KALICI KALIBA DÖKÜM Kalıcı Kalıp Kullanan Döküm Yöntemleri 1. Metal (Kokil) kalıba döküm 2. Basınçlı döküm 3. Savurma (Santrifuj) döküm 4. Sürekli döküm 1. METAL KALIBA DÖKÜM Metal kalıba döküm erimiş metali çelikten yapılmış bir kalıba dökerek boşluğu doldurma şeklinde yapılan bir işlemdir. Genellikle çok sayıda parça için kullanılır. Pahalı bir yöntemdir. Kalıp tekrar tekrar kullanılabilir. Kalıp malzemesi özel çeliklerden ve dökme demirlerden yapılır. Çıkan ürünün kalitesi kum kalıba döküm ürününden daha iyidir. Şekil 1
Şekil 2 Kokil kalıpla yapılmış kompresör gövdesi ve çeşitli döküm parçalar Şekil 3 Menteşeli bir kokil kap şekil 4
Düşük sıcaklıkta eriyen metallerin dökümü için kalıp malzemesi olarak bronz da kullanılabilir. Kokil dökümde tek bir kalıpla, demir esaslı malzemelerden 3.000-10.000, Alüminyum gibi düşük sıcaklıkta eriyen malzemelerden ise, 100.000'e kadar parça dökülebilir. Tablo 1
Bu yöntemde; 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. Metal kalıplarda kullanılan maçalar metal, kum veya alçıdan yapılabilir. Kalıp üretiminde kalıp boşluğu ve diğer kanallar talaşlı imalat yöntemiyle açılır. Kalıp malzemesi geçirgen olmadığından hava kanalları açılması zorunludur. Kokil kalıp tasarımı büyük deneyim ister. Kalıp cidar kalınlıkları genellikle 18-50 mm arasında seçilir. Metal kalıpların cidar kalınlığının belirlenmesinde ısı-girdi ve çıktılarının dikkate alınması gerekir. Çünkü bu yöntemin başarısı, kalıbın sürekli çalışma sırasındaki sıcaklığına bağlıdır ve gerektiğinde kalıp soğutulabilir. Ayrıca döküm başlangıcında metalin kalıba sorunsuz dolması için bir çok kez kalıp ön ısıtılır. 2. BASINÇLI DÖKÜM Düşük sıcaklıkta ergime ve metal kalıplar içerisinde kalıplanabilme özelliğine sahip, genellikle demir ve çelik olmayan metal ve alaşımlarının basınç altında biçimlendirilmesine basınçlı döküm denir.
Metalden yapılmış bir kalıba çok yüksek basınçta sıvı metal enjekte edilir. Katılaşma sona erinceye kadar basınç uygulamaya devam edilir. Çok karışık parçalar dökülür. Saatte 100-800 parça/saat üretim yapılır. 10-80 atmosfer basınç uygulanır. Çıkan ürün için talaşlı işlemeye ihtiyaç yoktur. Hızlı soğuma nedeniyle parçaların mukavemeti yüksek olur. En az 5000 parça ve üzeri için uygundur. Erime sıcaklığı 1000 C nin altındaki metaller için uygundur. Çoğunlukla küçük parçalar üretilir. Basınçlı dökümde kurşun, kalay, çinko, alüminyum ve magnezyum alaşımları kullanılır. Kalıplar genellikle çift parçalıdır ve üzerlerinde parçaları çıkarabilmek için itici çubuklar vardır. Kalıpların sıcaklığının sabit kalması için genellikle su ile soğutulur. Hem kalıp ömrü artar, hem de katılaşma esnasında hızlı soğuma sağlanır. Şekil 5
Şekil 7 şekil 8 Basınçlı döküm makineleri sıcak ve soğuk hazneli olmak üzere ikiye ayrılır. Çinko, kalay ve kurşun alaşımları gibi düşük sıcaklıkta eriyen metallerin dökümünde, sıcak hazneli makineler kullanılır. Pota içine daldırılmış olan hazneye (sıcak!) dolan erimiş metal, piston yardımıyla kalıp boşluğuna basılır.
Şekil 9 Sıcak hazneli makinelerin kullanımı,çinko,kalay,kurşun gibi malzemeler ile sınırlıdır. Burada erimiş metal, dökümden hemen önce kepçe ile gereken miktarda hazneye doldurulur ve bir piston yardımıyla kalıp boşluğuna basılır. Şekil 10
Sıcak hazneli (kamaralı) basınçlı döküm Şekil 11 Soğuk hazneli (kamaralı) basınçlı döküm Şekil 12 Düşey Soğuk Kamaralı Döküm Makinesi
Şekil 13 Şekil 14
Basınçlı döküm yöntemiyle üretilen parçaların çoğunda, metalin bölüm yüzeyine sızarak oluşturduğu bir döküm çapağı bulunur. Ayrıca hava çıkış ve itici çubuk kanallarına dolmuş metallerin de uzaklaştırılması gerekir. Bu çapak ve yolluklar, mekanik preslerde kesilerek, taşlanarak veya başka uygun yöntemlerle uzaklaştırılır. Basınçlı döküm yöntemiyle üretilen parçalara örnek olarak; karbüratör gövdeleri, saat parçaları, ev eşyaları ve el aletleri gösterilebilir. ÜSTÜNLÜKLERİ Karmaşık biçimli küçük parçaların dökümüne uygundur, İnce cidarlı parçalarda kalıbın tam olarak dolması sağlanır, Üretim hızı yüksektir, Yüzey kalitesi ve boyut hassasiyeti çok yüksektir, Hızlı soğuma sonucu oluşan ince taneli içyapının mekanik özellikleri iyidir. SINIRLARI Sadece küçük parçaların üretimi mümkündür. Kalıptan çıkarılması mümkün olan parça biçimlerinde kullanılabilir. Kalıp tasarımı güçtür. Döküm makinesi için yüksek bir ön yatırım gereklidir. Kalıp masrafı nedeniyle ancak seri üretimde ekonomiktir. Yüksek sıcaklıkta eriyen malzemelerin dökümü yapılamaz. Alçak Basınçlı Döküm Dar kalıp boşlukları içeren kalıcı kalıplara metalin yerçekimi yardımıyla dolması güçtür. Bu durumda alçak basınçlı döküm yönteminden yararlanılır. Metal alttan ve sıcaklığın kontrol edildiği bir hazneden beslenir, metal bekletme potasının ortasından basıldığından daha temiz bir döküm elde edilir. Şekilde bir alçak basınçlı döküm makinesi görülmektedir. Şekil 15
Alçak basınçlı dökümde sıvı metal, kalıba alçak basınç sayesinde (yaklaşık 0,1 MPa) aşağıdan yukarıya doğru dolar. Bu yöntemin geleneksel döküm yöntemlerine göre avantajı; hazneden kalıba dolan sıvı metalin atmosfere açık sıvı metale göre daha temiz olmasıdır. Bu sayede gaz gözenekleri ve oksitlenme en aza indirilirken, mekanik özellikler iyileşir. Şekil 16 Soğuk Hazneli Yüksek Basınçlı Döküm Daha çok alüminyum ve bakır gibi yüksek ergime sıcaklığına sahip alaşımların dökümünde kullanılan bir yöntemdir. Döküm basıncı genellikle 20-70 MPa dır. (Bazı zamanlarda bu değer 150 MPa kadar çıkabilir) Yüksek Basınçlı Döküm Malzemeleri Alüminyum basınçlı dökümdeki kullanılışı gittikçe artmaktadır. Halen bütün basınçlı dökümlerin %30 kadarı alüminyumdur. Bu miktarda parçanın alüminyumdan dökülme sebepleri; Ağırlıklarının az olması, akma sınırının istenilenden çok iyi, termik ve elektrik iletkenlik ve yüzey parlaklığını kaybetme dayanıklılığının iyi olması, fiyat bakımından ekonomik olması ve son işlemleri ticari ve ekonomik bakımdan tatminkâr olmasıdır.
350 t Yüksek Basınçlı Döküm Makinesi Şekil 17 350 t yüksek basınçlı döküm makinesi Şekil 18
Şekil 19 Şekil 20 Şekil 21
Magnezyum alaşımları Daha çok hafifliğin istendiği yerlerde kullanılır. Uygulama alanları; portatif yazı makinesi, büro makinelerinin muhafaza ve gövdeleri, fotoğraf makineleri, optik aletler, portatif aletler ve benzeri avadanlık parçaları magnezyum alaşımlarından yapılırlar. Alternatif veya başkaca hareket yapan tekstil sanayi parçaları ile küçük taşıma ve paketleme makineleri parçaları magnezyumdan basınçlı döküm yoluyla üretilir. Bakır Alaşımları Basınçlı döküm yoluyla üretilen bakır alaşımlarının belli başlı özellikleri; yüksek mukavemet, sağlamlık, korozyon ve aşınmaya karşı dirençleridir. Özellikle hassasiyet isteyen, şekli karışık, dayanıklı ve ekonomik olması istenen işlerde bu alaşımların basınçlı dökümleri çok kullanılır. Otomobil dişlileri, vites dişli değiştirme çatalları, fren parçaları, sok amortisör parçaları, çeşitli endüstriyel birleştirme parçaları, ev ve mutfak eşyaları gibi yerlerde kullanılırlar. Vakumlu Kalıcı Kalıba Döküm Bu yöntemde erimiş metalin bulunduğu bölgeye basınç uygulamak yerine, kalıp boşluğuna vakum uygulanır. Burada vakumun varlığı,kalıp boşluğundaki havanın uzaklaştırılmasına ve erimiş metal içindeki gazların giderilmesine yardımcı olur. Şekil 22
Bu döküm tekniğinde döküm sırasında kalıp boşluğundan özel açılmış bir kanal ile vakum yapılmaktadır. Vakum tahliyesi sıvı metalin basılması sırasında meydana gelen gaz kaynaklı problemleri en aza indirger. Böylece yapıda herhangi bir porozitenin oluşması da engellenmiş olur. 3. SAVURMA (SANTRFUJ) DÖKÜM Savurma döküm yönteminde erimiş metal, bir eksen etrafında döndürülen kalıplar içine dökülerek biçimlendirilir. Sıvı metal merkezkaç kuvvetiyle silindirik savurma kokilinin iç cidarına yaslanır ve orada katılaşır. Merkezkaç kuvvetlerinin oluşturduğu basınç, metalin kalıp cidarına homojen olarak dağılmasını, parçanın dışının kalıbın iç şeklini almasını sağlar. Şekil 23
Oluşan yüksek merkezkaç kuvveti sayesinde dökülen sıvı metal içinde bulunan, düşük yoğunluklu kum ve cüruf tanecikleri, metal olmayan kalıntılar ve gazlar dönme eksenine doğru sürüklenir. Dolayısıyla bu yöntemle parça yüzeyinin gözeneksiz, temiz ve ince taneli olarak elde edilmesi mümkün olur. Şekil 24
Şekil 25 Şekil 26 Kalıp ekseni düşey ya da yatay olabilir. Malzemenin et kalınlığı dökülen sıvı metal miktarına bağımlıdır ve istenilen şekilde ayarlanır. Santrifüj döküm ile boru, halka gibi dönel şekilli parçalar maçasız üretebilmektedir.
Şekil 27 Sıcak haddelemede; alaşımlı dökme demir merdanelerin dökümü yapılmaktadır. Bu merdaneler Cr, Ni, Mo alaşımlı çelik malzemeden, iki kademeli savurma (Santrifüj) döküm teknolojisi ile üretilmektedir. Genel olarak çelik, bronz, bakır vb. malzemelerin haddelenmesinde kullanılmaktadır. Tahribatsız muayene yöntemleri ile her merdanenin çatlak kontrolü, kimyasal değerlerinin tespiti, sertlik derinliği ölçümü büyük bir titizlilik ile yapılmaktadır. Şekil 28 Şekil 29
Savurma döküm makineleri, oluşan kuvvetlere karşı dayanıklı ve rijit olarak dizayn edilmelidir. Gerçek savurma döküm yönteminde dönme ekseni yatay, düşey veya açılı olabilir. Dönme hızları yer çekimi kuvvetinden çok daha yüksek merkezkaç kuvvetler oluşacak şekilde seçilir. Dönme hızı uygun seçilerek yüksek hızlarda türbülans oluşumu, metalin saçılması ve sıcak yırtılma önlenmelidir. Yatay dönmede; radyal doğrultudaki ivme 75 g (g: yerçekimi ivmesi), düşey dönmede ise 100 g değerine ulaşır. Savurmalı dökümün özelliği ise, parçalara ait kalıp boşluklarının kalıp dönme ekseninin dışına yerleştirilmeleridir. Metal, aynı zamanda dönme ekseni olan bir düşey yolluktan beslenir ve yatay yolluklardan geçerek kalıp boşluklarına ulaşır. Bir kalıpta genellikle çok sayıda küçük kalıp boşluğu bulunur. Şekil 30 Savurma döküm yöntemi üçe ayrılır: Gerçek Savurma Döküm Yarı Savurma Döküm Savurmalı Döküm Gerçek savurma dökümde İç boşlukların maça kullanmadan elde edilmesi amaçlanır. Parçanın iç kısmında dönme ekseni etrafındaki silindirik bir boşluk oluşur. Yöntemin en yaygın olarak kullanıldığı alan boru üretimidir. Parçanın cidar kalınlığı, kalıp içine dökülen eriyiğin miktarı ile ayarlanabilir. Dökülecek parça sayısı az ise kalıplar kum esaslı malzemeden yapılır. Seri üretimde ise su ile soğutulan metal kalıplar kullanılır.
Boru üretiminde kullanılan yatay eksenli bir savurma döküm makinesi Şekil 31 Yarı savurma döküm, dönel simetriye sahip, ancak iç boşluk içermeyen, tekerlek ve dişli taslakları gibi parçaların daha kaliteli dökümü için kullanılır.
şekil 32 Şekil 33 Şekil 34 Savurmalı Döküm Avantajları 1. Boru ve benzeri parçalar maçasız dökülebilir. 2. Sıvı metal içerisindeki gazlar ve düşük yoğunluklu metal olmayan kalıntılar merkezkaç kuvvetinin etkisiyle uzaklaştırılır. 3. Yüzey ve boyut hassasiyeti iyidir.
4. Yöntemde hurdaya atılan kısım çok azdır. 5. Kalıbın ince cidarlı bölümleri kolaylıkla dolar. 6. Erimiş metali besleme hızı yüksek olduğundan, döküm sıcaklığı düşük seçilebilir. Sınırları 1. Dökülebilen parça biçimleri sınırlıdır. 2. Döküm makinesi yüksek bir yatırım gerektirir. 3. Yoğunlukları farklı bileşenler içeren alaşımlarda segregasyon görülür. Şekil 35 şekil 36 şekil 37 şekil 38 Şekil 39
Şekil 40 4. SÜREKLİ (CONTİNOUS) DÖKÜM Sürekli döküm usulü, ergimiş metalin su ile soğutulan, iki ucu açık bir kalıptan geçirilerek katı hale dönüştürülmesi metodudur. Kalıbın içinden geçerken soğutma sıvısı püskürtülür. Böylece gittikçe sıcaklık düşer. Metal katılaşır. Kalıbın diğer tarafından istenen şekle uygun ürün çıkar. Bu yöntemle karışık parçalar dökülemez. Daha çok sac, şerit, levha tipi veya içi dolu silindirik ürünler dökülür. Genellikle, şekilsiz veya az şekilli uzun parçaların dökümü yapılmaktadır. Daha çok düşük ergime sıcaklığına sahip malzemeler ve bakır alaşımlarına uygulanır. Kalıbın üst ucundan ergimiş metal dökülür, alt ucundan çeşitli çap ve profillerde çubuk elde edilir. Sürekli döküm üstünlükleri a) Düzgün olmayan teşekküller ve bozulmalar önlenmektedir. b) Randıman %100'dür. c) İngotlara göre daha düzgün bir yüzey elde edilmektedir. d) Segregasyonların azalması sebebiyle, yüksek kalitede malzeme elde edilmektedir. e) Soğutma hızı kontrol edilerek, tane büyüklüğü ve yapının ayarlanma imkanı vardır. f) İşlem ekonomiktir.
Şekil 41
Şekil 42 Şekil 43
Şekil 44 Şekil 45 şekil 46