Valaminen

Hiekkavalun muotteja

Valaminen eli valanta, myös valu, on esineiden valmistamista kaatamalla sulatettu raaka-aine muottiin, jossa se kovettuu haluttuun muotoon.

Sula aines täyttää muotin, jolta saamaansa muotoon valukappale jää kiinteydyttyään. Perinteisesti esineitä on valettu metallista, nykyisin myös muovista. Myös saviesineitä valmistetaan valamalla (savenvalanta).

Valamalla voidaan valmistaa huomattavan erikokoisia kappaleita. Metallivaluja tehdään gramman osista aina kymmeniin, jopa satoihin tonneihin saakka. Valamista käytetään sekä teollisten tuotteiden että taide-esineiden valmistuksessa.

Valuprosessit

Hiekkavalu

Hiekkavalu on vanha ja laajalti käytetty metalliesineiden valumenetelmä. Sitä käytetään sekä taidevalun että teollisuuden tarpeisiin, ja menetelmällä voidaan valmistaa esimerkiksi koriste- ja käyttöesineitä sekä työkaluja ja koneenosia.

Hiekkavalun muottihiekka on hienojakoista hiekka-sideaineseosta, joka toistaa yksityiskohdat hyvinkin tarkasti, hiekan raekoosta ja muotintäyttömenetelmästä riippuen. Tyypillinen sideaine on kemiallisesti kovettuva hartsi. Etenkin korkean sulamispisteen metalleja, kuten terästä valettaessa muottipinnat käsitellään maalaamalla ne tulenkestävällä peitosteella, jottei hiekka pala metalliin kiinni.

Ensimmäiseksi tehdään kappaleen malli. Malli on yleensä kaksiosainen, jotta muotin ala- ja yläpuolisko voidaan valmistaa erikseen. Malli valmistetaan esimerkiksi puusta, muovista, kevytmetallista tai vaikka styroxista mallin kulumiskesto- ja mittatarkkuusvaatimusten perusteella. Mallin tulee olla myös riittävän luja kestääkseen vääntymättä muotinvalmistuksessa ja varastoinnissa.

Mallinpuolisko on tyypillisesti kiinnitetty levyyn, jonka päälle asetetaan muotinvalmistusta eli kaavausta varten muottikehys. Kehys täytetään muottihiekalla, joka sullotaan sopivan tiiviiksi, usein täryttämällä. Yläpuoliskon muottikehykseen asetetaan ennen täyttöä myös valu- ja kaasukanavien mallit.

Toinen mahdollisuus on valmistaa muotti yksiosaisella mallilla. Tällöin muottikehys on täytettävä kahdessa vaiheessa, ja muottikehys on avattava mallin poistamista varten yläpuoliskonkin hiekan kovetuttua. Kertakäyttöinen styrox-malli voidaan polttaa pois avaamatta muottia.

Jos valukappaleesta halutaan ontto, valmistetaan muotin lisäksi hiekkasydän eli keerna, joka sekin kovetetaan ja tarvittaessa peitostetaan. Monimutkaisessa kappaleessa keernoja voi olla useita.

Muottihiekan kovetuttua muottipuoliskot irrotetaan malleista. Muotinosat peitataan, mahdolliset keernat asetetaan paikoilleen ja muotinpuoliskot kiinnitetään toisiinsa. Tämän jälkeen muottiin kaadetaan sula metalli. Valun jäähdyttyä muotti puretaan ja valukappale poistetaan.

Kipsivalu

Kipsivalulla valetaan pieniä ja yksityiskohtaisia metalliesineitä. Erityisesti kultasepänteollisuuden alalla se on lisännyt jatkuvasti suosiotaan kustannustehokkaana ja nopeana valmistusmenetelmänä. Esimerkiksi ylioppilaslyyra on valutuote.

Kipsivalun prosessi:

1. Muotoillaan malli valettavasta kappaleesta, esimerkiksi messingistä. Lisätään malliin valukanavat.
2. Tehdään vulkanointiprässillä kuminen negatiivi mallikappaleesta.
3. Negatiivilla tehdään tarvittava määrä vahamalleja.
4. Vahamalleista tehdään valupuu.
5. Valupuu sijoitetaan purkkiin, joka täytetään kipsillä.
6. Kipsin jähmetyttyä vaha sulatetaan pois vesihöyryllä.
7. Kipsi poltettaan kovaksi.
8. Onttoon kipsiin kaadetaan sula metalli joko tyhjö- tai epäkeskovalukoneessa.
9. Puretaan kipsi jähmettyneen metallikappaleen päältä.
10. Poistetaan metallikappaleista valukanavat ja tehdään viimeistelyhionnat ja pintakäsittelyt.

Tarkkuusvalu

Tarkkuusvalu keraamisella muotilla, jolla voidaan valaa pieniä ja yksityiskohtaisia metalliesineitä. Nykyisin sitä käytetään myös muun muassa autoteollisuudessa. Suurin ero tavalliseen valuun on se, että muotti kasvatetaan vahamallin pintaan.

Tarkkuusvalun prosessi:

1. Muotoillaan malli valettavasta kappaleesta, esimerkiksi vahasta tai messingistä. Jos käytetään messinkistä mallikappaletta siitä pitää tehdä vulkanointiprässillä kuminen negatiivi.
2. Negatiivilla tehdään tarvittava määrä vahamalleja.
3. Vahamalleista tehdään valupuu.
4. Lisätään valupuuhun valu- ja kaasukanavat, jotka voivat olla muun muassa muovia tai vahaa.
5. Valupuu kastetaan keraamiliemeen. Liemi koostuu hienojakoisesta tulenkestävästä jauheesta, sideaineesta sekä liuottimista ja lisäaineista.
6. Keraamiliemeen kastetun valupuun päälle ripotellaan zirkonihiekkaa ja molokiittia vuorotellen.
7. Valupuuta kastetaan keraamiliemeen 5 ‐ 8 kertaa, jotta kuoresta tulee riittävän luja. Muotin kuoren ollessa sopivan paksuinen, muotti kuivataan.
8. Sama toistetaan useita kertoja kunnes lopuksi voidaan lisätä tukimateriaali.
9. Tukimateriaalina voidaan käyttää puretuista keraamisista muoteista kertynyttä karkeaa rouhetta.
10. Sen jälkeen vaha sulatetaan kuoren sisältä nopeasti pois yli 500 asteessa.
11. Jäljelle jää ontto muotti. Lopuksi muotti lujitetaan sintraamalla se esimerkiksi 1000 asteessa ennen kuin sula metalli kaadetaan muottiin.
12. Rikotaan keraaminen valumuotti jähmettyneen metallikappaleen päältä.
13. Poistetaan metallikappaleista valukanavat ja tehdään viimeistelyhionnat ja pintakäsittelyt.

Harkkovalu

Harkkovalu on lähinnä terästehtaissa käytettävä epäjatkuva menetelmä, jolla valmistetaan suurehkoja aihioita (4–30 tonnia ja enemmänkin) jatkomuokattavaksi valssaamalla tai takomalla.

Harkkomuotti valmistetaan useimmiten valuraudasta. Muottiontelo on alaosastaan kapeampi, joten sulan kiinteytyminen etenee alhaalta ylöspäin. Harkon viimeksi jähmettyvään yläosaan jää huokoinen ja koostumukseltaan epätasainen vyöhyke, hukkapala, joka leikataan pois ennen jatkokäsittelyä. Harkkomuotin poikkileikkaus on yleensä ympyrä tai kulmistaan pyöristetty suorakulmio.

Harkkovalulla voidaan terästehtaassa tuottaa nopeasti pieniä erikoiseriä. Hyvin suurten taottavien tai valssattavien kappaleiden valmistus on aina aloitettava harkkoaihiosta.

Liukuvalu

Liukuvalulla tarkoitetaan jatkuvatoimista valuprosessia. Liukuvalua kutsutaan myös jatkuvavaluksi. Liukuvalulaitteistot koostuvat sulatusuunista, valu-uunista ja siinä olevasta jäähdytetystä kokillista, sekä vetolaitteistosta, millä jähmettynyt valanne vedetään hallitusti ulos kokillista.

Ensimmäiset kaupalliset ja toimivat jatkuvavalulaitteet kehitettiin teräksen valuun Neuvostoliitossa 1960-luvulla.

• Properzi-menetelmä (tai Conti-rod)

Sula metalli kaadetaan vesijäähdytetyn valupyörän valu-uraan, missä jähmettyminen tapahtuu. Valutuote on poikkipinnaltaan noin 100 mm x 100 mm epäsäännöllinen suorakaide. Yleensä laitteiston perään on integroitu sarjavalssain ja vetokoneita, joilla valutuote muokataan pyöreäksi, halkaisijaltaan 12 mm langaksi. Valulanka toimitetaan 3–5 tonnin kieppeinä jatkoprosesseihin.

Menetelmää käytetään yleisesti alumiinin ja kuparin valuun.

• Pystyvalu

Pystyvalumenetelmä kehitettiin Outokummun Porin tehtailla 1970-luvun alussa. Menetelmässä valusuunta on ylöspäin ja menetelmä on analoginen piikiteiden kasvattamissa käytetyn Czochralski-menetelmän kanssa. Valutuote on poikkimitaltaan 6–42 mm lanka, joka pakataan 3–5 tonnin kiepeiksi.

Menetelmää käytetään kuparin, sinkin, messingin ja kadmiumin valuun.

Painevalu

Painevalulle on tunnusomaista, että sula metalli johdetaan korkean paineen avulla suhteellisen suurella nopeudella kaksi- tai useampiosaiseen teräsmuottiin. Kyseessä on suurtuotantomenetelmä, jolla valmistetaan pienehköjä (<45kg), ohutseinämäisiä kappaleita ei-rautametalleista. Painevalumenetelmiä on kaksi, kuumakammio- ja kylmäkammiomenetelmä.

Valuvikoja

• Kaasukuplat
• Vetysairaus
• Keskustaonkalo
• Epätasainen raekoko
• Jaksorepeämät

Lähteet

• ValuAtlas Valuatlas (Tampereen teknillinen yliopisto, Valimoinstituutti sekä Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu).

Aiheesta muualla

• ValuAtlas
• Juutilan valimo, hiekkavaluun erikoistunut valimo (perustettu 1881)