www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely. Standardi SFS‐EN ISO 8062 osat 1 ja 3. CEN ISO/TS 8062‐2. Tuula Höök, Valimoinstituutti Johdanto Hiekkavalukappaleet poikkeavat useimmissa tapauksessa suunnitteludokumentaatiossa annetuista mitoista ja muodoista. Niiden valmistukseen kuuluu vaiheita, joiden aikana muotoja muokataan valuteknisistä syistä johtuen siten, että valmis valuaihio ei enää välttämättä ole samanlainen kuin tilaajan piirustuksissa esitetty. Vaiheita ovat hellitysten lisääminen, mahdollinen syöttötäytteiden lisääminen ja särmien pyöristäminen. Hellitykset ja syöttötäytteet voivat muuttaa kappaleen ulkomuotoa huomattavasti, mutta muutoksia ei tulkita mitta‐ ja muotopoikkeamiksi. Ne tulkitaan välttämättömäksi lisämateriaaliksi. Särmäpyöristysten kokoluokasta tulisi sopia yhteisesti ja merkitä sallitut arvot piirustuksiin standardin SFS‐ISO 13715 mukaisesti. Muun kokoiset pyöristykset ovat poikkeamia suhteessa tilaajan esittämiin vaatimuksiin. Kestomuottitekniikan alalle ja muovikappaleiden valmistukseen on kehittynyt toisenlaisia käytäntöjä. Näillä aloilla on tavanomaista, että kappale suunnitellaan lähes valmiiksi jo tilaajan toimesta. Vasta loppuun saakka muotoiltua kappaletta tarjotaan valimoille valmistettavaksi. Varsinaisia, tietyissä olosuhteissa virheeksi tulkittavia mitta‐ ja muotopoikkeamia voi muodostua 1) muotin valmistuksen aikana, 2) valun aikana sekä 3) valumateriaalin kiteytymis‐ ja kutistumisominaisuuksista johtuen. Mitta‐ ja muotopoikkeamien suuruus riippuu valumenetelmästä siten, että periaatteessa tarkimpaan lopputulokseen voidaan yltää painevalu‐ ja tarkkuusvalumenetelmällä sekä muilla metallista muottia hyödyntävillä menetelmillä, kun toisaalta yksittäiskappaleiden käsinkaavaus hiekkaan on menetelmistä epätarkin. Metallista muottia hyödyntävien menetelmien tuottama hyvä mittatarkkuus perustuu tarkoilla menetelmillä valmistettuun ja hyvin mitanpitävään muottiin, joka sulkeutuu täsmällisesti ja on kestävä. Käsin kaavattujen yksittäiskappaleiden epätarkkuus johtuu puolestaan siitä, että lyhyillä sarjoilla ei ennätä kehittää valmistusmenetelmiä siten, että päästäisiin parempaan lopputulokseen. Epätarkkuutta kertyy muotin kaavauksen ja kokoamisen aikana tapahtuvista poikkeamista, joita ovat esimerkiksi muottipuoliskojen asettuminen toisiinsa nähden väärään kohtaan, epätarkkuus keernojen paikoilleen asettamisessa, puutteellinen sullonta tai mallin irtoaminen vinossa asennossa siten, että muotti vaurioituu. Sarjatuotannossa poikkeamia voidaan järjestelmällisen kehitystyön avulla pyrkiä vähentämään, mutta yksittäiskappaleiden kohdalla lopputulos riippuu huomattavan paljon kaavaustyökalujen suunnittelun onnistumisesta ja kaavaustyön tekijöiden huolellisuudesta. Kaavausmenetelmästä riippumatta valutapahtuma rasittaa muottihiekkaa. Valumetalli tuo mukanaan lämpökuorman, jonka vaikutuksesta hiekkamuotin osat voivat hajota tai muuttaa muotoaan. Erityisen alttiita muutoksille ovat pitkät ja kapeat muodot, esimerkiksi pitkät keernat. Valmiin valukappaleen tarkkuus riippuu muotin lisäksi monimutkaisella tavalla valumateriaalin kiteytymis‐ ja kutistumisominaisuuksista. Jos kutistuman eli krympin laskenta onnistuu, pienikokoisen, suhteellisen vapaasti kutistuvan hiekkavalukappaleen mitat tulevat todennäköisesti vastaamaan vaadittuja mittoja hyvin. Suurikokoisen kappaleen mitoille voi odottaa suurempaa epätarkkuutta. Epätarkkuutta muodostuu erityisesti kappaleilla, joiden kutistumista rajoittaa metallinen muottimateriaali tai lämmön vaikutuksesta hajoamaton hiekka sekä kappaleilla, joiden valmistusmateriaali kutistuu hyvin voimakkaasti. Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 1 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Vaikka mittapoikkeamia kertyisi kaikista edellä luetelluista syistä johtuen, valmistunut valukappale voi silti olla vaatimusten mukainen. Jotta mittapoikkeamasta tulee virhe, sen täytyy olla suurempi kuin valukappaleelle asetettu toleranssi. Valukappaleiden mitta‐ ja muototoleransseja käsitellään standardeissa SFS‐EN ISO 8062‐1 ja SFS‐EN ISO 8062‐2 sekä teknisessä spesifikaatiossa SFS‐EN ISO/TS 8062‐2. Ne ovat jatkoa vanhoille, vuonna 1984 1 ja 1994 2 julkaistuille ISO 8062‐standardeille. Vanhoissa ISO 8062‐standardeissa on käsitelty ainoastaan mittatoleransseja. Ne ovat sisältäneet viittauksen geometrisen toleranssin standardeihin ISO 1101 ja ISO 5459, mutta ei tietoa, kuinka niitä on tarkoitus soveltaa valettujen kappaleiden tapauksessa. Uusiin, vuoden 2007 standardiversioihin SFS‐EN ISO 8062‐1 ja SFS‐EN ISO 8062‐3, geometriset toleranssit on otettu mukaan. Näitä uusia standardiversioita voi käyttää yhdessä muiden geometrisen tuotemäärittelyn (GPS) standardien kanssa. Standardisarjan toinen osa 8062‐2 on julkaistu teknisenä spesifikaationa CEN ISO/TS vuonna 2013. Se sisältää ohjeet geometristen toleranssien käyttöön yhteenlaskumenetelmän avulla. Muotin valmistuksen aiheuttamaa epätarkkuutta ja sen yhteyttä geometriseen tolerointiin ja nimellismittojen laskentaan on pyritty selvittämään seuraavissa kappaleissa yhdessä valumetallien kutistumisesta aiheutuvan epätarkkuuden kanssa. Pintojen hellittäminen Hellitysten asettamiseen on eri yrityksillä erilaisia käytäntöjä. Vaihtelua on myös valumenetelmittäin siten, että muovin ruiskuvalualalle tai painevalualalle on vakiintunut erilaisia käytäntöjä kuin hiekkavalualalle. Painevalu‐ ja ruiskuvalualalla on esimerkiksi tavanomaista suunnitella viimeistelty kappale kaikkine hellityksineen, jakopintoineen ja keernojen liikesuuntineen ennen kuin tuotetta tarjotaan valettavaksi. Suunnittelu voi tapahtua yhteistyössä valimon ja toisinaan myös työvälinevalmistajan kanssa nk. rinnakkaissuunnittelun periaatteella tai yksinomaan kappaletta tilaavan yrityksen toimesta. Mukana voi olla myös konsultti tai insinööritoimisto. Hiekkavalualalla on puolestaan tavanomaista antaa valimolle enemmän vapautta hellitysten määrittämiseen, koska käytännöt syöttöjärjestelmän suunnittelussa ja valuasennon valitsemisessa vaihtelevat valimoittain. Hiekkavalimon asiakas ei aina tiedä etukäteen, mihin asentoon kappale tullaan asettamaan, jolloin hellitysten suunnittelu ei ole edes mahdollista. Jotta yllätyksiltä säästytään, valimon kanssa täytyy olla tiiviissä yhteistyössä. Ellei tiivis yhteistyö ole mahdollista, suunnitteludokumentaatioon tulevien merkintöjen tarkkuutta täytyy kasvattaa. Hellitykset on perinteisesti määritetty pituusmittaisena seinämän avautumana (Kuva 1). Nykyisin hellitys asetetaan mielellään kulmana, koska seinämän kallistaminen on CAD‐ohjelmistoilla paljon helpompaa kuin avautuman asettaminen. Vastaava suomenkielinen standardi SFS‐ISO 8062 on julkaistu vuonna 1985. Vuoden 1994 standardiversiota ei ole koskaan julkaistu SFS‐standardina. SFS‐standardeissa siirrytään vuoden 1985 versiosta suoraan vuonna 2007 julkaistuihin standardeihin SFS‐EN ISO 8062‐1 ja SFS‐EN ISO 8062‐3. 1
2
Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 2 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Kuva 1. Käsitteet avautuma ja hellityskulma. Hellitykset voivat aiheuttaa kappaleeseen huomattavia mittamuutoksia. Hellityksen suuruusluokka riippuu hellitettävän seinämän korkeudesta ja irrotettavan osan muodoista. Kulmana asetettu hellitys on sitä suurempi mitä matalampi seinämä on, vaikka avautuma olisi koko ajan samansuuruinen. Metallimuotteja hyödyntävillä menetelmillä hellityksen suuruusluokka riippuu seinämänkorkeuden lisäksi pääasiallisesti valumateriaalista ja valumenetelmästä, mutta myös muottimateriaalin laadusta ja kappaleen pinnankarheudesta tai pinnan struktuurista. Jäljempänä esitetään kaaviot painevalukappaleen sisäpuolisten muotojen hellitysten suuruusluokasta seinämänkorkeuden funktiona (Kuva 2) ja painevalukappaleen keernoilla valmistettujen reikien hellitysten suuruusluokasta reiän syvyyden funktiona (Kuva 3). Ulkopuolisten muotojen hellitystarve on puolet sisäpuolisten muotojen hellitystarpeesta. Kuva 2. Painevalukappaleen sisäpuolisten muotojen hellitys asteina seinämänkorkeuden funktiona. Ulkopuolisten muotojen hellitys on puolet sisäpuolisten muotojen hellityksestä. Kaavio esittää normaaliolosuhteissa käyvät arvot. Pienempien hellitysten käyttäminen saattaa vaatia soveltamaan erikoistoimenpiteitä muotin valmistuksessa ja valun aikana. Mikäli kappaleen pinta on strukturoitu, hellitystä täytyy kasvattaa. Lähteet: Yoder Industries Inc, http://www.yoderindustries.com ja Kaye Presteigne Ltd, http://www.kayepresteigne.co.uk. Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 3 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Kuva 3. Painevalukappaleeseen keernalla valmistetun reiän kokonaishellitys reiän syvyyden funktiona. Kokonaishellitys on reiän vastakkaisten sivujen yhteenlaskettu hellitys. Sylinterin muotoisella reiällä kokonaishellitys on sama kuin kartiokkuus. Hellitys yhtä sivua kohden on näin ollen puolet kaavion osoittamasta arvosta. Lähteet: Yoder Industries Inc, http://www.yoderindustries.com ja Kaye Presteigne Ltd, http://www.kayepresteigne.co.uk. Hiekkamuoteilla hellitysten suuruusluokkaan vaikuttaa seinämänkorkeuden ohella kaavausmenetelmä ja hiekan laatu sekä mallivarusteiden valmistusmateriaali ja niiden pinnanlaatu. Standardi SFS‐EN 12890 ”Valut. Valumallit, mallivarusteet ja keernalaatikot hiekkamuottien ja keernojen valmistamista varten” taulukoi avautuman suuruudet seinämänkorkeuden, kaavausmenetelmän, sideaineen ja hellitettävän muodon leveyden mukaan (Taulukko 1). Kaavauskoneiden valmistajilla voi myös olla omia suosituksia hellitysten asettamiseksi. Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 4 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Taulukko 1.
Hiekkavalumallin avautumien suuruudet seinämänkorkeuden ja kaavausmenetelmän mukaan standardista SFS‐EN 12890 ”Valut. Valumallit, mallivarusteet ja keernalaatikot hiekkamuottien ja keernojen valmistamista varten”. Korkeus, H Avautuma, mm Matala irrotuskorkeus (H/W ≤ 1) Syvä irrotuskorkeus (H/W > 1) Käsinkaavaus Käsinkaavaus Kone‐ kaavaus 1,0 Kone‐ kaavaus 1,5 Kemialli‐ sesti sidottu hiekka 1,0 Enintään 30 1,0 Kemialli‐ sesti sidottu hiekka 1,0 Yli 30, enintään 80 Yli 80, enintään 180 Yli 180, enintään 250 Yli 250, enintään 1000 2,0 2,0 2,0 2,5 2,0 2,0 3,0 2,5 2,5 3,0 3,0 3,0 3,5 3,0 3,0 4,0 4,0 4,0 +1,0 250 mm kohden +2,0 1 000 mm kohden +1,0 250 mm kohden +2,0 1 000 mm kohden +1,0 250 mm kohden +2,0 1 000 mm kohden +1,0 250 mm kohden +2,0 1 000 mm kohden +1,0 250 mm kohden +2,0 1 000 mm kohden Tuore‐ hiekka +1,0 250 mm kohden Yli 1000, +2,0 enintään 4000 1 000 mm kohden W = sisäinen leveys Tuore‐ hiekka 1,0 Hellitykset merkitään standardin SFS‐EN ISO 10135 mukaisesti seuraavalla periaatteellisella tavalla (Kuva 4 ja Kuva 5). Standardissa on lisää yksityiskohtia merkintöjen toteuttamisesta. Merkinnät Lopputulos kappaleessa Kuva 4. Hellitysten merkitseminen SFS‐EN ISO 10135 standardin mukaisesti. Kuva on lainattu standardista. Ulkosivuilla on positiivinen eli ”+”‐hellitys. Sisäsivuilla on negatiivinen eli ”‐”‐hellitys. Nuoli osoittaa hellityksen saranakohtaan eli särmään, josta seinämän kallistaminen aloitetaan. Nuolen osoittamaan kohtaan kappaletta tulee mittapiirrokseen merkitty mitta toleranssien rajoissa. Muissa seinämän osissa mitat eivät päde. Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 5 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Merkinnät Lopputulos kappaleessa Kuva 5. Kuvassa on sama kappale kuin edellä. Hellitykset ovat samoihin suuntiin kuin edellä. Kuva on lainattu standardista SFS‐EN ISO 10135. Hellityksen saranakohta on mitoitettu muualle kuin kappaleen särmään ja merkitty mittapiirrokseen. Nuolen osoittamaan kohtaan kappaletta tulee mittapiirrokseen merkitty mitta toleranssien rajoissa. Muissa seinämän osissa mitat eivät päde. Syöttötäytteet Syöttötäytteellä tarkoitetaan syöttökuvun alle asetettavaa ylimääräistä materiaalia. Materiaalin tarkoituksena on tarjota kanava, jonka kautta valukappaleen alempia osia on mahdollista syöttää. Syöttötäytteet koneistetaan useimmiten pois muiden koneistusvaiheiden yhteydessä, vaikka niiden alla olevia pintoja ei olisi alun perin suunniteltu koneistettaviksi. Pyöristykset Useimmat valukappaleen särmistä pyöristetään johtuen työstöteknisistä tai muotin rakenteeseen liittyvistä syistä. Pyöristetyt särmät ovat huomattavasti kestävämpiä valutapahtuman aiheuttamaa lämpökuormaa vastaan kuin pyöristämättömät. Sopiva mittaväli, jonka puitteissa pyöristyssäde voidaan valita, merkitään valukappaleen piirustuksiin. Mittavälin määrittelyssä tulisi huomioida sekä kappaleen toiminnallisuuteen että muotin kestävyyteen ja työkalujen valmistukseen liittyvät näkökohdat. Muotin kestävyyden kannalta olisi tärkeää mitoittaa pyöristykset mahdollisimman suuriksi, jolloin seuraa etuna, että kaavaus‐ ja muottityökalut on myös helppo valmistaa. Ellei laajoja pyöristyksiä voi kappaleen toiminnallisuuden vuoksi sallia, tulee vähintään huomioida työstötekniikan kautta muodostuvat rajoitteet. Mallivarusteiden valmistajat voivat joissain tapauksissa korjata nurkkapyöristyksiä käsityömenetelmin, koska valmistusmateriaalit ovat pehmeitä. Korjauksia pyritään kuitenkin välttämään. Kestomuotissa olevia pyöristyksiä on lähes mahdoton korjata. Kaikki muodot on saatava valmistettua suoraan työstökoneella. Kaavaus‐ ja muottityökalut valmistetaan nykyisin joko kolme‐ tai viisiakselisilla työstökeskuksilla muototyöstönä. Muototyöstössä käytetään useimmiten pallopäisiä kartio‐ tai lieriövartisia teriä. Sisäpuolisen särmäpyöristyksen vähimmäiskoko määräytyy terässä olevan työstävän alueen halkaisijan perusteella. Esimerkiksi 3 mm pyöristyksen valmistamiseen voidaan käyttää terää, jonka halkaisija on enintään 6 mm. Terän halkaisijan koko rajoittaa sen pituutta voimakkaasti. 6 mm Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 6 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök työkaluilla ei yleensä ole mahdollista työstää yli 60 mm syvemmältä, jos käytetään kolmeakselista työstökonetta. Tällöinkin tarvitaan nk. erikoispitkä terämalli. Viisiakselisella työstökoneella päästään syvemmälle, koska terä on kallistettavissa siten, että teränpidin väistää aihiota. Polyuretaanista tai vanerista valmistetut mallivarusteet voidaan työstää kerroksittain siten, että työstäminen aloitetaan mallin jakopinnalta ja edetään aina aihiomateriaalin paksuuden verran ylöspäin. Kun edellinen kerros on valmis, sen päälle liimataan uusi aihiolevy ja jatketaan työstämistä. Tällä tavoin voidaan kolmiakselisellakin koneella päästä suhteellisen pieniin nurkkapyöristyksiin. Toisinaan kappaleessa olevat nurkkapyöristykset joudutaan poistamaan kokonaan. Tällainen tilanne muodostuu esimerkiksi, kun hiekkamuotti halutaan koota keernapaketilla siten, että keernojen jakopinnat osuvat kappaleen nurkkapyöristysten kohdalle. Kestomuoteilla nurkkapyöristysten poistamisesta voidaan joutua neuvottelemaan, jos muottiin vaikuttaisi olevan edullisempaa liittää erillinen kiinteä keerna (keernainsertti tai keernatappi) sen sijaan, että muoto työstettäisiin pesäaihioon suoraan. Kiteytymisestä ja kutistumisesta johtuvat geometriamuutokset Kaikki valumateriaalit kutistuvat jäähtyessään ja jähmettyessään. Sääntö koskee sekä metallisia että polymeerimateriaaleja. Sulassa tilassa tapahtuvaa, jäähtymisen aiheuttamaa kutistumista kutsutaan sulakutistumaksi. Jähmettymisen aikana tapahtuvaa kutistumista kiteytymis‐ tai jähmettymiskutistumaksi ja kiinteässä tilassa tapahtuvaa, jäähtymisen aiheuttamaa kutistumista kiinteäkutistumaksi. Sulakutistuma ja jähmettymiskutistuma aiheuttavat kappaleeseen imuvikoja, jotka pyritään kompensoimaan syöttämällä kappaleeseen korvaavaa metallia syöttökuvuista. Kiinteäkutistuma huomioidaan suurentamalla muottiontelon mittoja valumateriaalin mukaan valitun kutistumakertoimen eli krympin verran. Kutistumakertoimen asettaminen mahdollisimman oikeasuuntaisesti on eräs tärkeimmistä valukappaleen mittatarkkuuteen vaikuttavista tekijöistä. Muottiontelon mitat kasvatetaan CAD‐ohjelmalla useimmiten symmetrisesti siten, että valettavan kappaleen malli skaalataan kutistumakertoimella keskipisteen suhteen. Jos kutistumakertoimeksi on arvioitu esimerkiksi 0,8 %, malli skaalataan kertoimella 1,008. CAD‐ohjelmat mahdollistavat myös epäsymmetrisen skaalaamisen. Epäsymmetrinen skaalaaminen voidaan toteuttaa siten, että keskipisteen sijaan valitaan jokin muu lähtökohta tai siten, että mallin koordinaatiston akseleille valitaan erisuuruiset skaalauskertoimet. Epäsymmetrinen skaalaus ei metallisten valukappaleiden tapauksessa ole kuitenkaan tavanomaista. Keskipisteen suhteen tapahtuvan skaalauksen periaate on oikean suuntainen, mutta ei täysin tarkka. Kappaleessa on yleensä aina muotoja, jotka rajoittavat vapaata kutistumista. Kutistuminen voi rajoittua joko muottiin tai kappaleen omiin muotoihin. Mutta koska kutistumasuuntien ja suuruuksien arvaaminen päättelemällä on erittäin hankalaa, on päädytty käyttämään approksimaatiota. Kutistumakerroin valitaan kokemusperäisesti. Standardi SFS‐EN 12890 ”Valut. Valumallit, mallivarusteet ja keernalaatikot hiekkamuottien ja keernojen valmistamista varten” antaa kutistumille ohjearvoja (Taulukko 2), mutta niitä ei kuitenkaan voi varauksetta suositella käytettäväksi. Esimerkiksi valuteräksiä on monenlaisia, eikä kaikille sovellu standardin suosittelema 2,0 % ohjearvo. Osa teräksistä kutistuu jopa 4,0 %. Kutistumien suuruutta kappaleen eri osissa voi ennustaa valunsimulointiohjelmien avulla. Simulointimenetelmän käyttäminen kutistumien arvioinnissa ei kuitenkaan ole tavanomaista. Vapaan kutistumisen estyminen aiheuttaa valukappaleeseen sisäisiä jännityksiä, vääntyilyä ja joissain tapauksissa jopa repeämiä. Valunsimulointiohjelmia käytetään näiden jännitysten ennustamiseen, jos niistä katsotaan olevan haittaa kappaleen mekaanisille ominaisuuksille tai jos simuloimalla pystytään Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 7 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök arvioimaan lämpökäsittelyn tarvetta. Kutistumien aiheuttama mittojen epätarkkuus huomioidaan ensisijaisesti valutoleranssien avulla. Jäljempänä olevissa kuvissa (Kuva 6 ja Kuva 7) on esimerkkejä kutistumien aiheuttamasta vääntyilystä ja simuloimalla lasketun kutistuman suuruusluokasta verrattuna skaalaamalla asetettuun kutistumaan. Taulukko 2.
Kutistuman ohjearvot standardista SFS‐EN 12890 ”Valut. Valumallit, mallivarusteet ja keernalaatikot hiekkamuottien ja keernojen valmistamista varten” Valumetalli Kutistuma, % Suomugrafiittivaluraudat 1,0 Pallografiittivaluraudat, hehkuttamattomat 1,2 Pallografiittivaluraudat, hehkutetut 0,5 Austeniittiset valuraudat (kulumisenkestävät valuraudat) 2,5 Valuteräkset 2,0 Valetut austeniittiset mangaaniteräkset 2,3 Valkoydintemperraudat 1,6 Mustaydintemperraudat 0,5 Alumiinivaluseokset 1,2 Magnesiumvaluseokset 1,2 Valukupari 1,9 Kupari‐tina‐valuseokset (valupronssit) 1,5 Kupari‐tina‐sinkki‐valuseokset (punametallit) 1,3 Kupari‐sinkki‐valuseokset (valumessingit) 1,2 Kupari‐sinkki‐(Mn, Fe, Al) ‐valuseokset (erikoisvalumessingit) 2,0 Kupari‐alumiini‐(Ni, Fe, Mn) ‐seokset (alumiinivalupronssit) 1,9 Sinkkivaluseokset 1,3 Valetut laakerimetallit (valkometallit) 0,5 Nikkelivaluseokset 2,1 Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 8 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Kokonaiskutistuma kymmenkertaisena X‐suuntainen kutistuma kymmenkertaisena Y‐suuntainen kutistuma kymmenkertaisena Z‐suuntainen kutistuma kymmenkertaisena CAD‐ohjelmalla laskettu kutistuma kymmenkertaisena, skaalauskerroin 1,008 eli 0,8 % Kuva 6. Suora laipallinen putki. Kutistumat kymmenkertaisiksi suurennettuina. Taustalla oleva läpinäkyvä osuus esittää alkuperäistä, kutistumatonta muotoa. Väriskaala näyttää MAGMA‐simulointiohjelmistolla lasketut kutistumat millimetreinä todellisessa (ei suurennetussa) kokoluokassa. X‐, Y‐ ja Z‐suuntaisissa kutistumissa asteikko osoittaa mittamuutoksen kappaleen kutistumattoman, paikallaan pysyvän osan (kutistuman keskiakselin) positiiviseen ja negatiiviseen suuntaan. Suurennetuista kuvista näkyy, kuinka laipat ja kanava rajoittavat vapaata kutistumista jonkin verran. Laipat ja syöttökuvut vääntyvät jonkin verran. Kanava vääntyy huomattavasti. Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 9 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Kokonaiskutistuma kymmenkertaisena X‐suuntainen kutistuma kymmenkertaisena Y‐suuntainen kutistuma kymmenkertaisena Z‐suuntainen kutistuma kymmenkertaisena CAD‐ohjelmalla laskettu kutistuma kymmenkertaisena, skaalauskerroin 1,008 eli 0,8 % Kuva 7. 90 asteen kulmassa oleva laipallinen putki. Kutistumat kymmenkertaisiksi suurennettuina. Mittamuutosten asteikko todellisuutta vastaten samoin kuin edellä olevassa kuvassa. Kappaleen ja kanavan muotoilu rajoittaa kutistumista enemmän kuin edellisen kuvan suoralla putkella. Kutistumat ohjautuvat kanavaa kohti sekä CAD‐ohjelmalla lasketussa että simuloidussa esimerkissä. Laipat vääntyvät jonkin verran. Kanava vääntyy huomattavasti. Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 10 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Kaavaus‐ ja muottityökaluissa tapahtuvat lämmön, kosteuden, mekaanisen rasituksen tai kulumisen aiheuttamat muodonmuutokset Metalliset työkalut ovat alttiita lämpötilan vaihtelun aiheuttamille mittamuutoksille. Metallisia työkaluja käytetään paitsi kestomuottimenetelmissä (kokillivalu, matalapainevalu ja painevalu) myös hiekkakeernojen koneellisessa valmistuksessa, tarkkuusvalun vahamallin valmistuksessa, styroxmallien valmistuksessa, kuorimuottimenetelmässä ja hiekkamuottien konekaavauksessa. Lämmön aiheuttamat muodonmuutokset ovat suhteellisen vähäisiä verrattuna esimerkiksi vanerin kosteuselämiseen, mutta niillä on merkitystä, jos pyritään tarkkuusvalun ja painevalun mahdollistamiin suuriin mittatarkkuuksiin. Painevalussa tai tarkkuusvalumallien valmistuksessa käytettävä työkalu pyrkii kuumentumaan jokaisella valukierrolla sekä toisaalta taas jäähtymään, jos valutyöhön tulee tauko. Lämpötasapainon saavuttamiseen voi kulua tauon jälkeen kymmeniä valukiertoja. Kappaleissa on tänä aikana vaihtelevasti mittapoikkeamia. Puusta, useimmiten vanerista valmistettuja työkaluja käytetään hiekkavalumuottien käsinkaavauksessa. Vaneri asettuu hitaasti ilmankosteutta vastaavaan tasapainokosteuteen. Suhteellisen ilmankosteuden (RH) ollessa 65 % ja lämpötilan 20 °C, ohutviiluisen koivu‐, seka‐ ja havuvanerin tasapainokosteus on noin 12 % ja paksuviiluisen havuvanerin noin 10 %. Tehtaalta lähtiessä vanerin kosteus on 7 – 12 %. Kosteuden aiheuttama vanerin mittamuutos on pintaviilun syiden suunnassa ja syitä vastaan kohtisuorassa suunnassa luokkaa 0,015 % kosteuspitoisuuden muuttuessa yhden prosenttiyksikön verran. Paksuussuunnassa mittamuutos on 0,3 – 0,4 % yhden prosenttiyksikön kosteusmuutosta kohden. Näillä arvoilla laskettuna vanerin mitat kasvavat syiden suunnassa 0,15 mm metrin matkalla, kun vanerin tasapainokosteus kasvaa yhden prosenttiyksikön. Paksuussuunnassa mittamuutos on metrin matkalla jo 3 ‐ 4 mm yhden prosenttiyksikön kosteusmuutosta kohden. Teräksen lineaarinen lämpöpitenemiskerroin on valutyökalujen valmistuksessa käytettävillä kuumatyöteräksillä luokkaa 12 – 13 μm/m °C, alumiiniseoksilla luokkaa 22 – 23 μm/m °C ja suomugrafiittivaluraudoilla luokkaa 10 – 11 μm/m °C. Kuumatyöteräksen mittamuutos huoneenlämpötilasta käyttölämpötilaan, eli välillä 20 – 120 °C, on näillä arvoilla laskettuna 1,2 – 1,3 mm metriä kohden, alumiiniseoslevyjen 2,2 – 2,3 mm metriä kohden ja suomugrafiittivaluraudan 1,0 – 1,1 mm metriä kohden. Mittamuutos huoneenlämpötilasta käyttölämpötilaan tulisi ottaa huomioon jo muottipesien valmistuksessa, mutta käyttölämpötilan muutoksilla on vaikutus valukappaleen mittatarkkuuteen. Jos käyttölämpötila kasvaa esimerkiksi 15 °C, vaikutus valukappaleen mittoihin on työkaluterästyökaluilla luokkaa 0,2 mm, alumiiniseostyökaluilla luokkaa 0,3 mm ja suomugrafiittivalurautaisilla työkaluilla luokkaa 0,15 mm. Mekaanisen rasituksen aiheuttamaa muodonmuutosta voi tapahtua esimerkiksi vahamalleilla tai styroxmalleilla, jos niitä käsitellään huolimattomasti tai liian kovakouraisesti. Kulumista tapahtuu kaikilla työkaluilla ajan mittaan. Jos valukappaletta tilataan suuria sarjoja, kuluminen ja siitä johtuvat korjaus‐ ja uusimiskustannukset tulisi ottaa huomioon. Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 11 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Muotin huono sulkeutuminen, osien sopimattomuus ja huolimaton asettaminen Muotin huono sulkeutuminen ja osien sopimattomuus aiheuttavat kolmen tyyppisiä virheitä: 1. Kappaleessa olevat mitat (jakopinnan ylitse) kasvavat, koska muotti ei sulkeudu kunnolla. Ongelma johtuu hiekkamuoteilla esimerkiksi siitä, että mallipohja on vääntynyt ja jakopinnasta on tullut epätasainen tai keernat on asetettu paikoilleen huolimattomasti. Syynä voi olla myös, että keernakantojen ja keernansijojen välillä on liian pieni välys tai välys puuttuu kokonaan. Keernat eivät tällöin sovi kunnolla paikoilleen ja muotti ei sulkeudu (Kuva 8). Keernansijojen mitta pienenee ja keernakantojen suurenee, kun mallivarusteet kuluvat. Välys katoaa kokonaan, ellei mallivarusteita huolleta asianmukaisesti. Mutta se voi olla asetettu väärin jo työkalujen valmistuksenkin aikana. Kestomuoteilla ja muilla metallista valmistetuilla työkaluilla välykset pyrkivät kasvamaan työkalun kuluessa. Huono sulkeutuminen on useimmiten merkkinä siitä, että valukone on asetettu huonosti tai siinä on jokin mekaaninen vika. Kuva 8. Keernansijat ovat liian ahtaat johtuen mallin suunnitteluvirheestä tai kulumisesta. Keerna ei mahdu paikoilleen ja muotti jää raolleen. Hyvin pienikin kuluma jättää muotin jakopinnan avoimeksi. Valmiin kappaleen mitat jakopinnan ylitse eivät täsmää. Laskennallisesti voidaan arvioida, että ‐0,5 mm muutos kummankin muottipuoliskon valumallin keernansijan halkaisijassa saa muotin jäämään 4 mm raolleen. 2. Kappaleessa on pintajakopintasiirtymä (SMI) (Kuva 8 ‐ Kuva 11). Virhe on tyypillinen hiekkavalumenetelmällä valmistetuille kappaleille. Syynä voi olla tehoton ohjaus muottipuoliskojen välillä tai muotin huonosta sulkeutumisesta johtuva liitännäisvika. Epäedullisessa tapauksessa pintajakopintasiirtymää esiintyy useita millimetrejä. Standardisarja SFS‐EN ISO 8062 antaa mahdollisuuden määrittää suurin sallittu pintajakopintasiirtymä yleistoleranssin yhteydessä. Pintajakopintasiirtymä voidaan rajoittaa myös jakopintamerkkien yhteydessä standardin SFS‐EN ISO 10135 esittämällä tavalla. Siirtymä on hyvä huomioida koneistusvaroja ja koneistuksen lähtöpintoja suunniteltaessa. Kestomuottiin valetuissa kappaleissa ei yleensä ole niin suuria pintajakopintasiirtymiä, että ne tulkittaisiin virheiksi. Pientä pintajakopintasiirtymää voi olla, mutta yleensä siitä ei aiheudu ongelmia. Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 12 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Standardin SFS‐EN ISO 10135 terminologia jäsentyy siten, että muotin jakopintasiirtymän aiheuttamaa vikaa kutsutaan pintajakopintasiirtymäksi. Muotin jakopintasiirtymä voi johtua muottipuoliskojen välisestä lineaarisesta siirtymisestä, muotin mittavirheestä tai muottipuoliskojen välisestä kiertymisestä. Jakopintasiirtymät nimetään (samassa järjestyksessä) lineaariseksi jakopintasiirtymäksi, mittajakopintasiirtymäksi ja kiertojakopintasiirtymäksi. 0 mm pintajakopintasiirtymä ±4 mm pintajakopintasiirtymä keernan akselin suunnassa ja sivusuunnassa Kuva 9. Lineaarinen jakopintasiirtymä. Esimerkki kappaleesta, johon on muodostunut ±4 mm pintajakopintasiirtymä keernan akselin suunnassa ja sivusuunnassa. Vika johtuu muotin lineaarisesta jakopintasiirtymästä. Pintajakopintasiirtymän huomioiminen työstövaroissa ja toleranssien asettamisessa on tärkeää, koska vaikutus nimellismittoihin on huomattava. Valukappaleen koneistuksessa voi tulla ongelmia, kun työstörataa yritetään paikoittaa oikealle kohdalle siten, että työstövara on kaikkialla riittävä. Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 13 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Kuva 10.Muotin mittajakopintasiirtymä. Virhe aiheuttaa kappaleeseen +3mm pintajakopintasiirtymän ylämuotissa muovautuneen laippapuoliskon toiselle puolelle. Alamuotti ja keernalla valmistettu reikä ovat nimellismitassa. Virhe on voinut muodostua ylämuotin mallin irrotuksen aikana. Malli on voinut kolhaista hiekkaa siten, että se on hioutunut, lohjennut tai painunut 3 mm. Koneistuksessa ei esiinny tavallista suurempia paikoitusongelmia. Kuva 11.Muotin kiertojakopintasiirtymä, suuruusluokka 1 astetta keskipisteen ympäri. Virhe aiheuttaa kappaleeseen enimmillään ±3,6 mm suuruisen pintajakopintasiirtymän. Mitta vaihtelee kappaleen eri puolilla. 3. Seinämänpaksuudet vaihtelevat, vaikka niiden tulisi olla kaikkialla samansuuruiset. Ongelma voi johtua väärin asetetuista keernoista, liian suurista välyksistä keernakantojen ja ‐sijojen välillä tai keernansijoihin tunkeutuneesta metallista. Liitännäisongelmana voi esiintyä muotin jakopintasiirtymää, joka osaltaan vaikuttaa myös valukappaleen seinämänpaksuuksiin. Seuraaviin kuviin (Kuva 12 ja Kuva 13Kuva 13) on otettu kaksi esimerkkiä seinämänpaksuuteen vaikuttavista virhetilanteista. Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 14 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Kuva 12.Keernansijat ovat liian väljät johtuen mallivarusteiden suunnitteluvirheestä tai liian paksusta pinnoitekerroksesta. Keerna nousee ylämuotin keernansijan yläpintaan valun aikana. Kappaleen keskelle tarkoitetusta reiästä ei tule laipan kanssa sama‐akselinen. Ylämuotin tuottama seinämänpaksuus on pienempi kuin alamuotin tuottama seinämänpaksuus. Keernan ympärille muodostuu runsaasti pursetta. Kuva 13.Keerna pääsee kiertymään valun aikana. Ylämuotin muodostamat seinämänpaksuudet pienenevät ja alamuotin kasvavat. Ongelma johtuu väljistä keernansijoista, liian lyhyiksi mitoitetuista keernansijoista, keernakantojen muotovirheestä, keernan muotovirheestä, keernansijojen muotovirheestä tai liian löysään sullotuista keernakannoista. Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 15 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Mallin tai kappaleen huonosta irtoamisesta johtuvat ongelmat Valukappaleeseen tulisi suunnitella kaikkialle riittävän suuret hellitykset, jotta hiekkamuotin valmistuksessa käytettävä malli irtoaa hiekasta ongelmitta. Metallisia muottityökaluja käytettäessä hellityksiä tarvitaan, jotta valukappale, styroxmalli, keernatykillä valmistettu keerna tai tarkkuusvalun vahamalli irtoaa hyvin muotista tai keernalaatikosta. Jos hellitykset puuttuvat tai ovat riittämättömiä, hiekasta valmistetuilla osilla on taipumus rikkoontua tai laahautua työkalua vasten siten, että niiden pinta rikkoontuu. Rikkonainen hiekkapinta muodostaa valumetallin kanssa eriasteisia hiekan kiinni palamisesta johtuvia vikoja. Vahamallit tai kestovalukappaleet voivat rikkoontua, vääntyillä, naarmuuntua tai jopa takertua muottiin kiinni, jos hellitykset eivät ole riittävän suuret. Styroxista valmistettu malli on joustava ja irtoaa helposti. Joissain tapauksissa sen voi valmistaa ilman hellityksiä. Hellitysten koot ja sijainnit tulee kuitenkin neuvotella valmistajan kanssa, joka parhaiten tietää, milloin ne on mahdollista jättää pois. Suurikokoista hiekkavalun mallia tai hiekkakeernaa voi olla hankala irrottaa kohtisuoraan siten, ettei hiekka vaurioidu irrottamisen yhteydessä. Suurikokoisille kappaleille voi tästä syystä odottaa jonkin verran suurempia muodon ja mittojen poikkeamia sekä suurempaa taipumusta hiekan kiinnipalamisesta johtuviin vikoihin. Muotin aiheuttamat pienet geometriamuutokset ja mekaniikasta johtuvat pintaviat Mallivarusteet ja metalliset muotit aiheuttavat paitsi mittamuutoksina näkyviä vikoja, myös pienempiä vikoja, joita ei voi käsitellä mittatoleranssin tai geometriatoleranssin käsitteillä. Näitä ovat erilaiset työkalun mekaniikasta tai valamismenetelmästä johtuvat pintaviat, purseet ja painumat. Vaikka kappale olisi toleranssien puitteissa täysin mitoillaan, tähän ryhmään kuuluvat viat voivat aiheuttaa haittaa kappaleen toiminnallisuudelle, pintakäsittelyille tai ulkonäölle. Työkalun mekaniikasta johtuviksi vioiksi voidaan luokitella: –
–
–
–
purseet muotin ja keernojen jakopinnoilla, purseet keernakantojen ja keernansijojen välillä malliin tai muottiin kiinnitettyjen osien aiheuttamat purseet ja kohoumat ulostyöntimien aiheuttamat kohoumat, painumat ja purseet kappaleen irrottamisen aiheuttamat hioutumat, laahaumat ja naarmut Valamismenetelmästä johtuvia vikoja ovat: –
pinnan ja muodon epätäydellisyys syöttökupujen, valukanavien tai ilmanpoistokanavien kohdalla Purseille, ulostyöntimien jäljille ja pintavioille voidaan asettaa toleranssi. Voidaan esimerkiksi vaatia, että joillain pinnoilla ei sallita kanaviston tai ulostyöntimien jälkiä. Tai että kappaleeseen jäävän purseen enimmäismitta saa olla 0,5 mm leveyssuunnassa ja 0,3 mm paksuussuunnassa. Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 16 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Toleranssit ja työstövarat standardin SFS‐EN ISO 8062‐3 mukaan SFS‐EN ISO 8062‐3 luokittelee toleranssit mittatoleransseihin (DCT, Dimensional Casting Tolerance) ja geometrisiin toleransseihin (GCT, Geometrical Casting Tolerance). Molemmissa on joukko toleranssiasteita (DCTG, Dimensional Casting Tolerance Grade; GCTG, Geometrical Casting Tolerance Grade). Toleranssiaste valitaan käytettävän valumenetelmän ja valumateriaalin mukaan. Toleranssin laajuus riippuu toleranssiasteesta ja toleroitavasta mitasta. Seuraaviin taulukoihin on koottu standardin esittämät pituusmittojen toleranssit (Taulukko 5) ja suositukset toleranssiasteen valinnasta (Taulukko 3 ja Taulukko 4). Taulukoiden tiedot perustuvat kokemusperäiseen tietoon valimoiden keskimääräisestä suorituskyvystä. Mittatoleranssit suositellaan jaettavaksi symmetrisesti nimellismitan molemmin puolin. Myös epäsymmetrisiä toleransseja voidaan käyttää, jos niistä sovitaan erikseen valun toimittajan kanssa. Taulukko 3.
Pitkien sarjojen tai massatuotannon raakavalukappaleiden mittatoleranssiasteet standardista SFS‐EN ISO 8062‐3. Valukappaleiden mittatoleranssiaste (DCTG) valumetallien mukaan
Teräs
Suomu‐
grafiitti‐
valurauta
Pallo‐
grafiitti‐
valurauta
Adusoitu valurauta
Kupari‐
seokset
Sinkki‐
seokset
Kevyt‐
metalli‐
seokset
Nikkeli‐
pohjaiset seokset
Koboltti‐
pohjaiset seokset
11...14
11...14
11...14
11...14
10...13
10...13
9...12
11...14
11...14
Hiekkavalu, kone‐ ja 8...12
kuorimuottikaavaus
8...12
8...12
8...12
8...10
8...10
7...9
8...12
8...12
Metallinen kestomuotti (paitsi painevalu)
–
7...9
7...9
7...9
7...9
7...9
6...8
–
–
Painevalu
–
–
–
–
6...8
3...6
6…92
–
–
Tarkkuusvalu1
4…9
4…9
4…9
–
4…9
–
4…9
4…9
4…9
Menetelmä
Hiekkavalu, käsinkaavaus
1.) Tarkkuusvalulle suositellaan toleranssiasteita suurimman kokonaismitan mukaan seuraavasti: Jos suurin kokonaismitta on ≤ 100 mm, valitaan toleranssiasteista 4...6. Jos suurin kokonaismitta on > 100 mm ≤ 400 mm, valitaan toleranssiasteista 4...8 ja mitoille > 400 mm asteista 4...9. 2.) Painevalulle suositellaan toleranssiasteita suurimman kokonaismitan mukaan seuraavasti: Jos suurin kokonaismitta on ≤ 50 mm, valitaan mittatoleranssiaste 6. Jos mitta on välillä 50 mm ≤ 180 mm, valitaan mittatoleranssiaste 7. Välille 180 mm ≤ 500 mm valitaan aste 8 ja tätä suuremmille kokonaismitoille toleranssiaste 9. Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 17 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Taulukko 4.
Lyhyiden sarjojen tai yksittäistuotannon raakavalukappaleiden mittatoleranssiasteet standardista SFS‐EN ISO 8062‐3. Taulukon arvoja sovelletaan yleisesti 25 mm suuremmille nimellismitoille. Pienemmille mitoille voidaan tavallisesti käyttää taloudellisesti ja käytännöllisesti seuraavia pienempiä toleransseja: a) Nimellismitat enintään 10 mm, kolme astetta pienempi. b) Nimellismitat 10...16 mm, kaksi astetta pienempi. c) Nimellismitat 16...25 mm, yksi aste pienempi. Valukappaleiden mittatoleranssiaste (DCTG) valumetallien mukaan
Menetelmä
Muottimateriaali
Hiekkavalu, käsinkaavaus
Savisidosteinen
Kemiallisesti sidottu
Teräs
Suomu‐
grafiitti‐
valurauta
Pallo‐
grafiitti‐
valurauta
Adusoitu valurauta
Kupari‐
seokset
Sinkki‐
seokset
Kevyt‐
metalli‐
seokset
Nikkeli‐
pohjaiset seokset
13...15
13...15
13...15
13...15
13...15
11...13
13...15
13...15
12...14
11...14
11...14
11...14
10...13
10...13
12...14
12...14
Mittatoleranssi tulisi mieluiten esittää nk. yleistoleranssina. Yleistoleranssi merkitään valukappaleen mittapiirustuksen otsikkokenttään tai sen lähelle. Aluksi kirjoitetaan sana ”Yleistoleranssit”. Sen jälkeen kirjoitetaan viittaus ISO 8062 ‐standardin kolmanteen osaan muodossa ”ISO 8062‐3” ja valittu toleranssiaste väliviivalla erotettuna muodossa ”DCTG xx”. Esimerkki: Yleistoleranssit ISO 8062‐3 – DCTG 12 Jos jokin mitta halutaan valmistaa yleistoleranssia tarkemmin, sitä koskeva toleranssi merkitään selkeästi mitan yhteyteen, mutta yleistoleranssia huonompia tarkkuuksia ei merkitä kuin joissain erikoistapauksissa. Hankkivalle tai valmistavalle taholle ei tavallisesti ole suurta taloudellista hyötyä siitä, että jollekin mitalle sallitaan yleistoleranssia heikompi tarkkuus. Kullakin valimolla on tietty suorituskyky valujen mitanpitävyyden osalta. Mitanpitävyys riippuu esimerkiksi käytössä olevista laitteista, materiaaleista ja menetelmistä. Standardisarja SFS‐EN ISO 8062 ohjaa sekä tilaajaa että valimoa selvittämään, mikä tuo suorituskyky on sekä toimimaan mitoituksen ja työstövarojen valinnan suhteen siten, että suorituskyky riittää täyttämään vaatimukset. Valimon suorituskyvyn selvittäminen korostuu myös siinä, että toleranssien ylittyminen ei standardin mukaan välttämättä ole peruste hylätä valutoimitusta. Tilaajan tulee vielä erikseen todistaa, että sovittua huonommasta mitanpitävyydestä on ollut haittaa kappaleen toiminnallisuudelle. Jos kappaleen valmistustarkkuus halutaan esittää tarkemmin kuin mihin mittatarkkuuden toleranssiaste antaa mahdollisuuden, yleistoleranssiin lisätään vaatimukset geometrisen toleranssin asteesta ja jakopintasiirtymästä. Jakopintasiirtymä sisältyy epäsuorasti mittatoleransseihin. Jos otetaan esimerkiksi edellä olevan kuvan (Kuva 9) pituussuuntaisen 450 mm mitan jakopintasiirtymä, se saisi normaalilla käsinkaavausvalimon suoritustasolla (DCTG 11 ‐ 14) olla jopa 7 – 18 mm. Mikäli mikään muu tekijä ei vaikuta kappaleen mitanpitävyyttä huonontavasti, 4 mm jakopintasiirtymä mahtuu normaaleihin toleransseihin. Toisaalta laipan paksuusmitta ei saisi vaihdella enempää kuin 3,2 – 8 mm. Jos jakopintasiirtymä halutaan rajata tarkemmin, se liitetään yleistoleranssiin merkinnällä SMI. Esimerkki: Yleistoleranssit ISO 8062‐3 – DCTG 12 – SMI ± 2 Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 18 –
>10
>16
>25
>40
>63
>100
>160
>250
>400
>630
>1000
>1600
>2500
>4000
>6300
≤10
≤16
≤25
≤40
≤63
≤100
≤160
≤250
≤400
≤630
≤1000
≤1600
≤2500
≤4000
≤6300
≤10000
Muotilla valmistetun kappaleen nimellismitta
0,09
0,1
0,11
0,12
0,13
0,14
0,15
–
–
–
–
–
–
–
–
–
DCTG1
0,13
0,14
0,15
0,17
0,18
0,2
0,22
0,24
–
–
–
–
–
–
–
–
DCTG2
0,18
0,2
0,22
0,24
0,26
0,28
0,3
0,34
0,4
–
–
–
–
–
–
–
DCTG3
0,26
0,28
0,3
0,32
0,36
0,4
0,44
0,5
0,56
0,64
–
–
–
–
–
–
DCTG4
0,36
0,38
0,42
0,46
0,5
0,56
0,62
0,7
0,78
0,9
1
–
–
–
–
–
DCTG5
0,52
0,54
0,58
0,64
0,7
0,78
0,88
1
1,1
1,2
1,4
1,6
–
–
–
–
DCTG6
0,74
0,78
0,82
0,9
1
1,1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,6
–
–
–
DCTG7
1
1,1
1,2
1,3
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,6
2,8
3,2
3,8
4,4
–
–
DCTG8
1,5
1,6
1,7
1,8
2
2,2
2,5
2,8
3,2
3,6
4
4,6
5,4
6,2
7
‐
DCTG9
Valukappaleiden pituusmittojen toleranssit mittatoleranssiasteiden (DCTG) mukaan
2
2,2
2,4
2,6
2,8
3,2
3,6
4
4,4
5
6
7
8
9
10
11
DCTG10
2,8
3
3,2
3,6
4
4,4
5
5,6
6,2
7
8
9
10
12
14
16
DCTG11
4,2
4,4
4,6
5
5,6
6
7
8
9
10
11
13
15
17
20
23
DCTG12
–
–
6
7
8
9
10
11
12
14
16
18
21
24
28
32
DCTG13
–
–
8
9
10
11
12
14
16
18
20
23
26
30
35
40
DCTG14
–
–
10
11
12
14
16
18
20
22
25
29
33
38
44
50
DCTG15
–
–
12
14
16
18
20
22
25
28
32
37
42
49
56
64
DCTG16
www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Taulukko 5.
Valukappaleiden pituusmittojen toleranssit (DCT) standardista SFS‐EN ISO 8062‐3. Seinämänpaksuuksille käytetään yhtä astetta suurempaa toleranssia siten, että astetta DCTG 16 käytetään vain seinämänpaksuuksille valukappaleissa, joille on yleisesti määritelty DCTG 15. Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 19 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Standardin SFS‐EN ISO 8062‐3 mukaan sovellettavia geometrisia toleransseja ovat suoruus, tasomaisuus, ympyrämäisyys, yhdensuuntaisuus, kohtisuoruus, symmetrisyys ja sama‐akselisuus. Toleranssin suuruus määritetään toleranssiasteiden mukaan samalla tavoin kuin mittatoleranssien tapauksessa. Seuraavissa taulukoissa (Taulukko 6 ‐ Taulukko 9) esitetään geometriset toleranssit toleranssiasteiden mukaan ja niiden jälkeen tulevassa taulukossa (Taulukko 10) geometristen toleranssien asteet valumenetelmän ja valettavan materiaalin mukaan. Taulukko 6.
Suoruustoleranssit standardista SFS‐EN ISO 8062‐3. Muotilla valmistetun kappaleen nimellismitta
Valukappaleiden suoruustoleranssit geometristen toleranssiasteiden (GCTG) mukaan
GCTG2
GCTG3
GCTG4
GCTG5
GCTG6
GCTG7
GCTG8
–
>10
>30
>100
>300
>1000
>3000
>6000
0,08
0,12
0,18
0,27
0,4
–
–
–
0,12
0,18
0,27
0,4
0,6
–
–
–
0,18
0,27
0,4
0,6
0,9
–
–
–
0,27
0,4
0,6
0,9
1,4
3
6
12
0,4
0,6
0,9
1,4
2
4
8
16
0,6
0,9
1,4
2
3
6
12
24
0,9
1,4
2
3
4,5
9
18
36
Taulukko 7.
≤10
≤30
≤100
≤300
≤1000
≤3000
≤6000
≤10000
Tasomaisuustoleranssit standardista SFS‐EN ISO 8062‐3. Muotilla valmistetun kappaleen nimellismitta
Valukappaleiden tasomaisuustoleranssit geometristen toleranssiasteiden (GCTG) mukaan
GCTG2
GCTG3
GCTG4
GCTG5
GCTG6
GCTG7
GCTG8
–
>10
>30
>100
>300
>1000
>3000
>6000
0,12
0,18
0,27
0,4
0,6
–
–
–
0,18
0,27
0,4
0,6
0,9
–
–
–
0,27
0,4
0,6
0,9
1,4
–
–
–
0,4
0,6
0,9
1,4
2
4
8
16
0,6
0,9
1,4
2
3
6
12
24
0,9
1,4
2
3
4,5
9
18
36
1,4
2
3
4,5
7
14
28
56
≤10
≤30
≤100
≤300
≤1000
≤3000
≤6000
≤10000
Taulukko 8.
Ympyrämäisyys‐, yhdensuuntaisuus‐, kohtisuoruus‐ ja symmetrisyystoleranssit standardista SFS‐EN ISO 8062‐3. Valukappaleiden toleranssit geometristen toleranssiasteiden (GCTG) mukaan
Muotilla valmistetun kappaleen nimellismitta
GCTG2
GCTG3
GCTG4
GCTG5
GCTG6
GCTG7
GCTG8
–
>10
>30
>100
>300
>1000
>3000
>6000
0,18
0,27
0,4
0,6
0,9
–
–
–
0,27
0,4
0,6
0,9
1,4
–
–
–
0,4
0,6
0,9
1,4
2
–
–
–
0,6
0,9
1,4
2
3
6
12
24
0,9
1,4
2
3
4,5
9
18
36
1,4
2
3
4,5
7
14
28
56
2
3
4,5
7
10
20
40
80
≤10
≤30
≤100
≤300
≤1000
≤3000
≤6000
≤10000
Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 20 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Taulukko 9.
Sama‐akselisuustoleranssit standardista SFS‐EN ISO 8062‐3. Muotilla valmistetun kappaleen nimellismitta
–
>10
>30
>100
>300
>1000
>3000
>6000
≤10
≤30
≤100
≤300
≤1000
≤3000
≤6000
≤10000
Taulukko 10.
Valukappaleiden sama‐akselisuustoleranssit geometristen toleranssiasteiden (GCTG) mukaan
GCTG2
GCTG3
GCTG4
GCTG5
GCTG6
GCTG7
GCTG8
0,27
0,4
0,6
0,9
1,4
–
–
–
0,4
0,6
0,9
1,4
2
–
–
–
0,6
0,9
1,4
2
3
–
–
–
0,9
1,4
2
3
4,5
9
18
36
1,4
2
3
4,5
7
14
28
56
2
3
4,5
7
10
20
40
80
3
4,5
7
10
15
30
60
120
Geometriset toleranssiasteet standardista SFS‐EN ISO 8062‐3. Valukappaleiden geometrinen toleranssiaste (GCTG) valumetallien mukaan
Teräs
Suomu‐
grafiitti‐
valurauta
Pallo‐
grafiitti‐
valurauta
Adusoitu valurauta
Kupari‐
seokset
Sinkki‐
seokset
Kevyt‐
metalli‐
seokset
Nikkeli‐
pohjaiset seokset
Koboltti‐
pohjaiset seokset
Hiekkavalu, käsinkaavaus
6...8
5...7
5...7
5...7
5...7
5...7
5...7
6...8
6...8
Hiekkavalu, kone‐ ja kuorimuottikaavaus
5...7
4...6
4...6
4...6
4...6
4...6
4...6
5...7
5...7
Metallinen kestomuotti (paitsi painevalu)
–
–
–
–
3...5
–
3...5
–
–
Painevalu
–
–
–
–
2...4
2...4
2...4
–
–
Tarkkuusvalu
b
3...5
3...5
3...5
3...5
2...4
3...5
b
b
Menetelmä
a
a) Painevalulle suositellaan toleranssiasteita seuraavasti: Astetta GCTG 2 tulisi käyttää vain erikseen sovittaessa. Aste GCTG 3 kattaa tavalliset valukappaleet, jotka valmistetaan luistittomalla muotilla. Astetta GCTG 4 sovelletaan monimutkaisille valukappaleille sekä valukappaleille, joita varten tarvitaan luistillinen muotti. b) Tarkkuusvalulle sovelletaan: Jos kappaleen suurin kokonaismitta on pienempi kuin 100 mm, käytetään asteita 4...6. Jos suurin kokonaismitta asettuu välille < 100 mm ≤ 400 mm, käytetään asteita 4...8. Yli 400 mm kokonaismitoille käytetään asteita 4...9. Geometrinen toleranssi määrittää joissain tapauksissa jakopintasiirtymän suuruuden mittatoleranssia paremmin. Geometrisia toleransseja ei kuitenkaan sovelleta hellitettyihin muotoihin. Edellä olevan kuvan (Kuva 9) esimerkkitapauksessa sovellettavaksi tulisi lähinnä ympyrämäisyystoleranssi, koska kaikki loput pinnat ovat hellitettyjä. Jos kappaleen valmistusmenetelmä olisi käsin kaavattu hiekkavalu ja valmistusmateriaali pallografiittivalurauta, geometriset toleranssit valittaisiin luokista GCTG 5 – 7. Ympyrämäisyystoleranssi on tällöin 100 – 300 mm mitoille 2 – 4,5 mm. Astetta GCTG6 vastaa 3mm toleranssi. Mikäli se katsotaan riittäväksi, voidaan yleistoleranssiin merkitä esimerkiksi: Yleistoleranssit ISO 8062‐3 – GCTG 6 Jos geometrista toleranssia käytetään yleistoleranssina mittatoleranssin yhteydessä, lisätään merkintöihin työstövara‐aste. Esimerkki: Yleistoleranssit ISO 8062‐3 – DCTG 12 – RMA 4 (RMAG G) – GCTG 6 Geometrinen toleranssi, kuten mittatoleranssikin voidaan merkitä piirustuksiin myös joillekin mitoille ja muodoille erikseen. Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 21 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Työstövaran suuruus mitoitetaan valitsemalla aluksi sopiva työstövara‐aste valumateriaalin ja valumenetelmän perusteella (Taulukko 12). Sen jälkeen haetaan työstövara suurimman kokonaismitan perusteella (Taulukko 11). Taulukko 11.
Työstövaran suuruus eri työstövara‐asteissa standardin SFS‐EN ISO 8062‐3 mukaan. Työstövara‐asteita A ja B käytetään vain erikoistapauksissa erikseen sopimalla. Suurin kokonaismitta
–
>40
>63
>100
>160
>250
>400
>630
>1000
>1600
>2500
>4000
>6300
≤40
≤63
≤100
≤160
≤250
≤400
≤630
≤1000
≤1600
≤2500
≤4000
≤6 300
≤10000
Tarvittavat työstövarat työstövara‐asteiden (RMAG) mukaan
RMAG A
0,1
0,1
0,2
0,3
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
RMAG B
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,3
1,4
1,5
RMAG C
0,2
0,3
0,4
0,5
0,7
0,9
1,1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
RMAG D
0,3
0,3
0,5
0,8
1
1,3
1,5
1,8
2
2,2
2,5
2,8
3
RMAG E
0,4
0,4
0,7
1,1
1,4
1,8
2,2
2,5
2,8
3,2
3,5
4
4,5
RMAG F
0,5
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
RMAG G
0,5
0,7
1,4
2,2
2,8
3,5
4
5
5,5
6
7
8
9
RMAG H
0,7
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
RMAG J
1
1,4
2,8
4
5,5
7
9
10
11
13
14
16
17
RMAG K
2
3
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
Taulukko 12.
Tavallisesti sovellettavat työstövara‐asteet valumetallin ja ‐menetelmän mukaan standardista SFS‐EN ISO 8062‐3. Tarvittava työstövara‐aste (RMAG) valumetallien mukaan
Teräs
Suomu‐
grafiitti‐
valurauta
Pallo‐
grafiitti‐
valurauta
Adusoitu valurauta
Kupari‐
seokset
Sinkki‐
seokset
Kevyt‐
metalli‐
seokset
Nikkeli‐
Koboltti‐
pohjaiset pohjaiset seokset
seokset
Hiekkavalu, käsinkaavaus
G...K
F...H*
F...H*
F...H
F...H
F...H
F...H*
G...K
G...K
Hiekkavalu, kone‐ ja kuorimuottikaavaus
F...H
E...G
E...G
E...G
E...G
E...G
E...G
F...H
F...H
Metallinen kestomuotti (paitsi painevalu)
–
D...F
D...F
D...F
D...F
D...F
D...F
–
–
Painevalu
–
–
–
–
B...D
A...D
B...D
–
–
Tarkkuusvalu
E
E
E
–
E
–
E
E
E
Menetelmä
* Yli 6300 mm mitoille sovelletaan tavallista laajempaa työstövara‐asteväliä F – K. Työstövarat voidaan tarvittaessa mitoittaa joillekin nimetyille pinnoille yleistoleranssia pienempinä tai suurempina. Pinnat merkitään tällöin erikseen. Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 22 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök CEN ISO/TS 8062‐2: Muotilla valmistetun kappaleen nimellismittojen laskenta ja säännöt geometristen toleranssien merkitsemiseksi Muotilla valmistettu kappale voi koostua asiakirjan CEN ISO/TS 8062‐2 mukaan elementeistä, jotka jäävät muotissa muotoutuneeseen tilaan sekä elementeistä, joita jatkojalostetaan yhdessä tai useammassa työstövaiheessa. Näitä koskevat käsitteet 1) muotilla valmistettu elementti, 2) osittain työstetty elementti ja 3) valmiiksi työstetty elementti. Kun kappale on poistettu muotista ja sille on tehty normaalit puhdistustoimenpiteet eli valukkeiden poisto, pintapuhdistus ja jakopinnan siistiminen, sen sanotaan olevan puhdistetussa tilassa. Kappaleessa on tällöin ainoastaan muotilla valmistettuja elementtejä. Jos kappaleelle on suunniteltu työstövaiheita ja vähintään yksi niistä on valmis, mutta osa on vielä suorittamatta, kappaleen sanotaan olevan osittain työstetyssä tilassa. Siinä voi tällöin olla muotilla valmistettuja elementtejä, osittain työstettyjä elementtejä ja valmiiksi työstettyjä elementtejä. Kun kaikki työstövaiheet on tehty, kappale on valmiiksi työstetyssä tilassa. Siinä voi tällöin olla muotilla valmistettuja elementtejä ja valmiiksi työstettyjä elementtejä. Kappaleella voi olla vain yksi puhdistettu tila ja ja yksi kokonaan työstetty tila. Osittain työstettyjä tiloja voi olla useita. Kappaleen tila tarkoittaa käytännössä samaa kuin kappaleen valmistusvaihe. Valmistusvaiheisiin liittyvät vaatimukset määritetään piirustuksella. Mikäli valmistusvaiheita on useampia kuin yksi, niitä koskevat vaatimukset voidaan esittää yhdistelmäpiirustuksella. Yhdistelmäpiirustus sisältää mitat, toleranssit ja muut vaatimukset kappaleen puhdistetulle tilalle sekä kaikille työstövaiheille tai vain osalle niistä. Vaatimukset voidaan esittää myös kullekin valmistusvaiheelle erikseen laadituilla erillispiirustuksilla. Erillispiirustusten käyttö on suositeltavaa, jos merkintöjä ja valmistusvaiheita on paljon tai jos yhdistelmäpiirustuksesta tulee jostain muusta syystä vaikeaselkoinen. Erillispiirustusten ja yhdistelmäpiirustusten otsikkotauluun tai sen lähelle merkitään standardin numero sekä tunnukset piirustuksen esittämistä tiloista. Yhdistelmäpiirustuksessa kaikki mitat, pintamerkit ja muut vaatimuksia osoittavat merkinnät tulee lisäksi varustaa tunnuksella, joka osoittaa, mitä kappaleen tilaa kukin osoittaa. Erillispiirustuksissa näitä selventäviä merkintöjä ei tarvita. Tunnukset, otsikkotauluun tehtävät merkinnät ja vaatimusten yhteydessä esitettävät merkinnät on lueteltu seuraavassa taulukossa (Taulukko 13). Yhdistelmäpiirustuksen kuvantoihin piirretään kappaleen pisimmälle valmistetun tilan ulkomuoto. Jos yhdistelmäpiirustuksella esitetään esimerkiksi puhdistetun kappaleen tila ja kaksi ensimmäistä osittain työstetyn kappaleen tilaa, sen kuvannot piirretään jälkimmäisen työstövaiheen mukaisina. Vaatimukset merkitään kaikista niistä tiloista, joita piirustuksella halutaan esittää. Vähintään tulee merkitä pisimmälle valmistettua ja sitä edeltävää tilaa koskevat vaatimukset. Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 23 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Taulukko 13.
Tilojen tunnukset ja esimerkkejä niiden käyttötavoista Tunnus Käyttökohde Puhdistettu tila Osittain työstetty tila Valmiiksi työstetty tila Toimittajan tekemän työstön tunnus Tunnusten käyttö mittojen ja toleranssien yhteydessä Elementin tila pintamerkin yhteydessä Elementin tila mitan yhteydessä Elementin tila mittatoleranssin yhteydessä Elementin tila teoreettisesti tarkan mitan yhteydessä Elementin tila geometrisen toleranssin yhteydessä Tunnukset otsikkotaulussa: Yhdistelmäpiirustus Erillispiirustus Elementin tilan tunnus voidaan liittää sekä mittatoleransseihin että geometrisiin toleransseihin (Taulukko 13). Ellei geometriseen toleranssiin ole liitetty tilan tunnusta, toleranssi koskee kaikkia piirustuksessa esitettyjä kappaleen tiloja. Geometrisen toleranssin peruselementiksi otetaan elementti, joka on samassa tilassa kuin geometrinen toleranssi, jos tällainen peruselementin tila on tarjolla, esimerkiksi pintamerkin yhteydessä määriteltynä (Kuva 15). Ellei samassa tilassa olevaa peruselementtiä ole, valitaan lähin edeltävä tila tai se tila, joka on tarjolla (Kuva 16). Peruselementtinä voi käyttää hellitettyä, puhdistetun kappaleen tilassa olevaa pintaa, mutta menettely ei ole suositeltava. Hellitys täytyy poistaa pinnasta joko todellisesti tai virtuaalisesti ennen, kuin peruselementti ja sillä suunnattu geometrinen toleranssi voidaan määrittää. Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 24 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Työstettäviin pintoihin tarvittava työstövara määritetään yhdellä merkinnällä standardiin SFS‐EN ISO 8062‐3 viitaten tai erillisillä merkinnöillä pintamerkkien yhteydessä (Kuva 14). Kuva 14.Työstövaran merkitseminen pintamerkin yhteyteen. Merkintä tarkoittaa, että kuvannon esittämällä työstetyllä pinnalla on kappaleen puhdistetussa tilassa 3 mm työstövara. Erikseen merkitty työstövara kumoaa yleisen RMA‐ ja RMAG ‐merkinnän. Kuva 15.Peruselementiksi on tarjolla pinta, joka on vastaavassa tilassa kuin geometrinen toleranssi. Puhdistetun kappaleen tilaan määritetyn geometrisen toleranssin peruselementtinä käytetään kappaleen puhdistetussa tilassa olevaa pintaa (vaihtoehto a). Osittain työstettyyn (karkeakoneistettuun) tilaan määritetyn geometrisen toleranssin peruselementtinä käytetään osittain työstetyssä tilassa olevaa (karkeakoneistettua) pintaa (vaihtoehto b). Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 25 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Kuva 16.Peruselementiksi on tarjolla vain puhdistetussa tilassa oleva kappaleen pinta. Sitä käytetään sekä puhdistettuun tilaan määritetylle että osittain työstettyyn (karkeakoneistettuun) tilaan määritetylle geometriselle toleranssille. Kappaleen tilojen määrittely piirustuksissa Muotilla valmistetun osittain työstetyn kappaleen tila määritetään erillispiirustuksella tai yhdistelmäpiirustuksella, johon tämä tila sisältyy. Samoin määritetään kappaleen valmiiksi työstetty tila. Epäsuorat määrittelyt eivät ole kummankaan tilan tapauksessa mahdollisia. Ellei muotilla valmistettua kappaletta työstetä, sen puhdistetun tilan määrittäminen tapahtuu suoraan erillispiirustuksella eikä muita vaihtoehtoja ole. Mikäli valmistukseen kuuluu työstövaiheita, kappaleen puhdistettu tila voidaan määrittää suoraan erillispiirustuksella, suoraan yhdistelmäpiirustuksella tai epäsuorasti yhdistelmäpiirustuksella. Suorassa määrittelyssä puhdistetun ja työstetyn tilan mitat ja toleranssit kirjoitetaan yhdistelmäpiirustukseen näkyviin ja kuhunkin liitetään tilan tunnus. Epäsuorassa määrittelyssä pudistetun tilan mittoja ei kirjoiteta piirustukseen. Piirustukseen merkitään työstetyn tilan mitat ja toleranssit sekä sovellettava valun mittatoleranssiaste, geometrisen toleranssin aste ja työstövara‐aste. Puhdistetun tilan nimellismitat lasketaan näiden perusteella. Osan puhdistetun tilan mitoista ja toleransseista voi kuitenkin halutessaan kirjoittaa. Erikseen kirjoitetut mitat ja toleranssit ohittavat yleistoleranssit ja laskennallisesti määritettävät nimellismitat. Epäsuoraa yhteenlaskumenetelmää soveltava piirustus laaditaan seuraavien vaiheiden kautta: –
työstetty kappale määritellään suoraan kokonaisuudessaan soveltuvilla geometrisen tuotemäärittelyn (GPS) standardien mukaisilla merkinnöillä – standardista SFS‐EN ISO 8062‐3 valitaan sopiva mittatoleranssiaste (DCTG), geometrinen toleranssiaste (GCTG) ja työstövaran aste (RMAG) – otsikkotauluun tai sen läheisyyteen merkitään muotilla valmistetun puhdistetun kappaleen piirustustyypin tunniste ja valmiiksi työstetyn kappaleen piirustustyypin tunniste Yhteenlaskumenetelmä johtaa suurempiin valun mittoihin kuin mikä olisi useimpien valimoiden valmistustarkkuus huomioiden tarpeellista. Yhteenlaskumenetelmässä varaudutaan siihen, että valun ja työstön toleranssit kumuloituvat mahdollisimman epäedullisella tavalla. Mikäli työstettävän aineen Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 26 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök määrää halutaan vähentää, tilaajan on hyvä pyytää valimon arvio nimellismittojen kohtuullistamisesta ja erilaisiin kappaleen muotoihin sovellettavista geometrisista toleransseista. Tämän jälkeen valun puhdistetun tilan mitat määritellään suoraan erillis‐ tai yhdistelmäpiirustukseen. Yhteenlaskumenetelmän soveltaminen a) Ulkopuolinen mitallinen elementti (ei porrasmitta): Valun nimellismitta (dC) lasketaan lisäämällä valmiiksi työstetyn muodon ylempään rajamittaan (dMmax) työstövara (tRMA) kaksinkertaisena sekä sen lisäksi valun muototoleranssi (tGCT) kokonaisena, puolet valun mittatoleranssista (tDCT) ja työstetyn muodon geometrinen muototoleranssi (tGMT). Mikäli työstetylle mitalle on asetettu verhopintavaatimus (E), sen geometrista muototoleranssia (tGMT) ei lisätä. eli ilman verhopintavaatimusta: dC = dMmax + 2tRMA + tGCT + ½tDCT + tGMT tai verhopintavaatimuksen kanssa: dC = dMmax + 2tRMA + tGCT + ½tDCT b) Sisäpuolinen mitallinen elementti: Valun nimellismitta (dC) lasketaan vähentämällä valmiiksi työstetyn muodon alemmasta rajamitasta (dMmin) työstövara (tRMA) kaksinkertaisena sekä sen lisäksi valun muototoleranssi (tGCT) kokonaisena, puolet valun mittatoleranssista (tDCT) ja työstetyn muodon geometrinen muototoleranssi (tGMT). Mikäli työstetylle mitalle on asetettu verhopintavaatimus (E), sen geometrista muototoleranssia (tGMT) ei vähennetä. eli ilman verhopintavaatimusta: dC = dMmin – 2tRMA – tGCT ‐ ½tDCT – tGMT tai verhopintavaatimuksen kanssa: dC = dMmin – 2tRMA – tGCT ‐ ½tDCT c) Porrasmitta: Valussa olevan porrasmaisen, työstettävän muodon pintojen välinen nimellismitta lasketaan vähentämällä valmiiksi työstetyn muodon nimellismitasta (dM) valun tasomaisuustoleranssi (tGCT) kokonaisena ja lisäämällä erotukseen puolet valun mittatoleranssista. dC = dM – tGCT + ½tDCT Kumpaankin työstettävään pintaan lisätään työstövara (tRMA). d) Paikkatoleroitu mitallinen elementti suhteessa tasomaiseen pintaan: Valussa olevan paikkatoleroidun mitallisen elementin ja tasopinnan välinen teoreettisesti tarkka (TED) mitta lasketaan lisäämällä valmiiksi työstetyn muodon teoreettisesti tarkkaan mittaan valetun pinnan muototoleranssi (tGCT) kokonaisena, puolet karkeakoneistetun tilan muototoleranssista (tGMT) sekä työstövara (tRMA). TEDC = TEDM + tGCT + ½tGMT + tRMA Valun mittatoleranssia (tDCT) ei huomioida, koska mittatoleransseja ei yleisesti ottaen kohdisteta teoreettisesti tarkkoihin mittoihin. Mitallisen elementin nimellismitta puhdistetun valun tilassa määritetään, kuten edellä on esitetty. Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 27 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök e) Kahden paikkatoleroidun mitallisen elementin välinen etäisyys: Paikkatoleroitujen mitallisten elementtien välinen teoreettisesti tarkka mitta pysyy muuttumattomana. Mitta on sama valmiiksi työstetyssä, osittain työstetyssä ja puhdistetun valun tilassa. Mitallisen elementtien nimellismitat puhdistetun valun tilassa määritetään, kuten edellä on esitetty. Kuva 17.Esimerkki valmiiksi työstetyn tilan vaatimuksista. Kuvannot eivät ole täydellisiä. Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 28 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Esimerkki 1: Ulkopuolinen mitallinen elementti Edellä olevassa kuvassa (Kuva 17) on osa valuteräksestä valmistettavan venttiilipesän mitoitusta. Kappaletta on tarkoitus valaa piensarja käsin kaavattuna hiekkavaluna kemiallisesti sidottuun hiekkaan. Mittatoleranssiasteeksi valitaan tällöin DCTG 13 ja geometriseksi toleranssiasteeksi GCTG 7. Työstövara‐asteeksi valitaan RMAG H, jolloin työstövara on suurimman kokonaismitan (340 mm) perusteella 5 mm. Kuvaan on merkitty neljä ulkopuolista mitallista elementtiä. Nämä ovat kaikkien kolmen laipan ulkohalkaisija (200 mm) ja kahden yhdensuuntaisen laipan välinen etäisyys (340 mm). Verhopintavaatimusta ei ole merkitty. Lasketaan aluksi laipan ulkokehän nimellismitta muotilla valmistetun kappaleen puhdistetussa tilassa. Ulkokehän ylempi rajamitta on 200,5 mm. Geometrinen sama‐akselisuustoleranssi tälle mitalle on 7 mm, kun sovelletaan toleranssiastetta GCTG 7. Sama‐akselisuus on määrätty laipan keskellä olevaan reikään peruselementeillä A ja B. Mittatoleranssiksi tulee 11 mm, kun sovelletaan toleranssiastetta DCTG 13. Työstövaraksi valittiin 5 mm. Ulkohalkaisijan nimellismitta on tällöin: dC = dMmax + 2tRMA + tGCT + ½tDCT + tGMT = 200,5mm + 2 x 5mm + 7 mm + ½ x 11 mm + 0,1 mm = 223,1 mm ≈ 223 mm eli lisämitta säteen suunnassa: ½ x (223 mm ‐ 200 mm) = 11,5 mm Yhdensuuntaisten laippojen välisen etäisyyden laskennassa käytetään ylempää rajamittaa 340,5 mm, astetta DCTG 13 vastaavaa mittatoleranssia 12 mm ja työstövaraa 5 mm. Laipoille on merkitty peruselementillä B symmetrisyystoleranssi kuvannon suunnassa ylhäällä olevan laipan keskellä olevaan reikään. Toleranssiastetta GCTG 7 ja mittaa 340,5 mm vastaava symmetrisyystoleranssi on 7 mm. Näillä arvoilla laippojen välisen etäisyyden nimellismitta on muotilla valmistetun kappaleen puhdistetussa tilassa: dC = dMmax + 2tRMA + tGCT + ½tDCT + tGMT = 340,5 mm + 2 x 5 mm + 7 mm + ½ x 12 mm + 0,1 mm = 363,6 mm ≈ 364 mm eli kumpaankin pintaan lisättävä mitta: ½ x (364 mm – 340 mm) = 12 mm Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 29 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Esimerkki 2: Ulkopuolinen mitallinen elementti Jos edellä olevan esimerkin 1 tuotetta valmistetaan kuorimuottikaavauksena suuri, esimerkiksi 10 000 kappaleen sarja, mittatoleranssiaste, geometrinen toleranssiaste ja työstövara‐aste voidaan valita pienemmiksi. Valitaan asteet DCTG 10, GCTG 6 ja RMAG G. Toleranssiastetta DCTG 10 vastaava mittatoleranssi on laipan halkaisijalle 4 mm ja laippojen väliselle etäisyydelle 4,4 mm. Laipan ulkohalkaisijan geometriseksi sama‐akselisuustoleranssiksi saadaan taulukosta 4,5 mm ja laippojen välisen etäisyyden symmetrisyystoleranssiksi 4,5 mm, kun sovellettavana on geometrisen toleranssin aste GCTG 6. Työstövara‐astetta RMAG G ja mittaa 340 mm vastaava työstövara on 3,5 mm. Laipan ulkohalkaisijan nimellismitaksi muotilla valmistetun kappaleen puhdistetussa tilassa saadaan näillä arvoilla: dC = dMmax + 2tRMA + tGCT + ½tDCT + tGMT = 200,5 mm + 2 x 3,5 mm + 4,5 mm + ½ x 4 mm + 0,1 mm = 214,1 mm ≈ 214 mm Laippojen välisen etäisyyden nimellismitaksi muotilla valmistetun kappaleen puhdistetussa tilassa saadaan näillä arvoilla: dC = dMmax + 2tRMA + tGCT + ½tDCT + tGMT = 340,5 mm + 2 x 3,5 mm + 4,5 mm + ½ x 4,4 mm + 0,1 mm = 354,3 mm ≈ 354 mm Esimerkki 3: Sisäpuolinen mitallinen elementti Edellä olevan kuvan (Kuva 17) esimerkissä on kolme sisäpuolista mitallista elementtiä. Elementit ovat laippojen keskellä olevat reiät halkaisijaltaan 110 mm. Kappaletta on tarkoitus valaa piensarja käsin kaavattuna hiekkavaluna kemiallisesti sidottuun hiekkaan, kuten esimerkissä 1. Mittatoleranssiaste on tällöin DCTG 13 ja geometrinen toleranssiaste GCTG 7. Työstövara‐aste on RMAG H ja työstövara suurimman kokonaismitan (340 mm) perusteella 5 mm. Verhopintavaatimusta ei ole merkitty. Reikien alempi rajamitta on 109,5 mm. Kuvannon suunnassa kappaleen päällä olevan laipan keskellä olevaan reikään kohdistuu kohtisuoruusvaatimus laipan yläpinnan kanssa. Sivuilla oleviin reikiin kohdistuu symmetrisyystoleranssi ja paikkatoleranssin kautta muodostuva yhdensuuntaisuuden vaatimus. Geometrinen symmetrisyys‐ ja yhdensuuntaisuustoleranssi tälle mitalle on 4,5 mm, kun sovelletaan toleranssiastetta GCTG 7. Mittatoleranssiksi tulee 10 mm, kun sovelletaan toleranssiastetta DCTG 13. Laipoissa olevien reikien sisähalkaisijan nimellismitta puhdistetussa tilassa on tällöin: dC = dMmin ‐ 2tRMA ‐ tGCT ‐ ½tDCT ‐ tGMT = 109,5 mm ‐ 2 x 5 mm – 4,5 mm ‐ ½ x 10 mm ‐ 0,1 mm = 89,9 mm ≈ 90 mm eli säteen suunnassa lisätään ainepaksuutta: ½ x (110 mm ‐ 90 mm) = 10 mm Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 30 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Esimerkki 4: Paikkatoleroitu mitallinen elementti suhteessa tasomaiseen pintaan Edellä olevan kuvan (Kuva 17) esimerkissä on yksi tasopinnan ja mitallisen elementin välinen paikkatoleroitu mitta. Se on työstetyn peruselementin C ja kappaleen sivulla olevan laipan keskellä olevan työstetyn reiän välinen teoreettisesti tarkka mitta 145 mm. Kappaletta on tarkoitus valaa piensarja käsin kaavattuna hiekkavaluna kemiallisesti sidottuun hiekkaan, kuten esimerkissä 1. Mittatoleranssiaste on tällöin DCTG 13 ja geometrinen toleranssiaste GCTG 7. Työstövara‐aste on RMAG H ja työstövara suurimman kokonaismitan (340 mm) perusteella 5 mm. Geometrisista toleransseista sovelletaan standardin SFS‐EN ISO 8062‐3 taulukossa 4 olevia tasomaisuustoleransseja. 200 mm halkaisijaisen laipan tasomaisuustoleranssi on tästä taulukosta poimittuna 3 mm, kun sovellettava toleranssiaste on GCTG 7. Karkeakoneistetun tilan tasomaisuustoleranssia ei ole merkitty. Sen soveltuvaksi arvoksi voi ottaa esimerkiksi 0,25 mm. Reiän ja tasopinnan välinen teoreettisesti tarkka mitta on valun puhdistetussa tilassa tällöin: TEDC = TEDM + tGCT + ½tGMT + tRMA = 145mm + 3mm + ½ x 0,25 mm + 5 mm = 153,125mm ≈ 153mm Yhteenlaskumenetelmän ongelmia Yhteenlaskumenetelmää käyttäen päädytään huomattavan suuriin valun nimellismittoihin. Siitä huolimatta on mahdollista, että valuaihiosta ei saa työstettyä koneensuunnittelijoita tyydyttävää kappaletta. Yhteenlaskumenetelmän suurin ongelma on, että se ei huomioi ensimmäisissä tekstikappaleissa esitettyjä valumateriaalin kutistumisesta, työkalujen kulumisen, kosteuden tai lämpötilan vaihteluiden aiheuttamia mittamuutoksia eikä muotin rakenteen aiheuttamia epätarkkuustekijöitä muuten kuin yleisinä nimellismittojen lisäyksinä. Luetellut epätarkkuustekijät saa paremmin hallintaan, kun ne tunnistaa valukappaleen rakenteesta ja toleroi täsmällisesti valuaihion valmistajaa varten. Seuraavilla, esimerkkilaskelmissa käytetystä kappaleesta laadituilla kuvilla (Kuva 18 ‐ Kuva 21) pyritään yhden esimerkin kautta selventämään koneistettavan valuaihion tarkkuuteen vaikuttavia tekijöitä. Esimerkissä on keerna asettunut hiukan vinoon asentoon muotin kokoamisen aikana. Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 31 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök a)
b)
Kuva 18.Vasemmalla olevassa kuvassa a) on keerna asetettu epähuomiossa hiukan vinoon asentoon alamuotissa oleviin keernansijoihin. Kuvassa b) keerna on suorassa ja oikein asetettu. Ero on tuskin huomattavissa. Kuva 19.Kappale, joka on poistettu muotista, jossa keerna on ollut vinossa asennossa. Kappaletta ei ole vielä puhdistettu muuten kuin poistamalla muotti‐ ja keernahiekka pintapuhdistuksen keinoin. Keernan virheasento on aiheuttanut ongelmia muotin sulkeutumisessa, jolloin jakopinnalle ja keernakantoihin on muodostunut runsaasti pursetta. Kuva 20.Edellisen kuvan kappale valmiiksi puhdistettuna. Jakopintaa ei ole runsaasta ja paksusta purseesta johtuen saatu puhdistettua kovin siistiksi. Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 32 www.valuatlas.fi ‐ ValuAtlas – Suunnittelijan perusopas – Tuula Höök Kuva 21.Kun työstettävää muotoa sovitetaan valuaihioon, jää mietittäväksi haetaanko sovitusta sisäpuolisten vai ulkopuolisten muotojen perusteella. Tässä esimerkissä työstettävä muoto on sovitettu sisäpuolisten, keernalla muotoutuneiden muotojen perusteella. Tällöin huomataan, että seinämänpaksuudesta ei saa kaikkialta suunnitellun mukaista. Laipan paksuus vaihtelee ja työstettävää ainetta on huomattavan paljon. Esimerkkikuvien tapauksessa olisi ollut ehkä mahdollista selvitä pienemmillä työstettävän aineen paksuuksilla, jos valuaihioon eli kappaleen puhdistettuun tilaan olisi toleroitu keernan asetustarkkuus ja valun nimellismitat olisi laskettu sen perusteella. Parhaaseen lopputulokseen päästään, jos keernan asetustarkkuus ja muutkin olennaiset valun tarkkuuteen vaikuttavat tekijät huomioidaan valutuotteen suunnittelussa, esimerkiksi työstettävien osien peruselementtien valinnassa. Standardisarja SFS‐EN ISO 8062 suosittelee käyttämään keernoilla, etenkin suurikokoisilla ja/tai pisimmillä keernoilla valmistettuja muotoja ensisijaisina peruselementteinä. Esitetystä esimerkkitapauksesta voi päätellä tämän olevan hyvä lähtökohta. Muokattu 13.1.2015 ‐ Valukappaleiden geometrinen tuotemäärittely ‐ 33