Genel Döküm 1 Kum Kalıba Döküm Yöntemleri MAK-205 Üretim Yöntemleri-I 3.Hafta Kubilay Aslantaş2 Maça Malzemesi ve Maça Tasarımı Maça malzemesi çoğunlukla kumdur. Fakat bu kum kalıplamada kullanılan kumdan farklıdır. Kalıplama kumlarında bağlayıcı olarak KDL kullanılır ken, Maça kumlarında ise organik ve inorganik olmak üzere iki farklı bağlayıcı kullanılmaktadır Si (%80-90)+Bağlayıcı+Su (%3-7)+Kil (%1 den az) Organik Dnorganik 500° ° ° °C den yüksek sıcaklığa dayanamaz Yüksek Sıcaklıklara dayanıklıdır.3 Maçların Pişirilmesi Bağlayıcı özelliklerini ortaya çıkarmak için kalıplanan (şekli verilen maçanın) 2 ile 6 saat süreyle 200-250° ° ° °C sıcaklıkta pişirilmesi gerekmektedir. Böylece maçalar sertleşir ve çabuk dağılmazlar. Az pişen maçalar sarı renk alırken, uzun süreli pişirme işlemine maruz kalmış maçalar kahverengi rengine yakındır. 4 Maçalar döküm esnasında sıvı metalin içerisinde kalırlar ve maçaya bir kaldırma kuvveti uygularlar. Bunun önüne geçebilmek için maça uygun şekilde desteklenmeli veya özel sabitleme aparatları kullanılmalıdır. Ma Ma ç ç lar lar ı ı n Yerle n Yerle ş ş tirilmesi tirilmesi5 Yolluk Sistemi Yolluk Sistemi Batak: Sıvı metalin etrafa sıçramamasını ve huniye düzgün bir şekilde girmesini sağlar. Aynı zamanda cüruf tutucu vazifesi görür. Çünkü cürufun yoğunluğu düşük olduğu için oksitler daima üstte kalır. Huni: Batağa dökülen sıvı metalin kalıba gitmesi için açılan düşey silindir kanala huni denir. Cürufluk: Bataktan kurtulan cürufları tutmak için yatay şekilde ve yamuk kesitli bir kanaldır. Bu kısımda sıvı metal yatay hareket eder ve cüruf hep üstte kalır. Çıkıcı: Döküm sırasında kalıptan çıkan havanın ve döküm esnasında ortaya çıkan gazların çıkmasının sağlayan kısımdır. Besleyici: Sıvı metal katılaşır iken büzülür. Bu büzülme sırasında dökülen malzemede boşluk kalmaması için metalin çok büzülen kısımlarına takviyede bulunur6 Kum Kal Kum Kal ı ı ba D ba D ö ö k k ü ü m Y m Y ö ö ntemleri ntemleri Silis kumu Olivin kumu Kromit kumu SiO 2 bileşimindedir ve doğada çok kolaylıkla bulunduğu için ucuzdur. MgFe 2 SiO 4 bileşimindedir. Silis kumuna oranla ısıl dayanımı daha yüksek, ısıl genleşmesi ise daha düşüktür. Özellikle yüksek alaşımlı çeliklerin dökümünde kullanılır. FeOCr 2 O 3 bileşimindedir. Kimyasal kararlılığın ve ısıl etkilerin önemli olduğu yerlerde kullanılır. Zirkon kumu ZrO 2 SiO 2 bileşimindedir. Dökümcülükte kullanılan en yüksek ısıl kararlılığa ve en düşük ısıl genleşmeye sahip olan kumdur. Özellikle kalın cidarlı ve yüksek alaşımlı çeliklerin dökümünde kullnılır Kum kalıbı tekniğinde kullanılan kum çeşitleri7 Kum Kal Kum Kalı ıba D ba Dö ök kü üm Y m Yö öntemleri ntemleri (Devam) (Devam) Kumun Özellikleri: Tane Biçimleri Tane Büyüklüğü Refrakterlik Yuvarlak biçimli tanelerde taneler arası temas yüzeyi küçük olduğundan az miktarda bağlayıcının kullanılması yeterlidir.Köşeli tanelerde ise temas yüzeyi daha fazla olduğundan daha yüksek dayanıma sahiptir. Ortalama tane büyüklüğünün küçük olması taneler arası boşluklarda küçük olur ve dolayısıyla geçirgenlik düşük olur. Tane büyüklüğünün çok küçük olması da geçirgenliği olumsuz etkileyeceğinden istenmez Kumun refrakter özelliği yüksek ısıya karşı dayanıklılığını ifade eder. Bu özellik daha çok kumun türüne8 Kum Kal Kum Kalı ıba D ba Dö ök kü üm Y m Yö öntemleri ntemleri (Devam) (Devam) Bağlayıcılar: Kuma sonradan katılan veya kum içerisinde kil gibi doğal olarak bulunan ve kum taneciklerinin birbiri ile tutunmasını sağlayarak kalıp malzemesine dayanım kazandıran malzemelerdir. Dnorganik bağlayıcılar En yaygın kullanılan tipi Kil dir. Kil bir mineral gurubunu ifade eder. Bu grup içerisinde en çok kullanılan kil türleri; bentonit, kaolin ve halloysit dir. Kalıp malzemeleri olarak kullanılan kumların ihtivası; 9 Organik bağlayıcılar Dökümcülükte en çok kullanılan organik bağlayıcılar ise reçinelerdir. Kuma %1.5-8 oranında katılan doğal reçineler yaklaşık 250°C de pişirilirler. Kum Kal Kum Kalı ıba D ba Dö ök kü üm Y m Yö öntemleri ntemleri (Devam) (Devam) Bağlayıcılar: Dökümhanelerde kullanılan diğer bir organik bağlayıcı ise tahıl dır. Dnce öğütülmüş mısır, buğday ve çavdar gibi ürünlerde organik bağlayıcı olarak kullanılırlar. Tahıllar % 0,25-2 oranında katılmak suretiyle kumun dayanımı arttırılmış olur. Tahıl bağlayıcılar aynı zamanda maça kalıplarında kum olarak kullanılan malzemenin dağılabilme özelliğini arttırmak içinde kullanılır.10 Kum Kal Kum Kalı ıba D ba Dö ök kü üm Y m Yö öntemleri ntemleri (Devam) (Devam) Kum esaslı kalıp malzemelerinin özellikleri Dayanım: Geçirgenlik Karışımdaki kum taneleri ne kadar ince ise, dayanımda o kadar yüksek olur. Kullanılan bağlayıcının türü de diğer önemli bir faktördür. Karışımdaki tane büyüklüğü azaldıkça, taneler arasındaki aralıklar daralacaktır. Böylece döküm sırasında gazın çıkışı zorlaşacaktır. Aşırı bağlayıcı kullanmak geçirgenliği olumsuz etkiler. Dayanım Nem yüzdesi Dri taneli Orta Dnce taneli Geçirgenlik Nem yüzdesi Dnce taneli Dri taneli11 Sertlik: Genleşme: Yüzey kalitesi: Kum Kal Kum Kalı ıba D ba Dö ök kü üm Y m Yö öntemleri ntemleri (Devam) (Devam) Kum esaslı kalıp malzemelerinin özellikleri Yapılacak döküm sayısının artması kullanılacak kalıbın sertliğini ön plana çıkartır. Kalıp sertliği; belirli bir kuvvetle batırılmak istenen bilyanın dalmasına karşı kalıp malzemesinin gösterdiği direnç ile belirlenir Kalıp sertliği Değer aralığı (Brinnel sertlik) Çok yumuşak 20..…40 Yumuşak 40…..50 Orta 50….70 Sert 70….85 Çok sert 85….100 Döküm sırasında ısınan kum tanecikleri bir miktar genleşir. Aşırı sıkıştırılmış kum kalıplarda çatlamalar meydana gelebilir. Bu nedenle karışıma ısınınca eriyen veya yanan, hacmi azalan katkı maddeleri katılmalı Kum ne kadar ince taneli olursa, üretilen döküm parçanın yüzey kalitesi de o denli iyi olur. 12 Ya Yaş ş kum kal kum kalı ıba d ba dö ök kü üm m Bu yöntem dökümhanelerde en yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Kalıplama malzemesi olarak kum, kil ve su dur. Kalıplama malzemesinin esasını kum teşkil ederken, kil bağlayıcı madde olarak kullanılmaktadır. Kum Kal Kum Kalı ıba D ba Dö ök kü üm Y m Yö öntemleri ntemleri (Devam) (Devam) Adından da anlaşılacağı üzere yaş kum kullanılarak hazırlanan kalıplarla gerçekleştirilir. Yaş terimi ihtiva ettiği nem oranının fazla oluşundan kaynaklanmaktadır13 Kum Kal Kum Kalı ıba D ba Dö ök kü üm Y m Yö öntemleri ntemleri (Devam) (Devam) 1- Kalıbın yüksek mukavemet ve erozyona sahip olması istendiği yerlerde 2- Yüksek boyut hassasiyetini olduğu yerlerde 3- Yüzey kalitesinin istendiği yerlerde 4- Kalıp malzemesinin dayanımı yetersiz olduğundan ince, uzun ve kompleks parçaların dökümünde Yaş Kum Kalıba Döküm Yöntemi aşağıdaki durumlarda tercih edilmezler14 Kuru Kuru kum kal kum kalı ıba d ba dö ök kü üm m Kum Kal Kum Kalı ıba D ba Dö ök kü üm Y m Yö öntemleri ntemleri (Devam) (Devam) Kuru kum kalıplar, yaş kum kalıplara benzer şekilde hazırlanır ve 150°C…350°C arasında ki sıcaklıklarda kurutulurlar. Bağlayıcı görevi yapan kilin tüm suyunu kaybetmemesi için 400°C nin üzerine çıkılmaz. Kurutma öncesinde metalin döküleceği kalıp boşluğunun yüzeylerine grafit vb. gibi karışımlar sürülmesi, bu bölgelerde daha yüksek bir sertliğin elde edilmesini sağlar15 Kuru Kuru kum kal kum kalı ıba d ba dö ök kü üm mü ün avantajlar n avantajları ı Kum Kal Kum Kalı ıba D ba Dö ök kü üm Y m Yö öntemleri ntemleri (Devam) (Devam) Dayanımı ve erozyon direnci daha yüksektir. Taşınma sırasında bozulma riski daha azdır. Gaz geçirgenliği daha iyidir. Döküm sırasında buhar oluşmayacağından, döküm kusurları oluşmaz16 CO 2 yöntemiyle hazırlanmış kalıba döküm Kum Kal Kum Kalı ıba D ba Dö ök kü üm Y m Yö öntemleri ntemleri (Devam) (Devam) Bu yöntemle kalıp ve maça malzemelerin %3-4 oranında sodyum silikat (cam suyu) gibi sıvı bir inorganik bir bağlayıcı ilavesi ile mukavemetleri arttırılmış kumdan yapılır. Sodyum silikat ile karıştırılan kum CO 2 gazı uygulanmadan önce yumuşaktı ve kolaylıkla kalıplanabilir. Kalıplama sonrasında CO 2 gazının uygulanması ile kalıpta sertleşme sağlanır.17 CO 2 yöntemiyle hazırlanmış kalıba döküm Kum Kal Kum Kalı ıba D ba Dö ök kü üm Y m Yö öntemleri ntemleri (Devam) (Devam) CO 2 •CO 2 gazının zehirleyici değildir. •Kalıpların pişirilmesine gerek yoktur •Üretilen parçalar yaş ve kuru kum kalıplama tekniklerine göre boyutsal olarak daha hassas ve yüzey kaliteleri daha iyidir. Ancak bu kalıpların dökümden sonra dağılabilme özellikleri düşüktür. Bu nedenle kalıbın bozulması ve maçanın çıkartılması zaman alır.18 Ç Ç imentolu kal imentolu kal ı ı ba d ba d ö ö k k ü ü m m Çimento kalıp malzemesi kum, %8-12 çimento ve %4-6 su dan oluşmaktadır. Kalıplama işlemi diğer kum kalıplarda olduğu gibidir.Sadece model çıkartılmadan önce kalıp malzemesinin yeterli sertliğe ulaşması beklenir. Bu yöntemde döküm sırasında oluşan yüksek sıcaklıkla çimentonun suyunu kaybetmesi ile oluşan nemin kalıbı terk edebilmesi için gerekli kalıp geçirgenliği sağlanmalıdır. Bu yöntem büyük parçaların dökümünde ve aynı zamanda dayanımı, yüzey kalitesi ve boyut hassasiyeti olan yüksek kalıplarda kullanılır.19 Ç Ç ukur kal ukur kal ı ı ba d ba d ö ö k k ü ü m m Derecelere sığmayacak kadar büyük (1-100ton) dökümlerin imalatında kullanılır. Model bir çukura yerleştirilir ve kalıp kumu modelin altına ve çevresine sıkıştırılır. Daha sonra üst kalıp yerleştiril. Kum Model Yolluk Üst kalıp Büyük iç gerilmelerin ortaya çıkmasını engellemek için döküm yavaş soğutulmalıdır. Hatta bu soğutma işlemi birkaç gün sürebilir. 20 Vakumlu kal Vakumlu kal ı ı ba d ba d ö ö k k ü ü m m Kalıp malzemesi olarak bağlayıcı içermeyen ince taneli kuru kum kullanılmaktadır. Kalıp malzemesinin mukavemeti özel olarak dizayn edilmiş vakumlu derece ile sağlanır. 1-Özel olarak imal edilen model ince bir plastik ile sarılır ve model üzerine vakum vasıtasıyla sıkıca yapışması sağlanır 2- Daha sonra vakumlu derece içerisine model yerleştirilir, üzeri kumla doldurulur. 3- Kumun üzeri ince bir plastik ile kaplanır ve vakum uygulanır 4- vakum neticesinde kum sertleşir, modele uygulanan vakum kaldırılarak model çıkartılır 5- Benzer yöntemle üst derece de hazırlanır ve dereceler birleştirilir.21 Vakumlu kal Vakumlu kal ı ı ba d ba d ö ö k k ü ü m m22 Kabuk kal Kabuk kalı ıba d ba dö ök kü üm m Kullanılan kalıp malzemesi, ince taneli kum ile bağlayıcı olarak katılan ve yüksek sıcaklıkta sertleşen bir termoset reçinenin karışımıdır. Kumun tane inceliği arzulanan yüzey kalitesine göre seçilir. Kullanılan bağlayıcı reçineler sayesinde kalıp malzemesi çok yüksek dayanımlara sahip olacağından, ince kabuk kalıpların kullanılması yeterlidir. Kalıplama işlemi öncesi modeller 300-450°C kadar ısıtılır Kum kalıp üzerinde 5-20sn bekletilir Kabuk kalınlığı bekleme süresine bağlı olarak 6-12mm arasında değişir Döküm esnasında kalıbın şişmesini engellemek için etrafı dolgu maddesi ile doldurulur.23 Kabuk kal Kabuk kalı ıba d ba dö ök kü üm m24 Kabuk kalıbın avantajları Hassas toleranslı döküm yapma imkanı sağlar Çok ince kum kullanıldığından yüzey kalitesi yüksektir Kalıplar hafiftir ve depolanabilir Kabuk kalıbın dezavantajları Modeller genellikle metal malzemeden yapıldığı için pahalıdır. Kabuk kalıplama makineleri yüksek maliyetli yatırım ister Dökülecek parça boyutu sınırlıdır. Kuma reçine katıldığından kalıp malzemesi nispeten pahalıdır. Kalıplama makinelerle yapıldığından işçi tecrübesi çok önemli değildir. Kabuk kal Kabuk kalı ıba d ba dö ök kü üm m (Devam) (Devam)25 Seramik Seramik kal kalı ıba d ba dö ök kü üm m Bu yöntem yüzey düzgünlüğünü bozmadan uygun geçirgenliğe sahip kalıp üretme tekniğidir. Çamur haline getirilen refrakter karışımı malzeme model üzerine dökülür. Malzeme bir süre sonra elastiklik özelliğinden dolayı modelden ayrılır. Uygun pişirme tekniğiyle kalıp pişirilir. Böylece kalıba mukavemet kazandırılmış olur. Pişirme esnasında yapıda mikro çatlaklar olur. Bundan dolayı kalıp malzemesi geçirgen bir özellik kazanmış olur. Genellikle boyut hassasiyetinin ve yüzey düzgünlüğünün yüksek olması istendiği yerlerde kullanılır.26 Seramik Seramik kal kalı ıba d ba dö ök kü üm m27 Hassas Hassas d dö ök kü üm m Bu yöntem seri imalatta ve hassas makine parçalarının imalatında kullanılır. Mum veya benzeri malzemelerden yapılan modeller seramik kaplanır ve daha sonra yüksek sıcaklıkta pişirme işlemi yapılarak mum eritilir. Böylece kalıp boşluğu elde edilmiş olur. Modeller mum veya plastiğin metal bir kalıba enjeksiyonu tekniği ile üretilir. Çok sayıda model ortak bir yolluğa bağlanarak salkım şeklinde düzenlenir.28 (a) Wax pattern (injection molding) (b) Multiple patterns assembled to wax sprue (c) Shell built immerse into ceramic slurry immerse into fine sand (few layers) (d) dry ceramic melt out the wax fire ceramic (burn wax) (e) Pour molten metal (gravity) cool, solidify [Hollow casting: pouring excess metal before solidification (f) Break ceramic shell (vibration or water blasting) (g) Cut off parts (high-speed friction saw) finishing (polish) Hassas Hassas d dö ök kü üm m29 Hassas Hassas d dö ök kü üm m30 Hassas Hassas d dö ök kü üm m31 Hassas Hassas d dö ök kü üm m Hassas dökümün üstünlükleri Küçük karmaşık şekillerin üretimine elverişlidir. Boyut hassasiyeti ve yüzey kalitesi mükemmeldir. Genellikle döküm sonrasında ek işlem gerektirmez Kalıp tek parçalı olduğundan parça yüzeyinde bölüm düzleminin izi kalmaz Hassas dökümün dezavantajları Her parça için ayrı bir model üretilmesi gerekmektedir. Model ve kalıp malzemesi pahalıdır. Genellikle 5kg dan daha küçük parçaların dökümü için elverişlidir.32 Polyester D Polyester D ö ö k k ü ü m m Polyester malzemeden hazırlanan modelin etrafı kum ile doldurulur. Erimiş metal polyester üzerine döküldüğünde polyester erir. Kompleks geometrilerin dökümünde oldukça avantajlıdır.