Ruiskuvalumuotin lämpökuvaus ja pinnoittaminen
Miettinen, Tommi (2010)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2010062112416
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2010062112416
Tiivistelmä
Tämän työn aiheena oli ruiskuvalukoneen muotin pinnoittaminen ja sen lämpö-kuvaaminen. Työn tarkoituksena oli löytää muotille optimaalinen pinnoite, jotta sitä pystyttäisiin kuvaamaan lämpökameralla paremmin ja tutkimaan lämpökuvien avulla muotin lämpötilajakaumia ruiskuvaluprosessin eri vaiheissa. Ruiskuvalumuotin lämpökuvaaminen ja kunnollisten lämpökuvien saaminen on ollut hankalaa varsinkin korkeissa lämpötiloissa, koska muotin metallipinta on kiiltävä. Muotin onnistuneen lämpökuvauksen avulla prosessista saataisiin arvokasta tietoa ja näin kehitettyä prosessia.
Muottiteräksen lisäksi pinnoitettavaksi materiaaliksi valittiin myös kuparia. Pin-noitusmenetelmiksi teräkselle päädyttiin valitsemaan termisiin ruiskutusmenetelmiin perustuva sinkkiruiskutus kaariruiskutusmenetelmällä, kuulapuhallus ja raepuhallus. Kuparin pinnoitusmenetelmissä taas päädyttiin kuulapuhallukseen, oksidointiin sekä kahteen edellä mainittuun yhdessä. Lisäksi mukana kokeessa olivat myös puhdas teräs ja kupari. Pinnoitusten teon jälkeen kappaleet siirrettiin kier-toilmauuniin, jossa niitä lämmitettiin lämpökuvausta varten. Uunia lämmitettiin tiettyihin lämpötiloihin ja kappaleista otettiin lämpökuva joka lämpötilassa. Kuvien ottamisen jälkeen ne siirrettiin tietokoneelle ja kappaleista selvitettiin niiden emissiivisyydet eri lämpötiloissa tietokoneohjelman avulla.
Saaduista emissiivisyysarvoista tehtiin taulukko sekä kuvaaja joista voitiin arvioida eri pinnoituksien soveltuvuutta ruiskuvalumuottiin lämpökuvausta ajatellen. Muottiin sopivalla pinnoitteella tuli olla ensisijaisesti korkea emissiivisyysarvo. Arvon täytyi olla korkea, koska pinnasta, jossa on korkea emissiivisyysarvo saa helpommin ja parempia lämpökuvia, kuin emissiivisyydeltään matalammasta. Parhaimmat emissiivisyydet käsitellyissä kappaleissa olivat teräskappaleista rae-puhalletulla ja kuparikappaleista kappaleessa jolle tehtiin sekä kuulapuhallus että oksidointi. Näistä kahdesta pinnasta kuparipinnalla oli paremmat emissiivisyysarvot. Raepuhalletun teräskappaleen paremmuus esimerkiksi kuulapuhallettuun nähden selittyy sen karkeammalla pinnalla. Tästä voidaan päätellä, että mitä karkeampi pinta kappaleessa on, sitä korkeampi siinä on emissiivisyys. Kuulapuhalletun ja oksidoidun kuparipinnan tapauksessa taas on nähtävissä kappaleen karkaisun aiheuttama emissiivisyyden nouseminen. Oksidointi taas aiheutti kuparikappaleen pinnan tummumisen, joka myös osaltaan nostaa sen emissiivisyyttä, koska tumma pinta säteilee vähemmän ympäristön lämpöä kuin esimerkiksi kiiltävä pinta.
Muottiteräksen lisäksi pinnoitettavaksi materiaaliksi valittiin myös kuparia. Pin-noitusmenetelmiksi teräkselle päädyttiin valitsemaan termisiin ruiskutusmenetelmiin perustuva sinkkiruiskutus kaariruiskutusmenetelmällä, kuulapuhallus ja raepuhallus. Kuparin pinnoitusmenetelmissä taas päädyttiin kuulapuhallukseen, oksidointiin sekä kahteen edellä mainittuun yhdessä. Lisäksi mukana kokeessa olivat myös puhdas teräs ja kupari. Pinnoitusten teon jälkeen kappaleet siirrettiin kier-toilmauuniin, jossa niitä lämmitettiin lämpökuvausta varten. Uunia lämmitettiin tiettyihin lämpötiloihin ja kappaleista otettiin lämpökuva joka lämpötilassa. Kuvien ottamisen jälkeen ne siirrettiin tietokoneelle ja kappaleista selvitettiin niiden emissiivisyydet eri lämpötiloissa tietokoneohjelman avulla.
Saaduista emissiivisyysarvoista tehtiin taulukko sekä kuvaaja joista voitiin arvioida eri pinnoituksien soveltuvuutta ruiskuvalumuottiin lämpökuvausta ajatellen. Muottiin sopivalla pinnoitteella tuli olla ensisijaisesti korkea emissiivisyysarvo. Arvon täytyi olla korkea, koska pinnasta, jossa on korkea emissiivisyysarvo saa helpommin ja parempia lämpökuvia, kuin emissiivisyydeltään matalammasta. Parhaimmat emissiivisyydet käsitellyissä kappaleissa olivat teräskappaleista rae-puhalletulla ja kuparikappaleista kappaleessa jolle tehtiin sekä kuulapuhallus että oksidointi. Näistä kahdesta pinnasta kuparipinnalla oli paremmat emissiivisyysarvot. Raepuhalletun teräskappaleen paremmuus esimerkiksi kuulapuhallettuun nähden selittyy sen karkeammalla pinnalla. Tästä voidaan päätellä, että mitä karkeampi pinta kappaleessa on, sitä korkeampi siinä on emissiivisyys. Kuulapuhalletun ja oksidoidun kuparipinnan tapauksessa taas on nähtävissä kappaleen karkaisun aiheuttama emissiivisyyden nouseminen. Oksidointi taas aiheutti kuparikappaleen pinnan tummumisen, joka myös osaltaan nostaa sen emissiivisyyttä, koska tumma pinta säteilee vähemmän ympäristön lämpöä kuin esimerkiksi kiiltävä pinta.