32460774-DOKUM-TEKNOLOJILERI

Prof. John Campbell, ‘Casting Practice’ – 2004, Elsevier Butterworth-Heinemann Doç.Dr. Ergin N. Çavuşoğlu, ‘Döküm Teknolojisi’ – 1981, İTÜ

DÖKÜM TEKNOLOJİLERİ Metal dökümü özetle ‘istenilen bir şekli elde etmek için, seçilen metal veya alaşımın ergitilmesi ve bahis konus şeklin negatifi olan kalıp boşluğuna dökülmesi işlemi’ olarak tanımlanabilir. İstenilen özelliklere sahip ve sağlam bir döküm elde etmek için altı ana ilke göz önünde tutulur: 1. uygun döküm yöntemini seçimi 2. seçilen yönteme göre kalıp dizaynı (yolluk ve besleyici hesaplamaları: optimum dizayn ve çekilme boşluğunu engelleyecek şekilde besleme) 3. kalıp ve maçaların hazırlanması, özelliklerini belirlenmesi ve kontrolü 4. istenilen alaşımın hazırlanması, uygun ergitme ünitesinin seçilmesi, ergitme için gerekli işlemlerin yapılması (gaz giderme, flakslama, aşılama, modifikasyon) 5. sıvı metalin kalıba uygun şekilde ve akışkanlıkta girişinin sağlanması 6. çekirdeklenme, katılaşma ve dolayısıyla döküm yapısının kontrolü Döküm ürünlerinde, ‘yöntem-yapı özellik’ ilişkisi döküm teknolojisini ana uğraşını oluşturur. Bir başka deyimle, seçilen alaşımdan belli bir parçanın; i) ii) iii) iv)

hangi döküm yöntemi ile elde edileceği, bu yoldan ne tür bir katılaşma yapısına sahip olacağı, buna bağlı olarak ne tür ve ne mertebede özellikler kazanacağı, döküm hatalarının oluşmamasının ne şekilde sağlanacağı

döküm teknolojisince çözümlenecek konuların başlıcalarıdır. Döküm Endüstrisi Döküm endüstri ürünleri ile günümüzde hemen hemen her yerde karşılaşabiliriz: ulaştırma, ziraat, inşaat, haberleşme vb. Döküm endüstrisinin en belirgin özelliklerinden biri olarak çok hızlı gelişimi gösterilebilir; özellikle son 20 yılda teknik yapısını tamamen değiştirmiştir ve değiştirmeye devam etmektedir. Bilgisayar modellemelerinin gelişimi döküm öncesi kalıp dizaynı ve kalıp dolumunun incelenmesi gibi çeşitli pratik gelişmelerin yanı sıra kalıplamadaki mekanizasyon ve otomasyon proseslerin daha hızlı gelişmesini sağlamaktadır. Günümüz ileri teknolojisi ihtiyaçlarına cevap verebilmek için döküm endüstrisi ergitme, kalıplama, sıcaklık ve bileşim kontrolünden başka metal makro ve mikroyapısı, katılaşma kinetiği, malzeme özelliklerinin gelişimi vb konulara eğilen bilimsel bir teknolojiye sahiptir.

1

Yard.Doç.Dr. Derya Dışpınar [email protected]

Döküm Alaşımları Alaşım grubu

Ana alaşım tipleri

Önemli alaşım elementleri

Dökme demirler

Gri dd, temper dd, küresel dd

C, Si, P, Ni, Cr

Çelikler

Karbon çelikleri, az alaşımlı, yüksek alaşımlı, paslanmaz

C, Mn, Cr, Ni, Mo

Bakır

Saf, pirinç, bronz

Zn, Sn, Pb, Ni, Al, P, Fe, Mn, Si

Aluminyum

Döküm, dövme

Cu, Si, Mg, Zn, Li

Magnezyum

Döküm, dövme

Al, Zn, Zr, Mn

Çinko

Döküm

Al, Mg, Cu

Nikel

Döküm (hassas)

Fe, Cr, Cu, Si

Titanyum

Döküm (hassas)

Al, Ni

Döküm Ürünleri Döküm endüstrisi ürünleri şematik olarak iki ana gruba ayrılır: i) ii)

ingot dökümler şekilli parça dökümler

İngotlar (Şekil 1) genellikle basit şekilli dökümler olup haddeleme, dövme, çekme, ektrüzyon vb işlemler sonrası plaka, çubuk, tel, profil gibi başka şekillere dönüştürülürler.

Şekil 1: tipik ingotlar

İngot her ne kadar yukarıda belirtilidiği gibi çeşitli işlemler sonrası gerek yapı gerekse özellikle açısından büyük değişikliklere uğruyorsa da, ilk döküm yapısının son ürün özelliklerine olabilecek kalıcı etkisi göz önünde tutulursa, ingot dökümünde de döküm teknolojisinin önemli bir rolü olduğu açıktır.

2


Şekil 2: tamamlanmış ürün

Şekilli parça dökümler ise ‘tamamlanmış ürünler’ ve ‘yarı ürünler’ olarak iki ana gruba ayrılır. Tamamlanmış ürünler doğrudan kullanıcıya veya dağıtıcıya iletilenlerdir. Yarı ürünler ise makina, elektrik, otomotiv, uçak, gemi, kimya gibi endüstrilerin gereksindiği parçaları teşkil eder. Döküm yoluyla şekil vermenin avantajları Metallere şekil vermenin değişik yolları vardır: makina ile işleme, dövme, kaynak, presleme gibi. Bu yöntemlere kıyasla döküm yolu ile şekil vermenin bazı avantajları vardır: 1. içten ve dıştan karmaşık olan şekiller döküm yolu ile kolaylıkla elde edilir ve talaş kaldırma ve kaynak gibi işlemlere çok az veya hiç ihtiyaç olmayabilir 2. yapıda basitlik kazandırır, istenilen şekiller tek parça halinde elde edilebilir 3. büyük miktarda seri üretime uygun olup çok sayıda belirli parça kısa zamanda dökülebilir 4. bazı alaşımların döküm halindeki mühendislik özellikleri tercih edilir 5. büyük pompa muhafazaları, büyük ring veya valf gibi yüksek tonajlı parçalar diğer yöntemlerle üretimi zor ve ekonomik değildir 6. Döküm işlemi, diğer şekil verme yöntemleri veya işlemlerine nazaran en ekonomik olanıdır Döküm Yöntemleri Döküm endüstrisinde kullanılan, şekilli parça döküm yöntemleri değişik şekillerde sınıflandırılabilmektedir. Bu sınıflandırmalar ya kalıp malzemesi veya yöntemin özelliği göz önüne alınarak yapılmıştır. Döküme biçim veren kalıbın tekrar kullanılıp kullanılamayacağına göre en açık ve geçerli sınıflandırma aşağıda verilmiştir: i)

harcanan kalıp kullanan döküm yöntemleri a) kum kalıba b) kabuk kalıba c) seramik kalıba d) alçı kalıba e) hassas döküm f) kaybolan köpük yöntemi

ii)

kalıcı kalıp kullana döküm yöntemleri a) metal kalıba döküm b) basınçlı döküm c) merkezkaç döküm d) sürekli döküm 3


Harcanan kalıp kullanan yöntemler konvansiyonel kum kalıba döküm yöntemi ile karakterize edilirler. Bu yöntemlerde temel olarak. i) model yapımı, ii) maça yapımı, iii) kalıplama, iv) ergitme ve döküm, v) temizlemedir. Model, dökülebilecek şeklin tahtadan, metalden veya başka uygun bir malzemeden (plastik) hazırlanmış kopyasıdır. Kalıptan çıkarıldığında geriye parçanın dış yüzeyinin izini taşıyan bir boşluk bırakır. Maçalar ise genellikle kum esaslı karışımlardan yapılan ve döküm parçasının iç boşluğunu sağlamak amacıyla kalıp boşluğuna yerleştirilen parçalardır. Kalıp iç yüzeyi ile maça yüzeyi arasında kalan hacim sıvı metalin dolacağı veya döküm şeklinin oluşacağı hacimdir. Kalıplama işlemi, kalıbı sıvı metalin içine doldurabileceği hale getirmek için gerekli işlemleri kapsar; bir başka deyimle, kalıp malzemesinin hazırlanması, model yardımı ile kalıp boşluğunun oluşturulması, maça veya maçaların yerleştirilmesi, kalıpta gerekli olan diğer boş hacimlerin hazırlanması (yolluk, çıkıcı) ve kalıbın kapanması gibi işlemlerin tümü söz konusudur. Sıvı metal, dökümhane kapasitesi, çalışma şartları, dökülen alaşım, ekonomik güç gibi faktörlere bağlı olarak seçilen bir ergitme ünitesinde hazırlanır. Sıvı metalin hazırlanması yalnız ergitme olmayıp aşılama, gaz giderme, flakslama gibi işlemleri de kapsar. Dökülen parçanın üzerindeki yapışmış kum, tufal ve fazla kısımların (yolluk, çıkıcı) giderilmesi ve temizleme işlemleri gerçekleştirilir.

MODELLER Modelcilik, dökümcülükten ayrı bir iş kolu haline gelecek kadar gelişmiştir. Model yapımı, basit bir marangoz işinden ziyade teknik resim, dökümcülük ve el sanatının müşterik eseri olmaktadır. Başlıca model türleri 4 ana grupta toplanabilir: 1. 2. 3. 4.

tek veya serbest modeller yolluklu serbest modeller levhaya bağlı modeller özel modeller

Serbest modeller tek kopya halinde dökülmek istenen şekli temsil ederler. Genellikle tahtadan yapılırlar ancak metal veya diğer malzemelerden de yapılabilirler. Bu tür modeller kullanıldığında yolluklar sonradan el ile oluşturulabileceği gibi model içerisinde direkt olarak da bulunabilirler. Doğal olarak ikinci tür daha pratik ve kullanımı rahattır.

4


sabit model

serbest model

Levhalı modeller ise ufak döküm parçaları için parçaların yarısına ait modeller metal veya tahta bir plakaya monte edilirler. Bir başka deyimle alt ve üst dereceler parçların yarısı monte edilir ve birleştirildiğinde kalıbın arasında tam parçanın boşluğu oluşur. Model malzemeleri Başlıca 5 tip model malzemesi vardır: i) tahta, ii) metal, iii) alçı, iv) plastik, v) balmumu Model malzemesi olarak seçilecek tahtanın kuru, sert ve kum nemini çekip deforme olmayacak şekilde az gözenekli olması istenir. Sertlik, kalıpta düzgün yüzey elde edebilmek için gereklidir. En çok kullanılan gürgen ve çamdır. Karışık şekiller için modelin ayrı imal edilen birkaç parçası birbirine vida ile veya geçme yoluyla tutturulur ancak çok parçalı modellerden genellikle kaçınmak gerekir. Seri imalatta modellerin uzun süre aşınmadan kalıplamaya dayanması istenir. Dolayısıyla modelin çok ince kesitli bölgeleri genellikle tahtadan olduğunda dayanıksız olacağından bu kısımlar metalden yapılır. Metal olarak dökme demir, pirinç veya aluminyum kullanılır. Alçı modellerin uygulamada birçok avantajları vardır. Kolaylıkla kesilip şekillendirilebilirler veya kalıba dökülerek doğrudan şekil alabilirler. Ayrıca alçı malzemesine yapılacak çeşitli lif ilaveleri ile alçının sertliği arzu edilen şekilde arttırılabilir. Model yapımı için çok kullanılan diğer bir malzemede plastiktir. Metal bir kalıp içinde enjeksiyon yoluyla şekillendirilebildiği gibi plastik bloktan kesilerek de model elde edilebilir. Fenol ve epoksi reçineleri model yapımında en çok tercih edilen plastiklerdir. Yeni gelişmekte olan diğer bir yöntemde ise (kaybolan kalıp tekniği) üretilmek istenilen parça modeli polisitren malzemeden yapılarak direk olarak kum kalıp içerisine gömülür. Daha sonra sıvı metal bu polisitren üzerine dökülür ve sonuçta polisitren buharlaşarak uzaklaşırken, sıvı metal kalıp boşluğunu doldurur ve arzu edilen parça üretilmiş olunur. Genellikle daha düzgün ve temiz yüzey elde etmek için polisitren daldırma yöntemi ile refrakter malzeme ile kaplanır. Bu yöntem ile yapılacak dökümlerin birçok avantajı vardır. Tahta, metal veya alçı gibi kalıp malzemesi kullanılmaz. Ucuz ve kolay şekil alabilen polisitren sayesinde döküm kumuna bağlayıcı ilavesi yapılmasına gereksinim yoktur, döküm yüzey kalitesi oldukça yüksektir ve maliyet düşüktür. Ancak dikkat edilmesi 5


gerekli olan noktada modelin harcanan olmasıdır. Benzer özelliklere balmumu ile yapılan modellerde de rastlanmaktadır. Model payı Modeller döküm parçası ile aynı boyutta imal edilmezler. Boyutlarda bazı değişiklikler yapmak gereklidir. Bunları kısaca açıklayalım. i) çekme payı: Bizmut, su ve ötektik yüzdesi 1.5dan büyük olan dökme demirler dışındaki tüm metaller hacimce büzülme veya çekilme gösterirler. Örneğin 0.6C’lu çelik katılaşırken %3 ve katı halde soğurken %7.6 çekilmeye uğrar. Ancak pratikte hacimce olan bu çekilmeler lineer olarak hesaplanır. Dökümcülükte bunun için özel cetveller kullanılır. Dolayısıyla modelin, döküm parçasından orantılı olarak daha büyük boyutlarda imal edilmesi gerekmektedir. Dökülen metalin cinsine ve parçanın şekline bağlı olarak bu cetvel Tablo 1’de verilmiştir. Tablo 1: Model çekilme payları (kum kalıba dökümler için) Döküm alaşımı

Gri dökme demir

Çelik

Model boyutları (cm)

Ortalama kesit kalınlığı (cm)

<60

8.33

60-120

10.42

>120

6.94

<60

20

60-180

15.62

>180

13.02

Temper dökme demir

Aluminyum

Magnezyum

Çekilme payı (mm/m)

0.16

14.32

0.32

13.02

0.48

12.37

0.64

11.72

0.95

10.42

1.27

9.11

1.59

7.81

1.91

6.51

2.22

3.91

2.54

2.60

<120

13.02

120-180

11.72

<120

57.29

>120

13.02

Pirinç

15.62

Bronz

10.42-20.0

ii) işleme payı: Makina dizaynı yapan mühendisler parça resimlerini işlenmiş hale göre boyutlandırırlar. Dolayısıyla döküm parçası üzerinde ve buna bağlı olarak model üzerinde bir de işleme payı bırakılması gerekmektedir. 6


iii) çarpılma payı ve boyut toleransları: Bazı şekillerde örneğin geniş ve yassı plakalar, konik veya U şekilli dökümler, düzgün bir modelden elde edildiklerinde çarpılabilmektedirler. Bu durumda modellerin kasden çarpık yapılması ve bu çarpık modellerden istenen doğru döküm şeklinin elde edilmesi söz konusudur. Modellerin kalıptan sıyrılması Modeller için verilmesi gereken payların yanında modellerin kalıpta gereken boşluğun temin ettikten sonra kalıptan sıyrılmalarıda üzerinde dikkatle durulması gereken bir husustur. Sıyırma işlemi, meydana getirilen kalıp boşluğunu bozmamak için çok dikkatli yapılmalıdır. Kenarları dik bir modelin sıkışmış kumdan sıyrılması zordur. Bu durumda modellere 1 veya 2 derecelik eğrisellik kazandırılmalıdır. Bu koniklik sayesinde model içinde hazırlanmış olan kum kalıp kolaylıkla ayrılacaktır.

KALIP KUMLARI Dökümlerin büyük bir kısmı kum kalıplara yapılır. Genel bir ortalama olarak 1 ton döküm için 4-5 ton kum gereklidir. Bu miktar, dökülen metalin cinsine, parça büyüklüğüne ve kalıplama tekniğine göre bu rakam 10 tona kadar değişebilmektedir. Kum kalıba dökümde hatasız ve kaliteli üretim yapmak; i) alaşım bileşimi, ii) ergitme yöntemi, iii) döküm şekli ve iv) katılaşmayı kontrol eden soğuma şeklinin yanısıra kalıplama tekniği ve bilhassa kalıp malzemesinin özelliklerine önemli ölçüde bağlıdır. Kalıp malzemesinin esas görevi döküm boşluğunun şeklini meydana getirmek ve bu şekli, sıvı metal dökülüp katılaşana kadar saklayabilmektir. Kalıp malzemesi başlıca üç bileşenden oluşur: i) ii) iii)

gerekli refrakter özelliği sağlayan kum taneleri kum içinde doğal olarak bulunan veya sonradan ilave edilebilen bağlayıcı bağlayıcı etkisi ise kum tanelerinin birbirine tutunmasına imkan veren ve dolayısıyla kumu uygun bir kalıp malzemesi haline getiren su

Kalıp kumları doğal ve sentetik olarak iki grupa ayrılır. Doğal kalıp kumları isminden de anlaşılabileceği gibi doğal oranlarında kil içerirler ve oldukları gibi kullanılırlar. Sadece bağlanmayı kuvvetlendirmek içi su ilavesi yapılır. En büyük avantajı nem miktarını uzun süre koruyabilmesidir. Buna karşın en büyük dezavantajı ise özelliklerinin çok değişken olmasıdır. Sentetik kumlar ise doğada bulundukları haliyle düşük kil oranı içeren dolayısıyla bağlayıcı özelliklerini arttırmak için bentonit gibi bağlayıcı ve su ilavesi gerektiren kumlara verilen isimdir. En büyük avantajları daha üniform tane boyutu, daha yüksek refrakterlik özelliği ve kontrol edilebilir özelliklere sahip olmasıdır. En tipik anlamı ile kum, 0.05-2 mm boyutlarındaki mineral tanesi olarak bilinir. Döküm proseslerinde en çok bilinen ve kullanılan kum SiO2 bileşimindedir. Silis kumunun döküm kumu olarak tercih edilmesinin en önemli nedenleri kolay bulunuşu, ucuz olması ve yüksek refrakterlik özelliği göstermesidir. Ancak yüksek genleşme gösterir. Dolayısıyla boyut toleranslarında hesaba katılma gerekliliği vardır. Buna alternatif olarak 7


tercih edilen diğer kum bileşimi ise zirkon kumudur. En başlıca özelliği yüksek iletkenliği (silisin iki katı) ve düşük genleşmesidir. Ancak dezavantajı ise yüksek yoğunlukta olmasıdır (silisin iki katı). Bunlar dışında kullanılan diğer kumlar ise olivin (magnezyum demir silikattır-(Mg,Fe)2SiO4) ve kromittir (demir magnezyum kromat-(Fe, Mg)Cr2O4).

Kum

Kimyasal formülü

Silis

SiO2

Zirkon

Yoğunluk

Sertlik (Mohs)

Renk

2650

7

Sarı

ZrSiO4

4700

7.5

Kahverengi

Olivin

(Mg,Fe)2SiO4)

3500

7

Yeşil-sarı

Kromit

(Fe, Mg)Cr2O4)

4500

5.5

siyah

3

(kg/m )

Kalıp Kumu Özellikleri Kalıp kumunda beklenen özellikler çok sayıdadır. Bunlar arasında kum hazırlamada kontrol edilebilen başlıca özellikler şunlardır: Yaş mukavemet; Kuru mukavemet; Gerçirgenlik; Nem miktarı; Kil miktarı; Tane inceliği ve dağılımı 1. Yaş Mukavemet: Kalıp kumuna temper suyu ilavesinden hemen sonraki mukavemetidir. Bu, kalıbın hazırlanması ve sıvı metalin döküldüğü andan itibaren şeklini koruyabilmesi için gerekli mukavemettir. Standart deney numunesi üzerinde basma mukavemeti olarak ölçülür. Yaş mukavemeti etkileyen faktörler şu şekildedir: tane inceliği, tane şekli, bağlayıcı cinsi ve miktarı, nem miktarı. 1.1 Tane inceliği: Belirli bir kum hacim için taneler ne kadar küçük boyutlu ise taneler arası temas yüzeyi o kadar büyüktür. Dolayısıyla ince taneli bir kumun yaş mukavemeti daha yüksek olacaktır (Şekil 1).

Şekil 1: Tane inceliğinin yaş mukavemetine etkisi

Şekil 2’de farklı kum taneleri için nem ile yaş mukavemetin değişimi görülmektedir.

8


Şekil 2: Farklı tane inceliğinin artan nem ile yaş mukavemetine etkisi

1.2 Tane şekli: Kum tanelerinin birbirine temas etme alanları artarsa yaş mukavemetin artacağından bahsetmiştik. Bu temas yüzeyi doğal olarak kum tanelerinin şekline de bağlıdır. Yuvarlak şekilli taneler sivri ve keskin tanelere göre daha sıkı ve dolayısıyla daha mukavemetli olmalarına neden olacaktır (Şekil 3).

Şekil 3: Tane şeklinin yaş mukavemetine etkisi

1.3 Bağlayıcı miktarı: Yaş mukavemet, kuma ilave edilecek bağlayıcı miktarından doğrudan etkilenecektir. Doğal olarak artan bağlayıcı miktarı ile mukavemet artacaktır (Şekil 4).

Şekil 4: Bağlayıcı miktarının yaş mukavemetine etkisi

9


1.4 Nem miktarı: Yaş mukavemet nem miktarı ile önce artış gösterir daha sonra bir düşüş gösterir. Mukavemetin artış gösterdiği noktaya kadar olan neme “temper suyu”, düşüşe geçtiği bölgedeki neme ise “serbest su” adı verilir. 2. Gaz Geçirgenliği: Kalıp kumunun hava, gaz veya buharın geçişine izin verme kabiliyetidir. Kum taneleri arası açıklık arttıkça artan ve standart basınç altında kum içinden havanın geçiş hızı ile ilgili bir sayı ile ifade edilir. Kalıp kumuna bu özelliği kazandıran kum taneleri arası boşluklardır. Bunu da kontrol eden dört tane faktör vardır: i) tane inceliği, ii) tane şekli, iii) bağlayıcı cinsi ve miktarı, ve iv) nem miktarıdır. 2.1 Tane inceliği: Yaş mukavemet üzerine tane inceliğinin etkisini incelerken taneler birbirine ne kadar temas ederse yani ne kadar sıkı olarak dizilirlerse mukavemet artar demiştik. Ancak bu sıkı düzenlenme sonucu gaz geçirgenliği azalır (Şekil 5).

Şekil 5: Tane inceliğinin gaz geçirgenliğine etkisi

2.2 Tane şekli: Benzer durum karşılaştırması burada da yapılabilir. Yaş mukavemeti arttırmak için yuvarlak taneler istenilirken gaz geçirgenliği için bu sefer sivri ve köşeli taneler tercih edilecektir (Şekil 6).

Şekil 6: Tane şeklinin gaz geçirgenliğine etkisi

2.3 Bağlayıcı miktarı: Bağlayıcı miktarı arttıkça geçirgenlik de azalacaktır. Taneler arası bağ (silika jel örneği) ve tutunma arttıkça gaz geçirgenliği de azalacaktır (Şekil 7).

10


Şekil 7: Bağlayıcı miktarının gaz geçirgenliğine etkisi

2.4 Nem miktarı: Bağlayıcıların etkilerine benzer şekilde, temper suyu arttıkça gaz geçirgenliği artacaktır ancak serbest su miktarı arttıkça geçirgenlik azalacaktır (Şekil 8).

Şekil 8: Nem miktarının gaz geçirgenliğine etkisi

3. Kuru Mukavemet: Genel olarak kalıp kumunun kuru mukavemeti ile yaş mukavemeti benzer faktörlerden etkilenirler. Ancak kuru mukavemeti en etkin belirleyen faktör bağlayıcı cinsidir. Örneğin Ca-bentonitler Nabentonitlere göre daha düşük kuru mukavemet özelliğine sahiptirler. 4. Tane İnceliği: Yaş ve kuru mukavemet üzerine etki eden faktörlerden bahsederken tane inceliğini tüm etkilerini detaylı olarak görmüştük. Bunlar dışında dikkat edilmesi gerekli çok önemli bir husus vardır, o da döküm parçasını yüzey düzgünlüğüdür. Tane inceliği arttıkça daha düzgün yüzey elde edilecektir. Tane inceliği AFS standartlarına göre belirlenir ve AFS numarası (AFS no) olarak belirlenen tane inceliği birim inç karedeki elek sayısıdır. Dolayısıyla AFS numarası arttıkça daha ince taneli kum olduğu anlaşılır. 6. Deformasyon: Kum kalıplar yük altında düşük kuvvetlerle kolaylıkla deforme olabilmektedirler. Eğer kuvvet miktarı çok yüksek ise döküm şeklini koruyamayabilir. Dolayısıyla kum kalıbımız arzu ettiğimiz modelin şeklini alabilecek kadar kolay deforme olabilmeli, ancak döküm şeklini koruyabilecek kadar da mukavemetli olmalıdır. Bu amaçla, kum kalıpların deformasyon özellikleri basma yükü altında kırılmadan büzüldüğü miktar ile tanımlanır. 7. Sıcak mukavemet: Kum kalıbın ergitilmiş metalin sıcaklığına eriştiği andaki mukavemetidir ve sıvı metal katılaşana kadar şeklini koruyabilmesi için gereklidir. Sıcak mukavemet ile kuru mukavemet hemen hemen aynı faktörlerden etkilenir ve sıcak mukavemet doğal olarak döküm yapılacak olan ergimiş metal sıcaklığında yapılan test ile tespit edilir. 11


8. Akıcılık ve plastiklik: Deformasyon özellikleri ile aynı kavramları kapsar. Yani, kum kalıp, modelin şeklini alabilecek kadar akıcı ve şekli aldıktan sonra onu koruyabilecek kadar plastik olmalıdır. Bu özellik, kum tanelerinin inceliği, tane şekli ve bağlayıcı cinsine göre değişmektedir. 9. Dağılabilme: Kumun bu özelliği sıcak mukavemet ile beraber düşünülmesi gereklidir. Ancak aralarında ters bir ilişki vardır. Sıcak mukavemet arttıkça dağılabilme özelliği azalır. Kalıp kumuna yapılan diğer ilaveler İlavelerin temel amacı daha önce yukarıda da listelediğimiz kalıp kumu özelliklerini geliştirmek amacıyla yapılır. Örneğin; -

Silis tozu sıcak mukavemeti arttırmak Demir oksit sıcak mukavemeti arttırmak Fuel oil akışkanlık ve plastiklik özelliğini arttırmak Mısır unu yaş ve kuru mukavemeti arttırmak Pulverize kömür döküm sıcaklığında kum tanelerinin çevresinde gaz filmi oluşturarak birbirine kaynaşmasını engeller böylelikle kumun yeniden kullanılabilmesini sağlar Odun talaşı yüksek sıcaklıklarda yanarak kumun sıcak mukavemetini düşürür ve ısısal kararlılığını arttırır Grafit tozu döküm yüzey kalitesini arttırmak için kullanılır çünkü yüksek yüzey gerilimi sayesinde sıvı metalin ıslatma özelliğini düşürür Perlit alumina silikat minerali olan perlit sayesinde yüksek sıcakılık kararlılığı artar.

Şekil 9: Kum kalıba dökümün tipik akım şeması

12


Kalıp kumlarının hazırlanışı

BAĞLAYICILAR Kum kalıplarda kullanılan bağlayıcılar cinsine göre iki ana gruba ayrılır: 1) anorganik bağlayıcılar, 2) organik bağlayıcılar Aynı zamanda mukavemet kazanma mekanizmasına göre 3 farklı sınıfta da incelenirler: 1) donma esnasında mukavemet kazananlar 2) oda sıcaklığında mukavemet kazananlar 3) ısıtma ile mukavemet kazananlar 1. Anorganik bağlayıcılar 1.1 Bentonit (%3-6): Kalıp kumlarında en çok kullanılan anorganik killerdir ve en tipik örneği bentonittir ve %85-90 oranlarında montmorillonit minerali içerir [(OH)4Al4Si8O20.nH2O] ve iyon değiştirme özelliğine sahip çok ince taneli plastik bir kildir. İyon değiştirme özelliğine göre Na-bentonit ve Ca-bentonit olarak iki sınıfta incelenir. 1.2 CO2 (%3-4): Gaz sertleştiricili silikat yöntemidir. Yöntemde sodyum silikat (NaSiO4) ile bağlanan kum kalıptan CO2 gazı geçirilerek sertleştirme yapılır. Gaz-silikat reaksiyonu sonucu silisik asit hidrojeli oluşur pişirmeye gerek kalmadan sertleşirme yani bağlanma sağlanır. 1.3 Toz Sertleştiricili sodyum silikat (%4-6): SiO2Na2O cam suyuna %4-6 civarında silisyum tozu, kalsiyum karbür, ferrosilis veya silikat bazlı tozlar ilave edilir ve kendi kendine katılaşmaya bırakılır. 1.4 Sıvı sertleştiricili sodyum silikat (%3-4): Sertleştirici olarak organik esterler kullanılır. Önce ester, silikat ile reaksiyona girerek hidrolize olur. Daha sonra hidroliz sonucu ortaya çıkan asit silika hidrojel oluşturur ve bağlanmayı sağlar.

13


2. Organik Bağlayıcılar 2.1 Furan: Bağlayıcı olarak furfuril asit (C6H5O2) ile modifiye edilmiş üre (CO(NH2)2) formaldehid (CH2O) ve/veya fenol (C5H6OH) formaldehid bazlı reçineler kullanılır. Bu bağlayıcılar asit katalizör ile temas ettirildiklerinde yoğunlaşma mekanizması ile polimerizasyon başlar. Sertleşme esnasında polimer reçine filmi kuru kum tanelerini sararak birbirine bağlar. 2.2 Soğuk kutu: Kumun iki ayrı bağlayıcı ile karıştırıldıktan sonra gaz katalizör ile pişirilmeksizin sertleştirildiği yöntemdir. Sertleşme hızı yüksektir. Bağlayıcı olarak aromatik hidrokarbür içerisinde eriyik olarak bulunan reçine ve izosiyanat kullanılır. Genellikle ağırlıkça %1 ve %1 şeklinde eşit oranlarda ilave edilirler. 2.3 Pep-set: Soğuk kutu yöntemine benzer ancak tek farkı sertleştirme işlemi için gaza ihtiyaç duyulmamasıdır. İki farklı reçinenin kum ile karıştırılması sonrası oda sıcaklığında havada sertleştirmenin sağlandığı yöntemdir. Genellikle birinci bağlayıcı polibenzenik eter fenolik reçine olup diğeri poliizosiyanattır. 2.4 Fascold: Özel olarak dizayn edilmiş Fascold makinalarında kum-sıvı katalizör ve kum-sıvı reçine ayrı ayrı hazırlanır. Bu karışımlar makina ağzında püskürtme yöntemiyle kalıba doldurulur ve karıştırılmış olunur. Oda sıcaklığında açık havada 1 dakika beklendikten sonra kalıp hazırlanmış olur. 2.5 Alkid-yağ: Diğer adıyla yağ-üreten sistemi pişirmesiz kalıp hazırlama yöntemidir. Kum, sentetik yağ bağlayıcı ve kimyasal aktivatörler karıştırılır ve polimerizasyon sonucu havada sertleşme sağlanır ve kalıp hazırlanmış olur. Mukavemet Kazanma Mekanizmasına göre: 1. Donma esnasında mukavemet kazanma: Örnek olarak su verilebilir. Nemlendirilmiş kum şekil verildikten sonra -18oCde dondurulur ve hemen kalıba yerleştirilip döküm yapılır. Genelde özel dökümlerde kullanılırlar. 2. Oda sıcaklığında mukavemet kazanma: Bir önce başlıkta verilen özel durum olan su dışında diğer var olan hemen hemen tüm organik veya anorganik bağlayıcılar oda sıcaklığında belirli bir süre beklentendikten sonra jelleşme göstererek kalıp kumuna mukavemet kazandırırlar. 3. Isınma ile mukavemet kazanma: Bu gruba en iyi örnek yağlı maçalardır. Maça yağları kum ile karıştırıldığında sıvı durumda olup, ısı ile, yani pişirme sonucu taneleri birbirine bağlayan katı bir film haline gelir.

14


KUM KALIBA DÖKÜM VE KALIPLAMA Kum kalıba döküm en çok kullanılan döküm yöntemlerinden biridir. Çok farklı büyüklüklerdeki parçalara uygulanabilir olması ve kalıplama maliyetinin düşük oluşu başlıca tercih nedenidir. En tipik kullanılan kalıplar ise yaş kum kalıp, kuru kum kalıp, CO2-sodyumsilikat bağlı sistemler ve organik ve inorganik bağlayıcılı kum kalıplarıdır. Kum kalıba dökümler genellikle yaş kum kalıba gerçekleştirilir. Burada “yaş” kelimesi kumun nem içermesinden dolayı verilen isimdir ve kuru kum kalıba döküm yöntemlerinden ayırmak için kullanılır. Kuru kum kalıba dökümde ise kalıplar 150-350oC’de ısıtılıp kurutularak mukavemet kazandırılırlar. Kuru kum kalıplarda serbest nem buharı olmayacağından kalıp havalandırılması gibi problemleri yoktur. Bu sebepten ötürü bu yöntem ile daha düşük gaz geçirgenlikli kumlar kullanılabilir ve daha iyi döküm yüzeyi elde edilebilir. KALIPLAMA MAKİNALARI Kum kalıba yapılan dökümlerin en büyük avantajlarından birisi de otomasyona izin vermesi ve dolayısıyla seri üretime çok uygun olmasıdır. Daha önce akım şemasında bu durumu incelemiştik. Şimdi de 3 ana grup altında kalıplama makinalarını inceleyelim: basma tipi, sarsma tipi ve savurma tipi. 1. Basma Tipi Kalıplama Makinaları İsminden de anlaşılabileceği gibi bu tip makinalarda kalıplama işlemi basma yoluyla olur. Kum yüzeyine basınç pnömatik veya el ile bir basınç plakası yardımıyla yapılır. Pnömatik makinalarda kalıplama kuvveti, k (kg):

k = pπr 2 − A ile ifade edilir ve burada p, basma silindirindeki hava basıncı (kg/cm2); r, basma silindir yarıçapı (cm); A, kum + model + diğer kısımların toplam ağırlığıdır (kg). Buradan, kalıplama kuvveti (k) derece yüzey alanına (y) bölünerek kalıplama basıncı (K) elde edilir.

K =

k y

15


2. Sarsma tipi kalıplama makinaları Kumla dolu kalıplamaya hazır derecenin düşey yönde sarsılması yoluyla kalıplamanın gerçekleştirildiği makinalardır. Sıkışma işlemi, düşme hareketinde kumun kinetik enerjisinden yararlanılarak yapılır. Maksimum basınç modelin yüzeyine yakın bölgelerinde oluşurken derecenin üst kısmı tamponla sıkıştırılarak kalıp döküme hazırlanır. Pratik olarak sarsma-basma makinalarının bir arada olduğu kalıplama makinaları da vardır. Sarsma işlemini takiben derece içindeki kum basma işlemi ile sıkıştırılır.

3. Savurma tipi kalıplama makinaları Bu tip makinalarda kum, kalıp yüzeyine yüksek hızlarla savrularak sıkışma işlemi yapılır. Başlangıçta düşük savurma hızı kullanılırken daha sonra model üzerinde kum yığıldıkça hız arttırılır. Diğer yöntemlere oranla daha iyi bir sıkışmanın sağlandığı sert bir kalıp elde edilir.

16


Derecesiz Otomatik Kalıplama Derecesiz otomatik kalıplama yönteminde esas itici güç kum bağlayıcılarından gelmektedir. Özellikle maliyet açısından dereceli kalıplama ile karşılaştırıldığında gerek derece maliyeti, gerek depolama ve gerekse konveyörlerdeki büyük oranda azalma ortadan kalkmaktadır. Bu durum, ayrıca derece sayısı ile sıvı metal miktarı arasındaki ilişkinin ortadan kalkmasında büyük önem taşımaktadır. Kalıplamadaki bütün işlemler (alt ve üst kalıbın oluşturulması, maça yerleştirme ve kalıp kapama) bir ünite içinde seri halde yapılabilmektedir.

1. “Disamatic” veya Yüksek Basınçlı Derecesiz Kalıplama Bu sistem dereceli sistemlere oranla iyi döküm kalitesi ve düşük maliyet gibi avantajlar ile göze çarpar. Sistemin çalışma prensibi aşağıdaki şekilde verilmiştir.

17


Kompresör (A) ve hidrolik sistem (D) pistonu sağa iterek kalıp yapılacak bölgenin (G) kum deposunun (F) altına gelmesi sağlanır. Basınçlı hava yardımıyla kum (G) kısmına doldurulur. (E) pistonu ile kum sıkıştırılır. (D) pistonu ile (L) sola hareket eder ve (H) plakası havaya kalkar. Depoya kum dolar. (E) ve (B) pistonu ile kalıp hattı sola doğru hareket eder. (E) pistonu geri çekilerek kum deposu altı boşalır. Kum deposu kapanır ve sistem başa dönmüş olur. (E) pistonun ucu ile (H) döküm şeklini yani yarı modelleri içerirler. Böylelikle sıkışmış olarak hazırlanan kalıplar peşpeşe gelecek şekilde dizildiklerinde aralarında kalıp boşluğunu içerirler. Şematik olarak yapılan prosesi aşağıdaki şekilde görebiliriz.

Bu yöntem ile dakikada 300 kalıp hazırlanabilmektedir. Eğer maça kullanılacaksa, maçalar el ile yerleştirilir ve yaklaşık 9 saniye sürer. 2. Üniversal otomatik derecesiz kalıplama Bu yöntem yatay olarak kalıplama yapan gruba girer. Şematik olarak sistemin genel görünüşü aşağıdaki şekilde verilmiştir.

Bu yöntemde kum, kalıba püskürtülerek değil normal dökülerek yani yerçekimi etkisi ile doldurulur. Burada; (A) büyük kum deposundan 3-4 kalıplık kum içeren (B) deposuna kum aktarılır. 18


(B) deposunun hareketi ile (C) ağzından kum alttaki modele (D) doldurlur. Sıkıştırma ile kalıp hazırlandıktan sonra kalıp aşağıya ve kenara alınır. Daha sonra diğer üst model benzer şekilde hazırlanır. Üst ve alt kalıp birleştirildikten sonra makinadan çıkartılır. Vakum Kalıplama Yöntemi 1972de Japonlar tarafından geliştirilen bu yöntemde geleneksel kalıp kumu karışımlarından sadece kum bulunur. Herhangi bir bağlayıcı ve nem bulunmaz ve sadece ince taneli kumun kullanıldığı bu yöntemde kalıp şekli vakum ile verilir. Şematik olarak yöntem aşağıdaki şekilde verilmiştir.

Kum kitleleri plastik bir film ile şekillendirilip çevrelenir. İşlem sırasında gerilmiş plastik film gaz veya elektrik ısıtıcı ile birkaç dakika ısıtılır (b). Isınarak yumuşayan 0.05-0.1 mm kalınlığında olan film model yüzeyine yaklaştırılır. Taşıma kutusuna vakum uygulanır ve film modele sıkıca yapışır (c). Filmle kaplanmış modele kalıplama kutusu yerleştirilir (d). Derece kuru kum ile doldurulur ve hafif titreşim ile sıkılaştırma yapılır (e). Yolluk sistemi oluşturulduktan sonra kumun üstü plastik film ile kaplanır (f). Bu işlem sırasında kalıp sertleşir. Model kutusuna uygulanan vakum kaldırıldığında modelin şeklini almış olan plastik film kalıplama kutusunda sıyrılarak ayrılır (g). Aynı şekilde hazırlanan kalıplar alt-üst veya sağ-sol şeklinde yerleştirilerek kalıp boşluğuna döküm yapılır. Döküm sonrası vakum kaldırılır ve kum tanecikleri dağılarak döküm parçası alınır ve aynı kum kalıplama için tekrar kullanılır. 19


V yönteminin avantajları -

-

-

Vakum sayesinde kalıbın her bölgesinin eş ve değişmez sertlikte olması ve sonucunda yüksek boyutsal hassasiyet Yöntemde nem ve bağlayıcı olmadığından ve ince kum kullanılabildiğinden döküm yüzeyi oldukça düzgündür Bağlayıcı ve nem olmadığından vakum kaldırılmasıyla birlikte kum döküm parçasından çok kolay ayrılır ve temizleme işlemine hemen hemen hiç ihtiyaç olmaz Kalıp içinde nem ve hava olmadığından ısı akışı radyasyon ile olur, böylelikle yavaş soğuma ve düşük katılaşma hızı ile yapı kontrolü yüksektir. Ancak bu durum bazı alaşımlarda (çeliklerde segregasyon ve karbür oluşumu gibi) negatif etkiler de yaratabilmektedir Ergimiş metal, plastik filmle kaplanmış kalıp boşluğunda sürtünmenin çok az olması nedeniyle daha hızlı yol alabilir (spiral testte %20 daha uzun yol aldığı deneyler ile kanıtlanmıştır) Bağlayıcısız ve nemsiz kum kullanımı ve kumun sürekli kullanılabilir olması ve farklı metal, tahta gibi modellere ihtiyaç duymaz. Ayrıca model aşınması söz konusu değildir. Bilinen bütün dökme demir, çelik, demir dışı metal ve alaşımları bu yöntem ile dökülebilmektedir. Kum işlemlerinde gerek döküm öncesi (bağlayıcı ile karıştırma ve bekleme ve kalıplama) gerekse döküm sonrası (temizleme ve ayırma ve kumu geri kazanma) gibi işlemlere ve cihazlara ihtiyaç yoktur Dökülebilecek parça kesit kalınlığı için sınır yoktur

KABUK KALIBA DÖKÜM (SHELL MOLDING) Kabuk kalıplama yönteminde ısıtılmış bir model etrafına oluşturulan “kum ve ısı ile sertleşen (thermosetting) reçine bağlayıcı” karışımında meydana gelir. Klasik olarak alt ve üst kalıp şeklinde hazırlanan kalıplar arasına döküm yapılır ve birkaç gramdan 180kg’a kadar hem demir esaslı hem de demir dışı metal ve alaşımları dökmek mümkündür. Yöntemin başlıca avantajları: -

boyutsal hassasiyet yaş kum kalıplama yöntemine nazaran daha yüksektir. Dolayısıyla parçanın son şeklini alması için gerekebilecek işlemler azalmaktadır. Döküm yüzeyleri yaş kum kalıplamaya oranla daha düzgündür. Daha az kum gerektirir. Dizayn açısından daha az sınırlama vardır.

Yöntemin dezavantajları ise: -

Maksimum döküm ağırlığı ve boyutları sınırlıdır Metalden olması gerekli modeller pahalıdır Reçine pahalı bir bağlayıcıdır Daha karmaşık cihazlara ihtiyaç duyulur Döküm sırası buhar dışında kimyasal gaz çıkışı da olur

20


Kabuk Kalıplama İşlemi Bu yöntemin 5 temel kalıplama kademesi vardır: 1. kum-reçine karışımı herhangi bir yöntemle ısıtılmış (~250oC) model üzerine konur. Sıcak model ile temasta olan reçine eriyerek kabuk oluşumunu sağlar. 2. İstenilen kabuk kalınlığı elde edildiğinde model ters çevrilir ve fazla reçine+kum karışımı geriye kazanılır. 3. Model üzerindeki kabuğun son sertleşmesi 400oC fırın içinde yapılır. 4. Sertleşme tamamlandıktan sonra model kalıptan sıyrılır. 5. Son kademe olarak kalıbın iki parçası (alt ve üst) birleştirilerek kalıp boşluğu döküme hazır hale getirilir. Üç farklı kalıplama cihazları ve örnekleri aşağıdaki şekillerde verilmiştir.

21


HASSAS DÖKÜM YÖNTEMİ Hassas döküm yönteminde harcanan bir modelin etrafı oda sıcaklığında sertleşen bir refrakter çamurla sarılarak hazırlanır. Genellikle balmumu veya plastikten hazırlanan model daha sonra ergitilerek veya yakılarak kalıp boşluğu meydana getirilir. Bu nedenle investment döküm yöntemine “kaybolan mum” veya “harcanan mum” anlamında “lost wax” adı da verilir. Yöntem şematik olarak aşağıda verilmiştir.

22


23


Kum kalıba döküm yönteminde kullanılan modeller ağaç veya metalden olup tekrar tekrar kullanılabilirler. Bu yöntemde kalıp harcanan tiptendir. Hassas dökümde model, metal bir kalıp içinde enjeksiyon ile oluşturabileceği gibi silikon bazlı kalıplara dökülerek de elde edilirler ve bu model seramik kalıbın yapımında kullanılır. Hassas döküm yönteminin avantajları: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Konvansiyonel döküm yöntemleri ve makinalarıyla işleme yoluyla üretimi zor olan karmaşık şekilli parçalar kitle üretimi ile bu yöntemle üretilebilirler Diğer döküm yöntemlerine nazaran daha yüksek boyutsal hassasiyet, daha düzgün yüzey ve ince detay kısımların daha hassas elde edilmesine imkan verir Yöntem, ergitilip dökülebilen tüm metallere uygundur 25 g’dan 400 kg’a kadar dökümler yapılabilmektedir Hassas döküm ile üretilen parçalar hemen hemen hiç ilave bir işleme gerek duymazlar, dolayısıyla kolay işlenebilir metal seçimi faktörünü ortadan kaldırır Tane yapısı ve boyutu kolaylıkla kontrol edilebilmekte ve dolayısıyla arzu edilen mekanik özellikler elde edilebilmektedir Vakum veya koruyucu atmosfer altında dökülmesi gerekli metaller bu yöntemle kolaylıkla dökülebilmektedir Tek parça kalıp kullanıldığından ayırma yüzeyi yoktur ve dolayısıyla parça üzerinde iz olmaz

Hassas döküm yönteminin kısıtlamaları ise şu şekildedir: 1. 2.

üretilecek parça boyutu ve ağırlığı; hem fiziksel, hem ekonomik, hem de kullanılacak teçhizatın kapasitesi ile sınırlıdır. Genel olarak parça ağırlığı 5 kg’ı geçmez Daha büyük döküm parçaları için maliyet yüksektir

İki farklı hassas döküm yöntemi vardır: i) ii)

Kabuk kalıp “shell molding” döküm yöntemi (Seramik Kalıp) Dereceli kalıp “solid molding” döküm yöntemi (Blok Kalıp)

Seramik Kalıp Döküm Yöntemi (Kabuk Kalıp) Bu yöntem genellikle ergime sıcaklığı 1100oC üzerinde olan metallerin dökümünde kullanılır. Balmumunda hazırlanmış modeller sıvı süspansiyon halinde bulunan seramik çamur içerisine daldırılır ve seramik kaplı ıslak yüzeye kuru refrakter taneleri akışkan yatak içerisinde püskürtülerek yapıştırılır. Bu işlem yeterli kabuk kalınlığı elde edilene kadar devam eder. Ön kaplama adı verilen bu kademede ince öğütülmüş tanelerden oluşan çamur kullanılır. Döküm parçasının dış yüzeyini oluşturacak olan bu ön kaplama yüzey düzgünlüğü (pürüzlüğü) açısından çok önemlidir ve en belirleyici adımı oluşturur. Daha sonra daha iri taneli seramikler ile kaplamaya devam edilebilir.

24


Dökülen parçanın kalınlığına, ağırlığına ve seramik malzemenin cinsine göre ayrıca arzu edilen katılaşma hızına uygun ısı transferi hesapları da yapılarak kabuk kalınlığı 0.5 ile 1.5 cm arası değişmektedir. Seramik kabuklar her daldırma işleminden sonra tabakaların bağlanması için kurutma ve pişirme işlemleriyle sertleştirilirler. Genellikle seramik kabuk oluşumu işlemleri otomatikleşmiştir. Modelin çamura daldırılması, seramik ile kaplanması, seramiğin kurutulması, balmumu modelin ayrılması ve son nihayi sertleşme robot-bant-fırın sistemleri ile otomatize olmuştur. Hızlı kuruma için etil-silikat bağlayıcı kullanılır ve amonyak atmosferinde kısa sürede sertleşme sağlanır. Si(OC2H5)4 tetra etil silikat

+ 4 H2O 4 C2H5OH + Si(OH)4 silisik asit su etil alkol jel oluşumu

Seramik kabuk olarak silikat düşük termal genleşmesi ile göze çarpsada en sık kullanılan refrakter malzeme zirkoyumsilikattır. İyi yüzey kalitesi, düşük fiyatı, yüksek sıcaklıklara dayanıklı olması, iyi refrakter özelliği, metal sızdırmasına dirençli oluşu ve hava veya vakum altında döküme uygun olması en önemli tercih nedenlerindendir. Ancak yüksek ısı iletlenliği, termal şok ve yüksek yoğunluğu dezavantajı olarak göze çarpar. Dereceli Hassas Döküm Diğer yönteme göre en önemli fark ön kaplama işleminin olmayışıdır. Demir dışı metal ve alaşımlarında (düşük ergime sıcaklığına sahip metallerde) tercih edilen bir yöntemdir. Seramik kalıp oluşumu belirli bir kalınlıkta değil, dereceli kum kalıp yönteminde olduğu gibidir. Aşağıdaki şekilde şematik olarak görülmektedir.

25


Kalıbın Ön Isıtılması Hassas döküm yönteminde döküm öncesi kalıbın ön ısıtılması gereklidir. Bunun çeşitli sebepleri vardır: i) ii) iii) iv)

balmumu veya plastik modelin seramik kalıptan ayrılması ve geri kalmış olabilecek artıkların giderilmesi kalıbın ısısının yüksek olması ısı transferini yavaşlatacağından, sıvı metalin akışkanlığı artar ve daha kolay ince kesitlerin dolması sağlanır benzer amaç sonucu besleme artacağından çıkıcı boyutları küçülür sıcak yırtılma eğilimi azalır

Ancak ön ısıtma sırasında dikkat edilmesi gerekli hususlar vardır: i)

ön ısıtma sıcaklığı yüksek tutulursa özellikle kalın kesitlerde çekilme boşluğu oluşma olasılığı artar ii) yavaş soğuma bazı alaşımların mekanik özelliklerini olumsuz etkileyebilir; arzu edilmeyen fazların çökelmesi gibi iii) gaz porozitesi oluşumu artabilir Bu amaçla genellikle seçilecek optimum sıcaklık, deneme yanılma yoluyla tespit edilebilmektedir. Boyutsal Tolerans Hassas döküm yönteminde boyutsal değişiklikler balmumunda, seramik kabukta ve alaşımın kendisinde oluşmaktadır. Balmumu, ısıtılarak metal kalıp içerisinde şekil aldıktan sonra katılaşma sonucu tıpkı metallerde olduğu boyutsal değişikliğe (çekilmeye) uğrar. Daha sonra seramik ile kaplanan model ısıtma ve pişirme ile sertleşmeye tabi tutulur. Dolayısıyla seramik malzeme bir seri termal etkileşimler sonucu boyutsal değişikliklere maruz kalır. En son olarak, ergimiş halde kalıba dökülen metal katılaşması sonucu boyutsal değişikliğe uğrar. Sonuç olarak tüm bu üç faktörün bir arada düşünülerek ve gerekli hesaplamalar yapılarak boyutsal hassasiyetin sağlanması gereklidir. Bu parametreler arasında en yüksek oranda boyutsal değişiklik ise balmumunda gerçekleşir! Modeller En klasik olarak kullanılan modeller balmumudur. Genellikle model olarak kullanılan mumlar karmaşık bazı bileşiklerden oluşur. Bunlar doğal veya sentetik mum, doğal veya sentetik reçine, katı organik katkılar ve hatta sudan ibarettir. Her bir bileşenin mumun boyutsal değişimi üzerine belirgin bir etkisi vardır. Bu etkiler doğrultusunda da çok karmaşık termomekanik ve termal davranışlar sergilerler. Sonuç olarak özelliklerinin karakterizasyonu oldukça zordur. Bu bileşenlerden reçine, mukavemet kazandırmak için ilave edilirken, toz halinde ilave edilen organik katkılar büzülmeyi azaltmak için kullanılır. Büzülmenin azaltılması üzerine çok çeşiti çalışmalar yapılmıştır ve genel olarak izoftalik asit, polystren, bisfenol A ve hyro-fill gibi maddelerin en etkin biçimde büzülmeyi düşürdüğü gözlenmiştir.

26


Mumların özellikleri, bilinen klasik mukavemet, hacimsel değişiklik, viskozite, yumuşama noktası, ergime noktası vb mühendislik parametreleri ile karakterize edilirler. En önemli problemlerden biri mumun yüksek büzülme sergilemesidir. Genel sonuç olarak mumun en düşük sıcaklıkta, kalıbın uygun en yüksek sıcaklıkta tutulması çekilme problemini azaltır. Bunun yanı sıra enjeksiyon dökümünde uygulanan basıncın herhangi bir etkisi olmadığı görülmüştür. Ancak mumun kalıp şeklini alabilmesi için optimum bir basınç ile şekil verilmesi gerektiği saptanmıştır.

Tıpkı sıvı metallerin kalıbı doldururken oluşturabileceği hatalar gibi mum modeli oluştururken benzer hatalar oluşturabilmektedir. Bazı örnekler yandaki şekilde verilmiştir. Bunu engellemek için mumu farklı fazlarda (sıvı ve yarıkatı iken) kalıp dolumu incelenmiş ve bu konuda çok çeşitli araştırmalar yapılmıştır.

Bu denemelerden birisinde mum sıvı hale getirilerek (ergitilerek) sıcak olarak şekillendirilmiş ve diğerinde ise macun kıvamında (yarı-katı) iken şekillendirilmiştir (soğuk).

mumun sıvı durumda kalıbı doldurması

27


mumun macun kıvamında kalıbı doldurması (sol taraftaki resimler bilgisayar modeli olup, sağ taraftaki resimler ise gerçek zamanlı video kamerası ile yapılmış çekimlerdir)

Şekillerden de görülebileceği gibi, sıvı durumda yapılan dökümlerde tipik olarak türbülans sonucu hava kabarcığı oluşumu ve uygun olmayan yüzey pürüzlüğü gibi faktörlerle karşılaşılmıştır. Ayrıca çekilme miktarı sıvı durumdan itibaren olacağı için en yüksek olarak görülmüştür. Macun kıvamında yapılan şekil verme işleminde ise daha homojen ve uzun mesafelere ulaşılabilen bir sonuç elde edilmiştir. Balmumu dışında kullanılan diğer model ise plastiklerdir. Plastik modeller üretilecek parça sayısına bağlı olarak iki yoldan üretilirler. Az sayıda model için plastikler el ile şekillendirilirken (veya birbirine monte edilierek), çok sayıda model üretilmesi gerekli ise metal kalıplara enjeksiyon ile üretilirler. Hassas dökümün etkinliğini belirleyen en önemli adım olan ve modeli oluşturan balmumudur. Çünkü en nihayetinde döküm parçamızın şeklini oluşturan kısımdır. Bu amaçla bir balmumunda aşağıda listenen özellikler istenir: (1) termal iletkenliği çok düşük olmalıdır. Böylelikle model şeklini aldıktan sonra en hassas şekilde boyutunu koruyabilsin (2) ergime sıcaklığı çok yüksek olmamalı, böylelikle hem genleşme hem de enerji tasarufu minimuma inmiş olur (3) kalıp içerisinde hızla ve kısa zamanda katılaşabilmeli. Böylelikle kalıp içinde bekleme süresi, çekilme boşluğu miktarı ve yüzey pürüzlüğü minimuma inmiş olur (4) Oda sıcaklığında yeterli mukavemete sahip olabilmeli, özellikle seramik kaplama sırasında şeklini koruyabilmeli, kırılmamalı! (5) düzgün ancak ıslatabilir bir yüzeye sahip olabilmeli. Düzgün olması, döküm sonrası metal yüzeyinin düzgünlüğünü etkilerken, ıslanabilir olması seramik kaplamanın tutunmasını sağlayabilmeli (6) Viskozitesi düşük olmalı. Ergimiş iken kolaylıkla akabilmeli ve en ince kesitleri doldurabilmeli 28


(7) Kalıptan kolaylıkla ayrılabilmeli ve şekli bozulmamalı (8) seramik kabuk içinde kalıntı bırakmamalı, kolaylıkla ayrılabilmeli (9) Çevreye zararlı bir malzeme içermemeli hem döküm sırasında çalışanları hem de doğayı kötü yönde etkileyecek maddeler içermemeli (10) Mali açıdan ekonomik olmalı, kolay tedarik edilebilir olmalı, geri kazanılabilir olmalı ve bağlayıcı ve çözücülere dayanıklı olmalı Üstüne üstlük tüm bu özelliklerin herbirinin bir arada bulunması gerekmektedir. Bu amaçla hassas dökümde kullanılan balmumu üzerine çalışmalar halen devam etmektedir ve sürekli gelişme göstermektedir. Bu amaçla sadece mum malzemesi değil ilave edilebilecek kimyasallar ve bunların etkileri de incelenmektedir. Son zamanlarda özellikle protein bazlı maddelerin termoplastik özellikler üzerine olumlu etkileri olduğu gözlenmiştir (soyafasulyesi gibi!). Muma alternatif olarak tercih edilen diğer model malzemesi ise plastiktir ve model üretiminde en çok polystren kullanılır. Balmumunda aranan benzer özellikler de plastik modellerden beklenir. Özetle; uygun mukavemet, kalıplanmaya uygunluk ve kalıp içinde artık bırakmadan yanabilme özelliği gibi. Diğer bir model malzemesi ise civadır. Civa modeller -57oC’de (civanın donma sıcaklığı olan -39o altında) aseton ortamında soğutulmuş metal kalıba dökülmesi ile elde edilir. Ancak civa zehirli olduğundan günümüzde artık kullanılmamaktadır. Maçalar Bazı hassas dökümlerde dizayn gereği karmaşık şekiller ve iç boşluklar kullanılması gerebilmektedir. Boşluk oluşturulması için doğal olarak maça kullanılır. Ancak kum kalıba döküm yönteminde gördüğümüz gibi kumdan değil tekrar plastik veya mumdan maçalar kullanılır. Bu durumda çözünen balmumu yanında çözünmeyen balmumu kullanılır. Çözünen balmumu maçalar su veya zayıf asitlerde çözünürler. Bu maçalar model kalıp içerisine yerleştirilir daha sonra çevrelerine çözünmeyen balmumu enjekte edilir. Daha sonra zayıf asit veya su yardımı ile çözünen balmumu kalıptan uzaklaştırılır ve gerekli boşluk sağlanmış olur.

Birbaşka yöntemde ise karmaşık şekilli modeller ayrı ayrı kalıplanarak aralarına seramik maça konur ve pişirilip sertleştirilen kalıba döküm yapılarak boşluk oluşturulur.

29


30


32460774-DOKUM-TEKNOLOJILERI

Recommend Documents