Alumiiniset painevaluosat ja alumiinihiekkavalu: prosessit, sovellukset ja huolto
Alumiinikomponentit lähtevät tehtaan lattialta useampaa kuin yhtä reittiä pitkin. Jotkut muodostuvat korkean paineen alaisena karkaistun terässuulakkeen sisällä, toiset muotoutuvat hitaasti sidotun hiekkakerroksen sisällä. Valinta välillä alumiiniset painevaluosat ja hiekkavaletut alumiinikomponentit riippuvat seinämän paksuudesta, tilausmäärästä, työkalubudjetista ja valmiista pinnasta, jota projekti todella tarvitsee. Alla olevissa osissa käydään läpi, miten kukin menetelmä toimii, missä kutakin käytetään, mikä voi mennä pieleen muotoilun aikana ja kuinka valmiit alumiiniraudat tulee puhdistaa, kun ne ovat käytössä.
Tiukat toistettavat toleranssit
Korkeapaineruiskutus täyttää muotin ontelon sekunnin murto-osassa, joten seinämän paksuus ja reikien asennot toistuvat tiiviisti ensimmäisestä laukauksesta kymmeneen tuhannesosaan. Tämä johdonmukaisuus johtuu siitä alumiiniset painevaluosat valitaan koteloille ja kannakkeille, jotka on pultattava yhteensopiviin komponentteihin ilman käsin kiinnitystä.
Ohut seinän ominaisuus
Koska sulaa alumiinia pakotetaan onteloon paineen alaisena sen sijaan, että se kaadetaan painovoiman vaikutuksesta, jopa millimetrin ohuet seinät voivat täyttyä kokonaan ennen metallin jäätymistä, mikä pitää valmiit osat kevyinä jäykkyydestä tinkimättä.
Sileä valupinta
Teräsmuotit antavat hienon pintarakenteen suoraan valuon, vähentäen tai poistaen kosmeettisten pintojen toissijaisen työstön tarvetta ja vähentäen kotelon tai kansilevyn jälkikäsittelyn määrää ennen toimitusta.
Tehokas äänenvoimakkuudella
Sekunneissa minuuttien sijaan mitatut sykliajat tekevät prosessista sopivan ajamaan samaa geometriaa tuhansia kertoja, minkä vuoksi moottorin kannattimet, vaihteistokotelot ja elektroniset kotelot luottavat tähän menetelmään, kun suunnittelu on valmis.
Hiekkavalun edut alumiiniosille
Hiekkavalu on erilainen lähestymistapa ja ansaitsee paikkansa eri syistä. Sen sijaan, että puristettaisiin metallia kovettuun suulakkeeseen, prosessi pakkaa hiekan, johon on sekoitettu sideainetta, kuvion ympärille ja poistaa sitten kuvion jättäen ontelon, jonka sula alumiini täyttää painovoiman vaikutuksesta. Tämä muuttaa taloutta ja geometriaa, joka voidaan käytännössä tuottaa.
Pieni työkaluinvestointi
Kuvioita voidaan rakentaa puusta, vaahtomuovista tai 3D-painetusta muovista karkaistun teräksen sijaan, mikä alentaa uuden osanumeron aloituskustannuksia ja lyhentää valmiin piirustuksen ja ensimmäisen näytteen välistä aikaa.
Suuri osiokyky
Painovoimavalaminen ei aseta samoja painerajoja kuin painevalussa, joten pumppupesät, vaihteistokotelot ja koneen pohjat, joiden poikkileikkauspaksuus on paljon suurempi kuin suulake voi turvallisesti käsitellä, tulevat ulos muotista vaikeuksitta.
Suunnittelun joustavuus ajojen välillä
Kuvio voidaan työstää uudelleen tai leikata uusi nopeasti, kun rakenne muuttuu, jolloin vältytään läpimenoajasta ja kustannuksista, jotka aiheutuvat teräsmuotin muuttamisesta tai vaihtamisesta aina, kun mittaa on säädettävä kehityksen aikana.
Soveltuu pienitehoisiin lenkkeihin
Kun tarvitaan vain kourallinen yksiköitä tai lyhyt tuotantoajo, teräsmuotin kustannusten jakaminen niin harvojen osien kesken on harvoin järkevää, joten hiekkamuotit ovat edelleen käytännöllisempi tapa prototyypeille ja rajoitetulle sarjatyölle.
Valuparametrien vertailu vierekkäin
Alla olevassa taulukossa on listattu kolme yleisintä alumiinin muodostusreittiä suhteessa muuttujiin, jotka useimmiten päättävät, mihin piirustus reititetään.
| Parametri | Die Casting | Hiekkavalu | Pysyvä muottivalu |
|---|---|---|---|
| Työkalukustannukset | Korkea | Matala | Keskikokoinen |
| Mittojen tarkkuus | ±0,05 - 0,1 mm tyypillinen | ±0,5 - 1,5 mm tyypillinen | ±0,2-0,5 mm tyypillinen |
| Suositeltu eräkoko | Tuhansia ja enemmän | Yksittäisistä yksiköistä muutamaan sataan | Sadoista muutamaan tuhanteen |
| Saavutettava seinän paksuus | 1 mm - 4 mm | 5 mm - 50 mm | 3 mm - 20 mm |
| Valupinnan karheus | Ra 1,5 - 3,0 mikrometriä | Ra 6,0 - 12,5 mikrometriä | Ra 3,0 - 6,0 mikrometriä |
| Tyypillinen kiertoaika | Sekunneista muutamaan minuuttiin | Tuntia sisältäen muotin valmistuksen | Minuuttia per casting |
Alumiinin hiekkavalu yleisten osien sovellukset
Koska hiekkamuotit kestävät suuria, raskaita osia ja epäsäännöllisiä muotoja ilman muotin painerajoituksia, tietyt laitteistoluokat rakennetaan lähes yksinomaan tätä reittiä pitkin.
Pumpun kotelot
Sisäiset vesikanavat ja asennuslaipat valettu yhtenä kappaleena, välttäen muuten tiivistämisen tarpeessa olevia saumoja.
Venttiilin rungot
Paksut seinämät kierreporttien ympärillä pitävät paineen, kun taas sisäiset virtauskanavat muodostuvat puhtaasti kaatamisen aikana.
Laipat ja liittimet
Pulttiympyrät ja tiivistyspinnat valetaan lähes valmiin kokoon, jolloin vain liitäntäpinta jää työstettäväksi.
Työstökoneiden alustat
Raskaat, jäykät osat, jotka vaimentavat tärinää käytön aikana, mitoitettu reilusti painevalurajat.
Maatalouslaitteiden osat
Vaihteiston kotelot ja kannattimet altistuvat ulkokuormille ja toistuville iskuille kenttäkäytön aikana.
Marine Hardware
Kannakkeet, kotelot ja liittimet, jotka yhdistävät alumiinin korroosionkestävyyden hiekkavalun suuren poikkileikkauksen kykyyn.
Kuinka valetaan alumiiniosia
Riippumatta siitä, mitä muottityyppiä käytetään, alumiiniosan muodostaminen noudattaa samaa laajaa sekvenssiä kuviosta valmiiseen valuun.
Pattern or Die valmistelu
Hiekkavalua varten rakennetaan kuvio tai painevalua varten koneistetaan karkaistu terässuulake, joka vastaa lopullisen osan geometriaa ja kutistumisvaraa.
Sulaminen
Alumiiniseos kuumennetaan noin 660-720 celsiusasteeseen upokas- tai induktiouunissa, kunnes se saavuttaa täysin nestemäisen, kaadettavan tilan.
Kaasunpoisto ja sulatus
Kaasunpoistoaine poistaa liuenneen vedyn ja juoksutusaine vetää oksidisulkeumat pintaan, mikä vähentää huokoisuutta valmiissa valussa.
Kaataminen tai ruiskutus
Sula metalli kaadetaan painovoiman avulla hiekkaonteloon tai ruiskutetaan paineen alaisena suulakkeeseen, jolloin muotti täytetään ennen kuin pinta alkaa jähmettyä.
Jäähdytys ja jähmettyminen
Ohjattu jäähdytys mahdollistaa valukappaleen jähmettymisen ohuimmista osista paksuimpia kohti, mikä rajoittaa kutistumisonteloita ja sisäistä jännitystä.
Purkaminen ja viimeistely
Valu erotetaan hiekasta tai muotista, portit ja nousuputket leikataan pois ja osa siirtyy tarpeen mukaan hiontaan, lämpökäsittelyyn tai koneistukseen.
Kuinka valetaan alumiiniosia at Home
Saman prosessin yksinkertaistettu versio on harrastajapajan ulottuvilla. Pieni propaani- tai puuhiiliuuni sulattaa alumiiniromua teräs- tai grafiittiupokkaassa, kun taas kosteaan valimohiekkaan puristettu puinen tai 3D-tulostettu kuvio muodostaa ontelon. Kun kuvio on vedetty pois, kaatoportti ja tuuletuskanava leikataan käsin ennen kuin muotin puolikkaat suljetaan ja kiinnitetään. Sula metalli kaadetaan tasaisesti, jotta ilma ei jää kiinni, ja jätetään sitten rauhaan, kunnes valu on jäähtynyt tarpeeksi käsitelläkseen. Turvavarusteilla on tässä mittakaavassa enemmän merkitystä kuin vähemmän: kasvosuojus, kuumuutta kestävät käsineet ja pitkät hihat suojaavat roiskeilta, ja kaatamisen tulee tapahtua aina kuivalle, palamattomalle pinnalle pois kosteusjäännöksistä, koska kosteaan hiekkaan tai märään työkaluun jäänyt vesi voi välähtää höyryksi joutuessaan kosketuksiin sulan alumiinin kanssa.
Mitä voin käyttää alumiinin valumiseen?
Materiaalin valinta tapahtuu kahteen suuntaan: muotin materiaaliin ja itse alumiiniseokseen.
Muotin materiaalit
Savella tai kemiallisilla sideaineilla sidottu piidioksidihiekka kertakäyttömuotteja varten, koneistettu teräs toistuviin painevalujaksoihin ja grafiitti tai valurauta pysyviin muotteihin, joita käytetään uudelleen kohtuullisella tuotantokierroksella.
Yleiset metalliseoslaadut
A356 ja A357 osille, jotka vaativat suurempaa lujuutta lämpökäsittelyn jälkeen, ADC12 ja A380 yleisiin painevaluihin ja 6061, joissa valu myöhemmin koneistetaan ja vaatii hyvää työstettävyyttä.
Uunien laitteet
Upokasuunit, jotka poltetaan propaanilla, maakaasulla tai sähkövastuselementeillä pienempiin eriin, ja induktiouunit nopeampaan sulatukseen, kun läpimeno on tärkeämpää kuin polttoainekustannukset.
Apuaineet
Kaasunpoistotabletit, peitevirtaus, muotinirrotuspinnoitteet ja nousuputket, jotka kumpikin käsittelevät tiettyä vikariskiä sulamisen ja kaatamisen aikana, eivät itse osan muotoa.
Mikä on alumiinivalun erotusviiva?
Jakoviiva merkitsee kohtaa, jossa muotin tai muotin kaksi puolikasta kohtaavat ja erottuvat valmiin valukappaleen vapauttamiseksi. Sen asento valitaan osan leveimmästä poikkileikkauksesta niin, että molemmat puolikkaat voivat vetää pois siististi ilman, että ne lukittuvat alta leikkausta vastaan. Huonosti sijoitettu jakoviiva pakottaa ylimääräistä ydintyötä, lisää vetokulmia, joita ei muuten tarvittaisi, tai jättää ylimääräisen salaman, joka on hiottava käsin. Valmiissa valussa jakoviiva näkyy yleensä heikkona saumana tai hieman koholla kappaleen ympärillä kulkevana viivana, ja on normaalia, että lopputarkastuksessa näkyy kevyttä työstöä tai hiontaa pitkin saumaa sen sijaan, että sitä käsitettäisiin virheenä.
Kuinka vaikeaa on alumiinia valaa?
Alumiini on metallivalun vaikeustason keskellä. Sen kohtalainen sulamispiste ja hyvä juoksevuus tekevät siitä rautaa tai terästä anteeksiantavamman, mutta kourallinen virhetyyppejä vaatii silti huomiota jokaisessa valuvaiheessa.
Kaasun huokoisuus
Sula alumiini imee vetyä helposti korkeassa lämpötilassa, ja tämä kaasu tulee ulos liuoksesta metallin jäähtyessä jättäen pieniä tyhjiä tiloja, ellei kaasunpoistoa tehdä kunnolla ennen kaatamista.
Kutistumisontelot
Alumiini kutistuu tuntuvasti jähmettyessään, joten paksut osat, jotka jäähtyvät sen jälkeen, kun ympäröivä metalli on jo kovettunut, voivat vetää sisäänpäin ja jättää sisäisen tyhjiön.
Kylmäsulku
Kaksi metallivirtaa, jotka kohtaavat sen jälkeen, kun jompikumpi on alkanut kuoriutua, ei sulaudu kokonaan, jolloin valun pintaan jää näkyvä heikkousviiva.
Kuuma repiminen
Paljon paksumman massan vieressä olevat ohuet osat voivat halkeilla vielä osittain sulana, jos muotti hillitsee luonnollista supistumista jäähtymisen aikana.
Valualumiinikomponenttien pintakäsittely- ja toleranssivaihtoehdot
Raakavalu harvoin lähtee myymälästä juuri sellaisena kuin se tulee ulos muotista. Koneistetut asennuspinnat, anodisoidut pinnoitteet korroosionkestävyyttä varten, jauhemaalaus värisovitetuille koteloille ja ruiskupinta tasaisen mattapintaisen koostumuksen saavuttamiseksi ovat kaikki käytössä riippuen siitä, mihin osa päätyy käyttöön. Toleranssiluokat vaihtelevat tyypillisesti yleisistä valumitoista ei-kriittisillä pinnoilla tarkkuuskoneistettuihin porauksiin ja pulttikuvioihin, jotka säilyvät muutaman sadasosan millimetrin sisällä, kun toisiinsa liittyvät osat sitä vaativat. Seinämän paksuuden tarkastus, sisäisen huokoisuuden röntgentarkastus ja nestettä pidättävien osien painetestaus ovat yleisiä vaiheita, jotka on sisällytetty lopputarkastukseen ennen erän vapauttamista.
Kuinka puhdistaa valetut alumiiniosat
Valualumiiniosan yleispuhdistus alkaa lämpimällä vedellä ja miedolla, hankaamattomalla pesuaineella, jota levitetään pehmeällä harjalla pölyn ja pintalian poistamiseksi. Voimakkaita happoja ja emäksisiä puhdistusaineita tulee välttää, koska ne vahingoittavat alumiinia korroosiolta suojaavaa luonnollista oksidikerrosta. Pinttyneet jäämät voidaan irrottaa liottamalla lyhyesti alumiinille kehitetyssä puhdistusaineessa ennen viimeistä huuhtelua ja kuivaamalla kokonaan nukkaamattomalla liinalla, koska syvennyksiin tai kierteitettyihin reikiin jäänyt kosteus johtaa tuoreeseen hapettumiseen.
Valualumiinisten autonosien puhdistus
Pyörät, imusarjat ja vaihteistokotelot keräävät tiepölyä ja jarrujäämiä ajan myötä. Huuhtele ensin irtonainen hiekka pois ja levitä sitten pyöränkestävä alumiinipuhdistusaine ja pehmeä harja upotettuihin pinnoihin, mikä estää hankaavia hiukkasia naarmuttamasta pintaa. Kevyt suojavahakerros hidastaa hapettumisen palautumista pesujen välillä.
Valualumiinimoottorin osien puhdistus
Moottorin osissa on paistettua öljykalvoa ja hiilikerrostumia, joita tavallinen vesi ei siirrä. Kun annat osan jäähtyä täysin, suihkutat sen rasvanpoistoaineelle ja työstät sen uloiksi ja pulttien uloiksi nylonharjalla metallisen sijaan, vältät pinnan naarmuuntumisen. Perusteellinen kuiva- ja paineilmapuhallus umpirei'istä estää puhdistusainejäämiä häiritsemästä tiivistetiivistettä asennuksen yhteydessä.
Säännöllinen huoltosiivous
Säännöllisessä ulko- tai teollisuushuollossa olevien osien yksinkertainen kuukausittainen pesu miedolla saippualla ja pehmeällä liinalla, jota seuraa pistesyöpymisen tai valkoisen oksidin tarkastus, havaitsee varhaisessa vaiheessa korroosion ennen kuin se leviää pistekorroosioon, jonka poistaminen vaatisi mekaanista kiillotusta.
Oikean prosessin valitseminen uudelle osalle
Piirustus tulee harvoin perille, kun valumenetelmä on jo päätetty. Seinämän paksuus, odotettu tilausmäärä, liitäntäpintojen toleranssivaatimukset ja osan koko osoittavat joko suulaketta, hiekkamuottia tai pysyvää muottia ennen kuin yksi gramma alumiinia sulaa. Näiden tekijöiden varhainen tarkastelu sekä osan mekaanisiin ja korroosiovaatimuksiin parhaiten soveltuvan seoslaadun ohella pitää työstö- ja työkalumuutokset mahdollisimman vähäisinä, kun tuotanto on käynnissä.
