Valuosat alumiinista tarjoavat vertaansa vailla olevan yhdistelmän kevyttä lujuutta, korroosionkestävyyttä ja monimutkaisia geometrisia ominaisuuksia nykyaikaiseen valmistukseen. Tehokkain tapa hankkia näitä komponentteja on valita oikea valuprosessi – tyypillisesti korkeapainevalu suuren volyymin tarkkuuteen tai hiekkavalu suuriin rakenteellisiin prototyyppeihin – ja sen yhdistäminen sopivaan seokseen, kuten A380 tai A356. Oikea valmistettavuuden suunnittelu (DFM), erityisesti tasaisen seinämän paksuuden ja vetokulmien suhteen, on kriittisin yksittäinen tekijä huokoisuuden vähentämisessä ja valun jälkeisten työstökustannusten minimoimisessa.
Oikean valuprosessin valitseminen
Alumiinin valuosien muovausmenetelmä määrää niiden pintakäsittelyn, mittatoleranssin ja mekaaniset ominaisuudet. Kolmen ensisijaisen menetelmän välisten kompromissien ymmärtäminen on välttämätöntä kustannustehokkaan tuotannon kannalta.
Korkeapaineinen painevalu (HPDC)
HPDC pakottaa sulan alumiinin teräsmuotteihin korkeassa paineessa, tyypillisesti välillä 1500 ja 25000 psi . Tämä prosessi tuottaa erinomaiset pintakäsittelyt ja tiukat toleranssit, mikä usein eliminoi toissijaisen koneistuksen tarpeen. Se on ihanteellinen ohutseinäisten komponenttien, kuten autojen vaihteistokoteloiden ja kulutuselektroniikan koteloiden suurille määrille (10 000 yksikköä). Suuri nopeus voi kuitenkin vangita ilmaa, mikä johtaa sisäiseen huokoisuuteen, mikä tekee HPDC-osista sopimattomia lämpökäsittelyyn tai korkean jännityksen rakenteellisiin sovelluksiin, ellei tyhjiöavusteisia järjestelmiä käytetä.
Pysyvä muotti painovoimavalu
Tässä prosessissa painovoima täyttää uudelleen käytettävän metallimuotin. Hitaampi täyttöaste verrattuna HPDC:hen johtaa tiheämpiin osiin, joissa on vähemmän kaasuhuokosia. Nämä komponentit reagoivat hyvin T6-lämpökäsittelyyn, jolloin saavutetaan suurempi vetolujuus. Tämä menetelmä on optimaalinen kestävien mekaanisten ominaisuuksien vaativien osien, kuten autojen pyörien ja jousituskomponenttien, keskimääräiseen tuotantoon. Vaikka työkalukustannukset ovat alhaisemmat kuin HPDC, sykliajat ovat pidemmät, mikä tekee siitä vähemmän taloudellista massatuotettujen pienten osien osalta.
Hiekkavalu
Hiekkavalussa käytetään kuluvia hiekkamuotteja suurien, monimutkaisten muotojen luomiseen. Se on monipuolisin menetelmä vähäiseen tuotantoon ja prototyyppien valmistukseen, koska työkalukustannukset ovat minimaaliset. Siihen mahtuu erittäin suuria osia, kuten moottorilohkoja ja pumppukoteloita, jotka painavat yli 100 kg . Kompromissi on karkeampi pintakäsittely ja leveämmät mittatoleranssit, jotka yleensä edellyttävät huomattavaa työstövaraa.
Seoksen valinta suorituskykyvaatimusten mukaan
Kaikki alumiiniseokset eivät ole samanarvoisia. Seoksen valinta vaikuttaa suoraan sulan metallin juoksevuuteen, loppuosan lujuuteen ja sen viimeistelyyn tai käsittelyyn.
| Alloy-sarja | Tärkeimmät ominaisuudet | Tyypilliset sovellukset | Lämpökäsitelty |
|---|---|---|---|
| A380 | Erinomainen juoksevuus, hyvä lujuus, kustannustehokas | Vaihteiston kotelot, kannattimet, elektroninen alusta | Ei (vain T5) |
| A356 | Korkea sitkeys, erinomainen korroosionkestävyys | Pyörät, ilmailurakenteet, pumppujen rungot | Kyllä (T6) |
| A360 | Erinomainen korroosionkestävyys, korkea lujuus | Laivojen laitteistot, kemialliset laitteet | Ei |
Rakenteelliset alumiinivaluosat, jotka on lämpökäsiteltävä maksimaalisen lujuuden saavuttamiseksi, A356 on alan standardi . Sen alhainen rautapitoisuus estää haurautta, jolloin se imee iskuenergiaa tehokkaasti. Sitä vastoin A380 on suositeltava monimutkaisiin, ohutseinäisiin painevalettuihin osiin, joissa muotin täyttäminen kokonaan on haastavampaa kuin huippuvetolujuuden saavuttaminen.
Design for Manufacturability (DFM) -periaatteet
Alumiinivalua varten suunniteltu suunnittelu vaatii erityisiä geometrisia näkökohtia, jotta estetään vikoja ja vähennetään työkalujen kulumista. Näiden periaatteiden huomiotta jättäminen johtaa usein kalliisiin uudelleensuunnitteluihin ja tuotannon viivästyksiin.
Tasainen seinän paksuus
Seinän paksuuden vaihtelut aiheuttavat epätasaisia jäähtymisnopeuksia, mikä johtaa kutistumishuokoisuuteen ja vääntymiseen. Ihannetapauksessa seinien tulisi olla tasaisia koko osassa. Jos paksuja osia tarvitaan rakenteellisista syistä, käytä hylsyjä tai ripoja tasaisuuden säilyttämiseksi. Painevalun yleinen nyrkkisääntö on säilyttää seinämän paksuus välillä 2,5 mm ja 3,0 mm optimaalista virtausta ja voimaa varten.
Syvyyskulmat ja säteet
Syvyyskulmat ovat välttämättömiä osan irrottamiseksi muotista ilman vaurioita. Ulkopinnoilla tulee olla minimisyväys 1-2 astetta , kun taas sisäiset ytimet saattavat vaatia 3–5 astetta kutistumisen vuoksi sydämen ympärillä jäähdytyksen aikana. Terävät kulmat toimivat jännityksen keskittäjinä ja estävät metallin virtausta. Kaikkien sisänurkkien säteen tulee olla vähintään kolmasosa seinämän paksuudesta tasaisen täytön varmistamiseksi ja jännityksen vähentämiseksi.
Laadunvalvonta ja vikojen ehkäisy
Alumiinivaluosien eheyden varmistaminen edellyttää tiukkoja laadunvalvontatoimenpiteitä. Yleisten vikojen tunnistaminen ja lieventäminen prosessin varhaisessa vaiheessa säästää merkittäviä resursseja.
- Huokoisuus: Syynä on juuttunut kaasu tai kutistuminen. Vähennä tilannetta optimoimalla portin suunnittelu turbulenssin vähentämiseksi ja käyttämällä puristustappeja korkeapaineisessa painevalussa paikallisen paineen kohdistamiseksi jähmettymisen aikana.
- Kylmäsulkimet: Ilmenee, kun sulan metallin kaksi rintamaa kohtaavat, mutta eivät sulaudu. Tämä johtuu usein alhaisesta sulamislämpötilasta tai hitaasta ruiskutusnopeudesta. Nostamalla kaatolämpötilaa 10-20 °C voi usein ratkaista tämän ongelman.
- Väärinkäytökset: Tapahtuu, kun metalli jähmettyy ennen muotin täyttämistä. Tämä on yleistä ohutseinäisissä osissa. Muotin tuuletuksen parantaminen mahdollistaa ilman poistumisen nopeammin, jolloin metalli täyttää ontelon kokonaan.
Kehittyneet tarkastustekniikat, kuten röntgenkuvaus, ovat ratkaisevan tärkeitä kriittisten turvakomponenttien sisäisen huokoisuuden havaitsemiseksi. Ei-kriittisten esteettisten osien osalta silmämääräinen tarkastus ja mittojen CMM (Coordinate Measuring Machine) -tarkastukset ovat yleensä riittäviä. Selkeiden hyväksymiskriteerien määrittäminen huokoisuuden koolle ja sijainnille osan toiminnan perusteella on paras käytäntö toimitusketjusopimuksissa.
