Teräsvalukappaleen valmistusprosessin parantaminen

Abstract

Valimoiden menetelmäsuunnittelu on erittäin merkittävä vaihe valukappaleen prosessissa. Monet viat kyetään ehkäisemään suunnittelemalla syöttö- ja täyttöjär-jestelmä oikeaoppisesti ja toisaalta, monia vikoja synnytetään virheellisellä suunnittelulla.

Diplomityössä käsitellään valujärjestelmän suunnittelun periaatteita ja esitellään sekä vallallaan olevat tavat suunnitella syöttö- ja täyttöjärjestelmä että myöskin uusia suunnitteluun liittyviä näkemyksiä ja menetelmiä.

Työssä tutkittiin valimoiden prosessien ja menetelmäsuunnittelun vaikutuksia valukappaleen pinnanlaatuun koevaluilla kolmessa suomalaisessa teräsvalimossa. Sama läppäventtiilirunko valettiin kolmessa valimossa samalla mallivarusteella valimoiden omien suunnitelmien mukaisesti. Suunnittelijat haastateltiin suunnitelmiin liittyen. Tällä tavoin pyrittiin etsimään valimoiden laatuongelmia, suunnittelutapoja sekä prosessien eroavaisuuksia, jotka kaikki osaltaan vaikuttivat lopullisen kappaleen laatuun.

Työn pohjalta nousevat suositukset ovat välttää pohjavalusenkan käyttöä, pyrkiä täyttöjärjestelmäsuunnittelulla minimoimaan ilman sekoittuminen sulaan, sekä mahdollistamaan mahdollisimman pieni virtausnopeus muottionteloon. Saannon parantamiseksi tulisi syöttökupujen suunnittelussa välttää syöttämisen ylimitoittamista. Kaavauksessa tulisi välttää kiertohiekan käyttämistä mallikappaletta vasten. Jatkotutkimuksia varten tulisi tehdä vertaileva koevalusarja työssä esitettyjen suunnitteluperiaatteiden pohjalta.

Runner and feeding system design is one of the most important tasks in the manufacturing process of a cast steel component. A properly designed system can prevent many casting defects whereas an insufficiently designed one will be likely cause them.

This thesis discusses the principles behind designing runner and feeding systems. Conventional ways of designing are presented with some modern insights into designing.

A study was conducted to find out how runner and feeding system design affects the overall quality of steel casting. Identical castings produced in three different finnish steel foundries. Each foundry used the same pattern, which they were allowed to customize to their processes and preferences. Designers were interviewed, and castings were inspected visually and with penetrant testing.

Based on the study recommendations to the foundries are to get rid of bottom pour ladle and conical pouring basin; to minimize the entrapment of air into the melt; and to keep flow rate into the mould cavity below 0.5 m/s. To improve yield, designers should avoid designing oversized risers. Only new sand should be used in contact with the pattern, even if reconditioned sand is used in the moulding process. Recommendation for future research is to do a quantitative study on steel castings following the modern design principles presented in this thesis.