MMT222 Malzeme Üretim Teknikleri

Transkript

1 K O C A E L İ ÜNİVERSİTESİ Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü MMT222 Malzeme Üretim Teknikleri 1 Konvensiyonel Döküm Teknikleri Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir Bahar Yarıyılı

2 1. Konvensiyonel Döküm Teknikleri 1.1. Üretim yöntemlerinin tanımı 1.2. Döküm Giriş Kum kalıba döküm Hassas döküm Metal kalıba döküm Sürekli döküm 2 Genel Bakış

3 Malzeme Üretim yöntemleri Ürün (Parça) Belirsiz geometri Belirli geometri Üretim yöntemleri 3

4 Üretim yöntemleri DIN 8580 e göre aşağıdaki gibi verilmektedir; 1) Döküm ve Sinterleme: Akışkan haldeki malzemenin şekillendirilmesidir. 2) Plastik Şekillendirme: Katı haldeki bir malzemenin şeklinin plastik olarak değiştirilmesidir (sac şekillendirme, dövme, haddeleme gibi). 3) Ayırma: Katı haldeki malzemenin şeklinin kesme gibi yöntemlerle parça çıkarılarak değiştirilmesidir (frezeleme, parlatma, taşlama, delme gibi). 4) Birleştirme: İki ya da daha fazla parçanın bir geometrik şekil oluşturmak üzere bir araya getirilmesidir. Üçe ayrılabilir; kuvvet ile (vida gibi), malzeme ile (kaynak gibi) ve form ile (perçin gibi) birleştirmedir. 5) Kaplama: Şekilsiz haldeki malzemenin bir parça üzerinde bir katmana dönüştürülmesidir (laklama, emaye kaplama, fosfatlama gibi). 6) Malzeme özelliklerini değiştirme: Malzemenin şeklini değiştirmeden özelliklerinin değiştirilmesini amaçlayan işlemlerdir (ısıl işlemler gibi). Üretim yöntemleri (DIN 8580) Doege, Behrens,

5 Döküm ve Sinterleme, Ana grup 1 Plastik Şekillendirme, Ana grup 2 Ayırma, Ana grup 3 Birleştirme, Ana grup 4 Kaplama, Ana grup 5 Malz. Öz. Değiştirme, Ana grup 6 Grup 1.1 Gaz ya da buhardan (metal buharlaştırma) Grup 2.1 Basma ile (haddeleme vb.) Grup 3.1 Kesme ile Grup 4.1 Bir araya getirerek (vidalama vb.) Grup 5.1 Gaz ya da buhardan Grup 6.1 Malzeme içerisinde taşınım ile (temperleme vb.) Grup 1.2 Akışkan, katı-sıvı, macun kıvamından (döküm, ekstruzyon vb.) Grup 2.2 Çekme-basma ile (derın çekme vb.) Grup 3.2 Talaş kaldırma ile (geometrik olarak belirli) Frezeleme vb. Grup 4.2 Dolgu ile Grup 5.2 Akışkan, katı-sıvı, macun kıvamından (Laklama vb.) Grup 6.1 Malzeme içerisinden dışarı taşınım ile (dekarbürizasyon vb.) Grup 1.3 Elektrolitik ortamda iyon taşınımı ile (Elektrotypıng vb.) Grup 2.3 Çekme ile (uzatma vb.) Grup 3.3 Talaş kaldırma ile (geometrik olarak belirsiz) Grup 4.3 Pres ile (rulman montajı vb.) Grup 5.3 Elektrolitik ortamda iyon taşınımı ile (Galvanizleme vb.) Grup 6.1 Malzeme dışından içerisine taşınım ile (sementasyon vb.) Grup 1.4 Katı (toz) halinden (Sinterleme vb.) Grup 2.4 Eğme ile (bükme vb.) Grup 3.4 Aşındırma ile (zımparalama vbç) Grup 4.4 Döküm yolu ile Grup 5.4 Katı (toz) halinden (püskürtme vb.) Grup Kayma ile (yay üretimi vb.) Grup 3.5 Parçalarına ayırma (sökme vb.) Grup 4.5 Plastik şekillendirme ile Grup 3.6 Temizleme Grup 4.6 Bağlama ile Grup 3.7 Tahliye etme Üretim yöntemleri (DIN 8580) Doege, Behrens,

6 1. Konvensiyonel Döküm Teknikleri 1.1. Üretim yöntemlerinin tanımı 1.2. Döküm Giriş Kum kalıba döküm Metal kalıba döküm Hassas döküm Sürekli döküm 6 Genel Bakış

7 Saf demir (C<%0.1) Demir alaşımları Çelik (%0.1<C<%2) Beyaz dökme demir Sert döküm Dökme demir (%2<C<%4.5 Kır dökme demir Temper döküm Gri dökme demir Lamelli Demir dışı metallerin alaşımları Bakır Aluminyum Küresel Diğer metaller (Magnezyum, çinko vb.) Döküm malzemeler 7

8 Bakırdan dökülmüş boğa ve geyik kursu (M.Ö. 2500) Anadolu Medeniyetleri Müzesi 8

9 GJL-300 (CrCu alaşımı) malzemeden dökülmüş 16 silindirli bir motor bloğunun kumlama işlemi Büyük parçaların dökümü 9

10 Hassas döküm ile üretilmiş cerrahi bir alet Malzeme: G-X 10 CrNi 18 8 Boyutlar: 7 x 54mm Ağırlık: 10 gr Küçük parçaların dökümü 10

11 Yöntem: Malzeme: Cidar kalınlığı: Ağırlık: Mg basınçlı dökümü EN-MC MgAl6Mn 2-2,5 mm 3,5 kg Magnezyumdan dökülmüş bir otomobil kapısı prototipi 11

12 Döküm parça İşlenmesi gereken yüzeyler AUDI L TDI - Motor Bloğu: Audi A6, A4, A8 ve Passat 12

13 Döküm parçanın temizlenmesi, Giesserei Ergocast 13

14 Boyutlar 1700x600x1200 mm Boeing Paneli Aluminyum hassas dökümü 14

16 Sıcaklık Sıvı demir d-hmk 1536 C g-ymk 1392 C a-hmk 911 C 769 C Zaman Ergiyikten soğuma Kaynak: Bleck,

17 ÇEKİRDEKLENME Aynı tür çekirdekler Farklı tür çekirdekler (örn: kalıntılar) BÜYÜME Çekirdek sayısı Soğuma hızı Isı çıkışı (latent ısı) Kristal boyutu, kristal şekli Kristalizasyon ve kristallerin büyümesi 17

18 Çekirdekler eşdeğer olarak dağılmış Kalıp cidarlarında başlayan çekirdeklenme İki uç durum arasındaki bir durumda çekirdeklenme Eşeksenli oluşum Sütunsal (kolonsal) oluşum Eşeksenli + Sütunsal oluşumlar Kristalizasyon sonucu oluşan döküm yapıları 18

19 Eşeksenli katılaşma Sütunsal kristaller ile katılaşma Tek kristal ile katılaşma Oluşan mikroyapıların şematik gösterimi Tribün kanatlarında yönlendirilmiş ve tek kristal katılaşma 19

20 1. Polikristalin katılaşma boyuna enine 2. Yönlendirilmiş katılaşma boyuna enine Polikristalin (çok kristal) ve yönlendirilmiş katılaşma sonrası mikroyapı 20

21 Döküm ve Sinterleme Gaz ya da buhar fazından üretim Akışkan, katı-sıvı, macun kıvamından üretim Elektrolitik ortamda iyon taşınımı ile üretim Katı (toz) halinden üretim Harcanan kalıba döküm Kalıcı kalıba döküm Harcanan model Kalıcı model DIN 8580 e göre Döküm ve Sinterleme 21

22 Şekil dökümü: Akışkan metale harcanan kalıpta şekil verilmesini kapsayan tüm yöntemlerdir İngot dökümü: Kalıp doldurma yöntemleridir: Kokil (metal kalıba) döküm, basınçlı döküm vb. Statik döküm (yer çekimi etkisi) Dinamik döküm Kalıbın hareketi Döküm malzemenin hareketi Kalıp ya da döküm malzemenin hareketi Kum kalıba döküm Kokil döküm Savurma döküm Basınçlı döküm Sürekli döküm Harcanan kalıba döküm Kalıcı kalıba döküm Şekil ve ingot döküm 22

24 d e a: Model b: El ile kalıp oluşturma c: Makine ile kalıp oluşturma d: Maçanın oluşturulması e: Maçanın yerleştirilmesi f: Üst kalıp yerleştirilmesi g: Döküm h: Ergitme i: Kalıp bozulması j: Parça temizleme k: Parça işleme l: Bitmiş parçalar n: Kum haznesi m: Kum hazırlama Bir parçanın kum kalıba döküm ile üretimi 24

25 Model üretimi: Harcanan model üretimi Kalıcı modelin işlenmesi Kalıp boşluğunun ana hatları ile birlikte maça, besleyici, çıkıcı yerlerinin oluşturulması Kalıp boşluğunun tamamlanması için maça yatağının oluşturulması Model malzemelerinden beklenen özellikler: - Tahta - Metal - Plastik - Polistirol köpük malzemesi Mekanik gerilmelere dayanım (şeklini koruma) Kimyasal kararlılık (nem, gaz vb.) Isıl dayanım (kalıp malzemesini sertleştirmek için ısı uygulanırken) İşlenebilirlik Yüzey kalitesi Düşük yoğunluk Model üretimi 25

26 Model üretimi 26

27 Kalıp tipi Çoklu parça Tek parça Model Kalıcı model Harcanan model Döküm boşluğu Boşluklu Boşluklu Dolu Harcanan model Ergiyen Buharlaşan Sertleştirme Mekanik Kimyasal Fiziksel Kimyasal Kimyasal Fiziksel Kalıp üretim yöntemi Bentonit kum yöntemi Çimento yöntemi, cam suyu yöntemi Air-Set, Hot-Box, Cold-Box yöntemleri Hassas döküm yöntemleri Dolu kalıp yöntemleri Vakum, Dolu kalıp, magnet kalıp yöntemleri Kalıp üretimi 27

28 Kalıp üretimi, GIESSEREI SCHÜTTE & MEYER 28

29 Maça çıkarma Gaz üfleme Atık giderme Kumbağlayıcı karışımı Katalizatör/Hava veya CO 2 Maça Seyreltik asit Maça üretimi-cold Box Yöntemi 29

30 Kalıp malzemesinin hazırlanması Kalıp malzemesinin maça çıkarma makinasına gönderilmesi Isıtılmış maça sandığında kalıp malzemesinin çıkarılması Sıcak takımda kalıp malzemesinin sertleşmesi Maçanın alınması Nihai sertleştirme a: Sıcak hava jeneratörü b: Egzoz çıkışı c: Egzoz d: Maça e: Maça sandığı Maça üretimi-hot Box Yöntemi 30

31 Hot Box Yöntemi ile Furan reçinesinden üretilmiş maçalar (6 silindirli Aluminyum motor dökümü için) 31

32 Yöntem El ile kalıp oluşturma Makine ile kalıp oluşturma Kabuk kalıplama Shaw yöntemi Döküm metali Tüm metaller Tüm metaller Tüm metaller Tüm metaller Döküm ağırlığı Parça sayısı 500 mm lik bir ölçü uzunluğu için toleranslar* Sınır yok (genelde nakliye ve ergitme kapasitesi belirleyici) Tekil parça, küçük seriler Birkaç tona kadar, makinenin büyüklüğüne bağlı Küçük-büyük seriler 150 kg a kadar 1000 kg a kadar Orta-büyük seriler Tekil parça, küçük-orta seriler % 2,5-5,0 % 1,5-3,0 %1,0-2,0 %0,3-0,8 Tipik parçalar Pompa kovanı Piston ringleri Silindir başlığı Kalça protezi * malzeme, parça büyüklüğü ve ölçüm doğruluğuna bağlı değişebilir. Kalıcı model ile harcanan kalıpta döküm 32

33 Üst derece Yarım model bulunan plaka Üst derece Maça başı Döküm parça Alt derece Besleyici Yolluk Besleyici Maça Kum kalıba döküm prensipleri 33

34 Kum Kalıba Döküm, Friedrich Wilhelms Hütte Giesserei 34

35 Döküm Parça, Friedrich Wilhelms Hütte Giesserei 35

36 V-kayışı tahriki ile çalışan bir sisteme ait volan Malzeme : GJL-300 (Gri dökme demir) Çap: 2850 mm Dikey torna tezgahı için alt takım Malzeme : GJL-200 (Gri dökme demir) Çap: 5800 mm Ağırlık: 44 ton Kum Kalıba Döküm Uygulama Örnekleri 36

37 Gemi pervanesi Malzeme : CuAl9Ni7 CuAl10Fe5Ni5 Ağırlık: Tek pervane 1300 kg ve göbek 3000 kg Kum Kalıba Döküm Uygulama Örnekleri 37

38 Pompa kovanı Malzeme : GJL-300 (Gri dökme demir) Ağırlık : 362 ve 144 kg Kum Kalıba Döküm Uygulama Örnekleri 38

39 Dişli göbeği Malzeme : küresel grafitli dökme demir GJS Ağırlık: 17,6 kg Diferansiyel kutusu Malzeme : küresel grafitli dökme demir Krank mili Malzeme : küresel grafitli dökme demir GJS Ağırlık: 13,4 kg Kum Kalıba Döküm Uygulama Örnekleri 39

40 Silindir giriş manifoldu Malzeme : Al alaşımı G-AlSiCu3 Ağırlık: 16,8 kg Yağ karteli Malzeme : Al alaşımı G-AlSiMg (sıcak sertleştirilmiş) Ağırlık: 4,5 kg Kavrama kutusu Malzeme : Al alaşımı G-AlSi9Cu3 Ağırlık: 44, 6 kg Kum Kalıba Döküm Uygulama Örnekleri 40

42 Yöntem Hassas döküm Dolu kalıba döküm Döküm metali Tüm metaller Tüm metaller Döküm ağırlığı 1 gr ile birkaç kg arasında (özel durumda maks. 100 kg) Sınır yok (genelde nakliye kapasitesi belirleyici) Parça sayısı Küçük-büyük seriler Tekil parça, küçük seriler (uygun parçalarda seri üretim mümkündür) 500 mm lik bir ölçü uzunluğu için toleranslar* % 0,3-0,7 % 3,0-5,0 Tipik parçalar Türbin kanat diski Makine yatakları * malzeme, parça büyüklüğü ve ölçüm doğruluğuna bağlı değişebilir. Harcanan model ile harcanan kalıpta döküm yöntemleri 42

43 Mum model üretimi Mum modelin salkıma yapıştırılması Seramik çamura bilgisayar konrollü daldırma, sıvı emdirme ve kurutma Enjeksiyon kalıbı Seramik daldırma banyosu Hassas döküm yöntemi (1/2) 43

44 Mum ergitme Seramik kalıbın pişirilmesi Sıcak kalıba ergiyik metalin dökümü Seramik kabuğun kırılması Fırında yaklaşık 1400 ºC de 1200 ºC deki kalıba sıvı metalin dökülmesi Kabuğun elle ayrılması Hassas döküm yöntemi (2/2) 44

45 Enjeksiyon kalıbından mum modelin çıkarılması 45

46 Aks başı Islah çeliği (1.774), ağırlık: 6-8 kg Tribün kanatları ve nozul rinleri Nikel alaşımları, ağırlık: 1,3-3,0 kg Uçak tribün motoru ile ilgili çeşitli parçalar Çökelti sertleşen ve korozyona dayanıklı çelikler, ağırlık: 0,4-2,3 kg Uçak iniş takımları için taşıyıcı parçalar Islah çeliği (1.774), ağırlık: 3,2-4,0 kg Hassas döküm parçalar 46

47 G-X6CrNi 18.9 çeliğinden hassas döküm ile üretilmiş parçalar Hassas Döküm: Yüksek teknoloji parça örnekleri 47

48 Kompresör pervanesi Malzeme: G-X 5 CrNiMo 16 5 (1.4405) Ağırlık: 16 kg Gıda işlemede kullanılan bir pompanın gövdesi, pervanesi ve kapağı Malzeme: G-X 5 CrNiMoNb (1.4581) Çap: 220mm Ağırlık: 4,5 kg Hassas döküm parçalar 48

49 Kalça implantı Malzeme: G-TiAI6V4 Kalça ve diz için implantlar Malzeme: G-TiAI6V4 Hassas döküm parçalar: Tıp tekniği 49

51 Yöntem Basınçlı döküm Kokil döküm Savurma döküm Sürekli döküm Döküm metali Döküm ağırlığı Parça sayısı 500 mm lik bir ölçü uzunluğu için toleranslar* Al-, Mg-, Zn-, Cu-, Sn- ve Pb-esaslı basınçlı döküm alaşımları (Demir esaslılar gelişim aşamasındadır) Al alaşım: <50 kg Zn alaşım:<20 kg Mg alaşım:<15 kg Cu alaşım:< 5 kg (Basınçlı döküm düzeniğinin boyutuna bağlıdır). Seri üretim: Kalıp dayanımı: Zn: döküm Mg: döküm Al: döküm Cu: döküm Hafif metaller (Al, Mg gibi), bazı Cu alaşımları, Zn, Lamelli ve küresel grafit dökme demir 100 kg a kadar (Bazı durumlarda daha fazla olabilir). Seri üretim: Kokil dayanımı: Al: döküm Lamelli ve küresel grafit dökme demir, Hafif metaller (Al, Mg gibi), Cu alaşımları Tüm metaller 5000 kg a kadar Kesite bağlı olarak birkaç tona kadar Seri üretim: Kokil dayanımı: döküm, döküm metaline ve kokile bağlı % 0,1-0,4 % 0,3-0,6 %1 %0,8 Döküm uzunluğu sisteme bağlıdır. Tipik parçalar Yağ karteli, dişli kutusu Biyel kolu Borular Yarı mamuller (kütük vb.) * malzeme, parça büyüklüğü ve ölçüm doğruluğuna bağlı değişebilir. Modelsiz kalıcı kalıpta döküm yöntemleri 51

52 1. Konvensiyonel Döküm Teknikleri 1.1. Üretim yöntemlerinin tanımı 1.2. Döküm Giriş Kum kalıba döküm Hassas döküm Metal kalıba döküm Basınçlı döküm Kokil döküm Savurma döküm Sürekli döküm 52 Genel Bakış

53 Kapama silindiri Mafsallı kilit sistemi Hareketli plaka Sıkıştırma plakası Kalıp Sabit plaka Enjeksiyon silindiri Basma pistonu Basma kamarası Ergiyik potası Nozul Sıcak kamara basınçlı döküm 53

54 a: Kapama silindiri b: Yuvarlak somun c: Başlık plakası d: Mafsallı kilit e: Enjeksiyon silindiri f: Mafsal çubuğu taşıyıcısı g: Sabit plaka h: Sütun i: Hareketli kalıp k: Sabit kalıp l: Sabit plaka m: Basınç kamarası n: Enjeksiyon silindiri Hidromekanik soğuk kamara basınçlı döküm 54

55 Soğuk kamara basınçlı dökümde proses akışı 55

56 Basınçlı döküm uygulama örneği Kamyon yağ karteli ve ilgili kalıp 56

57 Dişli kutusu Tork konventör kutusu HP500, ZF Malzeme: Al basınçlı dökümü AlSi9Cu3 Ağırlık: 5,4 kg Malzeme: Boyutlar: Kalınlıklar: Ağırlık: Al basınçlı dökümü AlSi9Cu3 542 x 553 x 553 mm 3,5-25 mm 41,0 kg Soğuk kamara basınçlı dökümde proses akışı 57

59 Ergitme Döküm Isıl işlem Talaşlı işlem Kalite kontrol Kalıcı kalıba döküm Metal kalıp (kokil) malzemesi: Sıcak iş takım çelikleri Yüksek sıcaklık alaşımları Kokil dökümde proses akışı 59

60 Maça çekici Döküm yolu Besleyici Yarım kalıp Döküm parça Yarım kalıp İki parçalı kokilde maçalı döküm 60

61 Dişli kutusu Al kalıcı kalıp dökümü Malzeme: G-AlSi10Mg (sıcak sertleştirilmiş) Ağırlık: 17 kg Bir şasinin taşıyıcı parçaları (sağ / sol) Al kokil dökümü Malzeme: GK-AlSi7Mg (sıcak sertleştirilmiş) Ağırlık: 2,1 kg / 2,1 kg Kokil kalıp uygulama örnekleri 61

63 Dönme ekseni Kalıp Soğuma Yatay Dikey Metal Kum astar Soğutulmuş Soğutulmamış a, c: soğutulmamış metal savurma kalıp yatay dönme ekseni b: soğutulmamış metal savurma kalıp maçalı ve dikey dönme ekseni Savurma döküm 63

64 Yatay savurma dökümde ergiyikte kuvvetlerin dağılımı Savurma döküm makinasında farklı dönme hızlarında kalıp içerisinde sıvı metalin hareketi Savurma döküm 64

65 Savurma döküm 65

67 Pota Tandiş Kokil Soğutma suyu Su jetleri Destek merdaneleri Kesme sistemi Blok yatırıcı Dikey sürekli döküm 67

68 Soğutma suyu Kokil Ergiyik Destek merdaneleri Tandiş Yatay sürekli döküm 68

69 Bir entegre çelik tesisinde üretim akışı 69