Dökümün Temelleri. DeGarmo s Materials and Processes in

Transkript

1 Chapter 11: Dökümün Temelleri DeGarmo s Materials and Processes in Manufacturing

2 11.1 Malzeme İşlemeye Giriş Her ürün, üretilmeden önce bir dizi işlemden geçer. Tasarım Malzeme seçimi Süreç seçimi İmalat Muayene (kontrol) ve değerlendirme Geribildirim Malzeme işleme, bir malzemeyi istenilen miktarda Malzeme işleme, bir malzemeyi istenilen miktarda ve istenilen bir şekildeki ürüne dönüştüren bilim dalı ve uygulanan teknolojidir.

3 Üretim İşlemleri Dört temel üretim ailesi Döküm işlemleri Malzeme kaldırma işlemleri Deformasyon işlemleri Birleştirme işlemleri Bütün alternatifler ve limitler incelendikten sonra uygun üretim yöntemine karar verilmelidir.

4 Şekil Üretim İşlemleri Aile Alt Grup Harcanabilir kalıba döküm İşlem Kum kalıba döküm Kabuk döküm Aile Alt grup Mekanik işleme İşlem Tornalama Frezeleme Döküm Hassas döküm Delme Köpük model döküm Testere ile kesme Çok kullanımlı kalıba döküm Basınçlı döküm Kalıcı kalıba döküm Malzeme kaldırma Kimyasal aşındırma Elektropolisaj Şekil 11-1 Dört temel malzeme işleme ailesi, alt grupları ve tipik işlemleri. Geleneksel olmayan işleme Elektroerozyon Su jeti Lazer ışını

5 Şekil Üretim İşlemleri Aile Alt grup İşlem Dövme Aile Alt grup İşlem Oksi-gaz Sıcak kütlesel şekil verme Haddeleme Ark Ekstrüzyon Şekil değişimi Kaynak Plazma Tel çekme Lazer Soğuk şekil verme Radyal dövme Bükme Birleştirme Sert Lehimleme Lehimleme Direnç Derin çekme Yapıştırma Ayrık bağlayıcılar Şekil 11-1 Dört temel malzeme işleme ailesi, alt grupları ve tipik işlemleri. Mekanik birleştirme Birleşik bağlayıcılar Sıkı geçme Sıcak geçme

6 11.2 Döküme Giriş Döküm işlemi Uygun sıcaklığa kadar ısıtılarak, Malzeme eritilir. Bazen malzemenin kimyasal bileşenleri değiştirilir. Erimiş malzeme kalıba dökülür. Katılaşma Döküm ile çok karmaşık şekilli parçalar üretilebilinir.

7 Dökümün Avantajları Karmaşık şekilli parçalar Parçalar, oyuk bölümlere ve boşluklara sahip olabilir. Büyük parçalar İşlenmesi çok zor girift parçaları üretilmesi. Değişik kalıp malzemeleri kullanılabilinir. Kum, metal, veya seramik Ergimiş metalin kalıp içersine değişik sevk etme yöntemleri

8 Döküm İşleminin Esas Kademeleri Dökümün altı temel adımı 1. Kalıp, dökülecek parçanın şekline ve boyutuna uygun olarak üretilir. Çekme olayı göz ününde bulundurulur. Harcanabilinir veya kalıcı kalıp. 2. Ergitme işlemi Erimiş malzemenin uygun sıcaklık ve istenilen miktarda olmasını sağlar. 3. Ergimiş metalin, kalıba sevk edilme işlemi Ergimiş metal, erozyon ve hatalar en az olacak şekilde uygun bir hızla dökülür.

9 Dökümün Altı Temel Adımı 4. Katılaşma Kontrollü bir katılaşma, ürünün istenilen özellikte olmasını sağlar. Kalıplar, çekme kontrol edilebilecek şekilde tasarlanmalıdır. 5. Kalıptan çıkarma Döküm, kalıptan çıkarılır. Harcanabilinir kalıplar, dökümden parçalanarak ayrılırlar. Kalıcı kalıplar, parça çıkartılırken zarar görmeyecek şekilde tasarlanmalıdır. 6. Temizleme, bitirme, muayene işlemleri Ayırma çizgisinde biriken fazla malzeme işlenir. (talaş kaldırma)

10 11.3 Döküm Terminolojisi Model- Dökülecek parçanın yaklaşık bir kopyası Kalıp Malzemesi- Kalıp boşluğunu oluşturmak için modelin etrafında sıkıştırılan malzeme Derece- Kalıp içeriyini tutan rijit çerçeve Üst Derece- Modelin üst yarısı Alt Derece- Modelin alt yarısı Maça- Kalıp boşluklarına yerleştirilen ve kapladıkları Maça- Kalıp boşluklarına yerleştirilen ve kapladıkları kısımların dökümden sonra boşluk olarak çıkmasını sağlayan kum veya metal parçalar

11 Döküm Terminolojisi Kalıp Boşluğu- kalıp malzemesi ve maçaların kombinasyonu. Besleyici- büzülmeden oluşan hataları önlemek için ilave metal içeren kalıptaki ek boşluklar Yolluk- ergimiş metali, kalıba dağıtan kanal sistemi Döküm ağzı- ergimiş metali, dökme potasından alıp kalıp içinde kontrollü bir şekilde dağılmasını sağlayan yolluk kısmı. Düşey yolluk- yolluk sisteminin dikey kısmı Yatay yolluk- yatay kanallar Kapılar- kontrollü girişler

12 Döküm Terminolojisi Ayırma çizgisi- üst ve alt dereceyi ayırır. Koniklik- döküm parçasının kalıptan kolay çıkmasını sağlar. Döküm- hem işlemi hem de ergimiş metalin dökülerek katılaşma sonucu oluşan ürünü tanımlar. Şekil 11-2 Çeşitli kalıp bileşenlerini ve terminolojisini gösteren iki parçalı kum kalıp.

13 Bir Kalıp Kesiti Figure 11-2

14 11.4 Katılaşma Ergimiş malzeme katılaşarak son şeklini alır. Katılaşma sırasında döküm kusurları ortaya çıkar. Gaz porozite Büzülme Katılaşmanın iki aşaması Çekirdeklenme Tane Büyümesi

15 Çekirdeklenme Sıvı metalden kararlı çekirdekler oluşur. Çekirdeklenme, sıvıdan net bir enerji çıkışı olduğunda meydana gelir. Alt soğuma, erime noktası ile çekirdeklenmenin başladığı sıcaklık arasındaki farktır. Her çekirdeklenme olayı bir tane oluşturur. Gelişmiş malzeme özellikleri için çekirdeklenme olayı teşvik edilir. (daha çok tane) Katı parçacıkların dahil edilmesiyle yapılan Aşılama çekirdeklenme olayını teşvik eder.

16 Tane Büyümesi Sıvıdan erime ısısının çekilmesiyle gerçekleşir. Büyümenin yönü, hızı ve türü kontrol edilebilinir. Belirli bir yönde ısı çekilmesi Çekirdeklenme hızı ve büyümesi, kristal yapının büyüklüğünü ve şeklini etkiler. Yüksek soğuma hızları genellikle ince tanelerin oluşumuna sebep olurlar.

17 Döküm Yapısı Üç ayrı bölge Ani soğuma bölgesi Hızlı çekirdeklenme, ergimiş metalin kalıbın soğuk çeperlerine temasıyla meydana gelir. Dökümün yüzeyinde, doğrultuları rastgele olan kristallerden oluşan dar bir bölge oluşturur. Sütunsal bölge Döküm yüzeyine dik olan hızlı büyüme. Uzun ve ince Oldukça yönlü Eşeksenli bölge Dökümün iç bölgesindeki kristaller Küresel, doğrultuları rastgele kristaller

18 Döküm Yapısı Şekil 11-5 Dökme metal bir çubuğun iç yapısı: Çeperlerde ani soğuma bölgesi, merkezi doğru büyüyen sütunsal taneler, ve merkezde büzülme boşluğu.

19 Ergimiş Metal Problemleri Ergimiş metal ve etrafındaki yapılar arasında kimyasal tepkimeler meydana gelebilir. Bu tepkimeler, dökümde bazı hatalara neden olabilir. Ergimiş metal oksijen ile tepkimeye girerek metal oksitler oluşabilir. Cüruf, ergimiş metalin dökülmesi ve kalıbı Cüruf, ergimiş metalin dökülmesi ve kalıbı doldurulması sırasında ergimiş metal tarafından taşınan malzemedir. Yüzey kalitesini, işlenebilirliği ve mekanik özellikleri etkiler.

20 Ergimiş Metal Problemleri Gaz porozitesi Erimiş metalden kurtulamayan gaz katılaşma sonucunda kısılıp kalır. Gaz porozitesini önlemek için bazı teknikler Gazın başlangıçta sıvı içinde çözülmesini önlemek Eritmeyi vakum ortamda yapmak. Eritme işlemini çözünürlüğü az olan bir gaz ortamında yapmak. Türbülansı en aza indirmek. Dökülmeden önce sıvı içersindeki gaz vakum gaz giderme işlemi ile sıvıdan uzaklaştırılır. Gaz yıkama- sıvı metalden soy gazları ve reaktif gazları geçireme

21 Ergimiş Metal Problemleri Şekil 11-7 (Aşağıda) Sıcaklığın bir fonksiyonu olarak hidrojenin alüminyum içersindeki maksimum çözünürlüğü Şekil 11-6 Döküm için kullanılan iki farklı pota.

22 Akışkanlık ve Dökme Sıcaklığı Metal kalıp boşluğunun her bölgesine akmalıdır ve daha sonra katılaşmalıdır. Akışkanlık, bir metalin akıp bir kalıbı doldurma kabiliyetidir. Minimum kesit kalınlığını, ince bölümlerin maksimum uzunluğunu, ayrıntıların inceliğini, kalıbın uç noktalarının doldurma kabiliyetini etkiler. Kimyasal bileşime, donma sıcaklığına, donma aralığına ve yüzey gerilmesine bağlıdır. En önemli kontrol faktörü metalin kalıba döküldüğü zamanki sıcaklığıdır.

23 Yolluk Sistemi Uygun bir tasarım türbülansı en aza indirir. Türbülans, gaz emilimini, oksitlenmeyi ve kalıp erozyonunu artırır. Tıkanıklık- yolluk sistemindeki en küçük kesit alanıdır. Yatay yolluklardaki pislik tutucular ilk metalin kalıp boşluğuna girmesine engel olurlar.böylece bazı pislik ve cürufun kalıp boşluğuna girmemesini sağlarlar. Filtreler- yabancı malzemeleri ayırmak için kullanılır.

24 Yolluk Sistemi Şekil 11-9 Tipik yolluk sistemi ve metalin kalıp boşluğuna akmasını kontrol eden önemli elemanlar

25 Katılaşma Büzülmesi Sıvı metaldeki büzülme miktarı termal büzülme katsayına ve aşırı ısınma miktarına bağlıdır. Metaller katılaşırken sıvı sıvı-katı ve katı hallerinde büzülürler ve hacimleri azalır. Çekme boşluğunu önlemek için döküm işlemi katılaşmanın istenilen yönde oluşmasını sağlayacak şekilde tasarlanır.

26 Çıkıcılar ve Çıkıcı Tasarımı Çıkıcılar büzülme etkisini gidermek için kalıp boşluğuna fazladan sıcak metal ile beslerler. Çıkıcılar muhafaza etmek için tasarlanırlar. Katılaşmanın yönü kalıbın uç noktalarından çıkıcılara olacak şekilde yerleştirilir. Dökümün en kalın bölgesini direk olarak beslemelidirler.

27 Besleyici ve Besleyici Tasarımı Şekil Kum kalıp a) üst çıkıcı ve b) yan çıkıcı. Yan çıkıcı kalıba giren son sıcak metali alır. Üst çıkıcı kalıp boşluğuna akan metali alır. Döküm parçanın katılaşmasından sonra çıkıcılar kesilir.

28 11.5 Modeller Döküm işlemi temelde iki gruba ayrılır Harcanabilinir kalıba döküm Kalıcı kalıba döküm Modeller, ağaç, metal, köpük veya plastikten yapılır. Boyutsal değişiklikler tasarıma dahil edilmiştir.(paylar) Büzülme payı en önemlisidir. Modeller, istenilen parçadan hafifçe büyük olmalıdır.

29 Boyutsal Toleranslar Toleranslar Dökme demir % Çelik % Alüminyum % Magnezyum % Pirinç 1.5% Büzülme payları büzülme kuralları kullanılarak modele dahil Isıl büzülme model boyutunu belirleyen tek etmen değildir. Yüzey işleme operasyonları da hesaba katılmalıdır.

30 Modelin Kalıptan Çıkarılması Ayırma çizgileri tercih edilen yöntemdir. Eğer modelde koniklik kullanılmazsa dökümün köşelerinde ve ayırma yüzeylerinde hasarlar meydana gelebilir. Konikliğe ihtiyaç duyulmasını etkilen faktörler Modelin boyutu ve şekli Kalıp boşluğunun derinliği Modelin çıkarılmasında kullanılan yöntem Model malzemesi Kalıp malzemesi Kalıplama yöntemi

31 Tasarım Hususları Figure Two-part mold showing the parting line and the incorporation of a draft allowance on vertical surfaces. Figure Various allowances incorporated into a casting pattern.

32 Döküm Tasarımı Bazen bilgisayar simülasyonlarından yararlanılır. Kalıbın eriyik metalle dolumu, akışkan yazılımları ile modellenebilinir. Isı transferi modelleri katılaşmanın nasıl olacağı konusunda bilgi verebilir.

33 11.7 Döküm Endüstrisi Her yıl 14 milyon poundluk( 7 milyon kg) döküm parçası üretilmektedir Dökümde en çok kullanılan malzemeler kır dökme demir, sfero, alüminyum alaşımları ve bakır alaşımlarıdır. Pazarın %35 ini otomotiv sektörü ve hafif kamyon üretimi oluşturur. Döküm parçalar, tarımdan demiryolu malzemelerine ve ısıtma ve soğutma gibi çok geniş uygulama alanına sahiptir.

34 Özet Başarılı bir döküm için, işlemin her yönünün dikkatlice gözden geçirilmesi gereklidir. İstenilen tane yapısından istenilen yüzey özelliğine kadar dökümün her yönü tasarım aşamasında göz önünde tutulmalıdır. Çatlakları ve kusurları en aza indirmek için gayret gösterilmelidir. Dökümü iyileştirmek için çok çeşitli yöntemler vardır ve hepsi tasarım aşamasında dikkate alınmalıdır.