ÜRETİM ve TASARIM Cilt 2

ÜRETİM ve TASARIM Cilt 2 Baskıya Hazırlayan A. Münir CERİT Makina Yük. Mühendisi TMMOB MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI YAYIN NO. : 170

SUAT SEZAİ GÜRÜ'nün anısına Koordinasyon MMO Kitap Komisyonu Ali Münir CERİT Prof. Dr. Alp ESİN Doç. Dr. Kahraman ALBAYRAK Bilal BAYRAM

BÖLÜM 14 YAPIM YÖNTEMLERİ Hazırlayanlar Prof. Dr. Ahmet ARAN, ÎTÜ Makina Fakültesi Prof. Dr. Levon ÇAPAN, ÎÜ Mühendislik Fakültesi Selçuk KARCI, Mak. Müh., MKEK - Kırıkkale Prof. Dr. Selahattin ANIK, İTÜ Makina Fakültesi Ahmet YÎĞlN, Mak. Yük. Mühendisi, ROKETSAN - Elmadağ DÖKÜM TEKNİĞİ Prof. Dr. Ahmet ARAN Sayfa 1. Temel Tanımlar 02 2. Modeller 03 3. Kalıplama ve Döküm Yöntemleri 04 4. Ergitme, Döküm ve Katılaşma 15 5. Bitirme İşlemleri ve Kalite Kontrolü 22 6. Dökme Parça Tasarımı 24 7. Metal Döküm Alaşımları 27 KAYNAKÇA 31 İLGİLİ TSE STANDARTLARI 31 PLASTİK ŞEKİL VERME Prof. Dr. Levon ÇAPAN 1. Plastik Şekil Vermenin İlkeleri 32 2. Dövme 37 3. Haddeleme 46 4. Ekstrüzyon 56 5. Çekme 61 KAYNAKÇA 66 İLGİLİ TSE STANDARTLARI 66 SAC PRESÇİLİĞİ Selçuk KARCI, Mak. Müh. 1. Kesme 67 2. Sac Presçiliğinde Kullanılan Gereç Normları 108 3. Bükme ve Şekillendirme 111 4. Bükme ve Şekillendirme Kalıp Örnekleri 117 5. Çekme 123 6. Kalıp Tasarımı ve Yapımı 149 KAYNAKÇA 152 İLGİLİ TSE STANDARTLARI 152 KAYNAK TEKNOLOJİSİ Prof. Dr. Selahattin ANIK 1. Giriş ve Tarihçe 153 2. Genel Tanımlamalar ve Sınıflandırma 154 3. Kaynak Yeteneği 156 4. Gaz Ergitme Kaynağı 160 5. Elektrik Ark Kaynağı 165 6. Tozaltı Kaynağı 174 7. Gazaltı Ark Kaynağı 178 8. Isıl Kesme Yöntemleri 182 9. Kaynak Hataları 183 Sayfa 10. Kaynaklı Parçalarda Oluşan Çarpılmalar ve Gerilmeler 187 11. Doldurma Kaynağı 192 12. Elektrik Direnç Kaynağı 195 13. Sürtünme Kaynağı 199 14. Elektron Işını ile Kaynak 201 15. Laser Işını ile Kaynak ve Kesme İşlemi 203 16. Sert Lehimleme 205 17. Metal Püskürtme 208 18. Metal Yapıştırma Tekniği 211 19. Diğer Kaynak Yöntemleri 214 20. Plastik Malzemelerin Birleştirilmesinde Kullanılan Kaynak Yöntemleri 217 21. Kaynaklı Üretimin (Dizaynın) Esasları 219 22. Kaynak Tekniğinde İş Güvenliği 220 KAYNAKÇA 222 İLGİLİ TSE STANDARTLARI 222 TALAŞ KALDIRARAK İŞLEME Ahmet YIĞIN, Mak. Yük. Müh. 1. Talaş Kaldırma işlemlerine Giriş 223 2. Talaş Kaldırma İşlemlerinin Temelleri 224 3. İşlemede Kuvvetler, Güç ve Gerilmeler 231 4. Takım Aşınması ve Takım Ömrü 238 5. işlemede Ekonomi 242 6. Kesici Takım Gereçleri 249 7. Metal Kesme ve Taşlama Sıvıları 274 8. Kesme ve Taşlama Sıvılarının Kontrol ve Test Yöntemleri 280 9. Yüzey Kalitesi ve Yüzey Uygunluğu 282 10. Tornalama 292 11. Delik İşleme 353 12. Matkapla Delme 367 13. Raybalama 396 14. Havsa Açma, Alın Düzeltme ve Pah Kırma 401 15. Frezeleme 406 16. Planyalama 427 17. Broşlama (Broçlama) 438 18. Testere ile Kesme 448 19. Taşlama 463 20. Honlama 499 KAYNAKÇA 508 İLGİLİ TSE STANDARTLARI 508 14-01

DÖKÜM TEKNİĞİ 1İ Prof. Dr. Ahmet ARAN 1. TEMEL TANIMLAR Döküm yöntemi, sıvı halde akıcı olan metallerin, üretilmek istenen parçanın biçiminde bir boşluk içeren kalıplara dökülerek biçimlendirildiği bir iyapım tekniğidir. Sıvı metalin içine döküldüğü kalıp olarak her dökülen parçadan sonra bozulan (örneğin kum) kalıplardan yararlanıldığı gibi, birden fazla parçanın üretimine imkar veren kalıcı (örneğin metal) kalıplar da kullanılabilir. Metalin katılaşmasından sonra kum kalıplar da kullanılabilir. Metalin katılaşmasından sonra kum kalıplar bozularak, kalıcı kalıplar ise açılarak dökülen parça çıkarılır. Döküm yoluyla üretimin diğer yapım yöntemlerinden üstünlükleri şöyle sıralanabilir : - Yöntemin sınırları çok geniş olup, hem çok küçük parçaların hem de tonlarca ağırlıktaki büyük parçaların üretimine uygun değişik teknikler bulunmaktadır. - Çok karmaşık biçimli ve içi boş parçaların üretimi mümkündür. - Bazı malzemeler (örneğin dökme demir) sadece döküm yoluyla elde edilebilir. - Seri üretime uygun ekonomik bir yöntemdir. Döküm yönteminin sınırları ise şunlardır : - Çok ince kesitlerin elde edilmesi güçtür. - Âz sayıda parça üretimi için genellikle ekonomik değildir. - Aynı malzemenin plastik şekil verme yöntemi ile elde edilmiş olanı, dayanım bakımından genellikle daha üstündür. Kalıp malzemeleri, kalıplama yöntemleri, ergitme ocakları, döküm malzemeleri gibi alanlarda sürekli geliştirilen döküm teknolojisi, günümüzde yaygın olarak kullanılan bir üretim yöntemi haline gelmiştir. Döküm yoluyla biçimlendirilen metallerin en önemlileri kır dökme demir, temper dökme demir, beyaz dökme demir, çelik, bakır ve alüminyum alaşımlarıdır. Günümüzün dökümhaneleri mekanizasyon ve otomasyon yöntemlerinin yaygın olarak uygulandığı modern üretim tesisleridir. Şekil.1 de döküm tekniğine basit bir örnek olarak, bir parçanın kum kalıba dökümle üretiminde kullanılan kalıp kesiti gösterilmiştir. Düşey yolluk Bölüm düzlem: Yatay yolluk Kalıp bosluşu Maça Döküm havuzu Cakacı Şablon mili ^Ülmu * Sablo Tamamlanmış kalıp U Şekil.l- Bir kum kalıp kesiti Şekil.2- Şablonla kalıplama 14-02

DÖKÜM TEKNİĞİ 2. MODELLER Modeller kalıplama sırasında, dökülecek sıvı metalin dolduracağı boşluğu elde etmek için kullanılırlar. Metal dökümünde kullanılan modeller a) Serbest modeller, b) Levhalı modeller, c) Özel model ve model düzenekleri olarak sınıflandırılabilir. Serbest Model: Üretilecek döküm parçanın bire bir ölçekli bir kopyasıdır ve boyutlandınlmasında çekme ve işleme paylan da dikkate alınır (Şekil.2 b). Kalıplama sırasında yerleştirilecek maçaların yuvalarını oluşturacak maça başlan da model üzerinde bulunur. Kalıplama kolaylığı bakımından modeller birbirine geçme iki ya da daha çok parçalı olarak da yapılabilirler. Model üzerinde girinti-çıkıntı gibi modelin kalıptan sıynlmasını engelleyecek kısımlar bulunursa, model parçalı yapılabilir ya da maçalardan yararlanılır. Serbest modellerde kalıplama çoğunlukla elle yapılır, dolayısıyla yöntem yavaş ve pahalıdır. Kalıplamada makinaların kullanıldığı durumlarda ve özellikle çok sayıda küçük parçanın üretiminde, levhalı modellerden yararlanılır (Şekil.2 c ve d). Modelin üst ve alt derceye ait kısımlan, bölüm yüzeyini oluşturan ahşap ya da metal bir levhanın alt ve üst yüzlerine monte edilir. Çoğunlukla metal olan bu modeller kum ya da alçı kalıba döküm yöntemiyle tek parça olarak üretilirler. Büyük döküm parçalarda alt ve üst derece için iki ayn taraflı levhalı model kullanılır. Dönel simetriye sahip büyük parçalann kalıplanmasında ise üç boyutlu modeller yerine şablonlar kullanılır. Şekil.3 de görüldüğü gibi kalıplar bir eksen etrafında döndürülen şablonlarla taranarak hazırlanır ve üç boyutlu modellerin üretim maliyeti düşürülür. DÖKÜLECEK PAKÇA üst yarı Hac» bası Haca bas Lan Alt yarı a) SERBEST MODEL vs/ HüyT T mı R.- ;? ; :V' : ':-. : '.^'.I:'^V.- 1 -'*..K ı >.'II Eli» kalıplanmış alt derece Levhalı model.''./'..»;.-.v-'iîi:vi ( n ı*"»rr tu Makinada kalıplama b) CÎFT TARAFLI LEVHALI MODEL Kalıplanmış (İst derece c) TEK TARAFLI LEVHALI MODEL (Ust yarı, alt derse* İçin de benzer bir model mevcuttur) Şekil.3- Model türleri Model boyutlandınlırken çekme payları eklenmelidir. Burada amaç metalin kalıp içindeki katılaşması bittikten sonra oda sıcaklığına kadar soğuması ve dolayısıyla büzülmesi sırasındaki boyut değişimlerini dikkate almaktır (Çizelge.2). 14-03

Çizelge.l - Bazı Döküm Malzemeleri için Yaklaşık Çekme Payı Değerleri DÖKÜM TEKNİĞİ Çizelge.2- Bazı Malzemeler için Parça Boyutları ve işlenecek Yüzeyin Türüne Göre Seçilmesi Gereken Yaklaşık İşleme Payları i DÖKÜM MALZEMELERİ Kır dökme demir Beyaz dökme demir Temper DD (siyah) Basit karbonlu çelik Mangan çeliği Alüminyum alaşımları Bakır alaşımları Magnezyum alaşımları Kurşun Çinko Çekme payı (mm/m) 10 20 15 21 30 13 15 15 26 Sıvı metal içindeki cüruf, oksitler ve diğer katışkılar kalıpta üst kısma yükseldiğinden dökümlerin alt kısımlarındaki yüzeyler daha temiz çıkar. Bu nedenle işlenecek yüzeyler mümkünse kalıbın alt kısımlarına getirilmelidir. Eğer bazı işlenecek yüzeylerin 14 Malzeme ve Model Boyutları (mm) Dökme demir <150 150-300 300-500 500-900 900-1500 Dökme çelik <150 150-300 300-500 500-900 900-1500 Demir dışı metaller <75 75-200 200-300 300-500 500-900 900-1500 Delik 3 3 5 6 8 3 5 6 7 8 2 2 3 3 3 4 İŞLEME PAYI (mm) Yüzeyler 3 3 4 5 5 3 5 6. 7 7 2 2 2 3 3 4 Üst Yüzey kalıbın üst bölgesinde kalması zorunlu ise, burada yüzeylerin temiz çıkması için daha büyük işleme paylarının seçilmesi gerekir. Kalıptan elle sıyrılan modellerin bölüm yüzeyine dik kısımlarına l -3 lik bir eğim verilmesi gerekir. Makina ile sıyrılan modellerde 1 lik bir kalıp açısı yeterli olur. Model üzerindeki köşeler keskin olmamalı, yuvarlatılarak biçimlendirilmeli ve buralarda kendini çekme çatlaklarının ve gerilme yığılmalarının oluşması önlenmelidir. Malzeme olarak ahşap, metal, alçı, plastik, köpük vb. malzemeler kullanılır. Hazırlanacak kalıp sayısı az ise malzene olarak ahşep seçilir. Metal modeller ömür bakımından ahşaba göre çok daha üstündür. Yüzeyleri çok düzgün olan plastik malzemelerden yapılmış modeller tahta modellerden daha dayanıklıdır. Bunlar kalıptan kolay sıyrılırlar, aşınma ve çizilmeye karşı daha dayanıklıdırlar ve hasara uğradıklarında kolayca tamir edilebilirler. Plastik model malzemelerinin boyut kararlılığı ve yüzey kalitesi de üstün olup ayrıca daha ucuzdurlar. Plastik esaslı bir model türü de dolu kalıba döküm yönteminde kullanılan köpük modellerdir. Bunlar dökümden önce kalıptan çıkanlmazlar ve ergimiş metalle temasa geçtiklerinde gaz haline geçerek kalıbı terkederler. Hassas döküm tekniğinde ise mum, plastik ya da donmuş civa modeller kullanılır. Bu modeller hazırlanan kalıbın ısıtılmasıyla ergiyerek kalıbı terkederler. Az sayıda parça üretiminde tercih edilen alçı modellerin üstünlüğü kolay şekillendirilebilir olmalarıdır. Özellikle ahşap modellerin ortam etkisinden korunması için uygulanan boyama işleminde modelin değişik bölgelerine ait yüzeyler için değişik renkler kullanılarak işaretleme yapılır; bu kodlama sayesinde kalıpçı her bir kalıp yüzeyini tanır ve değişik kalıp elemanlarının yerlerini kolaylıkla belirler. Ülkemizde kalıplama işlemlerinde kullanılan modellerin sınıflandırılması, özellikleri ve hazırlanmalarına ilişkin kurallar Türk Standartları Enstitüsünün yayınladığı "TS- 3189 : Döküm Modelleri-Genel Esaslar" standardı ile düzenlenmiştir. 3. KALIPLAMA VE DÖKÜM YÖNTEMLERİ Döküm tekniği ile üretilmiş parçalarda kaliteyi büyük ölçüde ergimiş metalin içine döküldüğü kalıpların türü ve hazırlanışında gösterilen özen belirler. Düşük kaliteli kalıplarla yüksek kaliteli dökümler elde etme olanağı yoktur. Uygulanacak kalıplama yönteminin seçiminde üretilecek parça kalitesi, metalurjik kriterler ve yönteme özgü diğer özellikler dikkate alınır. Döküm parçalar üretildikleri malzeme ya da uygulanan üretim yöntemi ile adlandırılırlar. Kalıplama ve döküm yöntemlerinin en önemlileri aşağıda teker teker ele alınmıştır : 5 6 6 6 8 6 6 8 10 13 2 2 3 3 4 5 14-04

DÖKÜM TEKNİĞİ Kum Kalıba Döküm Yöntemleri Demir, çelik ya da demir dışı metallerin dökümünde en çok kullanılan kalıp malzemesi, ucuz ve refrakter özelliğine sahip silis kumudur. Kum esaslı kalıp malzemeleri : Kalıp ve maça yapımında kullanılabilecek refrakter özellikli ve en ucuz malzemeler kum esaslı karışımlardır. Bunların üç ana bileşeni vardır: a) Ana kütleyi oluşturan ve refrakterliği sağlayan kum tanecikleri: Kaya ve cürufların dağılması ve kırılması ile oluşan taneli parçacıklar kümesi, kum olarak adlandırılır. Kum, çaplan 0,05 ile 2 mm arasında değişen küçük taneler, mineraller ya da kayalar içeren bir karışımdır. Kum sözcüğü silis ya da kuvarz gibi belirli bir minerali belirtmez. Zirkon, olivin, kromit ve öğütülmüş seramik mineralleri de boyutları bakımından yukarıdaki sınırlar içinde ise kum olarak adlandırılırlar. b) Taneleri bir arada tutan bağlayıcı : Bağlayıcılar kuma sonradan katılan ya da kum içinde kil gibi doğal olarak bulunan ve kum taneciklerinin birbirlerine tutunmasını sağlayan, kalıp malzemesine dayanım kazandıran malzemelerdir. Bağlayıcılar organik ve inorganik olarak ikiye ayrılır. En yaygın olarak kullanılan bağlayıcı kildir. Kil dışındaki inorganik bağlayıcılara örnek olarak çimento ve silikatlar gösterilebilir. Bu iki bağlayıcının kullanımı çimentolu kalıplar ve CO2 yönteminin açıklandığı bölümde ele alınmıştır. Organik bağlayıcı olarak kullanılan reçinelerin değişik bileşimlerde doğal ve yapay türleri vardır. Özellikle küçük maçaların elde edilmesinde yağ esaslı bağlayıcılardan da yararlanılır. Bunlar pişirilerek dayanım kazanırlar. Yağ bağlayıcılar neme duyarlı değildir. c) Diğer özel katkılar: Bağlayıcı görevi yapmayan, ancak kum karışımlarının diğer özelliklerini geliştirmek için değişik katkılar kullanılır. Kum kalıp malzemesi katkıları arasında sıcaklık etkisi ile karbon oluşturan malzemeler önemli bir yer tutar (kömür tozu, reçineler, zift, yağlar vb.). Burada ergimiş metal ile temas sırasında kum tanecikleri bir karbon tabakası ile kaplanır ve kumun sıvı metal tarafından ıslatılması güçleşir, böylece daha düzgün ve temiz yüzeyler elde edilir. Kuma katılan yanıcı maddeler (kömür tozu, tahta talaşı, selüloz, kabuk vb.) havanın oksijenini bağladığından yüzeyin oksitlenmesini bir ölçüde engeller ve temiz yüzeyli parçaların üretimi mümkün olur. Bu tür katkıların yanmasıyla ortaya çıkan boşluklar sayesinde kumun geçirgenliği artar, sıcaklık etkisine maruz kalan kum taneciklerinin genleşebileceği bu bölgeler sayesinde kalıpta biçim değişiklikleri ve çatlamalar önlenir. Ayrıca, döküm sonunda kalıp bozma işlemi kolaylıkla gerçekleştirilir. Kum kalıbın hazırlanması a) Elle kalıplama : Günümüzde kalıplama çoğunlukla makinalarda ve seri olarak yapılmasına rağmen, temel kalıplama bilgisi verebilmek amacıyla elle kalıplamanın aşamaları Şekil.4 de özetlenmiştir. b) Kum kalıplama makinaları: Kalıplama işlemlerindeki mekanizasyon, kalıp kumunu sıkıştırma ve model levhasını çıkarma işlemlerini içerir. Kalıp üretiminde kumu sıkıştırmak için dört temel yöntem sözkonusudur : ezme, sarsma, savurma ve üfleme (Şekil.5). Ezme makinaları kalıp yüzeyine basınç uygulayarak kumu sıkıştırır ve bu amaçla genellikle pnömatik sistemlerden yararlanılır. Bu işlemde ezmenin uygulandığı yüzeydeki sertlik en yüksektir ve ezme yüzeyinden uzaklaşıldıkça sıkıştırmanın etkisi azalır. Dolayısıyla bu yöntem fazla derin olmayan kalıplar için daha uygundur. Sarsma yönteminde kalıbı taşıyan tabla kaldırılıp düşürülerek her darbede kum tanelerine etkiyen frenleme kuvvetleri ile sıkıştırma sağlanır. Sarsma yönteminde pnömatik sitemlerden yararlanılır. Sıkıştırma derecesi kalıbın yüksekliğine ve uygulanan darbe sayısına bağlıdır. Burada kalıp sertliği, kum ile modelin birleştiği ara yüzeyde en yüksek olup, en üst yüzeyin çoğunlukla elle sıkıştırılması gerekir. Kalıbın hem altında hem de üstünde üniform bir sertlik elde edebilmek için yukarıda anlatılan ezme ve sarsma yöntemlerinin birlikte uygulandığı ezme-sarsma makinaları yaygın olarak kullanılmaktadır. Modern dökümhanelerde kullanımı giderek yaygınlaşan bir diğer yöntem de kum karışımının basınçlı hava yardımıyla kalıba doldurulduğu üfleme tekniğidir. Bu yöntemin başlıca üstünlükleri sessiz çalışma, homojen kalıp sertliği, kısa kalıplama süreleri ve model aşınmasının az olmasıdır. Üfleme tekniğine benzer üstünlüklere sahip savurma yönteminde ise kum karışımına kalıbı doldurması için gerekli hız mekanik olarak kazandırılır. 14-05

DÖKÜM TEKNİĞİ j arılıklarla alalanlr-alt daraca çevrilir, MlOa yaı«yl doı«nl«n!r v«««m** kuıu aarplllr. d)hodalln plall yarıaı yolluklar, oıkıeılur v«oat daraca rarlattlrllarak yukarıda ıralanan İelamlar Hat 4arao«loln takrar- «)O*rakll da»«ltaal«r yapılır, yolluklar v«dikar kanallar tasarlanır, klmtr toıu aarplldlktan aenra»aoalar yarlaatlrlllr. Şekil.4- Serbest model kullanarak kum kalıpların elde hazırlanmasındaki aşamalar. Kalıplama Yöntemi ve özellikleri çizgilerin sıklığı kalıp sertliğini belirtir ELLE DÖVME 1. Sertlikte yerel farklılıklar oludur. 2. Güc ve yavaş bir yöntemdir. 3. Büyük yatırım gerektirmez. 4. isçilik payı yüksektir. SARSARAK SIKIŞTIRMA 1. Kalıp kaldırılıp düsürülür. 2. Darbe 1 i çalışır. 3. Sıkışma altta daha fazladır. 4. Yatay yüzeyler için uygundur. EZEREK SIKIŞTIRMA 1. Sıkışma üst kısımda daha fazladır. 2. Küçük parçalar İçin daha uygundur. SAVURMA VE ÜFLEME 1. İşlem hızlıdır. 2. Sıkıştırma homojendir. 3. Yüksek yatırım gerektirir. 14-06 Şekil.5-Kalıplamada kumu sıkıştırma yöntemleri

DÖKÜM TEKNÎĞÎ Şekil.6 da görülen ve saatte 750 adet kalıbın üretilebildiği derecesiz kalıplama makinalannın geliştirilmesi kalıplamada önemli bir gelişmedir. Tümüyle otomatik olan bu sistemin kalıplama bölgesinde, hazırlanan kalıplann ön ve arka yüzleri levhalı modellerle ezme yöntemiyle biçimlendirilirler. Kalıplama bölmesinin devamı olan oluklar içinde itilerek ilerleyen kalıplar iki sıra olarak dizilirler. Kalıplann ön ve arka yüzeylerinde oluşturulmuş boşluklann yanyana gelmesiyle, iki kalıp arasında döküm boşluğu ortaya çıkar. Yöntemde derece kullanılmaz, kalıplar kumun üflenerek metal bir kalıp kutusuna doldurulması ve hidrolik olarak hareket ettirilene model levhalannın kumu sıkıştırmasıyla biçimlendirilirler, işi biten kalıp oluğuna itilir ve bir sonraki kalıp için aynı işlemler tekrar edilir. Oluk içinde sıralanmış kalıplann ergimiş metal ile doldurulması da sürekli olarak yapılır. Kalıplar bozulduktan sonra soğutulan kum tekrar geriye gönderilerek yeniden kullanılmak üzere hazırlanır. Dökülen parçalar ise konveyörler yardımıyla temizleme bölümüne iletilir. iç kı.ıodekı elekten ceçcrek te.u- ' "'» *» bir oluja iletilir.soluy iltilis ku. veniden kulusıl.ak İL.ere «ri 6 gönderilir. Kalıp kuau ki doldurulur.kum poy )) ] üflcı el valf.vardı- i baslığına iletilir. ' *too o* x 500 M boyutlarındaki cdsl plakalarına bağlanan Modeller kolejlıkla değiştirilebilir.modelin başlanmasında bir pnüaaıik siatemden Yararlanılır. İçerde parça üzerinde kola temizlenir ve ufalanır. Kalıplama atvrraalııde iki «yr\ kalıp bol»*s_ bulunur.urlar.*, ra hidrolik alllndlrle biçimlendirilir. *Kalıp itilerek çıkarılırken tu» kalıplaı öteltnlr.bu sırada kalıplardan döküled kumlar basınçlı hava ile temizlenir, iticinin çalıştığı anda kalıplama Çerçevelinde de yeni bir kalıp üretilir. Şekil.6-Derecesiz kalıplama nıakinası. Maçalar Döküm parçaların iç boşluklannı ya da modelin kumdan sıynlmasi sırasında bozulabilecek kalıp kısımlarını oluşturmak için kullanılan kalıp elemanları maça olarak adlandınlır. Bazı karmaşık parçalarda kalıplann tümüyle maçalardan yapılması da gerekebilir (maça kalıplar). Maça malzemeleri genellikle kum esaslı kanşımlardır, ancak seramik, metal vb. malzemelerden yapılmış maçalar da kulanılabilir. Şekil.7 de maçalann kullanım yerlerine bazı örnekler görülmektedir. Kum esaslı maça malzemeleri : Kum esaslı maçalar üretildikleri malzeme ya da yönteme göre adlandırılırlar : yaş kum maçalar, kuru kum maçalar, kabuk maçalar, CO2 yöntemiyle üretilen maçalar, reçine ya da diğer bağlayıcılı maçalar. Maça malzemesi kanşımımn esasını silis, zirkon, olivin gibi kumlar oluşturur. Kullanılan bağlayıcılar ise organik ve inorganik olmak üzere ikiye ayrılır. Reçineler, maça yağlan ve tahıl unları en çok kullanılan organik bağlayıcılardır. Tahıl esaslı bağlayıcılar (mısır unu, buğday unu, nişasta, dekstrin) çoğunlukla maça yağlan ile birlikte kullanılırlar. Organik bağlayıcılar (mısır unu, buğday unu, nişasta, dekstirn) çoğunlukla maça yağlan ile birlikte kullanılarlar. Organik bağlayıcılann önemli bir bölümünü de reçineler oluşturur. Çoğunlukla 200... 260 C arasındaki sıcaklıklarda pişirilerek sertleştirilen (sıcak kutu yöntemi) reçinelerin, oda sıcaklığında bir katalizör yardımı ile sertleşen (soğuk kutu yöntemi) türleri de vardır. inorganik bağlayıcılar ise killer, sodyum silikat, çimento, ve değişik kimyasal maddelerdir, inorganik bağlayıcılann üstünlüğü döküm sırasında gaz oluşturmamalan, zayıf yönü ise dökümden sonra kolay dağılmamalandır. Maça üretimi: Maçalar genellikle ahşap, metal, plastik vb. malzemelerden yapılmış kutularda, elle ya da 14-07

u»;'! DÖKÜM TEKNİĞİ makinalarla sıkıştırılarak biçimlendirilirler. Maça kutuları tek parçalı, çift parçalı ya da açılır kapanır olabilirler. Maçalara yeterli gaz geçirgenliği kazandırmak için iç kısımlannda hava kanalları bırakılabilir. Bazı durumlarda ise dayanımlannı arttırmak için maçalann içine tel, çubuk, iskelet gibi takviyeler yerleştirilir. Sıkıştırmada titreşimli tablalardan ya da ezme aparatlarından yararlanılabilir. Maça üretiminde yararlanılan en basit makina sarsma tablalandır. Sarsma işlemi ile kum sıkıştınldıktan sonra maça küçük parçalarda elle, büyüklerde ise pnömatik aletler yardımıyla dövülerek üst kısımlarda da istenilen sertlik elde edilir. Basit bir sarsma tablası boyut ve biçim bakımından çok değişik maçalann üretiminde kullanılabilir. Büyük maça kutulannın doldurulmasında, kalıp üretiminde de kullanılan kum savuruculardan yararlanılabilir. Bu sayede çok miktarda kumun maça kutusuna kısa sürede dolması ve daha üniform bir sertlik dağılımının elde edilmesi mümkün olur. Küçük ve orta boy maçalann seri üretiminde en yaygın olarak kullanılan makina, maça üfleyicileridir. Çalışma prensibi maça kumunun bir hava akımı içinde maça kutusuna taşınmasıdır. Böylece hem maça kutusu doldurulur, hem de sıkıştırma sağlanır. Üfleme işlemi çok hızlı olup maça kutusu çok kısa sürede dolar. Uygulamada elle kontrol edilen basit tezgah tipi üfleyicilerden, otomobil motoru silindirleri için sıcak kutu yöntemiyle maça üreten çok büyük üfleyicilere kadar değişik boyutlarda makinalar kullanılmaktadır, ilerde kabuk kalıplar paragrafında anlatılan kabuk döküm yöntemi de maça üretiminde kullanılabilir. İç boeluklnr Maca destekleri Kalıp boşluğu Maça Maça desteği Şekil.7- Maça kullanım yerlerine örnekler. Şekil.8- Maça destekleri. Standart boyutlarda olan ve çok kullanılan maçalar dökümhanelerde stokta bulundurulur. Bu tür maçalar sabit kesitli ve basit biçimli olanları et kıyma makinalanna benzer makinalarda ekstrüzyon yöntemiyle kolay ve. ekonomik olarak üretilebilirler. Uzun çubuklar biçiminde üretilen bu maçalar, istenilen boylarda kesilerek ve gerekirse koniklik verilerek kullanılır. Bu yöntemle dayire, kare, altıgen gibi değişik kesitlere sahip profiller üretilebilir. Bağlayıcı olarak genellikle yağ esaslı ya da termoset reçineler kullanılır. Maça pişirme işlemi sıvı yakıtlı, gaz yakıtlı ya da elektrikli fınnlarda yapılabilir. Pişirme sıcaklığı ve süresi bağlayıcının türü, bileşimdeki oranı, maçanın büyüklüğü ve biçimine bağlı olarak belirlenir. Maçalann kalıp içinde yerleştirilme şekli, modelin hazırlanması sırasında düşünülerek kum kalıpta gerekli boşluklar, maça yuvaları bırakılır. Maçalann yerleştirilmesinden sonra kendi ağırlıkları, sıvı metal akımı ya da kalıba dolacak sıvı metalin uygulayacağı kaldırma kuvveti ile konumlannın değişmemesi için önlemler alınmalı ve gerektiğinde maça desteklerinden yararlanılmalıdır (Şekil.8). Metal maça destekleri döküm sonrasında parçaya kaynayacağından dökülen metalle aynı ya da yakın alaşımlardan üretilmelidirler. Yaş Kum Kalıplar: Yaş kum kalıba döküm, dökümhanelerde en yaygın olarak kullanılan yöntemdir. Burada kalıp malzemesi kum tanecikleri, kil, su ve diğer katkıların bir kanşımıdır. Kum tanecikleri kalıp malzemesinin esasını, bünyesine su alan kil ise bağlayıcıyı oluşturur. Elle kalıplama küçük parçalar için tezgah üzerinde, iri parçalar için yerde kum havuzlarında yapılır. Elde edilen parçanın kalitesi büyük ölçüde kalıpçı ustanın becerisi ile belirlenir. Ancak saatte 60 ve daha fazla sayıda kalıp üretmek gerektiğinde makinah kalıplamaya geçmek zorunlu olur ve bu durumda işlemler mekanik olarak yapıldığından kalıpçılann deneyimli olmasına gerek yoktur. Yaş kum kalıba döküm yönteminin üstünlükleri ve sınırlan şöyle sıralanabilir : 14-08 - Kalıp malzemesi ucuzdur ve tazelenerek defalarca kullanıldığından en ekonomik kalıplama yöntemidir. - Yöntem basittir, grektiğinde mekanizasyon da uygulanabilir. - Değişik metallerin dökümü için elverişlidir. - İnce, uzun, karmaşık biçimli ve iri parçalann dökümünde kalıp, taşıma sırasında bozulabilir.

DÖKÜM TEKNİĞİ - Ergimiş metalin dökümü sırasında nemli kalıpta oluşan buhar kusurlara neden olabilir. - Boyut hassasiyeti ve yüzey kalitesi çok iyi değildir. - Kalıbın en uygun dayanıma sahip olabilmesi için nem miktarının çok iyi kontrol edilmesi gereklidir. Kuru Kum Kalıplar: Kuru kum kalıplar yaş kum kalıplara benzer şekilde hazırlanır ve 150... 350 C arasındaki sıcaklıklarda kurutulurlar. Bileşimdeki kilin tüm suyunu kaybetmemesi için 400 C sıcaklığın üzerine çikılmamalıdır. Kurutma öncesinde metalin döküleceği kalıp boşluğunun yüzeylerine uygun bir karışım sürülerek ya da püskürtülerek bu bölgelerde daha yüksek sertlik ve refrakterlik elde edilebilir. Kuru kum kalıpların dayanımı ve metal erozyonuna karşı dayanıklılığı yaş kumdan daha yüksektir. Taşınırken bozulma tehlikesi de daha azdır. Yaş kum kalıplardaki gibi kalıplama sırasında nem miktarının kontrolü kritik olmayıp, döküm sırasında buhar oluşmayacağından, bu nedenle ortaya çıkan döküm kusurları da söz konusu değildir. Yöntemin sakıncası ise kurutma isminin kalıp hazırlama süresini uzatması ve maliyeti artırmasıdır. Yüzeyi Kurutulmuş Kum Kalıplar : Büyük kalıplarda yaş kum kalıpların sadece yüzeyleri (6... 25 mm kalınlığında bir tabaka) kurutularak dökümde nemden kaynaklanan sorunlar azaltılabilir. Bu işlemde üfleç, sıcak hava ya da elektrikli ısıtıcı lambalardan yararlanılır. Yüzey kalitesini arttırmak ve kalıp boşluğundaki kumun kalkmasını önlemek için kalıp yüzeyi refrakter bir malzeme püskürtülerek kaplanabilir. Yüzeyi kurutulmuş kalıplarda iç kısımlardaki nem, zamanla yüzeye ilerleyeceğinden, bu kalıpların kurutma işleminden hemen sonra kullanılmaları çok önemlidir. CO2 Yöntemi: Kalıp ve maçaların karbondioksit gazı yardımıyla sertleştirildiği bu yöntemin prensibi kalıplamada kuma %1.5... 6 sodyum silikat (cam suyu) karıştırmak ve kalıp biçimlendirildikten sonra, gaz geçirgenliği olan kum kalıp malzemesi içinden kısa bir süre (15... 60 sn) için CO2 gazı geçirmektir. CO2 gazı sodyum silikatı silikajele dönüştürür ve kum tanecikleri bağlanır. Alt ve üst kalıpların bu şekilde sertleştirilip kalıbın kapatılmasından sonra dökümün 24 saat içinde yapılması gerekir. CO2 yöritemi maça üretiminde de kullanılabilir. CO2 yönteminde kalıp ve maça yapım tekniği geleneksel kum kalıplamaya benzer olduğundan bu teknik her dökümhanede kolaylıkla uygulanabilir. Karmaşık biçimlerin kalıptan çıkarılması yaş ve kuru kum kalıplardan daha kolay olup üretilen parçaların boyut hassasiyeti ve yüzey kalitesi yaş ve kuru kum kalıplardan daha iyidir. Kabuk Kalıplar : Kabuk kalıplamada kullanılan kalıp malzemesi ince taneli kum ile bağlayıcı olarak katılan ve yüksek sıcaklıkta sertleşen bir termoset reçinenin karışımıdır. Şekil.9 da aşamaları verilen bu teknikte, metal malzemeden üretilmiş levhalı modeller kullanılır ve yaklaşık 230 C sıcaklığa ısıtılan modeller kum-reçine karışımıyla kaplanır. Model yüzeyine püskürtülen sıvı, modeli temiz tutar ve kalıp kumun modele yapışmasını önler. Kalıp malzemesi model üzerinde kısa bir süre (< 1 dak.) tutulur, bu sırada reçine sertleşir ve model üzerinde ince bir kabuk oluşur. Kabuk istenilen kalınlığa ulaştığında (5... 10 mm), sertleşmemiş ve bağlanmamış kum geriye dökülür. Tam sertleşmeyi sağlamak için kabuk modelden çıkarılmadan önce yaklaşık 315 C sıcaklıkta birkaç dakika tutlur ve böylece yeterli dayanıma kavuşan kabuk modelden ayrılır. Kabuk kalıplamada diğer bir yöntem de kum-reçine karışımının ısıtılmış metal model üzerine üflenerek sertleştirilmesidir. Kalıplar iki, ya da daha çok parçalı yapılır ve daha sonra yapıştırılarak birleştirilir. Döküm sırasında kalıbın biçim değiştirmesini (şişmesini) önlemek için kalıplar genellikle bir dolgu malzemesinin (iri taneli kum, çakıl, metal bilyalar) içine gömüldükten sonra sıvı metal ile doldurulur. Bu yöntemle ısıtılmış metal kutular içinde kum-reçine karışımının sertleştirilmesiyle maça üretimi de mümkündür. Kabuk kalıplamanın geleneksel kum kalıplara üstünlükleri hassas tolerenasların elde edilmesinin mümkün oluşu, kalıpların hafif ve depolanabilir olması ve ayrıca çok ince kum kullanıldığından yüzey kalitesi yüksek olmasıdır. Ancak bu yöntem yatırım ve üretim maliyetleri bakımından pahalı olup dökülebilen parça boyutları da sınırlıdır. Çimentolu Kalıplar: Çimentolu kum kalıp malzemesi, kum, %8... 12 çimento ve %4... 6 sudan oluşur. Kalıplama diğer kum kalıplarda olduğu gibidir. Model çıkarılmadan önce kalıp malzemesinin yeterli bir dayanıma kavuşması beklenir. Bu yöntem büyük parçaların dökümü için, dayanımı, yüzey kalitesi ve boyut hassasiyeti yüksek kalıpların üretiminde kullanılır. Kalıplama sırasıranda kumu sıkıştırma işlemleri daha az olup kurutma işlemine gerek yoktur. Maça Kalıplar: Özellikle karmaşık parçaların üretiminde, kalıbın tümünün değişik maçaların birleştirilmesiyle elde edilmesi gerekebilir. Birbirlerine göre konumları geçmeli olarak ayarlanan yüksek dayanımlı maçalardan oluşan bu kalıplara ergimiş metalin dökümünde ayrıca derece kullanılması gerekmez. Kalıp malzemesi kum ve organik bir bağlayıcının karışımı olup 125... 350 C arasındaki sıcaklıklarda yapılan bir pişirme sonrasında dayanımına kavuşur. Oldukça pahalı olan bu yöntem, ancak diğer kalıpların yetersiz kaldığı karmaşık parçaların üretiminde kullanılır. 14-09

DÖKÜM TEKNÎĞ1 Levhalı model kum-reçine karışımının bulunduğu kutuya monte edilir Pişirme işlemi sonrasında kabuk kalıp modelden çıkarılır Kutu çevrilerek kum-recine karışımı ısıtılmış modelle temas ettirilir _'«pı«tırıl«r«k elde «duili kalıp İstenilen kabuk kalınlığının elde edileceü sure kadar beklendikten sonra model ters çevrilir Yapıştırılarak birleştirilen kalıplar bir dolgu malzemesi içine yerleştirilerek dokum yapılır Şekil.9- Kabuk kalıba döküm yönteminin aşamaları. Havada Sertleşen (Air-set) Kalıplar : Pişirme işleminin gerekli olmadığı bu yöntemde kalıp malzemesi kum, bir organik bağlayıcı ile uygun bir katalizatörün kanşımıdır. Kalıp, sıvı reçinenin oda sıcaklığında polimerizasyonu ile dayanım kazanır. Kalıp malzemesi modelin etrafına dökülüp sıkıştınhr ve en az 20 dakika beklendikten sonra model çıkanlır. Kalıp tam sertliğine ulaştıktan sonra döküm yapılır. Bu gruba giren bazı kalıp malzemelerinde sertleşme reaksiyonu kalıp içinden gaz halindeki bir katalizörün geçirilmesi ile sağlanır. Kalıcı (Kokil) Kalıba Döküm Yöntemleri Döküm teknolojisinde ergimiş metal, kalıcı (genellikle metal) kalıplara dökülerek de biçimlendirilebilir. Bu yöntem karmaşık biçimli, boyut toleranslan dar ve çok sayıda üretilecek parçalar için tercih edilir. Dökülecek metalin gerektirdiği refrakterliğe sahip olması gereken kalıp malzemesi olarak genellikle özel kalite dökme demir ya da çelik kullanılır. Düşük sıcaklıkta ergiyen metallerin dökümü için bronz da kullanılmaktadır. Kokil dökümde tek bir kalıpla demir esaslı malzemelerden 3000... 10000, alüminyum gibi düşük sıcaklıkta ergiyen malzemelerden ise 100000 e kadar parça dökülebilir. Metal kalıba döküm yönteminde katılaşma sırasındaki soğuma, kum kalıplardan daha hızlı olduğu için iç yapı daha ince tanelidir. Boyut hassasiyeti 0,25 mm olup parça yüzeyleri temizleme işlemi gerektirmeyecek kadar yüksek kalitelidir. Kalıp ömrünü arttırmak için kalıp boşluğu refrakter malzemelerle kaplanır ve bu sayede parçanın kalıptan çıkarılması da kolaylaşır. Kokil kalıplar genellikle açılıp kapanan iki ya da daha çok parçadan oluşur (Şekil. 10). Kalıp kapandıktan sonra oluşan boşluğa ergimiş metal dökülür ve katılaşma beklendikten sonra kalıp açılarak parça çıkarılır. Bu işlemler elle yapılabileceği gibi bir düzenek yardımıyla ya da mekanizasyona geçilmesi halinde makinalar tarafından da yapılabilir. Kalıp üretiminde kalıp boşluğu ve diğer kanallar işlenerek açılır. Kalıp malzemesi geçirgen olmadığından hava kanallannın da açılması zorunludur. Metal kalıpların duvar kalınlığının belirlenmesinde ısı girdi ve çıktılannın dikkate alınması gerekir. Çünkü bu yöntemin başansı kalıbın sürekli çalışma sırasındaki sıcaklığına bağlıdır. Kalıp duvar kalınlıkları genellikle 18... 50 mm arasında seçilir. Gerektiğinde kalıp soğutulabilir. Kokil kalıba döküm yönteminin üstünlükleri şöyle sıralanabilir : 14-10 - ince taneli iç yapı malzemeye üstün mekanik özellikler sağlar. - Dar boyut toleranslan gerçekleştirilebilir. - Karmaşık parçalann üretimi mümkündür. - Parça yüzeyleri kaliteli olup temizleme masraflan düşüktür.

DÖKÜM TEKNİĞİ Yöntemin sakıncaları ise şunlardır: - Kokil kalıba döküm ancak seri üretimde ekonomiktir. - Bu yöntemle her malzeme dökülemez. - Küçük parçaların üretimi için daha uygundur. Kokil kalıplarda 6 mm den daha dar kalıp boşluklarına ergimiş metalin kendi ağırlığı ile dolması güçtür. Bu durumda sıvı metalin kalıba doldurulmasında alçak basınçlı döküm yönteminden yararlanılır. Parça Şekil. 10- İki parçalı bir kokil kalıp. Şekil. 11-Soğuk hazneli bir basınçlı döküm makinası (1) Ergimiş metalin Dolduruluşu (2) Pistonla metalin kalıba basılması (3) Kalıbın açılması (4) İticilerle parçanın çıkarılması Basınçlı Döküm Bu yöntemde ergimiş metal, metal malzemeden yapılmış bir kalıba çok yüksek basınçlar (70... 7000 bar) altında doldurulur (Şekil. 11). Katılaşma tamamlanana kadar basınç uygulamaya devam edilir, daha sonra kalıp açılarak itici çubuklar yardımıyla parça çıkarılır, işlemlerin tümü makinalar tarafından yapıldığından üretim hızı yüksektir (100... 800 parça/saat). Bu yöntemle dökülen malzemeler önem sırasına göre çinko, alüminyum, bakır, kurşun ve kalay alaşımlarıdır. Basınçlı döküm yöntemiyle üretilen parçaların çoğunda, metalin yüksek basınç nedeniyle bölüm yüzeyine sızarak oluşturduğu bir döküm çapağı bulunur. Bu çapak ve yolluklar mekanik preslerde kesilerek, taşlanarak ya da başka uygun yöntemlerle uzaklaştırılır. Yöntemin üstünlükleri ve sınırlan şöyle sıralanabilir : - Karmaşık biçimli küçük parçaların dökümüne elverişlidir. - ince cidarlı parçalarda kalıbın tam olarak dolması sağlanır. - Üretim hızı yüksektir. - Yüzey kalitesi ve boyut hassasiyeti çok yüksek olduğundan ek işlemlere genellikle gerek kalmaz. - Hızlı soğuma sonucu oluşan ince taneli iç yapının mekanik özellikleri üstündür. - Sadece küçük parçaların üretimi mümkündür. - Kalıp tasarımı güçtür. - Döküm makinası için yüksek bir ön yatırım gereklidir. - Kalıp masrafı nedeniyle yöntem ancak seri üretimde ve çok sayıda parça için ekonomiktir. - Yüksek sıcaklıkta ergiyen malzemelerin dökümü yapılamaz. Savurma (Santrifüj) Döküm Savurma döküm yönteminde ergimiş metal bir eksen etrafında döndürülen kalıplar içine dökülerek biçimlendirilir. Merkezkaç kuvvetlerinin oluşturduğu basınç hem metalin kalıp içinde homojen olarak dağılmasını, hem de temiz ve gözeneksiz bir iç yapı elde edilmesini sağlar. Savurma döküm yöntemi üçe ayrılır : Gerçek savurma döküm, yan savurma döküm ve savurmak döküm (Şekil. 12). 14-11

DÖKÜM TEKNİĞİ I" t- <»> (b) Şekil.12- Savurma döküm türleri a) Gerçek savurma b) Yarı savurma c) Savurmalı Gerçek savurma dökümde iç boşluklar, maça kullanmadan elde edilebilir. Yöntemin en yaygın olarak kullanıldığı örnek, boru üretimidir. Dökülecek parça sayısı az ise kalıplar kumdan, çok (1000-10000 adet) ise ve aynca hızlı soğuma isteniyorsa metalden yapılır. Yan savurma döküm, dönel simetriye sahip, ancak için boşluk içermeyen tekerlek ve dişli taslaklan gibi parçalann üretiminde kullanılır. Parça içi boşluk olmadığından burada savurma döküm yönteminin tercih edilmesinin nedeni merkezakç kuvvetin oluşturduğu basınçtan yararlanmaktır. Genellikle düşey olan dönme ekseni aynı zamanda parçalann dönel simetri ekseni olup, kalıplar birkaç parçanın üstüste dökülebileceği şekilde de düzenlenebilir. Kalıplar yaş kum, kuru kum, metal ya da diğer uygun malzemelerden yapılabilir. Savurmalı dökümün özelliği ise parçalara ait kalıp boşluklannın kalıp dönme ekseninin dışına yerleştirilmeleridir. Metal aynı zamanda dönme ekseni olan bir düşey yolluktan beslenir ve yatay yoiluklardan geçerek kalıp boşluklarına ulaşır. Bir kalıpta genellikle çok sayıda küçük kalıp boşluğu bulunur. Savurma döküm yönteminin üstünlükleri ve sınırlan şunlardır : - Boru ve benzeri parçalar maçasız dökülebilir. - Oluşan yüksek basınçlar düşük yoğunluklu metal olmayan kalıntıların (örneğin çelikte MnS) ve gazlann dönme eksenine doğru sürüklenmesini ve gözeneksiz, temiz ve ince taneli iç yapılann elde edilmesini sağlar. - Parça toleranslan dar, yüzeyleri kalitelidir. - Yöntemde hurdaya atılan malzeme çok azdır. - Kalıbın ince cidarlı bölümleri kolaylıkla dolar. - Ergimiş metali besleme hızı yüksek olduğundan döküm sıcaklığı düşük seçilebilir. - Dökülebilen parça biçimleri sınırlıdır. - Döküm makinası yüksek bir yatınm gerektirir. - Yoğunluklan farklı olan bileşenler içeren alaşımlarda ağırlık segregasyonu görülebilir. Hassas Döküm Yüzyıllardan beri bilenen bir döküm yöntemi olan hassas dökümün prensibi, mum ve benzeri modellerin eirafına haç halinde olan bir kalıp malzemesinin dökülmesi ve katılaştınlması suretiyle hazırlanan kalıplann ısıtılması ve ergiyen model malzemesinin kalıptan dışan akıtılarak kalıp boşluğunun oluşturulmasıdır. Modeller mum ya da plastiğin metal bir kalıba enjeksiyonu ile üretilir ve çok sayıda model, ortak bir yolluğa bağlanarak salkım şeklinde düzenlenir. Dökülen metalin türü, parça boyutları, istenen soğuma hızı gibi faktörlere bağlı olarak aşağıdaki iki farklı kalıplama yönteminden biri seçilir : a) Dereceli hassas döküm (Şekil. 13 a): Yukanda anlatılan şekilde hazırlanan mum model salkımı 1000 C den daha yüksek sıcaklıklarda ergiyen metallerin dökümü için, önce bir refrakter çamura daldınlarak ön kalıplama yapılır. Düşük sıcaklıkta ergiyen metaller için gerekli olmayan bu ön kalıplamadan sonra salkım paslanmaz çelik bir derece içinde refrakter bir kanşımla kalıplanır. Kalıplama masasına titreşim uygulanarak çamurun yerleşmesi ve modeli tümüyle sarması sağlanır. Kalıplar kurutmadan sonra ters çevrilir ve 95... 150 C sıcaklığa ısıtılarak ergiyen mum dışan akıtılır." Dökümden önce kalıbın dökülecek metale uygun bir ön sıcaklığa getirilmesi gerekir. Bu sıcaklık örneğin pirinçte 870 C, demir esaslı alaşımlarda ise 1050 C civanndadır. Sıvı metalin kalıba doldurulması ve katılaşmadan sonra, kalıp kınlarak çıkanlan metal salkımdan parçalar kesilerek ayınlır ve bağlantı yereleri taşlanır. (O 14-12

DÖKÜM TEKNİĞİ SEVKIYAT b)seeamik KABUKLU HASSAS DOKOB Şekil. 13- Dereceli ve kabuklu hassas döküm yöntemlerinde üretim kademeleri. b) Seramik Kabuklu Hassas Döküm (Şekil.13 b): Çelikler gibi yüksek sıcaklıklarda ergiyen (> 1100 C) alaşımlar için kullanılan bir diğer teknik de mum model salkımı etrafında seramik bir kabuk oluşturmaktır. Burada mum salkım çabuk sertleşen bir refrakter çamura daldırıldıktan sonra, bir akışkan yatak ya da yağmurlama kabininde refrakter tozu ile kaplanır. Oluşan ince kabuğun sertleşmesinden sonra bu işlem arzulanan kabuk kalınlığı (5... 15 mm) elde edilene kadar tekrarlanır (6... 8 kez). Son olarak pişirilen kabuk, ön ısıtılarak döküme hazır hale getirilir. Hassas dökümün üstünlükleri aşağıda özetlenmiştir : - Küçük ve karmaşık biçimli parçaların üretimine elverişlidir. - Boyut hassasiyeti ve yüzey kalitesi mükemmeldir. - Genellikle ek işlemeye gerek kalmadığından, işlenmesi güç malzemelerin dökümünde tercih edilir. - Kalıp tek parçalı olduğu için parça yüzeyinde bölüm düzleminin izi kalmaz. Yöntemin sınırlan ise şunlardır : - Her bir parça için ayrı bir model üretilmesi gereklidir. - Yöntem mekanizasyona uygun olmayıp üretim hızı ve kapasitesi düşüktür. - Model ve kalıp malzemelerinin pahalı olması ile üretimin çok sayıda işlem içermesi nedeniyle parça maliyeti yüksektir. - Ancak 5 kg dan daha küçük parçaların dökümü için elverişlidir. Alçı Kalıba Döküm Günümüzden 3000... 4000 yıl önce Çinliler tarafından kullanıldığı bilinen alçı kalıplar genellikle bakır ve alüminyum alaşımları gibi düşük sıcaklıkta ergiyen (< 1100 C) demir dışı malzemelerin dökümünde kullanılır. Ayrıca, dayanımı düşük olan model malzemelerinin kullanılması halinde (örneğin mum), kum gibi dövülerek sıkıştırılan kalıp malzemeleri uygun olmadığından, başlangıçta sulu harç halinde olan alçı tercih edilir. Alçı kalıplar iki ya da daha çok parçlalı yapılır ve kum kalıplar gibi bir bölüm yüzeyi içerirler. Alçı kalıpta üretilen parçaların döküm yüzeyleri çok temiz olup, 0,008... 0,010 mm/mm ye ulaşan dar toleranslar elde edilebilir. Alçının dayanımı düşük olduğundan bu yöntemle genellikle ağırhkian 100 N dan daha düşük olan parçalar üretilir. Alçı kalıplann en zayıf yönü gaz geçirgenliklerinin düşüklüğü olup, kalıbın geçirgenliğini artırmak için değişik teknikler geliştirilimiştir. 14-13

DÖKÜM TEKNÎĞÎ Seramik Kalıba Döküm Seramik kalıba döküm yöntemi hassas döküm yönteminden türetilmiş olup, bundan farkı modellerin tekrar kullanılabilmesi ve yöntemin standart dökümhane imkanlarıyla uygulanabilmesidir. Seramik kalıba dökümde hassas dökümde olduğu gibi büyüklük sınırlaması yoktur ve özellikle yüksek sıcaklıkta ergiyen metallerden karmaşık biçimli, yüzey kalitesi yüksek, boyutları hassas ve kusursuz döküm parçaların üretilmesi mümkündür. Bu nedenle seramik kalıba döküm, boyut bakımından mum modellerin kullanımasının mümkün olmadığı ya da üretilebilecek parça sayısı bakımından mum modelin üretiminde kullanılan metal kalıba yatırım yapmanın maliyet ve zaman bakımından uygun olmadığı durumlarda tercih edilir. Bu yöntemde ahşap, alçı ya da metalden üretilmiş modellerin üstüne refrakter tanecikler ve bir seramik bağlayıcıdan oluşan çamur dökülür. Genellikle bir jel yapıcı da içeren bu karışımın jelleşmesi beklendikten sonra model çıkarılır. Daha sonra karışımın içindeki uçucu maddeler bir üfleçle yakılır ve kalıp pişirilir. Sonuçta çelikler de dahil olmak üzere tüm metallerin dökülebileceği yüksek refrakter özellikte bir kalıp elde edilir. Dökümden önce ısıtılmaları gereken bu kalıplar çok pahalıdır ve bu nedenle kalıbın sadece metalle temas eden 3... 10 mm kalınlığındaki kısmının seramik bir kabukla kaplı olduğu karma kalıplar geliştirilmiştir. Kalıbın diğer bölgelerinde kullanılan malzeme, iri taneli şamot olup CO2 yöntemiyle kalıplanabilir. Tolerenaslar küçük parçalarda 0,002 mm/mm, büyük parçalarda ise 0,010 mm/ mm sınırlan içinde tutulabilir. Yüzey pürüzlülüğü 3 (im civarındadır. Dolu Kalıba Döküm Yöntemleri Dolu kalıba döküm yöntemi, yanarak gaz haline geçen polistiren köpük modellerin kullanıldığı bir kalıplama tekniğidir (Şekil. 14). Model tek parçalı olabildiği gibi birçok parçanın birbirine yapıştırılması ile de oluşturulabilir. Kalıplama sonrasında köpük model kalıptan çıkarılmaz (dolu kalıp) ve ergimiş metal kalıba dökülünce yanarak gaz halinde kalıbı terkeder. Böylece ergimiş metalin köpük modelin yerini almasıyla parça biçimlenir. Bu yöntemde yolluklar, çıkıcılar ve diğer tüm kalıp elemanları köpükten yapılır ve kumda kalıplanır. Modelin kalıptan çıkarılması sözkonusu olmadığından, kalıbı iki parçalı olarak yapmaya gerek yoktur. Köpüğün kalıplama sırasında biçim değiştirmemesi için dövülerek sıkıştırılan kum kalıplar yerine, CO2 - yöntemi ya da havada kendiliğinden sertleşen kalıpların kullanılması daha uygundur. Burada model kalıptan çıkarılmadığından tüm girinti ve iç boşluklar kumla doldurulabilir ve ayrıca maça kullanılmasına gerek kalmaz. Köpük modeller, ahşap ya da metal modellerle birlikte de kullanılabilir. Modelin kalıptan sıyrılması güç olan kısımları köpükten yapılarak kalıptan çıkarılmaz ve döküm sırasında gazlaşarak bu bölgelere metalin dolması sağlanır. Bu sayede örneğin kalıbın istenen her noktasına besleyici yerleştirilir. Yolluk Pota b)tek parçalı kum kalıp cldskum İşlemi Hurdaya ayrılan yolluk Şekil. 14- Dolu kalıba döküm yönteminin aşamaları. Döküm Yöntemlerinin Karşılıştırılması Çizelge.3 de yukarıda sıralanan yöntemlerden bazıları karşılaştırılarak verilmiştir. Yöntemlerin karakteristiklerinin çok farklı oluşu, üretilecek parçaya en uygun kalıplama tekniğinin seçiminin ne derece önemli olduğunu göstermektedir. 14-14 1

DÖKÜM TEKNİĞİ Çezilge.3- Bazı Döküm Yöntemlerinin Karşılaştırması. Kalıplama Yöntemi Parça ağırlığı [N] Min. Duvar Kalınlığı [mm] Yüzey Pürüzlülüğü [tim] Boyut hassasiyeti [mm/m] Çekme b dayanımı [N/mm 2 ] Üretim Hızı c (parça/saat) Yaş kum kalıp Kuru kum kalıp Maça kalıp 10-2000 >10 0,5-2500 3-4 6-25 30-60 130 1-300 5 5 Co2- kalıbı Kabuk kalıp Hassas döküm 0,5-2500 0,5-1500 2,5-1500 < 50000 <50 1,5 2,5-4 1,5 0,5-1 1,5-5 4-18 0,5-3" 0,5-8 0,4-2 2-5 40-60 1-3 10" 2-5 160 205 170 10-50 20-100 90-800 30-50 10-300 1-2 1 a) Kalıp malzemesi metal b) Bir alüminyum alaşımı için c) 15 N ağırlığında orta karmaşıklıkta bir parça için d) 1 : en az, 2 : en çok 4. ERGİTME, DÖKÜM VE KATILAŞMA Ergitme ocakları Dökülecek metali ergiterek döküm sıcaklığıa ulaştırmak için ergitme ocaklarından yararlanılır. Bu ocaklarda ayrıca bileşimin ayarlanması, aşılama, katışkı ve gazların giderilmesi gibi bazı ek işlemler de dökümden hemen önce gerçekleştirilirler. Bir dökümhane için en uygun ergitme ocağı, dökülecek metal ya da metallerin türü ve miktarı, kapasite ve çalışma sıcaklığı, ekonomiklik, özellikleri kontrol imkanları ve metalurjik temizlik dikkate alınarak seçilir. Metal döküm teknolojisinde yararlanılan ergitme ocaklarının başlıcaları aşağıda sırayla tanıtılmaktadır : Potalı Ocaklar : Metal ergitmede kullanılan en basit ve eski araç, potalı ocaklardır. Şekil. 15 de görüldüğü gibi bu ocakların sabit ve devrilebilen tipleri vardır. Potalı ocak içi ateş tuğlası ile örülmüş bir çelik kabuk ile açılıp kapanabilen bir kapaktan oluşur. Ocağın içinde metalden ya da refrakter özellikli malzemelerden (grafit, silisyum karbür, dökme demir vb.) üretilmiş bir pota bulunur. Küçük potalar genellikle atelye tabanının altında bulunan sabit çukur ocaklarda, büyük potalar ise taşınmaları güç olduğundan genellikle devrilebilir tip ocaklar içinde kullanılır. Sabit ocaklar potalar açılarak çıkarıldığından, üretilen metalin türü ve miktarına uygun olarak kullanılabilir. Kapasiteleri 150 N ile 10000 N arasında değişen potalı ocaklarda, ısı kaynağı olarak çoğunlukla gaz ve sıvı yakıtlardan, bazan de kömür ya da elektrik enerjisinden yararlanılır. Potalı ocaklarda genellikle alüminyum ve bakır alaşımları gibi düşük sıcaklıkta ergiyen demir dışı metaller ergitilir. Potalı ocaklarda önemli bir dezavantaj, ergimiş metalin yanma gazlan ve yakıtta ya da ortamda bulunan nemden oluşan buhar ile temasta olmasıdır. Ergimiş metalin bünyesinde özellikle hidrojen çözünmesini önlemek için ortamdaki tüm parçaların kurutulması, fırın atmosferinin hafif oksitleyici olarak ayarlanması ve yanma gazlarının eriyikle mümkün oduğu kadar az temas etmesinin sağlanması büyük önem taşır. Kupol Ocağı : Kupol ocağı sacdan yapılmış ve içi refrakter tuğla ile örülerek astarlanmış silindirik düşey bir ocaktır (Şekil. 15). Sıvı dökme demir elde etmek için kullanılan kupol ocakları farkıl boyutlarda yapılabilir. Ancak ticari ocakların dış çapı genellikle 1... 2 m arasındadır, kapasiteleri ise 200 kn/saat e kadar çıkabilir. Ocak içine pik, hurda, kok ve kireç taşı belli oranlarda ve birbirini izleyen tabakalar halinde üstüste yüklenir ve şarj alttan ergimiş metalin alınmasıyla kendi ağırlığı ile aşağı iner. Rejim halindeki ocakta alttaki kok yatağına boru demetinden üflenen havanın sağladığı yanma ile oluşan ısı, birbirini izleyen kok ve metal tabakalarından geçerek metali ergitir. Ergiyen metal, kok yatağından aşağı süzülerek ocak tabanında toplanır ve zaman zaman metal ağzından bir potaya alınır. Cürufun alınması için ayn bir ağız daha vadır. 14-15

DÖKÜM TEKNİĞİ Kapak Pota Pota Hava ve yakıt girişi Brülör Taban Bloku Astar a) Sabit b) Devrilebilir Şekil.15- Potalı ocaklar Dökme demirin ergitilmesinde yaygın olarak kullanılan bu ocaktan sıvı metal belirli aralıklarla alınır. Kalıp hazırlama hızı ile metal ergitme hızının birbirine uygun olarak seçilmesiyle seri üretimde süreklilik sağlanabilir. Kupol ocağı dökme demir için kullanılabilecek diğer bütün ergitme yöntemlerinden hem ilk yatırım, hem de işletme giderleri bakımından daha ekonomiktir. Ayrıca, az yer tutan, kullanışı kolay, ergitme süresi kısa olan bir ocaktır. Kupol ocağının önemli bir sakıncası, ocaktan alınan dökme demirin bileşimi ve sıcaklığının hassas olarak kontrolünün zor olmasıdır. Bileşimin ve sıcaklığın daha hassas ayarlanması ve iç yapı değişimlerinin en aza indirilmesi istenirse, ergimiş metal önce endüksiyon ocağı gibi ikinci bir ocağı alınır, gerekli düzeltmeler burada yapıldıktan sonra döküme geçilir (Dublex çalışma). Kıvılcım tutucu Taban dest 14-16 Şekil.16- Kupol ocağı

DÖKÜM TEKNİĞİ Elektrikli Ocaklar: Elektrikli ocaklar yüksek sıcaklıklara kolaylıkla ulaşılması, sıcaklığın kolay kontrol edilebilmesi, çalışma ortamının temizliği ve her tür alaşım için değişik kapasitelerde ocakların bulunması gibi önemli üstünlüklere sahiptir. Elektrikli ocaklar ARK ocakları, ENDÜKSİYON ocakları ve DİRENÇ ocakları olmak üzere üç gruba ayrılır. Ark Ocakları: Burada metalin ergitilmesinde, ocak içinde oluşturulan elektrik arkında açığa çıkan ısıdan yararlanılır. Elektrik arkı iki elektrot arasında oluşturulursa indirekt ark (Şekil. 17 a), elektrotlarla ergimiş metal banyosu arasında oluşturulursa direkt ark ocağından (Şekil. 17 b) söz edilir. Direkt ark ocaklarının kullanımı daha yaygındır. Direkt ark ocağında genellikle 3 karbon elektrot bulunur; bu elektrotlara uygulanan gerilim düşük, akım ise yüksektir. Pahalı olan bu ergitme yöntemi yüksek sıcaklıkta ergiyen kaliteli çeliklerin ve alaşımlı dökme demirlerin ergitilmesinde tercih edilirler. Direkt ark ocaklarının kapasiteleri 1... 15 MN olabilir, ancak en çok 300... 400 kn kapasiteye sahip olanlar kullanılır. Ergitme kapasiteleri çok daha düşük olan (en çok 10 kn) indirekt ark ocakları ise genellikle demir dışı metallerin ergitilmesinde kullanılırlar. Endüksiyon Ocakları: Endüksiyon ocakları çekirdeksiz ve çekirdekli (kanallı) olmak üzere iki gruba ayrılırlar (Şekil.18). Her iki ocakta da ergimiş metali normal bir transformatörün primer sargısı olarak düşünülebilecek elektrik bobini çevreler. Bu bobinden geçen alternatif akım, sekonder sargı olarak düşünülebilecek iletken sıvı metal içinde girdap akımları endükleyerek ısı oluşturur. Isı doğrudan doğruya ergitilecek metal içinde ortaya çıktığından, çok temiz ve hızlı bir ergitme gerçekleşir. Hat frekansından (50 Hz) yüksek frekanslara (10000 Hz) kadar değişik elektrik kaynaklarıyla çalışan farklı endüksiyon ocakları geliştirilmeştir. Endüksiyon ocaklarının bir diğer türü de ergitmenin vakum altında yapıldığı vakum endüksiyon ocaklarıdır. Bu ocakta ergimiş metalin hava ile teması önlenerek saf ve temiz olması sağlanabilir. a) Çekirdeksiz tip a) Endirekt ark ocağı b) Direkt ark ocağı Oçalc sstsrı b) Çekirdekli (Kanallı) tip Şekil.17- Ark ocakları Şekil.18- Endüksiyon ocakları Çekirdeksiz tip endüksiyon ocağında potanın etrafı su ile soğutulan bakır borudan yapılmış bir bobin ile çevrilidir. Ergimiş metalde oluşan akımlar aynı zamanda metal banyosunda bir kanşma hareketi sağlar. Çekirdekli ya da kanallı tipte, sıvı metal primer sargının çekirdeği çevresinde bir kanal oluşturur. Genellikle hat frekansında çalışan bu ocakların elektrik verimleri daha yüksektir. Kanallı endüksiyon ocaklarında çalışmaya ilk başlarken kanalı dolduracak kadar bir sıvı metalin doldurulması gerekir. Bu tip ocaklar genellikle ergitme için değil, bekletme ve aşın ısıtma gibi işlerde tercih edilirler (örneğin dublex çalışmada). 14-17

DÖKÜM TEKNİĞİ» Direnç Ocakları: Bu ocaklarda elektrik akımının bir direnç üzerinden geçmesi sırasında oluşan ısıdan yararlanılır. Direnç ocaklarının uygulama alanlan çok sınırlı olup genellikle ergime sıcaklığı düşük malzemeler için tercih edilirler. Direnç olarak tel ya da içinden yüksek akım geçirilen grafit ve silisyum karbür çubuklar kul- $ Ianılabilir.,.. ıft f Alevli Ocaklar: Bu ocaklar dökme demirin kimyasal bileşiminin hassas olarak ayarlanmasının gerektiği (ör- "fy; * neğin temper döküm) durumlarda kullanılır. Alevin metal banyosu üzerine üflendiği bu ocaklarda yakıt olarak genellikle pülverize kömür ve hava kanşımi kullanılır. Kapasiteleri 70... 300 kn arasında değişen tavalı tip ocaklarda sığ ve uzun bir eğitme bölgesi vardır. 150 kn kapasiteye kadar çıkabilen döner tip ocaklarda ısı verimi daha iyidir. Ocak ergitme başlangıcında zaman zaman, metal ergidikten sonra ise sürekli döndürülür. Genellikle çelik hurdası, pik demir ve temper döküm hurdasıyla yüklenen bu ocaklarda doğrudan sıvı metal yüklenerek v j dublex çalışma da yapılabilir. fc* Konverterler: Konverterlerde pik ya da dökme demirlerin bileşimlerindeki C, Si, Mn, P, S gibi elementlerle diğer katışkılar arıtılarak çelik elde edilir. Yani bu ocaklarda esas amaç metali ergitmek değil, pik demiri arıtarak çelik üretmektir. Konvertere doldurulan sıvı metalin içine ya da yüzeyine hava ya da saf oksijen üflenerek, istenmeyen elementler yakılarak giderilir. Gerektiğinde alaşımlama da yapılarak çeliğin bileşiminin ayarlandığı bu ocaklann değişik türleri vardır, ilk geliştirilen ocaklar havanın tabandan üflendiği Bessemer konverterleri olup, günümüzde daha yaygın olarak kullanılanlar havanın metal üzerine yandan üflendiği Tropenas konverterleri ile üstten saf oksijen üflenen oksijen konverterleridir. Simens-Martin Ocakları : Genellikle demir-çelik tesislerinin çelikhanelerinde kullanılan Siemens-Martin ocaklannda sığ, eliptik kesitli ve genelikle bazik astarlı bir ergitme bölümü vardır. Modern ocaklann kapasiteleri 100... 6000 kn arasında değişmesine rağmen, en çok tercih edilen kapasiteler 1000-1500 kn arasındadır. Ocağa pik demir ya da hurda (genellikle yan yarıya) yüklenebilir, aynca cüruf oluşturucu kireç taşı ve diğer katkılar eklenir. Bu ocaklar genellikle yüksek fınnlann yakınında kurularak, hem pik demirin ocağa sıvı halde doldurulması, hem de yüksek finn gazından yakıt olarak yararlanılması mümkün olur. Ocağın çalışması süreklidir. Ancak, belirli aralıklarla (örneğin 3 ayda bir) ocak onanma alınır. Genellikle gaz yakıtlar kullanılır, ancak sıvı yakıtlar ya da pülverize kömür de kullanılabilir. Gaz yakıt ve hava ön ısıtılıp ergitme bölgesinde yakılır. Siemens-Martin ocaklarında da gerek ortam, gerekse cürufla oluşan reaksiyonlarla, yüklenen metal büyük ölçüde antılarak çelik elde edilir. Burada ayrıntılan verilmeyecek bu antma ve alaşımlama işlemleri sonucunda çeliğin bileşimi ile sıcaklığı ayarlanır ve sıvı çelik potalarla alınır. Gaz Giderme En uygun ergitme koşullarında bile gazlann (özellikle hidrojenin) sıvı metal içinde çözünmesine engel olunamaz. Örneğin, hidrojen havadaki ya da ortamdaki nemin, sıvı metalin sıcak yüzeyinde hidrojen ve oksijene aynşması ile ortaya çıkar ve eriyik içinde çözünür. Gazlann çözünürlüğü eriyiğin soğuması ve katılaşması sırasında çok düşer. Katılaşma sırasında açığa çıkan bu gazlar eriyik dışına kaçamaz ise metal içinde gözeneklerin oluşmasına ve malzeme özelliklerinin olumsuz etkilenmesine neden olur., Sıvı metallerde gaz çözünmesini önlemek için dikkat edilmeli ancak bütün bu önlemlere rağmen eriyik içindeki gazlann çözünmesine tümüyle engel olunamayacağından, gerektiğinde gaz giderme işlemleri uygulanmalıdır. Bu işlemlerde sıvı metal klor, azot, argon gibi nötr bir gazla süpürülür ya da içine bu tür gazlar açığa çıkaran bir katı madde daldınlır. Sıvı metal içinde yükselen gazı habbecikleri, eriyikten çözünmüş gazlan ve yüzen oksit ve diğer metal olmayan kalıntılan süpürerek dışan çıkanr. Gaz gidermede çok etkin, fakat pahalı bir yöntem de metali vakum altında ergitmek ya da açıkta ergitilmiş metali dökümden hemen önce vakum altına alarak gazdan arındırmaktır. fi Döküm işlemi Ergimiş metalin kalıba doldurulmasındaki genel uygulama, metalin önce büyük bir bekletme potasına alınması ve buradan döküm için kullanılacak daha küçük potalara dağıtılmasıdır. Kullanılan potalann büyüklük ve tiplerine göre vinçle, monorayla, arabalı ya da elle taşıma yöntemlerinden biri seçilir (Şekil. 19). Döküm sıcaklığı eriyiğin hızlı ve kolay akmasını sağlayacak şekilde seçilmelidir. Sıcaklığın yüksek olması tane irileşmesi, gaz ve çekme boşluklannın artması gibi olumsuz etkilere yol açabilir. Bu nedenle döküm sıcaklığı, yeterli olan en düşük sıcaklık olarak seçilmelidir, ince parçalarda daha yüksek olarak seçilen sıcaklığın ölçülmesinde optik ya da daldırma pirometreleri kullanılır. Kalıp içine dökülen metale cüruf ve diğer kirliliklerin kanşmasını önlemek için gelişmiş potalarda bazı konstrüktif önlemler bulunabilir ya da basit potalarda cüruf, dökümden hemen önce el aletleriyle sıynlır. Döküm sürekli ve üniform bir hızla yapılmalı; döküm hızı, katılaşma döküm süresinin bitiminden sonra başlayacak şekilde ayarlanmalıdır. Gerektiğinde birden fazla yolluktan döküm yapılabilir. 14-18