metal döküm yöntemleri by SAMET ŞAHİN

EÜT 231 ÜRETİM YÖNTEMLERİ Doç.Dr. Murat VURAL İTÜ Makina Fakültesi

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

METAL DÖKÜM YÖNTEMLERİ Kum Döküm Diğer Bozulabilir Kalıba Döküm Yöntemleri Kalıcı Kalıba Döküm Yöntemleri Dökümhane Uygulamaları Döküm Kalitesi Dökülebilen Metaller Ürün Tasarım Prensipleri

Kum Döküme Genel Bakış

1. Bozulabilir kalıp yöntemleri – kalıp, parçayı çıkarmak için dağıtılır Üstünlüğü: daha karmaşık şekiller mümkündür Eksikliği: dökümün kendisinden çok kalıbı yapma süresinin uzunluğu nedeniyle üretim hızı genellikle düşüktür 2. Kalıcı kalıp yöntemleri – kalıp metalden yapılır ve çok sayıda döküm için kullanılabilir Üstünlüğü: yüksek üretim hızları Eksikliği: kalıbı açmak gerektiğinden geometriler sınırlıdır 3

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Döküm Yöntemlerinin İki Kategorisi

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Toplam döküm tonajının önemli bir kısmını oluşturan, en yaygın kullanılan döküm yöntemi Çelik, nikel ve titanyum gibi yüksek sıcaklıkta eriyen hemen tüm alaşımlar kum kalıba dökülebilir Dökülen parça boyut aralığı, küçük boyuttan çok büyük boyutlara kadar uzanır Üretim miktarı bir adetten milyonlarca adede kadardır

Şekil 11.1 Bir hava kompresörü çerçevesine ait, 680 kg ağırlığındaki büyük bir kum döküm 5

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Kum Dökümdeki Aşamalar Erimiş metal kum kalıba dökülür Metalin katılaşmasına yeterli süre beklenir Dökümü çıkarmak için kalıp dağıtılır Döküm temizlenir ve muayene edilir Yolluk ve besleyici sistemi ayrılır 5. Metalurjik özelliklerini iyileştirmek için bazen döküme ısıl işlem gerekir

Kum Döküm Üretim Sırası

Kum kalıptaki boşluk, bir model etrafında kumu sıkıştırarak ve ardından iki kalıp yarısını ayırıp modeli çıkararak oluşturulur Kalıp ayrıca yolluk ve besleyici sistemi içermelidir Eğer dökümde iç yüzeyler olması gerekiyorsa, kalıba bir maça’nın eklenmesi gerekir Üretilecek her parça için yeni bir kum kalıbın yapılması gerekir

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Kum Kalıbın Yapılması

1. 2. 3. 4.

Şekil 11.2 Kum dökümdeki işlem sırası aşamaları. Bu aşamalar, sadece döküm işlemini değil, ayrıca model yapımını ve kalıp yapımını da içerir

Model Türleri

Dökümdeki büzülme ve işleme toleranslarını hesaba katmak için hafifçe büyütülmüş, parçanın tam boyutlu bir modeli Model malzemeleri: Ahşap – işleme kolaylığı nedeniyle en yaygın malzeme, ancak deforme olabilir Metal – yapması daha pahalı, ancak daha uzun ömürlü Plastik – ahşap ve metal arasında özelliklere sahip

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Model

Kalıp içinde Maça

Parçanın iç yüzeylerinin tam ölçekli modeli Dökmeden önce kalıp boşluğuna yerleştirilir Erimiş metal, dökümün iç ve dış yüzeylerini oluşturmak üzere, kalıp boşluğu ile maça arasına akar ve katılaşır Dökme sırasında konumunun bozulmaması için maça desteği denilen parçalar gerekebilir

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Maça

Şekil 11.3 Kum dökümünde kullanılan model türleri: (a) Katı model (b) Ayrık model (c) Levhalı model (d) Üst ve alt derece modelleri

Şekil 11.4 (a) Maça, kalıp boşluğunda maça destekleriyle tutulur, (b) muhtemel maça tasarımı, (c) iç boşluklu döküm.

Döküm Kumları

Dayanım - şeklini koruması ve erozyona direnmesi için Geçirgenlik - sıcak hava ve gazların, kumdaki boşluklardan geçmesine izin vermek için Isıl kararlılık - erimiş metalle temasta kırılmaya direnmek için Dağılabilirlik - dökümün çatlamadan büzülmesine izin verme kabiliyeti Tekrar kullanılabilirlik - bozulan kalıptan çıkan kumların diğer kalıpların yapımında kullanılabilirliği

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Maça’dan Beklenen Özellikler

Açık besleyici

Döküm ağzı

Havalandırma

Üst derece Maça (kum)

Derece Düşey yolluk Kum

Kapalı besleyici

Alt derece Kalıp boşluğu

Kuyu Yatay yolluk

Kalıp giriş ağzı

Döküm Kumlarıyla Kullanılan Bağlayıcılar

Ayırma yüzeyi Kum

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Döküme Hazır Kum Kalıp

Silika (SiO2) veya diğer minerallerle karışmış silika Yüksek refrakter özellikler - yüksek sıcaklıklara dayanma kapasitesi Küçük tane boyutları, döküm parça üzerinde daha iyi bir yüzey formu oluşturur Büyük tane boyutları, döküm sırasında gazların geçişine izin vererek, daha iyi geçirgenlik gösterir Yuvarlak tanelere göre düzensiz tane boyutları, ara kilitlenmeler sayesinde kalıbın dayanımını yükseltir Zayıflığı: ara kilitlenmeler, geçirgenliği düşürür

Kum, su ve bağlayıcı kil karışımıyla birarada tutulur Tipik karışım: % 90% kum, % 3% su ve % 7 kil Diğer bağlayıcılar da kum kalıplarda kullanılır: Organik reçineler (örn. Fenolik reçineler) İnorganik bağlayıcılar (örn.sodyum silikat ve fosfat) Dayanımı ve/veya geçirgenliği arttırmak için bazen karışıma katkılar ilave edilir

Kum Döküm İşleminde Yüzdürme

Yaş-kum kalıpları – kum, kil ve su karışımı; “Yaş" terimi, döküm sırasında nem içermesi anlamındadır Kuru-kum kalıp – kilden çok organik bağlayıcılar Ve kalıp, dayanımı arttırmak için pişirilir Kuru kabuk kalıp – üfleç veya ısıtıcı lambalar kullanarak, yaş kum kalıbın yüzeyinden 10-25 mm derinliği kurutmak

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Kum Kalıp Türleri

Döküm sırasında dökümün hatalı olmasına neden olabilecek şekilde, sıvı metalin yüzme eğilimi, maçaları yerinden oynatabilir Maçayı kaldırmaya çalışan kuvvet = Yer değiştiren sıvının ağırlığı - maçanın kendi ağırlığı Fb = Wm - Wc Fb = yüzdürme kuvveti; Wm = yer değiştiren erimiş metal ağırlığı; ve Wc = maça ağırlığı

Diğer Bozulabilir Kalıp Yöntemleri

Maça başları

Parçanın mekanik resmi

Maça modeli levhası

Yolluk

Üst derece levhası

Maça kutuları

Düşey yolluk Besleyici Derece

Birleştirilmiş maça yarıları

Kumlamaya hazır üst derece

Kumla doldurulmuş ve model, düşey ve yatay Kumlamaya hazır alt derece yollukları sökülmüş üst derece

Model çıkarıldıktan sonra alt derece

Üst derece Alt derece Kapama pimleri

Maça yerleştirilmiş alt derece

Birleştirilmiş ve döküme hazır üst ve alt derece

Kalıptan söküldüğü halde döküm; ısıl işlem görmüş

Teslime hazır döküm parça

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Kum Dökümde İşlem Sırası

Kabuk kalıplama Vakum kalıplama Genleşen Polistiren Yöntemleri Hassas döküm Alçı kalıba döküm ve seramik kalıba döküm

Kabuk Kalıplama

Termoset reçine bağlayıcı ile birleştirilmiş ince bir kum kabuktan yapılan kalıba döküm yöntemi

Şekil 11.5 Kabuk kalıplamada aşamalar: (1) Bir levhalı model veya üst ve alt derece modeli ısıtılarak, termoset reçineli kum içeren bir kutu üzerine yerleştirilir. 21

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Kabuk Kalıplama

Kabuk

Kabuk Kalıplama

Şekil 11.5 Kabuk kalıplamada aşamalar: (4) kum kabuk, sertleştirme tamamlanana kadar fırın içinde birkaç dakika ısıtılır; (5) kabuk kalıp modelden ayrılır;

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Kabuk Kalıplama

Şekil 11.5 Kabuk kalıplamada aşamalar: (2) kum ve reçinenin sıcak model üzerine düşerek kısmen sertleşmiş, dayanıklı bir kabuk oluşturabilmesi için kutu ters çevrilir; (3) gevşek, sertleşmemiş tanelerin düşerek uzaklaşması için kutu eski haline getirilir;

Kabuklar

Metal bilye Derece

Kıskaç

Şekil 11.5 Kabuk kalıplamada aşamalar: (6) Kabuk kalıbın iki yarısı, birleştirilir, bir kutu içinde kum veya metal bilyelerle desteklenir ve döküm gerçekleştirilir; (7) Yolluklu bitmiş ürün döküm çıkarılır 24

Üstünlükleri ve Zayıflıkları

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Kabuk Kalıplama – Tüm işlemler

Vakum Kalıplamada İşlem Aşamaları

Kimyasal bağ yerine vakum basıncıyla birarada tutulan kum kalıp kullanır “Vakum” terimi, döküm işleminin kendisinden çok kalıp yapımı anlamındadır 1970’lerde Japonya’da geliştirilmiştir

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Vakum Kalıplama

Kabuk kalıplamanın üstünlükleri: Pürüzsüz kalıp boşluğu yüzeyi, erimiş metalin daha kolay akmasını ve daha iyi yüzey kalitesi sağlar Yüksek boyutsal doğruluk – genellikle talaş kaldırma gerekmez Kalıbın dağılabilirliği, dökümdeki çatlakları en aza indirir Seri üretim için mekanize edilebilir Zayıflıkları: Daha pahalı metal model Az sayıda döküm için uygun değil

Şekil 11.6 (1) Model yerleştirildikten sonra üzerine bir plastik film konur; (2) kum doldurulur; (3) en üste ikinci plastik film yerleştirilir; (4) iki plastik arasına vakum uygulanır; (5) alt ve üst kalıp yarıları aynı şekilde hazırlandıktan sonra birleştirilerek kalıp oluşturulur 28

Genleşen Polistiren Yöntemi

Vakum kalıplamanın üstünlükleri: Bağlayıcı olmadığından, kum kolayca geri kazanılır Kum, bağlayıcı kullanılan duruma göre mekanik yeniden şartlandırma gerektirmez Kuma su karıştırılmadığından, nemle ilgli hatalar oluşmaz Zayıflıkları: Yavaş proses Mekanizasyona kolayca uyarlanamaz

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Üstünlükleri ve Zayıflıkları

Köpükten döküm ağzı ve düşey yolluk

Köpük model

Genleşen Polistiren Yöntemi

Refrakter bileşenin püskürtülmesi

Şekil 11.7 Genleşen polistiren döküm yöntemi: (1) polistiren model, refrakter bileşenle kaplanır;

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Genleşen Polistiren Yöntemi

Erimiş metal kalıba döküldüğünde buharlaşan bir polistiren köpük model çevresine sıkıştırılmış bir kum kalıp kullanır Diğer isimleri: kayıp-köpük yöntemi, kayıp model yöntemi, buharlaşan köpük yöntemi ve dolu kalıba döküm yöntemi Polistiren köpük model, düşey ve yatay yolluklar, besleyiciler ve (gerekirse) iç maçalardan oluşur Kalıbın alt ve üst derece kesitlerinin açılması gerekmez

Model çevresine sıkıştırılmış kum Kalıp kutusu

Şekil 11.7 Genleşen polistiren döküm yöntemi: (2) köpük model bir kalıp kutusuna yerleştirilir ve modelin çevresine kum sıkıştırılır

Üstünlükleri ve Zayıflıkları

Erimiş metal, köpüğü buharlaştırır ve yerine geçer

Şekil 11.7 Genleşen polistiren yöntemi: (3) erimiş metal, modelin döküm ağzı ve düşey yolluğu oluşturan kısmına dökülür. Metal kalıba girdikçe, ilerleyen sıvının önündeki polistiren köpük buharlaşır, böylece kalıp boşluğu dolar 33

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Genleşen Polistiren Yöntemi

Hassas Döküm (Kayıp Mum Yöntemi)

Uygulamaları: Otomobil motorlarının dökümünde seri üretim Otomatikleştirilmiş ve entegre edilmiş imalat sistemlerinin kullanımında: 1. Polistiren köpük numuneler kalıplanır ve daha sonra 2. İlerleyen döküm işlemine doğru beslenir

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Genleşen Polistiren Yöntemi

Genleşen polistiren yönteminin üstünlükleri: Modelin kalıptan çıkarılması gerekmez Geleneksel yaş kum kalıptaki gibi iki yarı kalıp gerekmediğinden, kalıp yapımı basitleşir ve hızlanır Zayıflıkları: Her döküm için yeni bir model gerekir Yöntemin ekonomikliği, büyük oranda model yapım maliyetine bağlıdır

Kalıbı yapmak için mumdan yapılan bir model, refrakter malzemeyle kaplanır ve daha sonra erimiş metal dökülmeden önce eritilerek uzaklaştırılır “Hassas" kelimesi, mum modelin çevresine refrakter malzemenin kaplanmasını belirten, daha az kullanılan “tamamen kaplanmış” ifadesinin yerine geçmiştir Yüksek doğruluğa ve kesin detaylara sahip dökümler üretebilir

Hassas Döküm

Mum yolluk

Mum model

Şekil 11.8 Hassas dökümün aşamaları: (1) mum modeller oluşturulur, (2) birkaç model, bir model ağacı oluşturmak üzere birbirine tutturulur

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Hassas Döküm

Şekil 11.8 Hassas dökümün aşamaları: (3) model ağacı, ince bir refrakter malzeme tabakasıyla kaplanır, (4) rijitleştirmek için yeterli miktarda refrakter malzeme ile kaplanarak dolu kalıp oluşturulur

Hassas Döküm

Mum

Şekil 11.8 Hassas dökümün aşamaları: (5) kalıp ters çevrilir ve mumun kalıp boşluğundan eriyerek akması için ısıtılır, (6) kalıp, yüksek bir sıcaklığa ön tavlanır, erimiş metal dökülür ve katılaşır

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Isı

Şekil 11.8 Hassas dökümün aşamaları: (7) kalıp kırılarak bitmiş döküm çıkarılır ve parçalar yolluktan ayrılır

Üstünlükleri ve Zayıflıkları

Şekil 11.9- Hassas dökümle elde edilmiş, 108 ayrı kanatçıklı tek parça bir kompresör statoru 41

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Hassas Döküm

Üstünlükleri ve Zayıflıkları

Kum kalıba benzer ancak kalıp Paris alçısından (alçı - CaSO4-2H2O)’den yapılır Kalıp yapımında, alçı ve su karışımı, plastik veya metal modelin üzerine dökülür ve sertleşmesi beklenir Ahşap modelleri, suyla temas ettiklerinde genleştiklerinden genellikle kullanılma Alçı karışımı, ince detayları ve yüksek yüzey kalitesi oluşturarak modelin çevresinde kolayca akar

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Alçı Kalıba Döküm

Hassas dökümün üstünlükleri: Yüksek derecede karmaşıklığa ve doğruluğa sahip parçalar dökülebilir Dar boyutsal kontrol ve yüksek yüzey kalitesi Mum genellikle tekrar kullanım için geri kazanılabilir Normal olarak ilave talaş kaldırma gerekmez – bu yöntem bir net şekil yöntemidir Zayıflıkları Çok sayıda işlem adımları gerekir Nisbeten pahalı yöntemdir

Alçı kalıba dökümün üstünlükleri: Yüksek doğruluk ve yüzey kalitesi İnce kesitlerin yapılabilmesi Zayıflıkları: Döküm sırasında problem oluşturabilen nemin uzaklaştırılması için kalıbın pişirilmesi gerekir Eğer aşırı pişirilirse kalıp dayanımı kaybolur Alçı kalıplar yüksek sıcaklıklara dayanamaz, bu nedenle düşük erime sıcaklığına sahip alaşımlarla sınırlıdır 44

Seramik Kalıba Döküm

Alçı kalıba döküme benzer; ancak kalıp, alçıya göre daha yüksek sıcaklıklara dayanabilen refrakter seramik malzemeden yapılır Dökme çelik, dökme demir ve diğer yüksek sıcaklık alaşımlarının dökümünde kullanılabilir Metal dökümü hariç, uygulamaları alçı kalıba döküme benzer Üstünlükleri de (yüksek doğruluk ve yüzey kalitesi) benzerdir

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Seramik Kalıba Döküm

3. Yakma

Kokil (Metal) Kalıba Döküm Yöntemi

Bozulabilir kalıba dökümün ekonomik zayıflığı: her döküm için yeni bir kalıp gerekir Kalıcı kalıba dökümde, kalıp pek çok kez yeniden kullanılabilir Yöntem türleri: Kokil (Metal) kalıba döküm Basınçlı döküm Savurma (santrifüj) döküm

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Kalıcı Kalıba Döküm Yöntemleri

1. Sıvı seramiğin dökülmesi 2. Yaş kalıbın çıkarılması

Kolay ve hassas şekilde açılıp kapatılabilen biçimde tasarlanmış, iki parçalı bir metal kalıp kullanır Düşük erime sıcaklığına sahip alaşımların dökümünde kullanılan kalıplar genellikle çelik veya dökme demirden yapılır Çelik dökümü için kullanılan kalıplar, çok yüksek döküm sıcaklıkları nedeniyle refrakter malzemeden yapılmalıdır

Kalıbı açıp kapatmak için hidrolik silindir

Hareketli kalıp bölümü

Kokil Kalıba Döküm Sabit kalıp bölümü Püskürtme nozulu

Şekil 11.10 Kokil kalıba dökümde aşamalar: (1) kalıp ön tavlanır ve kaplanır

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Kokil Kalıba Döküm

Maça

Şekil 11.10 Kokil kalıba dökümde aşamalar: (2) maçalar (kullanılıyorsa) yerleştirilir ve kalıp kapatılır, (3) erimiş metal, içinde katılaşacağı kalıba dökülür. 50

Kokil Kalıba Dökümün Uygulamaları

Kokil kalıba dökümün üstünlükleri: Yüksek boyutsal kontrol ve yüzey kalitesi Soğuk metal kalıbın yol açtığı hızlı soğuma, ince taneli bir yapı oluşmasını sağlar, böylece dökümler daha dayanıklı olur Zayıflıkları: Genel olarak düşük sıcaklıkta eriyen metallerle sınırlıdır Kalıbın açılması gerektiğinden, kum döküme göre daha basit geometriler dökülebilir Yüksek kalıp maliyeti 51

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Üstünlükleri ve Zayıflıkları

Kalıp boşluğu

Yüksek kalıp maliyeti nedeniyle, yöntem yüksek üretim miktarlarına uygundur ve buna göre otomatize edilebilir Tipik parçalar: otomotiv pistonları, pompa gövdeleri ve belirli uçak ve roket dökümleri Yaygın dökülebilen metaller: alüminyum, magnezyum, bakır esaslı alaşımlar ve dökme demir

Basınçlı Döküm Makinaları

Erimiş metalin yüksek basınç altında kalıp boşluğuna enjekte edildiği bir metal kalıba döküm yöntemi Basınç, katılaşma süresince devam eder ve ardından kalıp açılarak parça çıkarılır Bu döküm işlemindeki kalıplar basınçlı döküm kalıbı (die) olarak adlandırılır ve bu nedenle adı basınçlı dökümdür (die casting) Metali kalıp boşluğuna zorlamak için yüksek basınç kullanılması, bu yöntemi diğer kalıcı kalıba döküm yöntemlerinden ayırır

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Basınçlı Döküm

Sıvı metal kalıp boşluğuna zorlanırken, iki kalıp yarısını uygun şekilde yakın ve kapalı tutacak biçimde tasarlanırlar İki temel türü: 1. Sıcak hazneli makina 2. Soğuk hazneli makina

Sıcak Hazneli Basınçlı Döküm

Metal, bir kap içinde eritilir ve bir piston, metali yüksek basınç altında metal kalıba enjekte eder Yüksek üretim hızları – Saatte 500 parça yapılması mümkündür Uygulamaları, zımbayı ve diğer mekanik bileşenleri kimyasal olarak etkilemeyen, düşük sıcaklıkta eriyen metallerle sınırlıdır Döküm metalleri: çinko, kalay, kurşun ve magnezyum

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Sıcak Hazneli Basınçlı Döküm

Şekil 11.13 Sıcak hazneli döküm çevrimi: (1) kalıp kapalı ve piston gerideyken, erimiş metal hazneye doğru akar 56

Soğuk Hazneli Basınçlı Döküm Makinası

Şekil 11.13 Sıcak hazneli döküm çevrimi: (2) zımba haznedeki metali kalıbın içine akmaya zorlar ve soğuma ve katılaşma sırasında basıncı sürdürür 57

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Sıcak Hazneli Basınçlı Döküm

Soğuk Hazneli Basınçlı Döküm

Şekil 11.14 Soğuk hazneli basınçlı döküm çevrimi: (1) kalıp kapalı ve zımba gerideyken erimiş metal hazneye dökülür 59

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Soğuk Hazneli Basınçlı Döküm

Erimiş metal, dış bir erimiş kaptan ısıtılmamış hazneye dökülür ve bir piston metali yüksek basınç altında kalıp boşluğuna enjekte eder Döküm aşaması nedeniyle, genellikle sıcak hazneli makinalardaki kadar olmayan yüksek verimlilik Döküm metalleri: alüminyum, pirinç ve magnezyum alaşımları Sıcak hazneli yöntemin üstünlükleri, düşük erime sıcaklığına sahip alaşımlardaki kullanımda ortaya çıkar (çinko, kalay, kurşun)

Şekil 11.14 Soğuk hazneli dökümde çevrim: (2) zımba metali kalıp boşluğuna akmaya zorlarken soğuma ve katılaşma sırasında basıncı sürdürür 60

Üstünlükleri ve Zayıflıkları

Genellikle takım çeliğinden, kalıp çeliğinden veya maraging çeliğinden yapılır Dökme çelik ve dökme demirin kalıplanması için Tungsten ve Molibden (yüksek refrakter kaliteleri) kullanılır Açıldığında parçayı çıkarmak için çıkarıcı pimler gerekir Yapışmayı önlemek için kalıp boşluğuna yağlayıcıların püskürtülmesi gerekir

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Basınçlı Döküm Kalıpları

Gerçek Savurma Döküm

Merkezkaç kuvvetinin erimiş metali metal kalıbın dış bölgelerine dağıtabilmesi için kalıbın yüksek hızla döndürüldüğü, yaygın bir döküm yöntemi Bu gruptaki yöntemler: Gerçek savurma döküm Yarı savurma döküm Savurmalı döküm

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Savurma (Santrifüj) Döküm

Basınçlı dökümün üstünlükleri: Yüksek üretim miktarları için ekonomik Yüksek doğruluk ve yüzey kalitesi İnce kesitlerin oluşturulması mümkün Hızlı soğuma, döküme ince tane boyutu ve yüksek dayanım sağlar Zayıflıkları: Genellikle düşük erime sıcaklığına sahip metallerle sınırlıdır Parça geometrisinin kalıptan çıkarılabilmesi gerekir

Erimiş metal, borusal bir parça üretmek için dönen kalıbın içine dökülür Bazı uygulamalarda, kalıbın dönüşü, dökmeden önce değil döktükten sonra başlar Parçalar: borular, tüpler ve halkalar Dökümün dış yüzeyi yuvarlak, oktagonal, hegzagonal vs. olabilir; ancak içi şekli, radyal simetrik kuvvetler nedeniyle (teorik olarak) mükemmel yuvarlaklıktadır

Kalıp

Serbest merdane

Yarı Savurma Döküm

Kalıp Dökme potası

Tahrik makarası Önden görünüş

Yandan görünüş

Figure 11.15 Gerçek savurma döküm ekipmanı. 65

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Gerçek Savurma Döküm

Döküm ağzı

Derece

Savurmalı Döküm

Üst derece Döküm Alt derece

Döner tabla

Şekil 11-16. Savurmalı döküm yöntemi 67

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Yarı Savurma Döküm

Savurma kuvveti, borusal parçalar yerine dolu dökümler üretmek için kullanılır Kalıplar, merkezden metal besleyecek besleyicilerle birlikte tasarlanır Son dökümdeki metalin yoğunluğu, dönüş merkezine oranla dış kesitlerde daha büyüktür Çoğunlukla, kalitenin en düşük olduğu kısım olan, dökümün merkezi talaşlı işlenerek uzaklaştırılan parçalarda kullanılır Örnekler: tekerlekler ve makara

Kalıplar, parça boşlukları dönme ekseninden uzak olacak şekilde tasarlanarak erimiş metalin merkezkaç kuvvetiyle bu kalıp boşluklarına dağıtılabileceği şekilde dökülür Küçük parçalar için kullanılır Diğer savurma döküm yöntemlerinde olduğu gibi parçanın radyal simetrik olması gerekmez

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Döküm İşlemlerinde Kullanılan Ocaklar

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Savurmalı Döküm

Şekil 11-17. Savurmalı döküm yöntemi

Dökümhanelerde en yaygın kullanılan ocaklar şunlardır: Kupol ocakları Doğrudan yakıt yakan ocaklar Potalı ocaklar Elektrik ark ocakları Endüksiyon ocakları

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Kupol Ocakları Tabanına yakın yerde döküm ağzı olan dikey silindirik ocaklardır Sadece dökme demir için kullanılırlar Diğer ocaklar da kullanılmasına rağmen, en büyük tonajlı dökme demirler kupol ocağında eritilir Demir, kok kömürü, dekapan ve diğer muhtemel alaşımları içeren “şarj”, kupol yüksekliğinin yarısından daha aşağıya yerleştirilen bir şarj kapısından yüklenir

İç yüzey

Şekil 11-18. Kupol ocağının kesiti

Dış yüzey

Yükleme kapısı Yükleme zemini Refrakter kaplama

Çelik kabuk

Şarj Üfleyici Üfleyici Hava kanalı Curuf Curuf kanalı

Dökmeye hazır erimiş metal Tapa

Kum zemin Ayaklar

Dökme kanalı

Potalı Ocaklar

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Şarjın fırın tarafına yerleştirilmiş doğal gaz yakıt brülörleriyle ısıtıldığı küçük yüksek fırın Fırın çatısı, alevi şarja doğru yansıtarak ısıtmaya yardımcı olur Fırının alt kısmında, erimiş metalin dışarı alındığı bir kapak deliği bulunur Genel olarak bakır esaslı alaşımlar ve alüminyum gibi demirdışı metaller için kullanılır

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Doğrudan Yakıt Yakan Ocaklar

Kapak

Kaldırmalı pota

Kapak Dökme ağzı Çelik kabuk

Yakıt Destek bloğu

Yakıt

Eğme kolu

Potalı fırın Çerçeve

Elektrik Ark Ocakları

Yakıt

Refrakter kaplama

Şekil 11.19 Potalı ocakların üç türü: (a) kaldırmalı pota, (b) erimiş metalin kepçeyle alınması gereken sabit pota, ve (c) eğilen potalı ocak. 75

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Potalı Ocaklar

Metal, yanan yakıt karışımı ile doğrudan temas etmeden erir Bazen dolaylı yakıt yakılan ocaklar olarak adlandırılır Kap (pota), refrakter metalden veya yüksek alaşımlı çelikten yapılır Bronz, pirinç ve çinko ve alüminyum alaşımları gibi demirdışı metaller için kullanılır Dökümhanelerde üç türü kullanılır: (a) kaldırmalı tür, (b) sabit, (c) eğilen potalı ocak

Şarj, bir elektrik arkının ürettiği ısı tarafından eritilir Yüksek güç tüketimi, ancak elektrik ark ocakları yüksek eritme kapasitesi için tasarlanabilir Öncelikle çelik eritme için kullanılır

Endüksiyon Ocakları

Çatı (kaldırılabilir)

Dökme ağzı Refrakter kaplama

Çeliği dökmek için Metali dökmek eğme yönü

için eğme yönü

Curuf deliği Erimiş çelik Devirme mekanizması

Şekil 6.9 Çelik üretimi için elektrik ark ocağı 77

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Elektrotlar

Metal içinde manyetik alan oluşturmak için bir bobinden geçen alternatif akım kullanır Endüklenen akım, hızlı ısıtma ve eritme sağlar Elektromanyetik kuvvet alanı, ayrıca sıvı metalde karıştırma etkisi oluşturur Metal, ısıtıcı elemanlarla temas halinde olmadığından, yüksek kalitede ve saflıkta erimiş metaller üretmek için ortam sıkı şekilde kontrol edilebilir Erimiş çelik, dökme demir ve alüminyum alaşımları, döküm işlerindeki yaygın uygulamalardır 78

Kepçeler

Kapak

Erimiş metal (Oklar karıştırma etkisini göstermektedir)

Bakırdan mamul endüksiyon bobinleri

Refrakter malzeme

Şekil 11.20 Endüksiyon ocağı

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Endüksiyon Ocağı

Erimiş metalin, eritme fırınından kalıba sevki, bazen potaları kullanarak yapılır Transfer, daha çok da, kepçeler yardımıyla yapılır Kren kancası Dökme ağzı

Devirme için dişli kutusu

Üstten görünüş

Döndürme Tutamaklar kolu Önden görünüş

Şekil 11.21 İki yaygın kepçe türü: (a) kren kepçe ve (b) iki kişiyle taşınan kepçe

Budama

Budama Maçanın çıkarılması Yüzey temizliği Muayene Tamir (gerekirse) Isıl işlem

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Katılaşmadan Sonraki İlave Aşamalar

Yüzey Temizliği

Maça kullanılmışsa, bunların uzaklaştırılması gerekir Çoğu maça bağlayıcı içerir ve bağlayıcı tahrip olduğundan, dökümden dökülerek çıkarlar Bazı durumlarda, dökümü elle veya mekanik olarak sarsarak çıkarılabilir Nadiren de, maçalar, bağlayıcı maddeyi kimyasal olarak çözerek uzaklaştırılır Katı maçalar çekiçlenmeli veya presle itilmelidir

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Maçanın Çıkarılması

Düşey ve yatay yollukların, besleyicilerin, ayırma yüzeyi çapaklarının, maça desteklerinin ve diğer fazla metalin döküm parçadan uzaklaştırılması Gevrek döküm alaşımlarda ve kesiti nisbeten küçük olanlarda, fazlalıklar kırılarak uzaklaştırılabilir Aksi halde, çekiçleme, kesme, el testeresiyle kesme, bantlı testereyle kesme, taşlama ve değişik alevle kesme yöntemleri kullanılır

Döküm yüzeyinden kumun temizlenmesi ve yüzey görünümünün iyileştirilmesi Temizleme yöntemleri: yuvarlama, kaba kum taneleriyle veya metal bilyelerle hava üfleme, tel fırçalama, silme ve kimyasal dağlama Yüzey temizleme, kum döküm için çok önemlidir Çoğu kalıcı kalıba dökümde bu adımdan kaçınılabilir Dökümde hatalar olabilir ve bunların varlığının ortaya çıkarılması için muayeneye gerek vardır

Döküm Kalitesi

Özelliklerini geliştirmek için döküm parçalara genellikle ısıl işlem uygulanır Bir döküme ısıl işlem uygulama nedenleri: Talaş kaldırma gibi sonraki işlemler için Parçanın servisteki uygulaması için istenen özelliklerin kazandırılması için

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Isıl İşlem

Genel Hatalar: Soğuk Yapışma

Kalıp boşluğu tamamen dolmadan katılaşan bir döküm Kalıp Eksik dolgu

Kalıp Şekil 11.22 Dökümdeki bazı yaygın hatalar: (a) eksik dolgu

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Genel Hatalar: Eksik Dolgu

Döküm işleminde, üründe kalite hatalarıyla sonuçlanacak pek çok yanlış şey yapma olasılığı vardır Hatalar aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir: Tüm döküm yöntemlerinde görülebilecek yaygın hatalar Kum döküm işlemiyle ilgili hatalar

Metalin iki parçası birlikte akar ancak erken katılaşma nedeniyle birleşme hatası oluşur

Soğuk yapışma Maça Kalıp Şekil 11.22 Dökümlerdeki bazı yaygın hatalar: (b) soğuk yapışma 88

Genel Hatalar: Büzülme Boşlukları

Döküm sırasında metal zerrecikleri ve katı taneler oluşur ve döküm içinde kalırlar

Soğuk yapışmalar

Kalıp Şekil 11.22 Dökümlerdeki bazı yaygın hatalar: (c) soğuk yapışma 89

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Genel Hatalar: Soğuk Yapışma

Büzülme boşluğu

Kalıp Şekil 11.22 Dökümlerdeki bazı yaygın hatalar: (d) büzülme boşluğu 90

Kum Döküm Hataları: Gözenekler

Döküm sırasında kalıp gazları çıkışının neden olduğu balon şeklindeki gaz boşlukları Kum gözeneği

Kalıp Şekil 11.23 Kum dökümlerdeki yaygın hatalar: (a) kum gözeneği

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Kum Döküm Hataları: Kum Gözeneği

Katılaşmanın son bölgesinde bulunabilecek sıvı metal miktarını sınırlayan katılaşma büzülmesinin neden olduğu yüzey çökmesi veya iç boşluk

Döküm yüzeyinde veya yüzeyin hemen altında çok sayıda küçük gaz gözeneğinin oluşumu Gözenekler

Kalıp Şekil 11.23 Kum dökümlerdeki yaygın hatalar: (b) gözenekler 92

Kum Döküm Hataları: Kalıp Kayması

Sıvı metalin akıcılığı yüksek olduğunda, döküm yüzeyinin kum taneleri ve metal karışımı içermesine neden olacak şekilde, kum kalıp veya maçanın içine nüfuz edebilir Penetrasyon

Şekil 11.23 Kum dökümlerdeki yaygın hatalar: (e) penetrasyon 93

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Kum Döküm Hataları: Penetrasyon

Yaygın büzülme boşluğu

Üst derece, alt dereceye göre kaymıştır Üst derece

Ayırma yüzeyi

Alt derece

Şekil 11.23 Kum dökümlerdeki yaygın hatalar: (f) kalıp kayması 94

Dökümhanede Muayene Yöntemleri

Maça

Şekil 11.24 Kum dökümlerdeki çökme ve önlenmesi: (a) yaygın görülen büzülme boşluğu, boşluğun olmaması halinde yüzeydeki çökme ve (c) maça kullanımıyla çökmenin önlenmesi 95

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Kum Döküm Hataları: Çökme

A step in cast product at parting line caused by sidewise relative displacement of cope and drag

Eksik dolgu, soğuk yapışma ve diğer ciddi yüzey hatalarının ortaya çıkarılması için görsel muayene Toleransların karşılandığını göstermek için boyut ölçümleri Dökme metalin kalitesiyle ilgili, metalurjik, kimyasal, fiziksel ve diğer testler

Demir Esaslı Döküm Alaşımlar: Dökme Demir

Çoğu ticari dökümler, saf metallerden ziyade alaşımlardan yapılır Alaşımlar genelde kolay dökülür ve ürün özellikleri daha iyidir Dökme alaşımları aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir: Demir esaslı Demir dışı

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Döküm Metalleri

Demirdışı Döküm Alaşımları: Alüminyum

Çeliğin mekanik özellikleri, onu aranan bir mühendislik malzemesi yapar Karmaşık geometrilerin oluşturulma kabiliyeti, dökümü çok kullanılan bir şekillendirme yöntemi haline getirmiştir Çeliğin dökümündeki zorluklar: Çeliğin döküm sıcaklığı, diğer çoğu metalden daha yüksektir ∼ 1650°C Bu sıcaklıklarda çelik kolayca oksitlenir; bu nedenle erimiş metalin havadan izole edilmesi gerekir Erimiş çelik nisbeten düşük akıcılığa sahiptir 99

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Demir Esaslı Döküm Alaşımları: Çelikler

Tüm döküm alaşımlarının en önemlisi Dökme demir dökümlerin tonajı, çoğunlukla diğer tüm metallerin toplamının birkaç katıdır Bazı türleri: (1) kır dökme demir, (2) küresel dökme demir, (3) beyaz dökme demir, (4) temper dökme demir ve (5) alaşımlı dökme demirler Tipik dökme sıcaklıkları ∼ 1400°C (bileşime bağlıdır)

Genellikle kolay dökülebilir olarak bilinir Alüminyumun düşük erime sıcaklığı nedeniyle, dökme sıcaklıkları düşüktür Tm = 660°C Özellikleri: Hafif yapı Isıl işlemlerle dayanım özelliklerinin değiştirilebilmesi Talaş kaldırma kolaylığı

100

Demirdışı Döküm Alaşımları: Çinko Alaşımları

Bronz, pirinç ve alüminyum bronzu türleri vardır Özellikleri: Korozyon direnci İyi görünüm Yüksek yataklama kalitesi Zayıflığı: bakırın yüksek maliyeti Uygulamaları: boru ek parçaları, tekne uskur kanatları, pompa elemanları, süs eşyaları

101

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Demirdışı Döküm Alaşımları: Bakır Alaşımları

102

Ürün Tasarım Prensipleri

Geometrik basitlik: Döküm, karmaşık parça geometrilerinin oluşturulmasında kullanılabilmesine rağmen, parça tasarımında basitlik, genellikle dökülebilirliği arttırır Gereksiz karmaşıklıktan kaçınılması: Kalıp yapımını basitleştirir Maça ihtiyacını azaltır Dökümün dayanımını arttırır

103

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Ürün Tasarım Prensipleri

Yüksek dökülebilirlik, basınçlı dökümde yaygın kullanım Düşük erime sıcaklığı – çinkonun erime sıcaklığı Tm = 419°C Döküm kolaylığı için iyi akıcılık Özellikleri: Düşük sürünme dayanımı, bu nedenle dökümler uzun süreli yüksek gerilmelere maruz bırakılamaz

Döküm parçalardaki köşeler: Gerilme odağı olduklarından ve sıcak yırtılma ve çatlamalara neden olabileceklerinden, keskin köşe ve açılardan kaçınılmalıdır İçköşelerde büyük radyüslü köşe dolguları tasarlanmalı ve keskin kenarlar yuvarlaklaştırılmalıdır

104

Yüzey Eğim Toleransı

Yüzey eğimi kılavuzları: Genleşebilen kalıba dökümde yüzey eğimi, modelin kalıptan çıkarılmasını sağlar Eğim = 1° (kum döküm için) Kalıcı kalıba dökümde amaç, parçanın kalıptan çıkarılmasına yardımcı olmaktır Eğim = 2° to 3° (kalıcı kalıba döküm yöntemleri için) Eğer dolu maçalar kullanılıyorsa, benzer eğimler sağlanmalıdır

Parça tasarımındaki küçük değişiklikler, maça ihtiyacını azaltabilir

105

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Ürün Tasarım Prensipleri

106

Ürün Tasarım Prensipleri

Boyut Toleransları ve Yüzey Kalitesi: Yönteme bağlı olarak dökümde boyutsal doğruluklarda önemli farklara ve yüzey kalitelerine ulaşılabilir: Kum dökümde kötü boyutsal doğruluklar ve yüzey kalitesi Basınçlı ve hassas dökümde yüksek boyutsal doğruluklar ve yüzey kalitesi

107

EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Ürün Tasarım Prensipleri EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Şekil 11.25 Bir maça kullanımına ihtiyacı ortadan kaldıran tasarım değişikliği: (a) orijinal tasarım ve (b) yeni tasarım.

Talaş Kaldırma Toleransları: Kum dökümde gerekli boyutlara ve parça özelliklerine ulaşmak için hemen tüm dökümlerin talaşlı işlenmesi gerekir Döküm üzerinde, talaş kaldırmanın gerekli olduğu tüm yüzeylerde, Talaşlı işleme toleransı olarak adlandırılan ilave malzeme bırakılır Kum dökümler için tipik talaşlı işleme toleransları 1.5 ile 3 mm arasındadır

108