DENEY Kum ve Metal Kalıba Döküm ve Döküm Simülasyonu 4 Doç.Dr. Ahmet ÖZEL, Yrd.Doç.Dr. Mustafa AKÇİL, Yrd.Doç.Dr. Serdar ASLAN

Transkript

1 DENEY NO Kum ve Metal Kalıba Döküm ve Döküm Simülasyonu 4 Doç.Dr. Ahmet ÖZEL, Yrd.Doç.Dr. Mustafa AKÇİL, Yrd.Doç.Dr. Serdar ASLAN Deney aşamaları Tahmini süre (dak) 1) Ön bilgi kısa sınavı 30 2) Kalıplama ve Döküm hakkında teorik bilgi 30 3) Kalıplama ve döküm ile ilgili video gösterimi 30 4) Kum kalıbın hazırlanması 20 5) Metal kalıbın hazırlanması 6) Alaşım hazırlama 7) Ergitme 50 8) Temizleme ve gaz giderme 9) Kum ve metal kalıba döküm ) Kalıbı bozma 11)Döküm parçasının kontrolü 12) Döküm simülasyonu 20 TOPLAM TEORİK BİLGİLER Metalik malzemelerin dökümü, istenen bir şekli elde etmek için, seçilen metal veya alaşımın ergitilmesi ve şeklin negatifi olan kalıp boşluğuna dökülmesi olarak tanımlanabilir. İstenen özelliklere sahip sağlam bir döküm elde etmek için beş ana ilke göz önünde tutulur: a) Seçilen döküm yöntemine göre kalıp ve maça hazırlama özelliklerinin belirlenmesi ve kontrolü, b) İstenen alaşımın hazırlanması, uygun ergitme ünitesinin seçimi, ergitme ve gerekli uygulamaların (gaz giderme, modifikasyon, aşılama vb.) yapılması, c) Sıvı metalin kalıba uygun şekilde ve akışkanlıkta girişinin sağlanması, d) Çekirdeklenme, katılaşma ve dolayısıyla döküm yapısının kontrolü, e) Katılaşan metaldeki büzülmeyi karşılayacak sıvı metalin uygun şekilde beslenmesi.

2 Döküm Yoluyla Şekil Vermenin Avantajları : Metallere şekil vermenin değişik yolları vardır; döküm, mekanik şekillendirme, talaşlı imalat, kaynak vb. Döküm yoluyla şekil vermenin avantajları aşağıdaki şekilde sıralanabilir: a) İçten ve dıştan girift ve karışık olan şekiller döküm yoluyla elde edilebilir. Talaş kaldırma, kaynak vb. işlemlere ya çok az yada hiç ihtiyaç olmayabilir. b) Konstrüksiyonda basitlik kazandırır, istenen şekiller tek parça halinde elde edilebilir. c) Büyük miktarda seri üretime uygun olup çok sayıda parça kısa zamanda elde edilebilir. d) Bazı alaşımların döküm halindeki özellikleri tercih edilir. Örneğin dökme demirlerin işlenebilme ve titreşim söndürme kabiliyeti gibi. Ayrıca dökümlerde yön itibariyle üniform özellik dağılımı da önemlidir. Bazı metal veya alaşımlar (dökme demirler) ise metalurjik özellikleri nedeniyle sadece döküm yoluyla şekillendirilebilirler. e) Büyük pompa muhafazaları, büyük ring veya valfler gibi üretimi zor veya ekonomik açıdan imkansız olan büyük şekiller döküm yoluyla elde edilebilirler. f) Döküm işlemi diğer şekil verme yöntemleri veya işlemlerine göre daha ekonomiktir. Tablo.1 : Başlıca döküm alaşımları. ALAŞIM GURUBU ALAŞIM TİPLERİ ALAŞIM ELEMENTLERİ Dökme Demirler Gri Dökme Demir, Beyaz Dökme Demir, Temper Dökme Demir, Küresel Grafitli C, Si, P, Ni, Cr, Mn Dökme Demir, Silindirik Grafitli Dökme Demir Çelikler Karbon çelikleri, Az alaşımlı çelikler, Yüksek C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo alaşımlı çelikler, Paslanmaz çelikler,takım çelikleri, Maraging çelikleri, Bakır Alaşımları Pirinçler(Yüksek mukavemetli pirinçler), Pb, Ni, Al, Fe, Mn, Si Çeşitli Bronzlar (Al ve Si bronzları) Aluminyum Alaşımları Kum kalıba, metal kalıba ve Basınçlı Si, Cu, Mg, Mn, Zn,Ni döküme uygun laşımlar Mağnezyum Alaşımları Kum kalıba, metal kalıba ve Basınçlı döküme uygun laşımlar Al, Zn, Zr, Mn ve Nadir Toprak elementleri Çinko Alaşımları Basınçlı döküme uygun alaşımlar Al, Mg, Cu Nikel Alaşımları Yüksek sıcaklığa dayanıklı ve korozyon Ti, Cr direnci yüksek alaşımlar Diğerleri Kurşun ve Kalay esaslı alaşımlar (özellikle yatak alaşımları) Isı, korozyon ve aşınma direnci için kobalt esaslı alaşımlar, kalıcı mıknatıs alaşımları, Diğer yüksek sıcaklık ve korozyon direnci gösteren alaşımlar Sn, Pb, Sb, Cu, Cr, Ni, Mo, Co W,Nb, Fe, Co, Ni, Al, Ti, Cr, Mo

3 2. DENEYİN YAPILIŞI: 2.1-) Deneyde Kullanılan Malzemeler : Deneyde aşağıdaki bileşime sahip Al-Si alaşımı kullanılacaktır. Deney yöntemi kum ve metal kalıba döküm yöntemidir )Alaşımın bileşimi; ) Alaşım Hazırlama: ELEMENT Oran (%) Al Si Cu Ni Mg Fe Zn Mn Ti Cr Al-Si denge diyagramına (Şekil 1) göre bu alaşım ötektik bileşime sahiptir ve ergime sıcaklığı yaklaşık 620 C civarındadır. Ergitilecek alaşım pota içerisine yerleştirilir ve fırında bu sıcaklığa ısıtılarak ergitilir. Alüminyum alaşımlarında gaz gidermede kullanılan çeşitli yöntemler mevcuttur. Dökümhane uygulamalarında en çok kullanılan yöntem hekzakloretan (C2Cl6) tabletlerinin kullanımıdır. Bu tabletler ergimiş alüminyum içerisinde çözünerek AlCl3 gazını oluşturur. AlCl3 gaz taneciklerinin ergimiş alüminyum içerisinde yükselirken alüminyum içerisindeki hidrojen gazını toplar ve bunları metal yüzeyinde serbest hale geçirir.

4 2.2-) Döküm İşlemleri: Dökülmek istenen parçanın bir plaka üzerine yerleştirilmiş modeli alt ve üst derece arasına yerleştirilerek derecelerin arasında vidalar sıkılır ve modelin sabitlenmesi sağlanır. Besleyici, yolluk ve çıkıcılar model üzerine yerleştirildikten sonra üst derece kum ile doldurularak sıkıştırılır. Dereceler ters çevrilerek alt derecede benzer şekilde kum ile doldurularak sıkıştırılır. Daha sonra besleyiciler kum kalıp içerisinden çıkarılır, derecelerin vidaları sökülerek model plakasından ayrılır ve dökümün yapılacağı kalıp boşluğu elde edilmiş olur. Döküm işlemine geçmeden önce kalıp boşluğu içerisine kömür tozu serpilir. Bu kömür tozu döküm sırasında yanarak kum ve ergimiş metal arasında bir film tabakası oluşturur. Bu tabaka kalıp kumunun metal üzerine yapışmasını önleyecektir. Bu işlemlerden sonra dereceler tekrar kapatılarak kalıp döküme hazır hale getirilir. Diğer taraftan pota içerisinde ergitilen alaşım fırından çıkarılarak üzerine bir miktar gaz giderici konulur ve sıvı metal bir grafit çubuk ile karıştırılır. Oluşan cüruf bir kaşık ile metal yüzeyinden toplanarak döküm işlemine geçilir. Deneyin sonunda hatasız bir döküm elde etmek için şu noktalara dikkat edilmelidir: a) Alt ve üst dereceler iyice sıkılarak döküm sırasında mala yüzeyinden metal sızmasına izin verilmemelidir, b) Döküm işlemi bir kerede ve kesintisiz olarak tamamlanmalıdır. Aksi halde önce dökülen kısım daha önce katılaşacağından döküm parçada katmer denilen hataya sebep olacaktır. c) Potaya gaz giderici ilavesi yapıldıktan sonra iyi bir karıştırma sağlanmalıdır. Ergimiş metal içerisindeki gaz tamamıyla giderilmediği takdirde dökümde gözenekler ve boşluklar oluşacaktır. Döküm işlemi tamamlandıktan sonra kalıp soğumaya bırakılır. Kalıbın soğuması tamamlandıktan sonra döküm parça kalıptan çıkarılarak yolluk ve besleyici uzantıları kesilir. Yüzeye gereken hassasiyet taşlama ile verildikten sonra parça kullanıma hazır hale getirilir. 3. DÖKÜM SİMÜLASYONU: Döküm simülasyonu, kısaca döküm boşluğuna sıvı metalin dolumu ve sıvı metalin katılaşmasının bilgisayar ortamında modellenmesi olarak tanımlanabilir. Döküm simülasyonları yöntem olarak sonlu elemanlar (F.E.M.) ve sonlu farklar yöntemlerine (F.D.M.) dayanır. Her iki yöntemde sağlıklı simülasyon sonuçlar elde edilmesi için birlikte kullanılabildiği gibi ayrı kullanımları da mevcuttur. Belirlenen her bir eleman için gerekli matematiksel fonksiyonların çözümleri yapılır, karşılaştırılır ve sonuçları mantıksal veriler halinde kullanıcının ekranına yansıtılır. Bu iki yöntem arasındaki temel fark kullandıkları elemanlardır.

5 Sonlu farklar metodu (FDM) dikdörtgensel elemanlar kullanır ve ısı transferi problemlerinin bölgesel olarak her bir düğüm(node) noktası için çözer. Sonlu elemanlar metodu ise (FEM), değişken biçimli elemanlar kullanır ve eş zamanlı eşitlikler halinde bütünsel (global) çözümler üretir. Her iki yöntem de; ısı transferi, çekinti, yoğunluk değişimi ve bunlarla bağıntılı kriterlerin hesaplanmasında birlikte kullanılır. Sonlu farklar metodu (FDM) daha etkindir çünkü bölgesel çözümler sayısal olarak daha az yoğunlukta eşitlik çözümü içerir. Ancak sonlu elemanlar yönteminin (FEM) eş zamanlı eşitlikleri de bazı uygulamalarda avantaj sağlar. Ayrıca sonlu elemanlar, örnek hacmi tamamen temsil edecek şekilde hacmi doldurabilir. Bilgisayar modellemesinin amacı: -Döküm hatalarının önemli bir bölümü, sıvı metalin kalıba doluşu ve katılaşması esnasında meydana gelir. Yolluk tasarımın akış analizi ile sıvı metalin yolluk kanallarında ilerleyişi, döküm boşluğunu doldurma şekli incelenerek ortaya çıkacak muhtemel hataların önceden tespit edilmesi, -Katılaşma esnasında meydana gelen çekintilerin ve mikroporozitelerin incelenmesi, -Değişik koşullarda katılaşmayı simüle ederek uygun döküm pozisyonu seçilmesi, -Besleyicili dökümlerde besleyicinin yerleştirileceği konum ve besleyici boyutlarının hesaplanması ve optimize edilmesi,

6 -Basınçlı dökümde yolluk girişinin konumu ve kesit kalınlığının belirlenmesi, Havalandırma kanallarının ve taşma ceplerinin yerlerinin belirlenmesi, Farklı işlem değişkenlerinin ürün kalitesine etkisinin incelemesi, Son olarak da, öngörebilmenin avantajlarından yararlanarak, deneme-yanılma maliyetinden ve zamanından tasarruf sağlayabilmesidir. 4. İSTENENLER: - Kum ve metal kalıba döküm işlemlerinin işlem adımları ve parametrelerini göz önüne alarak karşılaştırılması. -Bir dökümhanede bulunması gereken cihaz ve teçhizatları dökümhane yerleşim planında gösteriniz. Çalışan bir dökümhane planlayınız 5. KAYNAKLAR: - Döküm Teknolojisi, Doç.Dr. Ergin N. Çavuşoğlu. - Principles of Metal Casting, Richard W. Heine. - Metals Handbook, ASM