Kuten yllä on jo mainittu, generaattorin runkokappaleen yläpinta tulisi olla tasomainen ja vaatimustenmukaisesti sileä. Valmistamalla runkokappale levyosista hitsaamalla, ei tässä asiassa pitäisi ilmetä ongelmia. Valamalla valmistettuun runko-osan yläpintaan tulee jo-honkin kohtaan ainakin yksi jakopinta ja päästöistä johtuva tasomaisuuden heitto. Tämä ei kuitenkaan välttämättä ole ongelmallista, ja riippuukin täysin lämmönvaihtimen ja rungon välisestä tiivisteestä, tarvitseeko valettua osaa koneistaa yläpinnasta.
Staattoriin liittyvän sivulevyn reiän mitoitus ei vielä tätä työtä tehdessä ollut varmistunut ja on mahdollista, että reiän koneistetun liitospinnan pituus tulee kasvamaan. Valukappaletta on mahdollista muuttaa malleja muokkaamalla. Valumenetelmä sallii helpon materiaalin lisäämisen sinne missä sitä tarvitaan. Mittaa muutettaessa on muistettava huomioida myös toleranssien sekä vaadittavien työvarojen kasvu standardin SFS-EN ISO 8062-3:2007 mu-kaisesti. Valmistettaessa runkokappale hitsaamalla, joudutaan reikään hitsaamaan rengas-mainen lisäosa, jos ei koko sivulevyn paksuutta kasvateta. Tämä taas ei ole järkevää kap-paleen massan kasvun takia.
Hitsatun runkokappaleen kustannukset pysyvät kaiken aikaa samalla tasolla, poislukien tuotannon tehostuminen toimintatapoja parantamalla ja materiaalien hintavaihtelut. Valu-tuotannon aloittaminen vaatii investointeja, jotta saadaan valmistettua tarvittavat mallit, kaavauskehät, yms. Tämän jälkeen kustannukset jakautuvat koko syntyvälle tuotannolle tasaisesti. Sarjakoon kasvaessa yhteen tuotteeseen kohdistuvat kulut pienenevät.
Pintakäsittelytoimenpiteet eivät olennaisesti eroa hitsatun ja valetun rakenteen välillä. Suu-rehkon kappalekoon takia raesuihkupuhdistus on käytännössä ainoa mahdollinen menetel-mä runkokappaleiden pintapuhdistukseen ennen pintakäsittelyä. (Autere et al. 1986, .435-440)
5 JOHTOPÄÄTÖKSET
Tässä työssä esitetyt rakennemuutosehdotukset robotisoidulle hitsaukselle ovat hyvinkin tyypillisiä muutoksia, joiden avulla tuote tehdään paremmin soveltuvaksi robotisoidulle hitsaukselle. Käsinhitsattaessa hitsaaja aistii ja reagoi kappaleessa oleviin poikkeamiin.
Robottihitsausjärjestelmä ei tähän pysty ilman kallista adaptiivista järjestelmää. Tämän takia silloitetussa kappaleessa esiintyvät poikkeamat tulee poistaa mahdollisimman hyvin vakioimalla robotille menevä hitsattava kappale. Tähän liittyvät selkeät ohjeet osavalmis-tukseen ja silloittamiseen. Koska poikkeamia kuitenkin aina tapahtuu, on näihin osattava varautua käyttämällä sellaisia rakenteita, joissa virhe ei heti aiheuta suuria korjaavia toi-menpiteitä tai jopa työkappaleen hylkäämistä. On suosittava robotisoituun hitsaukseen so-veltuvia liitosmuotoja, kuten T-liitosta ja pienahitsejä.
Valettu kappale houkuttelee ominaisuuksillaan, joita hitsattu rakenne ei pysty tarjoamaan ilman suuria kustannuksia. Rakenteiden muotoileminen lähes vapaasti tarjoaa mahdolli-suuksia, mutta samalla valamiseen liittyy suuri erikoisosaamisen tarve. Nämä asiat tasapai-nottelevat keskenään ja ilman asiantuntevaa apua valettavaksi suunniteltu kappale voi tulla hyvinkin kalliiksi kokeiluksi. Onkin ensisijaisen tärkeää olla yhteydessä valimoon jo tuot-teen suunnitteluvaiheessa, mitä painotetaan kirjallisuudessa paljon.
Jos mietitään robotisoitua hitsausta ja valamista, on molemmille valmistusmenetelmille tyypillistä, että käytettävissä oleva laitteisto ratkaisee käytetyt lopulliset rakenneratkaisut ja niiden soveltamisen onnistumisen. Näin ollen onkin mahdotonta laittaa valmistusmenetel-miä ehdottomaan paremmuusjärjestykseen. Jos kuitenkin leikitellään ajatuksella, niin pro-totyypin valmistukseen hitsaaminen tuntuisi luonnolliselta vaihtoehdolta. Tekijöitä löytyy ja valmista kappaletta on mahdollista muokata jälkikäteen. Kun tuote on saavuttanut kehi-tyksessä sen pisteen, jossa seuraava askel olisi sarjatuotantokappaleen valmistus, voisi va-laminen olla tässä vaiheessa ensimmäinen vaihtoehto. Tuotteen kustannuksia voidaan vä-hentää oikeaoppisella valuteknisellä muotoilulla. Samalla tuotteen laatu paranee. Tuote voi muuttua tässä vaiheessa merkittävästikin verrattuna hitsattuun rakenteeseen. Onkin hyvä pitää mielessä molemmat valmistusmenetelmät tuotetta suunniteltaessa, ettei tahattomasti poisteta valmistusmenetelmien vaihtoehtoja.
Tässä vaiheessa voidaan todeta molempien valmistusmenetelmien sopivan hyvin kyseessä olevan sähkögeneraattorin runkokappaleen valmistukseen. Lopulliseen valintaan varmasti-kin vaikuttavat kappalekustannukset, joita saadaan valutuotteella pienennettyä sarjakoon kasvaessa. Todelliset säästöt kuitenkin riippuvat kappaleen valmistajista ja käytettävissä olevasta laitteistosta.
DFMA-menetelmän soveltamisen kannalta voidaan työtä pitää onnistuneena, koska kappa-leelle saatiin esitettyä muutosehdotuksia, jotka voisivat parantaa kappaleen valmistetta-vuutta. Jos lukijalle saatiin herätettyä ajatuksia valmistettavuuden huomioimisesta suunnit-telussa, on sekin merkki työn onnistumisesta. Valitettavasti työssä ei ole esittää mitään konkreettisia tuloksia mahdollisista parannuksista, vaan se tapahtuu jatkossa kohdeyrityk-sen omassa tuotannossa.
Jatkon kannalta olisi mielenkiintoista tutkia, kuinka paljon nykyaikaiset NC-koneet ovat pienentäneet mallikustannuksia valukappaleiden valmistuksessa, ovatko mallikustannukset enää niin rajoittava tekijä muottien valmistuksessa kuin vuosikymmeniä sitten ja onko nu-meerisesti ohjattujen koneiden avulla pystytty parantamaan valukappaleiden mittatarkkuut-ta merkittävästi.
6 YHTEENVETO
Työn tarkoituksena oli tutkia sähkögeneraattorin runkokappaleen valmistettavuutta MAG-hitsauksen ja valettavuuden kannalta. Työssä esitettiin molemmista valmistusmenetelmistä perusteoria. Runkokappaleeseen sovellettiin Design for Manufacturing and Assembly -menetelmää (DFMA), jonka pääperiaatteena on huomioida valmistettavuus- ja kokoonpan-tavuusnäkökulmat suunnittelussa.
Hitsauksessa otettiin huomioon robotisoitu hitsaus, joka vakioi hitsaustapahtuman, jolloin hitsaukseen liittyvät laatutekijät siirtyvät hitsausta edeltäviin työtapahtumiin. Tämä tarkoit-taa osavalmistuksen ja silloituksen suurta merkitystä hitsatun tuotteen laadussa. Rakenne-muutosehdotukset hitsatulle tuotteelle ovat perinteisiä robotisoiduksi tuotteeksi muutetta-van kappaleen muutoksia. Runkokappaleessa suositaan pienahitsejä sekä T-liitoksia, jotka ovat edullisia robotisoidulle hitsaukselle ja joissa ei ole hitsin läpipalamisriskiä.
Valuteknisessä tarkastelussa tutkittiin mahdollisia muutosehdotuksia runkokappaleen ra-kenteeseen. Työssä esitettiin joitakin valuteknillisiä muotoiluohjeita ja -sääntöjä, mutta niitä on paljon ja ne ovat usein ristiriitaisia. Muutosehdotuksia tehtiin näiden sääntöjen pohjalta, joita kirjallisuudesta helposti löytyy lisää. Muutosehdotukset ovat esitetty kohta kerrallaan ja niissä ei oteta kantaa kokonaismuutokseen, joka valukappaleelle mahdollisesti tehtäisiin. Valutekninen muotoilu ja valmistettavuuden huomioiminen vaativat erityis-osaamista, joka suurimmaksi osin on kokemusperäistä. Tämän takia yhteys valimoon tulisi ottaa mahdollisimman ajoissa tuotetta suunniteltaessa.
Myös alkuperäisen rakenteen valettavuutta pohdittiin ja ei varsinaisesti löydetty mitään estettä, joka tekisi valun mahdottomaksi. On kuitenkin varmasti valuteknisiä seikkoja, jot-ka huomioimalla valujot-kappaleen laatua voitaisiin parantaa.
Valmistusmenetelmien vertailu suoraan osoittautui hankalaksi, koska vaikka ne kilpaile-vatkin tässä tapauksessa keskenään, ovat niiden erityispiirteensä hyvin erilaiset. Molemmat valmistusmenetelmät soveltuvat hyvin sähkögeneraattorin runkokappaleen valmistukseen ja lopullinen valinta varmasti tapahtuu toteutuvien kustannuksien mukaan.
LÄHDELUETTELO
Ahola, H. 1988. MET Tekninen tiedotus 16/88: Automatisoidun kaarihitsauksen huomi-oonottaminen tuotteen suunnittelussa. Metalliteollisuuden Kustannus Oy. 45 s. ISBN 951-817-402-4.
Asanti, P. 1962. Valukappaleen suunnittelu I-II. Porvoo: Werner Söderström osakeyhtiö.
236 s.
Autere, E. & Ingman, Y. & Tennilä, P. 1982. Valimotekniikka I. Insinööritieto Oy. 415 s.
ISBN 951-793-538-2.
Autere, E. et al.1981. Valukappaleet - Rakennesuunnittelu, valumetallit ja valmistusmene-telmät. Tekninen tiedotus 5/81. Metalliteollisuuden Kustannus Oy. 152 s. ISBN 951-817-085-1.
Goecke, S. 2001. Tandem MIG/MAG Welding. Svetsaren 2-3/2001.
Höök, T. & Meskanen, S. & Orkas, J. & Tennilä, P. 2009. Suunnittelijan perusopas.
[verk-kodokumentti] [viitattu 23.11.2010]. Saatavissa:
http://www.valuatlas.fi/tietomat/koosteet/valukappaleensuunnittelu/index.html.
Höök, T. & Meskanen, S. & Niini, E. & Orkas, J. & Piha, O. & Tiainen, T. & Toivonen, P.
2010. Valimotekniikan perusteet. [verkkodokumentti] [viitattu 23.11.2010]. Saatavissa:
http://www.valuatlas.fi/tietomat/koosteet/valimotekniikanperusteet/index.html.
Ihalainen, E. & Aaltonen, K. & Aromäki, M. & Sihvonen, P. 2003. Valmistustekniikka. 10.
painos. Helsinki: Hakapaino Oy. 490 s. ISBN 951-672-333-0.
Keskinen, R. & Niemi, P. 2007. Muotinvalmistustekniikka. [verkkodokumentti] [viitattu
1.12.2010]. Saatavissa:
http://www.valuatlas.fi/tietomat/koosteet/muotinvalm_tao/index.html.
Kivioja, K. & Niemi, T. & Vehkalahti, J. 2007. Steelpolis hitsaa yhä lujempaa. Hitsaustek-niikka-lehti. Nro 4/2007, s. 44-45. ISSN 0437-6056.
Leino, K. & Meuronen, I. 1987. Hitsauskiinnittimen suunnittelu. Tekninen tiedotus 15/87.
Metalliteollisuuden Kustannus Oy. 84 s. ISBN 951-817-348-6.
Lepola, P. & Makkonen, M. 2001. Hitsaus ja teräsrakenteet. 3. painos. Porvoo: WS Book-well Oy. 559 s. ISBN 951-0-21573-2.
Linden, G. & Weman, K. 2006. MIG welding guide. Woodhead Publishing Ltd. 320 s.
ISBN 987-1855739475.
Lindroos, V. & Sulonen, M. & Veistinen, M. 1986. Uudistettu Miekk-ojan metallioppi.
Keuruu: Kustannusosakeyhtiö Otava. 841 s. ISBN 951-666-216-1.
Lohtander, M. 2002. Tutkimusraportti 34: DFM/DFMA - erään selluteollisuuden kom-ponentin muuttaminen valmistusystävällisemmäksi. Lappeenranta: LTKK digipaino. 33 s.
ISBN 951-764-676-3.
Lukkari, J. 1997. Hitsaustekniikka: Perusteet ja kaarihitsaus. Helsinki: Opetushallitus. 292 s. ISBN 951-719-469-2.
Meskanen, S. & Höök, T. 2010. Hiekkavalimon valimoprosessi. [verkkodokumentti] [vii-tattu 8.12.2010]. Saatavissa:
http://www.valuatlas.fi/tietomat/koosteet/valimoprosessi/index.html.
MET Raaka-ainekäsikirja 1. 2001. Muokatut teräkset. 3. uudistettu painos. Helsinki: Me-talliteollisuuden Kustannus Oy. 361 s. ISBN 951-817-751-1.
MET Raaka-ainekäsikirja 2. 2001. Valuraudat ja valuteräkset. 2. uudistettu painos. Helsin-ki: Metalliteollisuuden Kustannus Oy. 196 s. ISBN 951-817-757-0.
Meuronen, I. 1998. Tandem-MIG/MAG-hitsaus. Hitsaustekniikka-lehti. Nro. 6/98.
Niemi, P. 2008. jälkikäsittelytekniikka. [verkkodokumentti] [viitattu 8.12.2010]. Saatavil-la: http://www.valuatlas.fi/tietomat/koosteet/jalkikasittely_tao/index.html.
Niemi, P. 2009. Muotti- ja valutekniikka. [verkkodokumentti] [viitattu 1.12.2010]. Saata-vissa: http://www.valuatlas.fi/tietomat/koosteet/muottijavalu_tao/index.html.
Reiman, P. & Leino, K. 1987. Hitsauksen mekanisointi ja automatisointi - Laitehakemisto 1987. Tekninen tiedotus 21/87. Metalliteollisuuden Kustannus Oy. 29 s. ISBN 951-817-359-1.
SFS 2373. Hitsaus. Staattisesti kuormitettujen teräsrakenteiden hitsausliitosten mitoitus ja lujuuslaskenta. Helsinki: Suomen Standardisoimisliitto SFS. 38 s.
SFS-EN 1560. Valut. Valurautojen nimikejärjestelmä. Rautalajien tunnuksiin perustuvat nimikkeet ja numeeriset nimikkeet. Helsinki: Suomen Standardisoimisliitto SFS. 15 s.
SFS-EN 1563 + A1 + A2. 2006. Valut. Pallografiittivalurauta. Helsinki: Suomen Standar-disoimisliitto SFS. 49 s.
SFS-EN ISO 8062-3:2007. Geometrical Product Specifications (GPS). Dimensional and geometrical tolerances for moulded parts. Part 3: General dimensional and geometrical tolerances and machining allowances for castings. Helsinki: Suomen Standardisoimisliitto SFS. 30 s. Vahvistettu ja julkaistu englanninkielisenä.
Timings, R. L. & Wilkinson, S. P. 2000. Manufacturing Technology, Volume 2. 2. painos.
Pearson Education Singapore (Pte) Ltd. 414 s. ISBN 0-582-357977.
Turku, M. 2009. Robottihitsaustuotannon tehostaminen piensarjatuotannossa. Diplomityö.
Lappeenrannan teknillinen yliopisto, Konetekniikan osasto. 91 s.
Valukappaleet koneistuksen kannalta. 2002. Tampereen ammattiopisto &
Valimoinstituut-ti. [verkkodokumentti] [viitattu 2.12.2010] Saatavissa:
http://koulut.tampere.fi/materiaalit/valimo2/.
Veikkolainen, M. 1998. Hitsauksen robotisoinnin vaatimukset ja vaikutukset. Hitsaustek-niikka-lehti. Nro 6/98. s. 26-29.
Östberg, A. 1967. Valukappaleiden rakennesuunnittelu. Helsinki: Metalliteollisuuden Kus-tannus Oy. 267 s.
Alla on esitetty taulukoita standardista SFS-EN ISO 8062-3:2007. Standardi on englannin-kielinen ja käännöstyö on tässä työssä käännösvirheiden ja väärinkäsityksien pelossa jätet-ty tekemättä. On suositeltavaa hankkia ja lukea standardi kokonaisuudessaan.
Taulukko 1. Typical required machining allowance grades for raw castings (SFS-EN ISO 8062-3:2007, s. 14).
Taulukko 2. Required machining allowance (SFS-EN ISO 8062-3:2007, s. 8).
Pallografiittivalurautojen juoksevuus on jonkin verran heikompi kuin suomugrafiittivalu-rautojen. Useimmat valukappaleet valetaan siten, että pienin ulottuvuus on pystysuorassa.
Sula metalli virtaa tavallisesti kappaleen leveyssuunnassa joko yhdeltä tai kahdelta sivulta muotin onteloon. Pisin matka, jonka sula metalli joutuu juoksemaan, on yleensä puolet valukappaleen leveysmitasta. Taulukossa 3 esitetään seinämäpaksuussuosituksia pallogra-fiittivaluraudalle. (MET raaka-ainekäsikirja 2 2001, s. 122)
Taulukko 3. Pallografiittivalurautojen seinämäpaksuussuosituksia (MET raaka-ainekäsikirja 2 2001, s. 123).
Valukappaleen
leveysmitta mm 0…500 500….1000 yli 1000 Seinämäpaksuus
vähintään mm 5 8 12