Isı Bl ve eknğ Degs, 3,, 45-57, 0 J. of heal Scence an echnology 0 IBD Pne n ukey ISSN 300-365 YÜKSEK BASINÇLI DÖKÜM PROSESĠNDE KALIP SICAKLIĞINA BAĞLI OLARAK DÖKÜM-KALIP ARAYÜZEYĠNDE OLUġAN ERMAL EMAS DĠRENCĠNĠN BELĠRLENMESĠ Osan ĠPEK * ve Mua KORU ** * Süleyan Deel Ünveses Mühenslk Malık Faküles Makne Mühenslğ Bölüü Ispaa, opek@f.su.eu. ** Süleyan Deel Ünveses eknk Eğ Faküles Makne Eğ Bölüü Ispaa, kou@ef.su.eu. Gelş ah: 05. 03. 00, Kabul ah: 0. 05. 00 Öze: Basınçlı ökü posesne, kalıpa, ökü-kalıp aa yüzeyne ve ökü alzeesne oluşan eal ençle üelen paçanın ekank, fzksel özellklen belleyen ve kaılaşa oanını konol een önel faköle. Özellkle ökü ve kalıpak ısı ansfenn bellenes ökü paçasının kales açısınan önel. Bu aaçla, A43 Alünyu-slsyu alaşıının enjeksyonu sıasına ökü-kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayısı IHC, sıcaklık ağılıı ve ısı akısı faklı kalıp başlangıç sıcaklıklaına bağlı olaak bellenş. Kalıp ve ökü alzeesne faklı enlklee yeleşlen 4 ae eokupl le sıcaklıkla zaana bağlı olaak ölçülüşü. Ölçülen ve hesaplanan sıcaklık vele b uyu çesne. Deneysel olaak ölçülen sıcaklıklaı kullanan, FORRAN pogalaa lne yazılış sonlu fakla eou FDM le ökü-kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayısı h ve ısı akısı q hesaplanışı. Aynı zaana, soğuk kaaalı ökü aknesnn nak paaeele enjeksyon basıncı ve hızı zaanın b fonksyonu olaak nak paaee ölçü chazı holskop le kayelş. Sonuç olaak; aa yüzey ısı ansfe kasayısı, sıcaklık ağılıı ve ısı akısı zaana bağlı olaak bellenş. Kalıp başlangıç sıcaklıklaına bağlı olaak aa yüzey ısı ansfe kasayılaınak ve ısı akılaınak eğş sunuluşu. Anaha Kelele: Basınçlı ökü, IHC, Isı akısı, FDM, Dnak paaeele. DEERMINAION OF HE HERMAL CONAC RESISANCE IN HE CASING- MOULD INERFACE DURING HIGH PRESSURE DIE-CASING PROCESS DEPENDING ON MOULD EMPERAURE Absac: heal essances n he oul, e-ol neface an oul aeal ae os poan paaees fo pouce aeal s echancal, physcal an solfcaon popees n e casng. Paculaly, eenng of hea ansfe n e an oul s poan fo qualy of e aeal. Fo hs a, e-oul nefacal hea ansfe coeffcen IHC, epeaue sbuon an hea flux ae eene accong o ffeen oul nal epeaues ung njecon pocess of A43 alunu-slcon alloy. epeaues ae easue base on e by 4 peces of heocouples whch ae oune a ffeen ephs of e an oul aeal. Measue an calculae epeaue values ae concoan. Inefacal hea ansfe coeffcen h an hea flux q ae calculae wh fne ffeence eho FDM by FORRAN pogang language usng expeenally easue epeaues values. Aonally, ynac paaees of col chabe achne njecon pessue an spee ae ecoe wh ynac paaee easung evce as a funcon of e. As a esul, nefacal hea ansfe coeffcen, epeaue sbuon an hea flux ae eene as a funcon of e. he vaaons of hea ansfe coeffcens an hea flux ae pesene accong o oul nal epeaues. Keywos: De casng, IHC, Hea Flux, FDM, Dynacal paaees. SEMBOLLER a Küesel geoee ayal ç yaıçap b Küesel geoee ayal ış yaıçap c Özgül ısı, [J/kgK] h Dökü-kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayısı [kw/ K] h * Moellee le ele elen IHC [kw/ K] k Isı lekenlk kasayısı, [W/K] L Ege gzl ısısı, [J/kg] q Isı akısı [MW/ ] q B hace ısı üe oanı, [W/ 3 ] ρ Yoğunluk, [kg/ 3 ] Zaan, [s] Sıcaklık, [K] Dökü eal yüzey sıcaklığı, [K] C 45
M Soğuucu eal yüzey sıcaklığı, [K] Dökü yaıçapı, uzaklık esafe [] h * Moellee le ele elen aa yüzey ısı ansfe kasayısı [kw/ K] P Basınç [Ba] f s Kaılaşan eal kaı [%] R eal eas enc [ K/W],c Δ Zaan aalığı Δ Mesafe aalığı Al nsle Düğü nokası Üs nsle Zaan şae olu. eas alanı genellkle küçükü ve özellkle, püüzlü yüzeyle çn ence en büyük kakı aaak hava aafınan yapılı Incopea ve Dew, 00; Capbell, 00. R A B,c qx GĠRĠġ Basınçlı ökü, sıvı ealn yüksek basınç ve yüksek hız alına eal kalıba göneles sonasına kalıp çesne kaılaşasını aalayaak paça üene kân veen b ökü yöne. Basınçlı ökü posesne ökü-kalıp aa yüzeynek ısı ansfe ökü paçasının ko ve ako yapısını önel eecee ekleeke. Bu neenle sıvı ealn enjeksyon haznesne ökülüken sona başlayan ve enjeksyon kalıbına kaılaşa aalanana kaa süen basınçlı ökü posesne ökü-kalıp aa yüzey ısıl eas encnn bellenes son eece önel. Özellkle basınçlı ökü poses ğe ökü yönele le kıyaslanığına ku kalıba ökü he ökü he kalıp alzeesnn yüksek ısıl lekenlğe sahp olası aa yüzeye geçekleşen ısı ansfe kaakesğnn bellenesn önel b aaşıa konusu yapışı Doehle, 974, Flengs, 976; Vnacık, 003; Aneesen, 005. Basınçlı ökü posesne sıvı ealn kaılaşası boyunca geçekleşen ökü-kalıp aa yüzey ısıl eas encnn a olaak bellenebles, ökü ve kalıp alzeesnn sıcaklığa bağlı eofzksel özellklenn, kalıp sıcaklık ağılıının ve sını şalaının çok y bellenesne bağlıı. Bu paaeele poses boyunca sıcaklığa ve zaana bağlı olaak eğş göse. Kaılaşa aalanıncaya kaa kaılaşan ealn özgül ve ege gzl ısısı b z eal ençlele kaşılaşaak kalıba geçe. Bu süeç boyunca ısı önel ölçüe le yoluyla ansfe oluken yüksek sıcaklıkan olayı ışını ve aşını le e ansfe olakaı Chen, 003; Dou v., 005; Şahn v., 006; Aka v., 008. Dökü yönelenn aaına kaanlaın aa yüzeylene sıcaklık üşes eyana gel. Bu sıcaklık üşes ısıl eas enc R,c le lşkl. Bu ek Şekl e göselğ gb, aa yüzeyn b alanı çn enç, enkle ek gb fae eleke. Sonlu b eas encnn valığı yüzey püüzlülüğünen kaynaklanı. eas nokalaı, çoğu uua, hava le olu olan aalığa yayılışı. Isı geçş bunan olayı geçek eas nokalaı üzenen lele ve aalık boyunca le ve/veya aşını le ġekl. Isıl eas enc neenyle sıcaklık üşes ve ısı ansfe Incopea ve Dew, 00; Capbell, 00. Leaü ncelenğne, ökü-kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayısının bellenes aacıyla kullanılan eele k faklı eo evcuu. Bnc eo aa yüzey boşluk boyuunun LVD le ölçüles ve boşluk boyuunun genşlğne bağlı olaak ısı ansfe kasayısının bellenes ovan ve Agyopoulos, 998. Dğe eo se ökü ve kalıp alzeesnn faklı nokalaına yeleşlen eokuplla le sıcaklıklaının ölçüles ve nüek hesaplaa eolaı FDM, FEM le aa yüzey ısı ansfe kasayısının bellenesnen oluşakaı. Bazı aaşıacıla ökü-kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayısının bellenes konusuna çalışala yapışlaı. Bu aaşıalaa, sıvı eal kalıba lk ökülüğü ana sıvı ealn ıslaable kablye, kalıbın yüzey püüzlülüğü, sıvı eale uygulanan basınç, sıvı ealn kalıba gş hızı, kalıp ve ökü sıcaklığına bağlı olaak ısı ansfe kasayısının çok yüksek eğelee oluğu göülüşü. Daha sona sıvı ealn kalıba eas nokalaına aşıı soğuanın çekekleneye sebep olası le ökü kalıp aa yüzeyne eyana gelen kabuk le aa yüzey ısı ansfenn azalığı bllş Gffhs v., 000; aha v., 00; Sanos v., 00; Aka, 006. Basınçlı ökü posesne faklı poses paaeele ve ökü-kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayılaına ekle bazı aaşıacıla aafınan çalışılışı. Papa, 994; Lau, v., 998; Guo Zh-peng, v., 008; 46
Haasa, v., 00. Dou, G., v, 005 basınçlı ökü poses çn kalıp sıcaklığı, ökü sıcaklığı, enjeksyon basıncı, enjeksyon hızı gb paaeele üzenleşle. Yapıklaı çalışalaa, kalıbın lk sıcaklığı ve pson hızının ökü kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayısı üzene önel b ekye sahp oluğunu esp eşle, enjeksyon basıncı, ökü sıcaklığı le lgl önel b eknn olaığını söyleşle. Kpens v., 006, enjeksyon hızı, kalıp ve ökü sıcaklığının üün kales üzene eklen aaşıışlaı. Loulou v., 999, ökü sıcaklığının aası le eal eas encnn azalığını blş. aha v., 00, Sanos v., 00, Halla ve Gffhs, 004, Gafu v., 003, Aka v., 008, ökü sıcaklığı aıkça ısı ansfe kasayısının aığını blşle. Halla ve Gffhs, 004, Sabau ve Wu 007, kalıp sıcaklığının aası le ökü-kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayısının aığını blşle. Bu çalışalaın aksne Snvasan 98, Dou v., 005 aafınan yapılan çalışaa, kalıp sıcaklığının aası le ökü kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayısının azalığı bllş. Boucae v., 00 kalıp sıcaklığının aası le ısı akısı eğenn azalığını blş. Basınçlı ökü posesne, enjeksyonan önce kalıp bell b sıcaklığa ısıılakaı. Enjeksyon başlaıkan sona, ökülen alzeenn sıcaklığı le kalıp ısınaya eva eeke ve kalıp sıcaklığı bell sıcaklık eğele aasına uulaaakaı. Bu uua kalıp yüzey ve kalıp göves b soğua sse le soğuulaak kalıbın bell l sıcaklık eğene uulası geekeke. Soğua şle le he kalıp soğuulaka he e enjeke elen alzeenn kaılaşa şalaını konol elebleke. Bu konua leaüe sınılı sayıa çalışa yapılış ve aaşıacıla enjeksyon poses boyunca kalıp üzene yeleşlen soğua kanallaınan, kalıp yüzeyne soğuucu püsküülesnen kaynaklanan kalıp sıcaklık ağılıını, soğua oanını, soğua zaanını ve çeklen ısı oanını belleşle Chen, 003; Gaza ve Mlle, 003. Leaüe genel olaak kalıp sıcaklığının aası le ökü-kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayısının azalığı fae elekle blke; kalıp alzees, kaplaa cns ve alaşı pne bağlı olaak ökü-kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayısı eğş göseeke. Leaüe faklı enjeksyon paaeelene bağlı olaak yapılan çalışalaa ökü kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayısı le lgl faklı yaklaşıla evcuu. Bu aaşıalaa kkae alınaak çalışaız, A43 alünyu alaşıının basınçlı öküü esnasına faklı kalıp sıcaklığı eğelene göe ökü kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayısının bellenesn aaçlaışı. Bu aaçla; 00 on engene kllee gücüne sahp soğuk kaaalı ökü aknes, eofzksel özellkle y blnen ökü alzees A43 ve kalıp alzees H3 seçlş. Enjeksyon hızı.9-. /s ve enjeksyon basıncı 70-75 ba olaak üzenlenş. Kalıp küesel geoeye uygun olaak hazılanışı. Yönlü kaılaşa sağlayablek çn kalıp yüksek sıcaklığa ayanıklı yalıı alzees le zole elş ve soğua yapılışı. Küesel geoeye uygun olaak ökü ve kalıp alzeesne he eksenel he e açısal olaak yeleşlen eokupllaan sağlanan eneysel sıcaklık vele sonlu fakla eouna ayalı FORRAN pogalaa lne yazılan b blgsaya kou le ele elş. Kalıp sıcaklığına bağlı olaak ele elen sonuçla leaü eğele le aışılışı. MAERYAL MEOD Deneylen YapılıĢı ve Deney Sse Basınçlı ökü aknes ve eneysel ssen genel göse Şekl e velş. Kalıp H3 çelğnen ve 00 çapına küesel geoee yapılış, ek yönlü kaılaşa sağlayablek çn kalıp zole elş ve kalıbın soğuulası sağlanışı. ġekl. Deneysel çalışanın yapılığı ssen genel göse Basınçlı ökü kalıbınan sıcaklıklaın ölçüles aacıyla kalbasyonlaı yapılış ±,5 o C ölçe hassasyene sahp K p 4 ae neal zolel eokupl aksyal yöne 90 o lk b l üzene 30 o lk aalıklala he ökü alzeesne he e kalıba Şekl 3 e göselğ gb yeleşlş. Bu eokupllaan 4 ae kalıp aa yüzeynen 5 C5 uzaka, 4 ae kalıp aa yüzeynen 8 C8 uzaka ve 4 ae kalıp aa yüzeynen C uzaka olacak şekle ökü alzeesne yeleşlş. Benze şekle 4 ae kalıp aa yüzeynen M gee, 4 ae kalıp aa yüzeynen 6 M6 gee ve 4 ae kalıp aa yüzeynen 9.5 M9,5 gee olacak şekle kalıp çesne kalacak şekle yeleşlş. ablo e eokupllaın sle ve konulaı velş. Bu eokuplla kopanzasyon kablosu le ve oplaa ünesne bağlanışı. Basınçlı ökü poses esnasına enjeksyon aknesnn nak paaeelen ölçek aacıyla holskop kullanılışı. Holskop le enjeksyon. faz hızı,. faz hızı, enjeksyon basıncı, kalıp olua 47
ġekl 3. Sıcaklıklaın ölçüles aacıyla eokupllaın kalıp üzene yeleşles. zaanı, gecke zaanı, opuk kalınlığı, aksu basınç, faz geçş nokası, yolluk kes hızı, kalıp yüzey alanına uygulanan kuvve, aksu sok gb poses paaeele belleneke. Dnak paaeelen bellenes le basınçlı ökü aknesnn nak kaakesğ oaya konulakaı. Bellenen bu nak kaakesklen ökü kalıp aa yüzey ısıl eas enc le blke eğelenles sonucuna enjeksyon posesne a çalışa şalaının esp ükün olableke.basınçlı ökü poses le lgl yapılan eneysel çalışaa, ökü alaşıı olaak öekk Al-S alaşıı A43 kullanılışı. Deneylee kullanılan A43 alaşıının kyasal bleş ablo e velş. Deneysel çalışaa kullanılan kalıp ve ökü alzeelene a eofzksel özellkle ablo 3 e sunuluşu Halla, Gffhs, 004; Aka, 006. Deney üzeneğne kaılaşanın ek yöne ve ısı ansfenn aksyal yöne geçekleşesn sağlaak aacıyla kalıp soğuuluşu. Kalıp 60 kalınlığına, yüksek sıcaklığa 00 0 C ayanıklı ablo. Kalıp üzene one elen eokupllaın s ve konulaı. eokupl eokupl İs C5,0 - C8,0 - C,0 C5,30 - C8,30 - C,30 Ca,b C5,60 - C8,60 - C,60 C5,90 - C8,90 - C,90 M,0 - M6,0 - M9.5,0 M,30 - M6,30 - M9.5,30 Ma,b M,60 - M6,60 - M9.5,60 M,90 - M6,90 - M9.5,90 Buaa C eokupllaın ökü alzeesne, M se eokupllaın kalıp alzees alıılığını, a eokuplun aa yüzeyen uzaklığını b se eokuplun açısal yönek Açıklaa eece olaak konuunu fae eeke. CC8,0 ; Dökü aafı oa noka çn hesaplanan sıcaklık eğen MC6,0 ; Kalıp aafı oa noka çn hesaplanan sıcaklık eğen fae eeke. eokupl K CN p olup ölçe hassasye ±.5 o C veya 0.004. seak yalıı alzees le zole elş böylece yönlü kaılaşa şalaı ele elş Şekl 4. Dökü alzeesnn ege şle elekkl ege fıınına yapılışı. Dökü sıcaklığı olaak 973 K seçlş. Sıvı eal b kepçe vasıasıyla basınçlı ökü aknesnn haznesne ökülüşü. Deneyn başlangıcına, eal enjeksyon kalıbı 8 ae fşek p ezsansla üç faklı kalıp sıcaklığına 483 533 590 K ısıılışı. Basınçlı ökü poses çn; enjeksyon basıncı nensfcaon pessue 70-75 ba ve enjeksyon.faz hızı.9-. /s olaak seçlş. Kaılaşa esnasına eokupllaan 0.004 sanye s e 50 ve zaan aalığına sıcaklıkla ölçülüş ve ölçülen bu eğele b ve oplaa ünes NI SCXI- 600 le kayeleek blgsaya oaına akaılışı. Enjeksyon şle aalanıkan 60 sn sona kalıp açılaak kaılaşanın aalanası sağlanışı. B sonak eneye geçleen evvel kalıbın eneysel çalışaya uygun sıcaklığı ulaşası beklenş. Kaılaşa peyou boyunca ölçülen zaana bağlı sıcaklık vele sonlu fakla yöne FDM kullanılaak ökü ve kalıp alzeesne aa yüzeye en yakın nokala çn sıcaklık ağılılaı esp elş. Kalıp ve ökü çn bellenen bu aa yüzey sıcaklıklaı kullanılaak ökü-kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayısı ve ısı akısı kalıp başlangıç sıcaklığına bağlı olaak bellenş. Küesel Geoee ve Rayal Yöne Isı ansfe Kasayısının Bellenes Basınçlı ökü posesne, kalıp ve öküek sıcaklık ağılıının blnes önel. Kalıp ve öküek sıcaklık ağılıı geçek uygulaalaa üç boyuluu. Küesel geoenn se özellğnen yaalanablek aacıyla küesel koona sse seçlş. Faka poblen saeleşes ve çözü kolaylığı açısınan ökü kalıbına yalıı yapılışı. Bu sayee ökü-kalıp aa yüzey ısı ansfe zaana bağlı, ek boyulu ve ayal yönek sıcaklık ağılılaı kullanılaak ökü-kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayısının hesaplanası çn eşlk kullanılışı Özışık, 994; Gencel 000; Sanos v., 00. 48
ablo. Deneylee kullanılan öekk Al-S A43 alaşıının kyasal bleş. Deneylee kullanılan alzeenn kyasal bleş % Ağılık Al S Fe Cu Mn Mg Zn C N Sn Pb 84.9,,09 0,667 0,33 0,3 0,49 0,036 0,79 0,00 0,006 0,0365 ablo.3 Isı ansfe kasayısının hesaplanasına kullanılan eofzksel özellkle Halla, Gffhs, 004; Aka, 006. Malzee c, J/kgK ρ, Kg/ 3 k, W/K L, J/kg H3 435,37+0, 7866,86 0,374 0,0009. 6,85 - A43 kaı 80 68,54 0,969 49,+0,09667 505530 A43 sıvı 00 63,7 0,44 0,865 648,75 Sıcaklık K, Ege sıcaklığı 850 K, Kaılaşa sıcaklığı 849 K c k q 4 Eşlğn sağ aafınak q e aşağıak eşlk le hesaplanı. f q s L 5 Buaa L ege gzl ısısı J/kg ve f s kaılaşa f sıasınak kaı oanıı. Eşlk 5 ek s e sıcaklıkla lşklenlğne aşağıak şekle yazılı. fs fs 6 ġekl 4. Basınçlı ökü kalıbının zolasyonu ve soğuucunun onajı. q h C M Buaa h ökü-kalıp aa yüzeynek ısı ansfe kasayısıı W/ K, q b zaana b yüzeyen geçen ısı akısı W/, C ve M sıasıyla ökü ve kalıp aa yüzey sıcaklıklaıı K. q Isı akısı eğe çn ökü ve kalıp alzees üzenen geçekleşen ısı akılaı kullanılışı. He kalıp alzees he e ökü alzeesnn kaı ve sıvı faz uulaı çn ek boyulu zaana bağlı sıcaklık ağılıı aşağıak eşlğn çözüü le ele elş. Eşlk 6 eşlk 4 e yene yazılısa 7 eşlğ ele el. fs c k L 7 ele üzenlenğne se eşlk; f c L s k 8 f şeklne gel. Buaa c c L s kaılaşa esnasınak özgül ısı anılaası yapılığına 9 eşlğ ele el. c k 3 c k 9 Bu eşlke ρ, c ve k sıası le alzeenn yoğunluğu kg/ 3, özgül ısısı J/kgK ve ısı lekenlk kasayısı W/K, sıcaklık K, zaan s, uzaklıkı. Dökü posesne ealle kaılaşıken ege gzl ısılaını bıakaak faz önüşüüne uğala ve bu uua ökü paçası çne ısı üe q W/ 3 geçekleş. Isı üe olası uuuna, enkle aşağıak şekle yazılı. Dökü alzeesnn faz eğş uuu çn, b boyulu, zaana bağlı, küesel geoee ve ayal oğulua sıcaklık ağılıını veen fae, enkle 9 e velş. 49
50 Rayal Doğulua ve Zaana Bağlı Isı ansfe Kasayısının FDM le Bellenes Uygulaa kolaylığı neenyle ve özellkle nüek çözüle çn FDM çok kullanılan b yöne. Bçok poble süekl ve çok eğşkenl b fonksyon olaak velebl veya eğşkenlen bell eğele çn b fonksyon oluşuulabl. Bazı uulaa fonksyon saece b akı ayık nokalala bellenş. Bu ake sonlu fakla eou kullanılaak blneyen nokalaa fonksyonun eğe çn ahn yapak ükün olableke. Haa bu kolaylığı neenyle, bçok uua poblen analk çözüü oluğu hale, poble FDM kullanılaak aha base ngenebl. 3 bağınısına b an çn k nın sıcaklıkan bağısız oluğu üşünülüğüne bu enklen sağ aafını 0 şeklne yazak ükünü. Bu fae fonksyonunun nokasınak eğe çn ekez fak yaklaşıına göe üev şle uygulanısa, 0 l bağınısı ele el. Şekl 5 e çalışaa kullanılan küesel geoeye uygun olaak hazılanan üğü nokalaı velş Özışık 994; Gencel 000. ġekl 5. Rayal yönek FDM eou çn kullanılan oeln üğü nokalaı. bağınısına FDM yönene ekez fak eou uygulanığı zaan, k c bağınısı le, küesel koonalaa ve ayal yöne ısı ansfe enklenn FDM eouna uygun fou ele elş olu. bağınısına e çeklse, 3 bağınısı ele el. 3 bağınısınak c k Fo e Foue sayısıı. Fo Fo 3 3 bağınısını, 4 bağınısı le e fae eek ükünü. Fo Fo 4 Buaa kaalılık ke çn, enn kasayısının sıfıan büyük olası geekl. Bu uua, enkle 5 bağınısı le fae elebl Özışık 994; Gencel 000. Fo 5 ek boyulu küesel geoe çn sonlu fak çözüünü veecek bağını Şekl 6 a velen ve eneylee kullanılan kalıp geoes çn yenen yazılacak olusa 9 eşlğne ulaşılı. M a b 6 b a c 7 a 8
Fo a 9 Fo Fo a b a, Fo, 0 M Sını ġalaı Başlangıç sıcaklığı ve sını şalaı aşağıak şekle bellenş.,0 0 M C, 5, M M,9, 5,,, 0 Dökü 0 Kalıp 3 ġekl 6. ek boyulu küesel geoee ayal yöne ısı ansfe bağınısının FDM uygulanığına sgesel göse. Dökü-kalıp aa yüzeyne kalıp aafına 9.5 M9.5 ve ökü aafına 5 C5 esafeye yeleşlş eokupllaan eneysel olaak ölçülen sıcaklıkla ve M sını şalaı çn kullanılışı. Dökü ve kalıp üzene yeleşlen M9.5 ve C5 no lu eokupllaan ölçülen lk sıcaklıkla ökü ve kalıpa =0 anına eşlk e başlangıç sıcaklığı olaak kullanılışı. FDM hesaplaalaına eokupllaan ölçülen sıcaklıkla aha sonak zaan aılaına sını şaı olaak kullanılışı. ve 3 eşlkle ökü ve kalıp yüzey sıcaklılaının aynı oluğu kabulü le aa yüzey sını şaı olaak velş. Döküe C ve kalıpa M no lu eokupllaan ölçülen sıcaklık eğele Beck eou yaııyla le oğu easyon yapılaak blneyen sıcaklıkla bulunuşu. Seçlen zaan aalığına, ü üğü nokalaı ve aa yüzeyleek sıcaklıkla C ve M hesaplanışı. BULGULAR VE ARIġMA A43 alünyu alaşıı ve H3 kalıp çelğ kullanılaak yapılan basınçlı ökü poses le lgl eneysel çalışalaın aaına enjeksyon aknesnn nak haekele 56 öneklee hızına kayelş. He b eneysel poses çn kayelen vele aynı kaakeske kayelş ve veleen ele elen eğlen leaüek eğle le uyulu oluğu gözlelenş Aneon v., 996. Enjeksyon aknesnn zaana bağlı olaak eğşen basınç ve enjeksyon psonu esafes yol eğle Şekl 7 e, hız kaakesk eğle Şekl 8 e velş. ü paaeele çn benze eğle ele elş. 00 on kllee kuvvene sahp, soğuk kaaalı eal enjeksyon aknes le eneyle, yüksek hızlaa ve yüksek basınç alına yapılışı. Şekl 7 ve 8 e göülüğü gb enjeksyon opla 600 s e ve, ve 3 faz olak üzee üç aşaaa geçekleşeke. Posesn. fazına akne haznesne ökülen sıvı eal yaklaşık olaak 300 s e kalıp gş açıklığına kaa süükleneke.. faza pson aksu hıza /s sıvı eal 80 00 s süe çesne kalıp boşluğuna oluakaı. 3. faza se, pson hızı neeyse heen heen sıfı olu ve kalıp çesne oluulan alzee üzene kaılaşa aalanıncaya kaa, pson aafına yüksek basınç 70 bauygulanı. Böylece kalıp çesne oluşası uheel ökü haalaı boyusal eğş, gözenekllk nua nlebleke. 3. faz kalıp açıla zaanı le oanılıı. Kalıp açılıncaya kaa alzee üzene yüksek basınç uygulanaak kaılaşa aalanakaı. Meal enjeksyon kalıbına ve ökü alzeesne eokupllaın yeleşe planı Şekl 3 e velş. Bu yeleş planına göe, /s enjeksyon hızına, 70 ba enjeksyon basıncına, 483, 533 ve 590 K kalıp sıcaklığına, 973 K ökü sıcaklığına ve eokupl konuunun =30 o oluğu uua, 0.004 zaan aalıklaına eokupllala ölçülen ve ölçü eğelenen haekele nüek olaak hesaplanan sıcaklık eğle Şekl 9, Şekl 0 ve Şekl e velş. Hesaplaala yapılıken, ökü ve kalıp alzeele çn ablo 3 e velen eofzksel eğele kullanılışı. Şekllee M, M6 ve M9,5 le göselen sıcaklık eğle kalıpan, C, C8 ve C5 sıcaklık eğle ökü alzeesnen zaana bağlı olaak ölçülen sıcaklıklaı esl eeke. C ökü ve M kalıp çn sonlu fakla eou le hesaplanan yüzey sıcaklıklaıı. CC8 ve MC6 ökü ve kalıpak oa nokalaan hesaplaa le ele elen sıcaklık eğle. Ölçülen ve hesaplanan sıcaklık eğşle leaü le uyu göseeke Dou v., 005; Aka v., 008. Deneyle, kalıp sıcaklığına bağlı olaak 3. kez eka elş. Dökü aa yüzey sıcaklığı C ve kalıp aa yüzey sıcaklığı M eğele nüek hesaplaa yöne FDM le bulunuşu. Kalıp sıcaklığı K = 483, 533, 590 K oluğu uula çn hesaplanan ökü yüzey ve kalıp yüzey sıcaklılaı Şekl e velş. Kalıp sıcaklığı 50 K aığına, C ve M aasınak fak yaklaşık 45 70 K aasına oluken, kalıp 5
ġekl 7. Enjeksyon aknes basınç ve yol kaakesk eğle. ġekl 8. Enjeksyon aknes hız kaakesk eğle. ölçülen C8 ve nüek hesaplaa yöne le hesaplanan sıcaklık CC8 eğele aasınak fak 6 K olaak bellenş. Kalıp aafınan 6 M6 esafeye yeleşlen eokupllaan ölçülen ve aynı noka çn hesaplanan sıcaklık eğle Şekl 4 e velş. Bu şeklle eaylı olaak ncelenğne, kalıp aafınan 6 esafeye yeleşlen eokuplan ölçülen M6 ve FDM le hesaplanan sıcaklık MC6 eğele aasına 4 33 K aasına eğş göseen b fak gözlelenş. ġekl 9. 483 K Kalıp sıcaklığına eokuplla le ölçülen ve hesaplanan sıcaklıkla. sıcaklığı 07 K aığına se C ve M aasınak fak yaklaşık 34 58 K aasına b eğş göseş. Ele elen sonuçlaan, kalıp sıcaklığının aası le hesaplanan C ve M sıcaklıklaı aasınak fakın azalığı gözlelenş. Dökü kalıp aa yüzeynn ökü aafınan 8 C8 esafeye yeleşlen eokuplan ölçülen ve aynı noka çn hesaplanan sıcaklık eğle Şekl 3 e velş. Kalıp sıcaklığına bağlı olaak, ökü aafınan 8 esafeye yeleşlen eokuplan Özellkle 30 o lk açıak eokupl çn hesaplanan ve ölçülen eğelen a b uyu göseğ, hesaplanan ve ölçülen eğele aasınak fakın 3-8 K oluğu kkae alınısa kalıp alzees çn seçlen eofzksel özellklen oğuluğu gözlelenebl. Bu sıcaklık fakı leaüe kabul elebl sınıla aasınaı Şahn v., 006. Ele elen sıcaklık ağılılaınan fayalanılaak ökü-kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayısı hesaplanışı. Şekl 5 e kalıp sıcaklığına K, ve zaana bağlı olaak IHC velş. Eğlee aa yüzey ısı ansfe kasayısı, zaan ve açısal eğş blke velş. /s enjeksyon hızına, 973 K ökü sıcaklığına yapılan eneysel çalışalaa, 483, 533 ve 590 K kalıp sıcaklıklaı çn hesaplanan IHC sıasıyla 6, ve 6 kw/ K olaak bulunuşu. 5
aa yüzey ısı ansfe kasayılaının azalacağını fae eşle. Kalıp ve ökü alzeesnek sıcaklık ağılılaı bellenken sona aa yüzey ısı akılaı q hesaplanışı. Şekl 6 a kalıp sıcaklığına K, eokupl konuuna ve zaana bağlı olaak aa yüzey ısı akılaı velş. Deneyleen ele elen eğlen benze kaakesğe sahp oluğu gözlelenş. ġekl 0. 533 K Kalıp sıcaklığına eokuplla le ölçülen ve hesaplanan sıcaklıkla. V = /s, D =873 K e yapılan eneysel çalışalaa, 483, 533 ve 590 K kalıp sıcaklıklaı çn hesaplanan ısı akısı eğele sıasıyla 960, 860 ve 60 kw/ olaak bulunuşu. Kalıp sıcaklığının aası le ısı akısı eğelene kaya eğe b azala gözlelenş. Boucae 00 ve Dou 005, kalıp sıcaklığının aası le aa yüzey ısı akısı eğelenn azalığını fae eşle. Şekl 7 e kalıp sıcaklığına bağlı olaak, eokupl konuunun 30 o oluğuna aa yüzey ısı ansfe kasayısı h ve ısı akısına q eyana gelen eğş sunuluşu. Kalıp sıcaklığının aası le he ökü kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayısına he e ısı akısı eğelene kaya eğe b azala gözlelenş. ġekl. 590 K Kalıp sıcaklığına eokuplla le ölçülen ve hesaplanan sıcaklıkla. Kalıp sıcaklığının aası le aa yüzey ısı ansfe kasayılaına kaya eğe b azala gözlelenş. Snvasan 98, Dou v., 005 an Guo Zh-peng v., 008, kalıp sıcaklığının aası le ökü-kalıp Deneysel veleen ve nüek hesaplaalaan sağlanan bulgula ışığına ele elen zaana bağlı ökü kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayılaı, nüek yaklaşıla kullanılaak hazılanış b yazılı le eğelenleek, egesyon analz yapılışı. Dökükalıp aa yüzey ısı ansfe kasayılaı zaana bağlı ve apk bağını şeklne velş. Moellee sonucuna göe, zaan ve kalıp sıcaklığı kkae alınaak ele elen ökü-kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayısının zaan bağlı eğş eşlk 4 e velş. ġekl. Nüek olaak hesaplanan ökü yüzey C ve kalıp yüzey M sıcaklıklaı 53
ġekl 3. Nüek olaak hesaplanan CC8 ve ölçülen C8 ökü sıcaklıklaı. ġekl 4. Nüek olaak hesaplanan MC6 ve ölçülen M6 kalıp sıcaklıklaı. ġekl 5. Kalıp sıcaklığına bağlı olaak h ın zaana bağlı eğş. ġekl 6. Kalıp sıcaklığına bağlı olaak ökü-kalıp alzees aa yüzeynek ısı akılaının zaana bağlı eğş. 54
ġekl 7. Kalıp sıcaklığına bağlı olaak, eokupl konuu =30 o çn hesaplanan h ve q nun zaana bağlı eğş. ablo 4. Basınçlı ökü posesne zaana bağlı ökü-kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayılaı Kalıp Sıcaklığı Dökü Sıcaklığı Enj. Basıncı Enj. Hızı * c h a b K K D K P Ba V /s K kw/ K R 473 590 873 70.9. 655673.4.034 K -0.846 0.90 * c K h a b 4 Buaa, zaan s, K kalıp sıcaklığı, a, b ve c oel sable. Bu sable kalıp geoesne, enjeksyon basıncına, enjeksyon hızına, ökü ve kalıp sıcaklığına bağlı olaak eğş göseeke. Zaanın fonksyonu olaak, kalıp sıcaklığına göe eğşen oel sable a, b ve c ablo 4 e velş. ablo a velen eğele e kkae alınığına, oellee ve nüek hesaplaa le ele elen ökü-kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayısı eğelenn uyulu oluğu göüleke. SONUÇLAR Bu çalışaa, 00 on kapasel basınçlı ökü aknes, A43 Al-S alaşıı ve kalıp alzees olaak H3 çelğ kullanılışı. Kalıp küesel geoeye sahp olup ek yönlü kaılaşa şalaı çn ökü-kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayısı, sıcaklık ağılıı ve aa yüzey ısı akısı eğele eneysel velen kullanılığı FDM le bellenş. Deneysel olaak yapılan çalışalaan ele elen sıcaklık eğele le aynı nokala çn nüek olaak hesaplanan sıcaklık eğele aasınak fak; ökü aafı çn 6- K ve kalıp aafı çn 3-8 K olaak bellenş. Bu sıcaklık faklaı eneysel sıcaklık ölçülenn uygunluğunu oaya koyuşu. Deneyle aynı şalaa üçe kez eka elş. He üç eneye ölçülen sıcaklık eğele aasınak sıcaklık fakı en fazla 8 K olaak bellenş. Bu eğe eneylen eka elebllğn göseeke. 3 Kalıp sıcaklığınak aış aa yüzey ısı akısı q eğelenn azalasına sebep oluşu. eokupl akılaı ve konulaı kkae alınığına, kalıp sıcaklığının 50 K aası le ısı akısı 50-40 kw/ eebesne azalıken, kalıp sıcaklığının 07 K aası le yaklaşık 50-350 kw/ eebesne azalığı gözlelenş. 4 Kalıp sıcaklığının aası le ökü kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayılaı h azalışı. Kalıp sıcaklığının 50 K aası le ökü-kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayısı 3-6 kw/ K eebesne azalıken, 07 K aası le yaklaşık 6-0 kw/ K eebesne azalığı gözlelenş. Bu azala kalıp sıcaklığının aışı yükselkçe aha hızlı olakaı. Dökü kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayısı ve ısı akısı le lgl bulgula leaü le uyu göseeke. 5 Dökü-kalıp aa yüzey ısı ansfe kasayılaının * c h a b K eşlğne bağlı olaak zaanın ve kalıp sıcaklığının b fonksyonu oluğu gözlelenş. EġEKKÜR Bu çalışaya 003K 00/ no lu DP pojes çeçevesne a esek sağlayan Devle Planlaa eşklaına eşekkü eez. KAYNAKLAR Aka, N., Kaılaşa sıasına ökü-kalıp aa yüzeyne ısı ansfe kasayısının ncelenes. Gaz Ünveses Fen Blle Ensüsü, Dokoa ez, 36 S., Ankaa, 006. Aka, N., Şahn, H.M., Yalçın, N., Kocaepe, K., Expeenal suy on he effec of lqu eal 55
supehea an casng hegh on nefacal hea ansfe coeffcen, Expeenal Hea ansfe,, 83 98, 008. Aneesen, B., De casng engneeng a hyaulc, heal an echancal pocess. Macel Dekke, 384p, New Yok, USA, 005. Aneon, L., Case, M., Poesano, G., he pessue e-casng pocess. Ee Spa-54 Besca Ialy, 996. Boucae, S., Mchafy A., Dou, G., Hea ansfe an heo-echancal sesses n a gavy casng e nfluence of pocess paaees. Jounal of Maeals Pocessng echnology, 0, -7, 00. Chen, Z.W., Skn solfcaon ung hgh pessue e casng of Al-S-Cu-Fe. Alloy Maeals Scence an Engneeng, A348 45-53, 003. Capbell, J., Casng. Buewoh Heneann, 88p, Oxfo, UK, 00. Doehle, H.H., Basınçlı Dökü. Çeven, Bayvas, M.Ş., Meslek ve eknk Öğe Kaplaı, Eü Ve Pogalaa Daes Yayınlaı No:80, Ekek eknk Yüksek Öğeen Okulu Mabaası, 54s, Ankaa, 974. Dou, G., Dagusch, M., Davson, C., Nef, A., Developen of a non-nusve hea ansfe coeffcen gauge an s applcaon o hgh pessue e casng effec of he pocess paaees. Jounal of Maeals Pocessng echnology, 69, 3 33, 005. Flengs, C.M., Dökü ve Kaılaşıa eknğ. Çeven, Başaan, M., İsanbul eknk Ünveses Mabaası, Güüşsuyu, 45s, İsanbul, 976. Gafu, M.A., Haque, M.N., Pabhu, K.N., Effec of chll hckness an supehea on casng/chll nefacal hea ansfe ung solfcaon of coecally pue alunu. Jounal of Maeals Pocessng echnology 33, 57-65, 003. Gaza, H.A., Mlle, R.A., he effecs of hea elease ung fll on he eflecons of e casng es. Jounal of Maeals Pocessng echnology 4, 648 658, 003. Gffhs, W.D., Moelle hea ansfe coeffcen fo al-7 w-%s alloy casng uneconally solfe hozonally an vecally ownwas. Maeals Scence an echnology, Vol. 6, 55-60, 000. Guo Zh-peng, Xong Shou-e, Lu Ba-cheng, Me L, John Allson, Deenaon of he hea ansfe coeffcen a eal e neface of hgh pessue e casng pocess of AM50 alloy. Inenaonal Jounal of Hea an Mass ansfe, 5, 603 6038, 008. Halla, C.P., Gffhs, W.D., A oel of he nefacal hea ansfe coeffcen fo he alunu gavy e casng pocess. Meallugcal an Maeals ansacons, 35b, 4, Poques Scence Jounals 7 P, 004. Haasa, A., Dou, G., Loulou., Dagusch, M.S., A pecve oel fo he evoluon of he heal conucance a he casng e nefaces n hgh pessue e casng, Inenaonal Jounal of heal Scences, 49, 365 37, 00. Incopea, P.F., Dew, D.P., Hea an Mass ansfe Funaenal Isı Ve Küle Geçşnn eelle. Çevenle, Debenl,., Gencel, O., Güngö, A., Hepbaşlı, A., İlken, Z., Özbala, N., Özgüç, F., Paaksızoğlu, C., Ualcan, Y., Leaü Yayınlaı, 960s, İsanbul, 00. Kpens, A., Benaos, P.G., Vosnakos, G.C., Koukouvak, A., Sulaon-Base selecon of opu pessue e-casng pocess paaees usng neual nes an genec algohs. In J Av Manuf echnol, 7, 509 57, 006. Lau, F., Lee, W.B., Xong, S.M., Lu, B.C., A suy of he nefacal hea ansfe beween an on casng an a eallc oul. Jounal of Maeals Pocessng echnology, 79, 5 9, 998. Loulou,., Ayukhn, E.A., Baon, J.P., Esaon of heal conac essance ung he fs sage of eal solfcaon pocess: I-expeen pncple an oelsaon. Inenaonal Jounal of Hea an Mass ansfe, 4, 9-7, 999. Özışık, M.N., Fne ffeence ehos n hea ansfe, Mechancal an aeospace engneeng engneeng epaen, noh Caolna sae unvesy, CRC, 4p., Floa, USA, 994. Papa, J.P., Conac hea ansfe coeffcen n alunu alloy e casng: an expeenal an nuecal nvesgaon. Ph. D. hess, he Oho Sae Unvesy, 85p, 994. Sabau, A.S., Wu, Z., Evaluaon of a hea flux senso fo spay coolng fo he e casng pocesses. Jounal of Maeals Pocessng echnology, 8, 3-38, 007. Sanos, C.A., Squea, C.A., Gaca, A., Quaesa, J.M.V., Sp, J.A., Meal/ol hea ansfe coeffcens ung hozonal an vecal unseaysae solfcaon of Al-Cu an Sn-Pb alloys. 4h Inenaonal Confeence on Invese Pobles n Engneeng, Ro De Janeo, Bazl, 00. Snvasan, M.N., Hea ansfe coeffcens a he casng-oul neface ung solfcaon of flake gaphe cas on n eallc oul, Inan Jounal of echnology, 04, p.3-9, 98. Şahn, H.M., Kocaepe, K., Kayıkçı, R., Aka, N., Deenaon of uneconal hea ansfe coeffcen ung unseay-sae solfcaon a eal casng- 56
chll neface. Enegy Conveson an Manageen, 47,9-34, 006. Şahn, H.M., Kocaepe, K., Kayıkçı, R., Aka, N., Öekk Al-S alaşıına soğuucu yüzey püüzlülüğünün aa yüzey ısı ansfe kasayısına eks. Gaz Ünv. Müh. M. Fak. De., Cl, No 3, 473-48, 006. ovan, M., Agyopoulos, A.S., he pleenaon of a aheacal oel o chaaceze ol eal neface effec n eal casng. Canaan Meallugcal Quaely, Vol. 37, No 3-4, 85-96, 998. Vnacık, J.E., Hgh Inegy De Casng Pocesses. John Wley&Sons, 3p, New Yok, USA, 003. aha, M.A., El-Mahallawy, N.A., El-Mesekaw, M.., Hassan, A.A., Esaon of a gap an hea ansfe coeffcen a ffeen faces of Al an Al-S casng solfyng n peanen oul. Maeals Scence an echnology, 7, 9 Wlson Apple Scence & echnology, p. 093, 00. Osan İPEK, 963 yılına Mesn l Eel lçesn e oğu. 986 yılına Akenz Ünveses Makne Mühenslğ Bölüü nen ezun olu. 988 yılına yne aynı ünvesenn Fen Blle Ensüsü Makne Mühenslğ Ana bl alına yüksek lsans eecesn alı. 993 yılına Ecyes Ünveses Fen Blle Ensüsü Makne Mühenslğne okoa eğn aalaı ve oko unvanını alı. 003 yılına Doçenlk ve 008 yılına Pofesölük unvanlaını alışı. Nüklee Enej, Isı ansfe, Enej Yöne, Enej Üe ve Kullanıı, Blgsaya Pogalaa C#, C, Foan 95, oğalgaz ssele, Enej Ekonos, Mühenslk Maeağ ve Uygulaalaı, Mühenslke MALAB uygulaalaı, Sayısal Çözülee, Yakıla ve Yana, Basınçlı ökü konulaına çalışalaı vaı. Pek çok enüsyel pojee ÜBİAK, DP, SAN-EZ- BAP yüüücü, aaşıacı, hake ve zleyc olaak göev alışı. Mua KORU, 977 yılına Afyon a oğu. 998 yılına Süleyan Deel Ünveses essa Öğeenlğ Bölüü nen ezun olu. 000 yılına, yne aynı Ünvesenn Fen Blle Ensüsü Makne Eğ Ana bl alına yüksek lsans eeces alı. 009 yılına okoasını Süleyan Deel Ünveses Fen Blle Ensüsü Makne Mühenslğ Ana Bl alına aalaı ve oko unvanını alı. Halen Süleyan Deel Ünveses eknk Eğ Faküles Makne Eğ Bölüü ne Aş. Gö. D. olaak çalışakaı. Enej, Isı ansfe, eonak, Enej Üe ve Kullanıı, oğalgaz ssele, Nüek yönele, Basınçlı ökü, Plask enjeksyon konulaına çalışalaı vaı. ÜBİAK, DP, SAN-EZ- BAP pojelene, aaşıacı olaak göev alışı. 57