Mikä on painevalu
Painevalu on valmistusprosessi, jota käytetään metalliosien valmistukseen, joilla on korkea mittatarkkuus ja pintakäsittely. Siinä sula metalli pakotetaan muottiin korkean paineen alaisena. Muottiontelo luodaan kahdella karkaistulla teräsmuottilla, jotka koneistetaan haluttuun muotoon.
Prosessi alkaa metallin, tyypillisesti alumiinin, sinkin tai magnesiumin, sulattamisella uunissa. Sula metalli ruiskutetaan sitten muottiin korkeassa paineessa hydraulisen puristimen avulla. Metalli jähmettyy nopeasti muotin sisällä, ja muotin kaksi puoliskoa avataan valmiin osan vapauttamiseksi.
Painevalua käytetään laajalti monimutkaisten muotojen ja ohutseinäisten osien, kuten moottorilohkojen, vaihteistokoteloiden ja erilaisten auto- ja ilmailuteollisuuden komponenttien, valmistukseen. Prosessi on suosittu myös kulutustavaroiden, kuten lelujen, keittiövälineiden ja elektroniikan, tuotannossa.
Painevalu
Painevalu on melko erikoistunut prosessi, joka on kehittynyt pääasiassa 1900-luvulla. Perusprosessi koostuu seuraavista vaiheista: sula metalli kaadetaan/ruiskutetaan teräsmuottiin, ja suurella nopeudella, vakio- ja voimistuvalla paineella (painevalussa) ja jäähdyttämällä sula metalli jähmettyy kiinteäksi valuksi. Tyypillisesti itse prosessi kestää vain muutaman sekunnin ja on nopea tapa muodostaa metallituote raaka-aineesta. Painevalu sopii materiaaleille, kuten tina, lyijy, sinkki, alumiini, magnesium, kupariseokset ja jopa rautaseokset, kuten ruostumaton teräs. Nykyään painevalussa käytetyt tärkeimmät seokset ovat alumiini, sinkki ja magnesium. Varhaisista painevalukoneista, jotka suuntasivat muottityökalut pystysuoraan, nykyiseen yleiseen vaakasuoraan suuntaukseen ja toimintaan, neljään kiinnitystangon kiristykseen ja täysin tietokoneohjattuun prosessivaiheeseen prosessi on kehittynyt vuosien varrella.
Teollisuudesta on kasvanut maailmanlaajuinen valmistuskone, joka valmistaa komponentteja monenlaisiin sovelluksiin, joista monet ovat itsekin saavutettavissa, koska painevalujen tuotesovellukset ovat niin monipuoliset.
Painevalun edut
Joitakin korkeapainevalumenetelmän etuja:
• Prosessi soveltuu suurten volyymien tuotantoon.
• Tuottaa melko monimutkaisia valukappaleita nopeasti verrattuna muihin metallinmuovausprosesseihin (esim. koneistukseen).
• Valettuina valmistettuja erittäin lujia komponentteja (komponentin suunnittelusta riippuen).
• Mittatarkkuus.
• Ohutseinämäiset osat mahdollisia (esim. 1–2,5 mm).
• Hyvä lineaarinen toleranssi (esim. 2 mm/m).
• Hyvä pinnanlaatu (esim. 0,5–3 µm).
Kuumakammiopainevalun prosessiin kuuluu metalliharkon sulattaminen uunissa, joka sijaitsee lähellä/integroituna painevalukoneen kiinteään puolilaattaan, ja sulan metallin ruiskuttaminen upotetun männän avulla suoraan joutsenkaulan ja suuttimen läpi muottityökaluun. Joutsenkaula ja suutin vaativat lämmitystä metallin jäätymisen estämiseksi ennen kuin se pääsee muottipesään. Nimitys kuumakammio tulee koko prosessin lämmitys- ja sulan metallin muodostamasta osasta. Valurautamassan määräävät männän iskunpituus, pituus ja halkaisija sekä holkin/kammion koko, ja myös suuttimella on merkitystä, mikä tulisi ottaa huomioon muotin suunnittelussa. Kun metalli on jähmettynyt muottipesään (mikä vie vain muutaman sekunnin), koneen liikkuva puolilaatta, johon muotin liikkuva puoli on kiinnitetty, avautuu ja valukappale työntyy pois muotin pinnalta ja poistetaan työkalusta. Muottipinnat voidellaan sitten ruiskutusjärjestelmällä, muotti sulkeutuu ja prosessi käynnistyy uudelleen.
Tämän "suljetun" metallinsulatus-/ruiskutusjärjestelmän ja minimaalisen mekaanisen liikkeen ansiosta kuumakammiopainevalu voi tarjota parempia tuotantotalouksia. Kuumakammiopainevalussa käytetään pääasiassa sinkkimetalliseosta, jonka sulamispiste on melko alhainen. Tämä tarjoaa lisäetuja koneiden (astia, joutsenkaula, holkki, mäntä, suutin) vähäisemmän kulumisen ja myös muottityökalujen vähäisen kulumisen kannalta (ja siten pidempi työkalun käyttöikä verrattuna alumiinisiin painevalutyökaluihin – valun laadun hyväksynnän mukaan).
Kylmäkammion nimi tulee prosessista, jossa sulaa metallia kaadetaan kylmäkammioon/ruiskutusholkkiin, joka on kiinnitetty kiinteän suutinpuolen levyn kautta kiinteän suutinpuolen työkalun takaosaan. Sulan metallin säilytys-/sulatusuunit sijaitsevat tyypillisesti mahdollisimman lähellä painevalukoneen ruiskutuspäätä, jotta manuaalinen käyttäjä tai automaattinen valukauha voi ottaa kullekin ruiskutuskerralle tarvittavan sulan metallin kauhalla ja kaataa sulan metallin holkin/ruiskutuskammion kaatoreikään. Koneen männän päälle kiinnitetty männän kärki (joka on kuluva ja vaihdettavissa oleva osa, joka on tarkasti koneistettu ruiskutusholkin sisähalkaisijaan lämpölaajenemisvaraa käyttäen) työntää sulan metallin ruiskutuskammion läpi muottipesään. Kehotteesta painevalukone suorittaa ensimmäisen vaiheen, jossa sula metalli työntyy holkin kaatoreiän ohi. Lisävaiheet tapahtuvat männän lisääntyneiden hydraulisten paineiden alaisena, jolloin sula metalli ruiskutetaan muottipesään. Koko prosessi kestää sekunteja, ja nopea ja voimistuva paine sekä metallin lämpötilan lasku saavat metallin jähmettymään muottipesään. Painevalukoneen liikkuva puolilaatta (johon muotin liikkuva puolisko on kiinnitetty) avautuu ja työntää jähmettyneen valukappaleen pois työkalun muotin pinnalta. Valos poistetaan, muotin pinnat voidellaan ruiskutusjärjestelmällä ja sykli toistetaan.
Kylmäkammiokoneet soveltuvat alumiinin painevaluun, koneen osia (ruiskutusholkki, männän kärki) voidaan vaihtaa ajan myötä, ja holkkeja voidaan käsitellä metallilla niiden kestävyyden parantamiseksi. Alumiiniseos sulatetaan keraamisessa upokkaassa alumiinin suhteellisen korkean sulamispisteen ja raudan tarttumisriskin vähentämiseksi, joka on riski rautaupokkaissa. Koska alumiini on suhteellisen kevyt metalliseos, se mahdollistaa suurten ja raskaiden painevalukappaleiden valamisen tai silloin, kun painevaluilta vaaditaan lisää lujuutta ja keveyttä.
