Döküm Tekniği Hakkında Temel Bilgiler

Transkript

1 Döküm Tekniği Hakkında Temel Bilgiler 1) Metal Dökümcülüğün Ana İlkeleri: Döküm tekniği, metal veya alaşımlarının ergitildikten sonra kalıp adı verilen boşlukları tam dolduracak şekilde katılaştırılması suretiyle yapı parçalarının elde edilmesi esasına dayanır. Metallerin sıvı haldeyken sahip oldukları çok yüksek şekil alma kabiliyeti, bu teknik ile değerlendirilir. Bir döküm parçanın elde edilişinde, genel olarak şu sıra izlenir. 1- Resim Çizimi: Döküm tekniğine ve malzemenin metalürjik özelliklerine uygun olarak şekil ve ölçü tespiti. 2- Model Yapımı: Kalıplama tekniği ve boyut değişimlerini göz önünde tutarak, kolay işlenen bir malzemeden, dökülecek parçanın bir geometrik benzerini imal etmek. Model üzerinde, esas parça ile ilgisi olmayan, fakat döküm tekniğinin gerektirdiği eklentiler bulunur. 3- Maça Yapımı: Döküm sırasında boş çıkması istenen yerlerde, iç şekillendirmeyi sağlayacak özel kumdan yapılmış parçaların yapımı. 4- Kalıplamak: İçine döküm yapılacak boşluğu elde etmek amacıyla özel kalıp kumu kullanarak, model şeklinin negatifi olan çukurlukla elde edilmesi. Maçalar kalıp içine, maça başlarında oturtularak yerleştirilir. 5- Ergitmek ve Dökmek: Yeterli bir akıcılık kazanacak şekilde ergitilen metal, özel akıtma kanalları vasıtasıyla kalıp içine doldurulur. 6- Temizlemek: Dökülmüş parçaların katılaşmasından sonra döküm sırasında gerekli olduğu için parçayla birlikte dökülmüş bulunan kısımlar kopartılır. Parçaların bütün iç ve dış yüzeyleri yapışmış kumdan temizlenir, fazlalıklar taşlanır. 7- Kontrol: Dökülmüş parçalar kimyasal analiz, iç yapı, mekanik özellikler, ölçü ve toleranslar, yüzey düzgünlüğü ve çatlak gibi hususlarda kontrol edilir. Makine imalat sanayiinde kullanılan bütün metalik malzemeler, cevher halinden itibaren en az bir defa ergitilerek döküm işlemine uğramış bulunurlar. İzabe tesislerinde hammadde blokları şekline getirilen bu malzemeler, sonradan çok çeşitli yapım yöntemler ile kullanılma amacına göre işlenirler. 2) Başlıca Döküm Yöntemlerinin Genel Karşılaştırılması: Dökülerek şekillendirilecek malzemelerin özelliklerine, dökülecek parçanın konstrüksiyonuna ve parça sayısına göre en uygun döküm yöntemini seçebilmek için bütün yöntemler hakkında teknolojik bilgiye sahip olmak gereklidir. Döküm Malzemenin Önemli Özellikleri Döküm yeteneği şu özellikleri kapsar. Malzemenin ergitme, döküm, katılaşma ve soğuma esnasında uğradığı değişikler önemlidir. -Akıcılık -Kalıp doldurma yada dökülebilirlik -Lunker oluşumuna yatkınlık (döküm boşluklarının meydana gelmesi) -İç gerilmelerin oluşumu ve çatlamalar 1)Döküm Yeteneği: Akıcılık ve kalıp doldurma kabiliyeti döküm spirali deneyi ile tespit edilir. Ergime sıcaklığı yüksek olan metaller Fe, Cu, Ni ve Al kötü kalıp doldurma özelliğine yani akıcılığa sahiptir. Ergime sıcaklığı düşük olan metaller Pb, Sn, Zn gibi daha iyi kalıp doldurucudurlar. Metallerin alaşımları genellikle iyi; ötektik alaşımlar ( kır dökme, beyaz dökme demir, AlSi13) çok yüksek kalıp doldurma kabiliyetine sahiptirler. Buna karşılık, karışık kristalli alaşımlar (Al-Mg, Sn-Bronzu, Çelik döküm gibi) nispeten kötü kalıp

2 doldurucudurlar. Dökümdeki C miktarının artışı, akıcılığı olumlu yönde etkiler. (yüksek karbonlu çelik) 2)Kendini Çekme: dökümcülükte çok önemli olan çekme miktarı, kalıp hacminin esas döküm parça hacminden ne miktar daha büyük yapılması gerektiğini gösterir. Hacimsel çekme miktarı, doğrusal çekmenin yaklaşık 3 katıdır. Çekme miktarı, dökülecek malzeme analizinden başka soğuma hızına (kalıp malzemesi ve et kalınlığı) da bağlıdır. Yaş kumdan yapılan kalıp içine dökümde çekme, kuru dökümden daha fazladır. Çekme oranını azaltmak için yüksek primer grafit oluşumu sağlanmalıdır. Bunun içinde (C+Si) un yüksek, Mn ve S nin düşük tutulması gerekir. Yüksek mukavemetli dökme demirin çekmesi de daha fazla olur. 3)Döküm Boşluğu (Lunker) Oluşumu: Lunkerler, kalıp içindeki düzensiz soğumanın sebep olduğu, malzeme çekmesiyle meydana gelen, yüzeyde veya içyapıda görülebilen boşluklardır. Döküm boşlukları genellikle, sıvı metalin en son katılaştığı, yani parçanın en kalın olduğu bölgede meydana gelir. Döküm sırasında boşluk meydana gelmesini önlemek için; 1)Yapı olarak, keskin kesit değişimleri ve malzeme yığılmalarının önlenmesi. 2)Blok dökümünde, besleyicinin sıcak tutulması. 3)Döküm sıcaklığı ve hızının düşük seçilmesi. 4)Kayıp kafa, kör besleyici ve çıkıcı büyüklüğü ile yerinin doğru seçilmesi. 5)Alaşımın, çekmenin az olacağı şekilde seçilmesi. 6)Yolluk sisteminin doğru ve büyücek seçilmesi. 7)Tehlikeli bölgeler için kokil,soğutma plakası veya soğutucu spiralleri kullanmak. 8)Sıcak tutucu maçalar kullanmak ( termit tozu ) 9)Emme tepecikleri ile beslemeyi kolaylaştırmak. C ye kadar soğuma 4)Döküm Gerilmeleri: Dökme demir ve çelik dökümde 450 sırasında malzeme plastik deformasyona uğrayarak dış zorlamalara mukavemet etmediği için kalıcı gerilme meydana gelmez. Gerilmelerin Giderilmesi: Demir dökümdeki iç gerilmeleri gidermek C de tavlama yapmak mümkün ise de sebep olunacak bazı için içyapı değişmeleri dolayısıyla uygulanmaz. Sadece savurma döküm boru ve otomatlarda kesilerek işlenecek çubuk yarı mamul dökümler tavlanır. C den Çelik döküm parçalar çok zaman normalize edildiklerinden 600 sonra fırında soğutarak gerilimler giderilmiş olur. Dökülmüş çok büyük parçalarda gerilim gidermek için, açık havada bazen aylarca süreyle bekletmek çok uygulanan bir yöntemdir. Bu yolla gerilimlerin yoğunlaştığı bölgelerdeki tehlikeli durumlar giderilebilir. 5)Döküm Çatlamaları: Sıcak çatlaklar, malzemenin henüz çok düşük bir mukavemete sahip bulunduğu sıcaklıklarda, katılaşma başlangıcında meydana gelir. Oksidasyon nedeniyle çatlak yüzeyler malzeme büzülmesinin, sert maçalar ya da diğer kalıp kısımları tarafından engellenmesi başlıca sıcak çatlama nedenleridir. Kritik sıcaklıkta malzeme mukavemetinin düşük olmasına neden olacak alaşım durumu da C den aşağıda sıcak çatlamayı kolaylaştırır. Soğuk çatlaklar, 300 meydana gelir ve çok zaman mavi görünüşlüdür. Çatlama nedeni iç gerilmeler ve çok zaman ek olarak dışarıdan etkiyen kuvvetlerdir. Kalıp bozarken, yolluk kırarken ya da kalıptan yeni çıkmış malzemenin darbeye maruz kalması gibi hallerde kırılma olabilir. Çare olarak, P miktarının %0,3 den az olmasına H2 gibi yapıdaki erimiş gaz miktarının çok düşük tutulmasına ve darbeli zorlamaların yapılmasına dikkat edilmelidir.

3 6)Ayrışım Çökelmesi (Segregasyon): Kristal ayrışımı kırılganlığı arttırır. Normalizasyon tavlaması yaparak kristal ayrışımının etkileri giderilebilir. Ayrışımların Başlıca Nedenleri: Eriyik içindeki değişik fazları oluşturan kristallerin yoğunluk farkları (blok ayrışımı) ya da ana yapıda sınırlı olarak ergiyebilen bazı elementler için bu bileşim sınırlarının aşılmasıdır. (kristal ayrışımı) Demir içinde normal elementler Si, Mn, C, P, ve S kristal ayrışımına neden olurlar. Bu elementler ve bileşimleri bir blok içinde çeliğin uzun süre sıvı halinde kaldığı bölgelerde ayrışarak toplanmaya eğilim gösterirler. Böylece bir blok içindeki malzeme analizi bölgelere göre farklılık gösterir. Bu ayrışım daha çok kristallerin yoğunluk farklılığından meydana geldiğinden P ve S bileşimi gibi hafif kristaller bloğun iç ve üst kısımlarında toplanır. Blok ayrışımını önlemek için: -Çabuk döküm -Alaşımın çok temiz oluşu -Besleyiciler ya da kayıp kafa kullanarak esas segregasyon (çökelme) bölgesinin kesilerek atılması. -Çelik de Si veya Al ile dinlendirme yaparak, gaz kabarcıkları ile P ve S bileşimlerinin gaz kabarcıklarıyla yukarda bir yerde toplanmasını önlemek. -Sürekli döküm tekniği kullanmak -Vakumda dökme yöntemleri uygulanabilir. Fosfor yönünden zengin dökme demir alaşımlarında da yapı içinde kalan gaz kabarcıklarının boşlukları çok sert ve ergime sıcaklığı düşük olan steadit (fosfür ötekltiği) ile dolar. Yapı içindeki bu sert tanecikler işlenmeyi zorlaştırır. Döküm başlangıcında (düşük döküm sıcaklığında) sıçrayarak donan küçük maden damlacıkları, sonradan metal ile kaplandıkları halde yüzeyleri oksitlenmiş olacağından tam kaynaşmazlar ve sırça olarak adlandırılırlar. Bu tanecikler ince cidarlarda sızdırmazlık için tehlikeli olabilirler. Döküm Çeşitleri 1)Kum Dökümler: İlk akla gelen ve en çok kullanılan döküm şeklidir. Başlıca avantajı sınırsız denebilecek kadar değişik ve karmaşık şekillere elverişliliğidir. Kum dökümler çok büyük boyutlarda dökülebilmesine rağmen minimum büyüklük için pratik bir limit vardır. Bu nedenle çok ince kesitler için tavsiye edilmez. Bir parçadan yeteri kadar isteniyorsa, gerekli emeğinin fazla olmasına rağmen nispeten ucuz olabilir. Ergimiş haldeyken havayla reaksiyona giren yeni tip birkaç metal dışında hemen bütün metaller bu metotla dökülebilir. 2)Hassas Kum Dökümler: Kum dökümde hassasiyetin temini, işlemde bir değişiklikten çok değişkenler üzerinde daha yakın bir kontrol ve ocak tekniğine bağlıdır. Böyle bir hassasiyet istendiğinde, normal olarak kullanılan yeşil kum bir kenara bırakılarak dikkatle hazırlanmış, fırınlanmış göbekler kullanılır. Hassas dökümlerin çoğu Al ve Mg alaşımlarıyla fosfor ve kolay ihtiva eden bronzlarla yapılır. Bu dökümlerin mekanik özellikleri normal kum dökümle imal edilen malzemenin aynıdır. 3)Kabuk Kalıp Dökümleri: Bazı alaşımlarda daha zor olmasına rağmen bu tip döküm, kum döküm yapılabilen bütün metallere uygulanabilir. Alçak karbonlu çeliklerde bazı yüzey hataları görülür. Pirinç ve bronzlarda da kurşun ve kalay terlemelerinin olması problemlere yol açar. Mg un O ve Si di oksitle reaksiyonu bazı tedbirlerle önlenmelidir.

4 Mekanik özellikler kum dökümdekinden genellikle daha iyidir ve daha yakın bir kontrol imkanı vardır. Kabuk kalıp kuru olarak fırınlandığında, rutubet yokluğu kalıbın izole etkisini arttırır ve bu, metal yapısının daha düzgün olmasını sağlar. Kabuk kalıpların gözenek geçirgenliği, hava ve meydana gelen gazların çıkışını temin ederek metalde gözenek ve kovukların oluşmasını önler. 4)Sürekli Kalıp Döküm: Bu dökümlerde parçalar basit olmalıdır. Fakat bazı karmaşık şekilli parçaların dökümü, çelik kalıp ve kum göbekler (yarı sürekli kalıp) kullanarak sağlanabilir. Kalıp malzemesinin sıcaklık limitinin alçak olmasından dolayı bu metot ancak ergime noktası düşük olan alaşımlara uygulanabilir. Daha çok Al alaşımlarında kullanılır. Bakır esaslı alaşımlar, Mg ve bazı özel tedbirler uygulayarak da kır dökme demirler bu işlemde dökülebilir. Sürekli kalıp dökümleri genellikle yoğun, ince taneli ve kum dökümdekinden daha hassas yüzeyli ve toleransları daha elverişlidir. Özellikler üstünde daha iyi bir kontrol sağlayabilmek için kalıplar C arasında ısıtabilir. önceden )Alçı Kalıp dökümü: Bu tip dökümler dökülmüş oldukları alçının düzgünlüğünü yansıtırlar. Kalıbın izolasyon kalitesi daha yavaş bir soğuma sağladığından bu, malzemenin çekme mukavemeti ve uzamasının azalması sonucunu doğurur. Alçı kalıp dökümü genellikle fazla miktarda yapılan imalatta kullanılır. Orta büyüklük ve küçük parçalarda çok elverişlidir. Kalıp maliyeti oldukça yüksek olmasına rağmen döküm sonrasında daha az bir işçilik gerektirdiğinden tekrar fiyatın düşerek daha ucuza mal olmasını sağlar. Kalıp malzemesinin sıcaklık limitlerinden dolayı bu metotla, ergime C nin altındaki alaşımlar dökülebilir. Bunlar Al, Mg noktası 1100 alaşımları, sarı pirinç, silisyumlu, berilyumlu, alüminyumlu ve manganezli bronzlar gibi bakır esaslı alaşımlardır. Kurşunun alçı ile reaksiyona girmesinden dolayı bazı ocaklar %1,5 tan fazla kurşun bulunmasını gerektirirken bazılarında hiçbir zorluk olmadan %50 kurşunlu alaşımlar kullanılabilir. İçinde silikon bulunan alaşımlarla daha iyi bir yüzey elde ederek çok karmaşık şekiller dökülebilir. Magnezyum dökümünde özel alçı kompozisyonları ve döküm tekniği kullanılmalıdır. 6)Pres Döküm: Sadece demir olmayan alaşımlara uygundur. Birçok ihtiyacı karşılayabilmesine rağmen kum döküme oranla daha sınırlıdır. Tonaj sırasına göre kullanılan alaşımlar; çinko, Al, Cu, Mg, Pb ve kalaydır. Bunlar ergime noktalarına göre iki grupta toplanabilir. Ergime Noktası C Alçak Ergime Noktası C Yüksek Kalay 214 Magnezyum 600 Kurşun 251 Alüminyum 602 Çinko 386 Bakır 871 Ergime noktası yüksek olan grup genellikle soğutulmuş yerlerde veya hava enjekte makinelerinde dökülür. Ergime noktası alçak olan grup ise planjör makinelerinde dökülür. Bütün döküm işlemleri içinde pres döküm muhakkak ki çok büyük imalat ve kalite için uygun olanıdır. Sürekli kalıp dökümlerinde olduğu gibi avantajlarından biriside kalıpta kullanılan çeliğin yüksek ısı iletkenliğidir. Bunun sonucu olan çabuk soğuma, mükemmel bir metalürjik yüzeyin elde edilmesini sağlar. Pres dökümlerde oldukça fazla miktarda gözenekler meydana gelir. Ancak bunların kritik olmayan bölgelerde bulunmasını sağlamak tecrübe ve bilgi işidir. 7)Diğer Döküm Çeşitleri: Dökümün daha birçok çeşidi vardır. Bunlardan bazıları balmumu, plastik, donmuş civa v.s dir. Balmumu kalıplar ucuz ve çok değişik şekillerin dökümüne elverişli bir tiptir.

5 Plastikler, daha çabuk imalata ve kalıpların önceden hazırlanarak uzun süre saklanabilmesine imkan verir. Diğer döküm şekillerinde kendilerine özgü özellik ve avantajları vardır. Dizayn Faktörleri Çekme payı genellikle %4 olarak verilir, fakat sık sık %2 ile %3 arasında verildiğinde görülür. %2 den az civarında bir pay bırakılır. verildiği durumlarda vardır. Açı içinde 1 Kum ve alçı dökümlerinde kalıp, işlem sonunda tamamen bozulduğundan çekme payı kullanılmaz. lik bir pay Sürekli kalıp dökümlerinde genellikle her yönde 2 * *arasında değişebilir. Boyutlarda ise Al -3 bırakılır. Fakat bu 0 için %1,5, Mg için %1,5 ve bronz için %2 lik bir pay standartlaşmıştır. Kabuk kalıp dökümlerde açı o kadar önemli değildir. Genellikle ¼ ve½ derecelik bir pay yeterlidir. *lik bir pay verilir. Pres dökümlerde genel olarak her yönde 2 Boyutlardaki pay ise malzemeye göre değişir. Örnek; Mg %1,0, Al %1,0-1,5, çinko 0,5-1,5, pirinç ve bronz %1,5 ve 2,0, kalay ve kurşun % 1,5 Dizayn Kuralları 1) Gerilim yoğunlaşması daima önemli bir konudur. Artan metal miktarı daha fazla bir büzülmeye ve dolayısıyla yüzeyde çok ince bir tabaka üstünde aşırı gerilimlere yol açarak malzemenin çatlamasına sebep olur. Dizaynı yapan kimse, ani alan değişimlerini olan veya sivri, keskin iç köşeleri göz önüne almalı ve böyle kısımları yuvarlamalıdır. Böyle bir yuvarlama gerilim yoğunlaşmasını azalttığı gibi malzemenin soğuma ile büzülmesinde de olumlu etkiler yapar. 2) Sürekli birbiriyle kesişen kaburga şeklindeki desenler birçok problemlere yol açabilir. Bu kaburgaların biraz kavislendirilmesi gerilim yoğunlaşmasını önemli ölçüde azaltır. 3) Herhangi bir desteği olmayan büyük düz kısımlardan kaçınılmalıdır. 4) Özellikle pres dökümlerde, ayırma veya koparma yerlerini dökümün köşelerine getirmeye çabalamalıdır. Böyle yapılırsa, parçalar birbirinden ayrıldığında ayrım yeri pek belli olmaz. Basınçlı Metal Döküm Makina ve Kalıpları ÖZET Alüminyum, kalay, kurşun, bakır, inko gibi hafif alaşımların kaliteli, hassas aynı zamanda seri bir şekilde üretebilmek için basınçlı döküm yöntemi tercih edilmektedir. Basınçlı pres dökümde; üretilecek malzemenin alaşımı, mekanik özellikleri göz önüne alınarak parçanın kalıplanması sıcak ve soğuk kamaralı olarak iki yöntem ile yapılmaktadır. Üretilecek malzemenin cinsine göre seçilecek yöntemin belirlenmesinde aynı zamanda üretimin istenilen kalitede ve hassasiyette yapılabilmesi için kalıp yapımında kullanılan kalıp malzemelerinin, parçanın çıkarılmasında kullanılan iticilerin, kalıplanan malzemenin soğutulması için kullanılan soğutma kanallarının, kalıp içerisindeki havanın tahliyesi için gerekli olan havalandırma kanallarının, dağıtıcıların seçimi için gerekli olan etmenler açıklanmıştır. 1- GİRİŞ Basınçlı döküm klasik döküm yöntemi ile makina hacim kalıpçılığının birleştirildiği bir sistemdir. Benzer sistemlerden farklılıklar sunan basınçlı döküm yöntemi bir çok malzeme üretiminde tek bir metal kalıp kullanılarak sıvı metalin kalıp içerisine basınç altında basılması ile gerçekleşir. Basınçlı dökümde kaliteyi yakalaya bilmek ve aynı zamanda kalıbın kısa

6 sürede yıpranmasını önlemek için üretilecek malzemenin alaşımı, biçimi v.b. özellikleri göz önünde bulunarak kalıbın tasarlanması gerekmektedir. Tasarımın yanı sıra kalıba uygun basınçlı döküm makinası de belirlenmelidir. 2- BASINÇLI DÖKÜM Basınçlı Döküm; düşük sıcaklıkta ergime ve metal kalıplar içerisinde kalıplana bilme özelliği olup da demir ve çelik olmayan metal ve metal alaşımlarının yüksek basınç altında biçimlendirilmesine "Basınçlı Döküm " denilmektedir (1). Basınçlı dökümle bisiklet parçaları, atal bıçak takımları, saatler, klimalar, kül tablaları, el aletleri, motorlar, kilitler, makaralar, valfler, traktör parçaları, tren parçaları, elektrik aletleri, dürbünler, hava freni donanımı, savaş gereçleri, roket parçaları v.b. gibi yapımı özen gerektiren önemli parçalar üretilebilmektedir (Şekil 1) (2). Şekil 1. Yukarıda basınçlı dökümde üretilmiş olan bilgisayar, bisiklet, motor ve motosiklet sektöründe kullanılan parçalardan örnekler verilmiştir. Basınçlı Döküm Yöntemleri ve Makinaları Basınçlı döküm makinasının fonksiyonu kalıbın iki parçasının tam ekseninde ve sağlam olarak tutmak, yeterli miktarda erimiş madeni kalıba basınç altında göndermek ve kalıbın iki parçasını açıp kapatarak dökülmüş parçanın kalıptan çıkarılmasını sağlamaktadır. Kalıp, içine dökülecek parça oyulmuş, maça itici ve benzeri parçalar eklenmiş, basınçlı döküm makinası tablalarına aynı eksende monte edilmiş iki çelik bloktan meydana gelir (3). Basınçlı döküm makinaları, metal basma sisteminin farklı oluşuna göre " sıcak kamaralı" ve "soğuk kamaralı " makinalar olarak başlıca iki ana guruba ayrılır. Basınçlı döküm makinası seçimi dökülecek malzemenin özeliklerine ve yapısına göre seçilmektedir 1- Sıcak Kamaralı Döküm Yöntemi; Sıcak kamaralı basınçlı döküm makinalarında ergime sıcaklığı 327 C olan kurşun, 420 C olan çinko, 232 C olan kalay gibi ergime sıcaklıkları düşük olan malzemelerin kalıplanmasında kullanılır. Bu yöntemle çok küçük ve hassas, hepsi aynı özelliğe sahip parçalar seri halde dökülebilir. Sıcak kamarası döküm yöntemi ile üretim sonucunda ±0, 05 mm hassasiyet elde edilebilir.üretim sırasında atmosfer basınçla çalışıldığından üretilmiş parçaların üzerinden ikinci bir suretle talaş kaldırılmasına gerek duyulmaz. Sıcak kamaralı döküm yönteminde kullanılan makinalar çalışma sistemlerine göre ikiye ayrılmaktadır (5). a-) Pistonlu makinalar sıcak kamaralı makinalar; Şekil 2'de görünen pistonlu makinalarda; Fırın içerisine pik bir pota yerleştirilir. Bu potaya monte edilen silindir ergimiş alaşımın içine gömülür. Silindir içindeki piston bir levye ve eksantrik mekanizma ile yatay yönde çalıştırılır. Ergimiş metal bir delikten geçerek yer çekimi etkisi silindiri doldurur. Çalıştırma levyesi çekildiğinde piston kolu pim çevresinde dönerek pistonu silindir içinde hareket ettirir. Pistonun ileri hareketi önce silindirde metal giriş deliğini kapatır, sonra da silindirdeki metali kalıba basar (4). Bu sistem ile yaklaşık olarak 20 kg/cm²'yi aşan basınçlara erişmek mümkün olabilmektedir. Ayrıca sıvı metal en kısa sürede ve en az ısı kaybı ile enjekte edilebilmektedir (2).

7 Şekil 2. l-kapama silindiri, 2-Gövde, 3-Ana mil 4-Kollar, 5-Kayar plaka, 6-Kılavuzlar, 7-Ön plâka, 8-Meme 9-Deve boynu 10- Baskı silindiri 11-Piston kolu, 12-Piston, 13-Pota, 14-Fırın, 15-Kapak kalıbı, 16-İtici kalıp, 17-Kroshed, 18-Şasi. b-) Basınçlı hava ile çalışan sıcak kamaralı makinalar; Şekil 3. Basınçlı hava ile çalışan makinanın basit görünüşü Şekil 3'de basınçlı hava ile çalışan döküm makinalarında metal basma sistemi için tipik bir örnek verilmektedir. Bu makina görünüş itibari ile kaz boynunu andırdığı için kaz boynu tipide denilebilir. Hareket kolunun yardımı ile hareket koluna bağlı bulunan kaz boynunun sıvı metal içerisine daldırılması sağlanır. Sıvı metal içerisine daldırılan kaz boynu içerisine doldurma kanalından ergitilmiş metal dolar daha sonra hareket kolu yardımıyla kaz boynu sıvı metali kalıba basacak şekilde kilitlenir sonra sıvı metal, kaz boynundan kalıba yüksek basınçlı bir hava ile doldurulur. Bu tip makinalarda kalıba sıvı metalin doldurma işlemi yaklaşık 35 kg/cm² basıncındaki hava ile gerçekleşmektedir. Burada depo içindeki sıvı metal ergime noktasının oldukça üstünde bir sıcaklıkta tutulur. 2-Soğuk Kamaralı Döküm Yöntemi;

8 Soğuk kamaralı döküm yönteminde ergime sıcaklığı 665 C olan alüminyum, 649 C olan magnezyum, 1083 C olan bakır gibi ergime sıcaklıkları yüksek olan malzemelerin kalıplanmasında kullanılmaktadır. Bu presin en büyük avantajı eritilmiş olan metalın silindir- piston ünitesini etkilememesidir. Çünkü metal ayrı bir fırın içerisinde eritilerek kalıp içerisine basılmaktadır (6). Soğuk kamaralı döküm makinaları, alışma konumlarına göre iki çeşittir. a-) Yatay soğuk kamaralı döküm makinası; Yatay konumlu soğuk kamaralı makinalarda enjeksiyon sistemini oluşturan silindir, piston ünitesi yatay düzleme paralel olarak yerleştirilmiştir (Şekil 4). Silindir-piston ünitesi ısıtılmayan bu makinalarda ergitilmiş madenin enjeksiyon sistemini sıcaklık etkisinden korumak amacıyla silindir ve piston içerisine soğutucu kanallar açılmıştır. Kalıplama işleminin ardından, açılan kanallar sayesinde silindir-piston ünitesi soğutularak özelliğinin bozulmaması sağlanır. Bu preste ergitilmiş metalin silindir içerisine aktarılışında uygulanacak ilave ve besleme sisteminin yerleşiminin zor olması, kalıplama zamanının fazlalığı, ısı kaybını önlemek için madenin ergime sıcaklığından fazla ısıtılması gibi zararlı yönleri olmaktadır. Şekil 4. Yatay soğuk kamaralı makinanın çalışmasına örnek (A;B;C;D) A-Metalin Doldurulması B-Metalin Basılması C-Kalıbın Açılması D-Parçanın Çıkarılması

9 -) Düşey soğuk kamaralı döküm makinası; Basma işlemi düşey bir kamarada yapılmaktadır, şekil 5.'deki gibi alttaki piston ergimiş metal kamaraya dolarken, kalıp giriş deliğini kapayacak konumdadır. Metal beslendikten sonra üst piston aşağı doğru hareket ettirilerek, önce ergimiş metal iki piston arasında sıkıştırılır ve bu esnada alt piston üst piston basıncının etkisi ile aşağı doğru hareket ederek kalıp giriş deliğini açar. Ergimiş metal bu girişten hızla kalıp boşluğuna basılır ve dökümün tamamlanması için bir süre basınç tatbik edilir. Katılaşma bittikten sonra üst ve alt piston yukarıya doğru hareket ettirilerek metal artığı dışarı atılır. Kalıp yarımı açılarak parça çıkarılır. En önemli avantajları piston hareket ettirildiğinde ergimiş metal sıkı bir kitle halinde hareket ederek dökülen parçada hava boşluklarının oluşumu da minimum olur. Düşey makinalar genellikle merkezden beslemenin en iyi olduğu veya daha etkin olduğu durumlarda tercih edilir. Örneğin; merkez kısmının et kalınlığı fazla ve merkezden uzaklaştıkça kenarlara doğru et kalınlıkları azalan tekerlek v. b. parça dökümlerinde kullanımı avantajlıdır (2). Şekil 5. Düşey soğuk kamaralı döküm makinası ve çalışma sırasının gösterilmesi Basınçlı Döküm Kalıpları Kaliteli bir üretim yapılabilmesi için basınçlı döküm parçalarının iyi bir konstrüksiyonu olması gerekmektedir. Konstrüksiyonun yapılmasında bazı noktaların üzerinde durulması gerekmektedir. Bu önemli noktaları şöyle sıralayabiliriz. Parçaların şekillendirilmiş kısımları mümkün olduğu kadar doğrusal olmalıdır, Sivri uçlardan kaçınılmalıdır, 1, 5 mm den 4mm ye kadar aynı kalınlıkta bir cidar kalınlığı sağlanmalıdır, Parçalarda lüzumlu koniklik miktarı 1 den aşağı olmamalıdır, Muhtelif yerlere konacak boşluk, delik ve cep gibi yerlere konacak maçalardaki koniklik 1, 5 'nin altında olmamalıdır, Parçada vida dişleri hususi hallerde dökülür, gerekli dişlere ait maçalardan istifade edilir, döküldükten sonra maçalar yerlerinden döndürülmek suretiyle çıkarılır. Basınçlı döküm parçalarının konstrüksiyonlarında en iyi tasarım elde edilinceye kadar gerekli çalışmalar yapılmalıdır (7). Basınçlı Döküm Kalıpları Konstrüksiyonu; Basınçlı döküm kalıpları, her biri dökülecek parçanın geometrisine göre işlenmiş iki kalıp yarımından meydana gelir. Makinaya monte edilen bu kalıp bloklarından biri sabit (hareketsiz) kalıp yarımı, diğeri hareketli (enjektör) kalıp yarımı olacak şekilde düzenlenirler.

10 Ergimiş metal kalıp boşluğuna, sabit kalıp yarımında bulunan beslemem memesi vasıtasıyla akar. Hareketli kalıp yarımında ise dökülen parçanın şekline bağlı olacak yolluklar veya kanallar vardır (2). Dişi kalıplar ve maçalar; Dişi kalıplar istenilen biçimde doğrudan doğruya kalıbın ayırma çizgisinden itibaren itici kısmına ve sabit tarafına işlenir. Dişi kalıplar aynı zamanda ayrı çelik bloklardan işlenerek kalıp takımlarının iki yarısındaki yuvalarına yerleştirilmek suretiyle kullanılır. Kalıp takımına yerleştirilen dişi kalıp, kalıplanacak parçanın biçimine göre yapılır. Kalıbın iki parçasının üst yüzeyleri ayırma çizgisinde birbirine oturur. Maçalar iş parçası üzerindeki delik, oluk ve iç girintileri yapmak için kullanılır. Bunlara örnek Şekil 6'da gösterilmiştir. Bazı maçaların amacı, parçanın cidar kalınlıklarını eşit yapmak ve metal tasarrufunu sağlamaktır. Şekil 6. Dişi ve maça yerleşimlerine örnekler İticiler; Basınçlı döküm kalıp konstrüksiyonun da en önemli öğelerden biri parçayı kalıp içindeki şekillendikten sonra çıkarılabilecek sistemin ortaya konmasıdır. Parçaların çıkarılmasında genellikle itici pimler kullanılır (Şekil 7). İtici pimlerin, ölçüleri, uygulamaya göre 3 mm den 25 mm çapa kadar değişir. En çok kullanılan pim çapları 6-8 ve 10 mm dır. İtici pimlerin yüzeyleri aşınmaya karşı çok sert nitrüre edilmiştir. Şekil 7. İtici pimlerin tipik konumları Girişler ve dağıtıcılar;

11 Dağıtıcılar yolluk burcundan giren ergiyik alaşımın, basınçlı döküm kalıbına ayırma yüzeyinden dişi kalıbın içine dolmasını sağlayan geçiş kanallarıdır (Şekil 8). Basınçlı döküm kalıplarında dağıtıcılar genellikle kalıp iticisi bulunan kısma açılır. Derinlikleri 4, 5 mm den 8 mm ye kadar değişir. Genişlikleri ise iş parçasının ağırlığına ve dış biçimine göre tayin edilirler. Basınçlı döküm kalıplarında girişlerin yani dağıtıcı memelerinin geniş aralıklı tiplerinde ölçü 1, 25 mm üzerindedir. İnce aralıklar ise 0, 625 mm civarındadır. Çok büyük parçaların meme aralığı 2, 25 mm veya daha fazla aralıkla yapılır (Şekil 9). İnce girişlerle iyi yüzey kalitesi elde edilir, artık kısımların ve yüzeyin düzeltilmesi kolay olur, fakat yoğun bir döküm yapılamaz. Büyük girişlerle daha yoğun ve kusursuz bir döküm yapılır. Fakat artık kısımların kırılması ve yüzeyin düzeltilmesi daha güç olur. Girişlerin büyüklüğü ve biçimi ergiyik alaşımın buhar gibi püskürmeden bir akım sağlayacak şekilde olmalıdır. Şekil 8. Çeşitli dağıtıcı şekil ve yerleşimleri Şekil 9. Giriş kanallarının kalıp üzerindeki tipik konumları Tahliye kanalları; Basınçlı döküm kalıplarda hava tahliyesi şarttır. Tahliye kanalları kalıbın ayırma çizgisi üzerine işlenir. Tahliye kanalı Şekil 10 ve 11'deki gibi genellikle ergiyik alaşımın havayı sıkıştıracağı yerde veya girişin karşıt tarafına açılır. Bazı tahliye kanalları kızakların etrafına

12 hareketli maçaların ve iticilerin üzerine açılır. Taşma kanalları; Taşma kanalları, basınçlı döküm yapmada önemli rol oynayan tahliye sisteminin bir parçasıdır. Doldurulması güç olan dişi kalıpların çukurlarına ergimiş alaşımın akmasını kolaylaştırır (Şekil 10-11). Şekil 10. Taşma ve tahliye kanalına örnek dişi kalıp yerleşimi Şekil 11. Taşma ve tahliye kanalına örnek parça yerleşimi Basınçlı döküm kalıplarında soğutma; Basınçlı döküm makinaları her ne kadar belirli zaman aralığında daha önceden tespit edilen sayıda parça dökümü için ayarlanmış ve kalıp ısınmaları göz önüne alınmışsa da, kalıpların bazı kısımları diğer taraflarına nazaran daha fazla sıcaklık çeker. Bu kısımlar soğutma suyu kullanılarak istenilen sıcaklığa düşürülür. Şekil 12'deki gibi soğutmayı gerektiren bölgelere su, kalıp bloğuna delinen delikler veya açılan kanallarla iletilir. Delinen su deliklerinin kalıp yüzeyine 20 mm den yakın olmaması tavsiye edilir. Bununla beraber sakıncası olmayan hallerde kanallar, maça yahut boşluk yüzeylerine 6 mm kalıncaya kadar yaklaşabilir. Uygun soğutma sadece imalat kolaylığı için değil aynı zamanda iş parçasının yüzey kalitesinin iyi

13 olmasına ve kalıp ömrünün artmasına yardımcı olur. Şekil 12. Soğutma kanallarına örnek kalıp kesiti Kalıp yapımında kullanılan malzemeler; Basınçlı döküm kalıplarında yüksek sıcaklık, basınç gibi etmenlerden dolayı kalıpta; Isıl yorulma, Çatlama-kırılma, Korozyon- Erozyon, Çökme gibi sorunlar meydana gelebilir. Bu sorunları en aza indirebilmek için kalıp çeliklerinde olması gereken başlıca özellikler; 1-Yapısal sağlamlık ve homojenlik, 2-Kolay işlene bilme özelliği, 3-Sıcak çalışmada ısısal arızalara karşı yüksek dayanımı, 4-Çalışma anında deformasyonu önleyecek yeterlikte sertlik ve mukavemet, 5-Moleküler çatlamayı önleyecek yeteri sağlamlık, 6-Dökülen alaşımın aşındırıcı ve silici etkisine karşı yüksek dayanımı, 7- Yüksek ısı iletkenliği, 8-Çok küçük ısısal genleşme katsayısı, 9-Isı işleminde ölçüsel stabilize olmamalıdır (9). 3- SONUÇ VE İRDELEME Sonuç olaraktan teknolojik üretim yöntemi olan basınçlı döküm yönteminin avantajlarını ve dezavantajlarını şu şekilde sıraya biliriz. Avantajları; Metal kalıba kıyasla çok daha karmaşık şekilli parçaların dökümü mümkündür, Kalıplar basınç altında doldurulduğundan, diğer döküm yöntemlerine kıyasla, daha ince cidarlı, "uzunluk/kalınlık" oranı daha yüksek ve boyutsal hassasiyeti daha fazla olan parçalar üretilebilir, Özellikle birden fazla boşluk ihtiva eden kalıplar kullanıldığında üretim hızı diğer yöntemlerden çok daha fazladır, Dökülen parça boyutlarında bir değişim olmaksızın aynı kalıptan binlerce parça üretilebilir, Daha ince kesitlerin dökülebilmesi, metal maliyetini azaltıcı bir husus olmaktadır, Basınçlı döküm ürünleri genellikle çok az bir yüzey bitirme işlemi gerektirirler, Bazı alaşımlar (örneğin Al esaslılar) basınçlı döküm yöntemi ile üretildiklerinde, diğer döküm yöntemlerine nazaran çok daha yüksek mekanik özellikler gösterirler (2). Dezavantajları;

14 Döküm boyutları sınırlıdır, döküm ağırlığı ender olarak 23 kg'ı aşar ve genellikle 4-5 kg. civarındadır, Kalıp dizaynında dökülecek parçanın dolayısıyla yolluklarının ve hava kaçış yollarının yapımı ve yerinin seçimi büyük önem taşır; zira bu faktörlere bağlı olarak kalıp içerisine hava sıkışması söz konusu olabilir ve hap solan havada gaz boşluklarına neden olabilir, Komple bir basınçlı döküm makinası (ana pres, yardımcı cihazlar ve kalıplar) oldukça pahalıdır. Bu nedenle yöntemin ekonomik bir değer ifade edebilmesi ancak çok sayıda parça üretimi ile mümkündür, Birkaç istisna dışında, ergime sıcaklıkları bakır esaslı alaşımların ergime sıcaklıklarından daha yüksek olan alaşımlar basınçlı döküm yöntemiyle üretilemezler (2). Erkan Kahraman Yrd. Doç. Dr. Çetin Karataş Gazi Üniv. Teknik Eğitim Fak. Makina Böl. KAYNAKLAR 1- ERİŞKİN, YAKUP, Hacim Kalıpçılığı, Ankara, Yüksek Teknik Öğretmen Okulu yayınları, Mart N.ÇAVUŞOĞLU, ERGİN, Basınçlı Döküm Teknolojisi I, stanbul Teknik Üniversitesi Matbaası, Gümüş suyu, DOEHLER, H. H., Çeviren: BAYVAS, M. ŞEVKİ, Basınçlı Döküm, Ankara Erkek Teknik Yüksek Öğretmen Okulu Matbaası, Ankara, ÇİĞDEMOĞLU, MACİT, Basınçlı Döküm Cilt 1, Makina Mühendisleri Odası, Ankara, ÇAPAN, ONUR, Basınçlı Döküm Kalıpları, Araştırma 6- UZUN,., -ERİŞKİN, Y., 1982, Hacim Kalıpçılığı, Milli Eğitim Basım Evi, İstanbul ERDEM,. HAKKI, 1964, Basınçlı Döküm Kalıpları, Mühendis ve Makina, Şubat, Cilt-7, Sayı79, Sayfa20 8- J. KLUZ, Çeviren: GIYASETTİN, ERCİ, Plastik ve Metal Döküm Kalıpları, Milli Eğitim Bakanlığı Etüd. ve Programlama Dairesi Yayınları No HATMAN, AZİZ, 1997, Sıcak İş Kalıplarında Ömür Artırıcı Önlemler, Metal Makina Dergisi, Ay-Ekim, Yıl-1997