalainen jäähdytys | Hieno, tasainen grafiittirakenne | Tasapainoinen lujuus ja työstettävyys |
| Nopea jäähdytys | Valkoinen rauta (rikas kovametalli) rakenne | Korkea kovuus, hauras, huono työstettävyys |
Seinämän paksuudella on suuri merkitys jäähtymisajassa. Casting kanssa 25mm seinämän paksuus voi jähmettyä täysin 30–45 minuutissa, kun taas paksumpien yli 100 mm:n osien jäähtyminen kokonaan kestää useita tunteja. Epätasainen seinämän paksuus yksittäisen osan poikki voi aiheuttaa erilaisia jäähtymisnopeuksia, mikä johtaa sisäisiin jännityksiin tai vääntymiseen, jos sitä ei hallita kunnolla muotin suunnittelulla.
Kun valu on jähmettynyt ja jäähtynyt turvalliseen käsittelylämpötilaan, se poistetaan muotista ja sille tehdään useita viimeistelytoimenpiteitä ennen kuin se on käyttövalmis.
Hiekkavalussa muotti hajotetaan - tyypillisesti tärisevällä shakeout-laitteistolla - valun vapauttamiseksi ympäröivästä hiekasta. Kierrätetty hiekka seulotaan ja käytetään usein uudelleen, ja modernit valimot ovat palautumassa 90% tai enemmän hiekkaa myöhempiä muotteja varten.
Portit, jalustat ja nousuputket – porttijärjestelmän ylimääräinen metalli – leikataan pois vannesahoilla, hankaavilla katkaisulaikoilla tai plasmaleikkauksella riippuen poikkileikkauksen paksuudesta ja tuotantomäärästä.
Suihkupuhallus tai hiekkapuhallus poistaa jäännöshiekan, kalkkikiven ja pinnan hapettumisen valmistaen valun tarkastusta ja koneistusta varten. Tämä vaihe parantaa myös pinnan tasaisuutta ennen pinnoitus- tai maalausprosesseja.
Useimmat valut vaativat toissijaista työstöä lopullisten mittatoleranssien saavuttamiseksi kriittisillä pinnoilla, kuten liitospinnoilla tai porauksen halkaisijalla. Kun parannettuja ominaisuuksia tarvitaan, lämpökäsittelyt kuten hehkutus, normalisointi tai austempering voidaan käyttää vähentämään sisäisiä jännityksiä tai saavuttamaan tietyt kovuus- ja lujuustavoitteet.
Laadunvalvontapisteet on integroitu koko valuprosessiin sen sijaan, että niitä sovellettaisiin vain lopussa, koska varhain havaittuja vikoja on usein mahdotonta korjata myöhemmin.
Yleisten vikojen ymmärtäminen auttaa sekä valimoita että ostajia tunnistamaan, mistä prosessissa laatuongelmat yleensä syntyvät.
| Vika | Yleinen syy | Ennaltaehkäisymenetelmä |
|---|---|---|
| Huokoisuus | Loukkuun jäänyt kaasu kaatamisen aikana | Parannettu porttisuunnittelu, kaasunpoisto |
| Kutistumisontelo | Riittämätön nousuputken syöttö | Oikea nousuputken koko ja sijoitus |
| Kylmä kiinni | Metalli jähmettyy ennen muotin täyttymistä | Korkeampi kaatolämpötila, nopeampi täyttö |
| Hiekka sisällyttäminen | Homeeroosio kaatamisen aikana | Parempi hiekan lujuus, portinhallinta |
Valurautavaluprosessi on sarja toisistaan riippuvaisia vaiheita, joissa kuvion suunnittelun ja muotin valmistelun aikana tehdyt päätökset vaikuttavat suoraan valun, jähmettymisen ja viimeistelyn tuloksiin. Hyvin ohjattu prosessi – tarkoista kutistumisrajoituksista tarkkaan kemiallisen koostumuksen ja jäähdytysnopeuden hallintaan – tuottaa valukappaleita, joilla on yhdenmukaiset mekaaniset ominaisuudet ja minimaaliset viat. Insinööreille ja ostajille, jotka arvioivat valimokumppania, näiden kuuden vaiheen ymmärtäminen tarjoaa käytännön puitteet arvioida prosessin kapasiteettia ja tunnistaa, missä laaturiskit todennäköisimmin ilmaantuvat.
