İmal Usulleri Döküm DÖKÜM 1. GİRİŞ Tanım Döküm yöntemi, sıvı halde akıcı olan metallerin, üretilmek istenen parçanın biçimindeki bir boşluğa sahip olan kalıplara dökülerek katılaştırıldığı bir imalat yöntemidir. Sıvı metalin içine döküldüğü kalıp olarak, her dökülen parçadan sonra bozulan ( örneğin kum ) kalıplar kullanıldığı gibi, birden fazla parçanın üretimine imkan veren kalıcı ( örneğin metal ) kalıplar da söz konusu olabilir. Metalin katılaşmasından sonra kum kalıplarda kalıp bozularak, kalıcı kalıplarda ise kalıp açılarak dökülen parça çıkarılır. Döküm yöntemlerinin sınıflandırılması Döküm yoluyla üretilen ürünler iki grupta toplanabilir. (1) İngot dökümler ve (2) şekilli parça dökümler. İngot döküm Şekilli kalıba döküm İngot dökümler genellikle şekillendirme için hammadde hazırlama işlemleridir. Bu nedenle, sınıflandırma şekilli parça döküm yöntemleri için yapılacaktır. Metal döküm yöntemleri A. Bozulan kalıba döküm yöntemleri B. Kalıcı kalıba döküm yöntemleri A- Kum kalıba döküm · Yaş kum kalıba döküm · Kuru kum kalıba döküm · Yüzeyi kuru kum kalıba döküm · CO2 yöntemi · Havada sertleşen kalıba döküm · Vakumlu kalıplara döküm B- Diğer Geçici Kalıba Döküm Yöntemleri · Kabuk kalıplara döküm · Dolu kalıplara döküm · Hassas (investment) döküm · Alçı kalıplara döküm · Seramik kalıplara döküm 1. Kokil kalıba döküm 2. Basınçlı döküm 3. Santrifuj döküm Döküm Yönteminin Diğer İmal Usullerinden Üstünlükleri ve Sınırları Üstünlükleri ? Yöntemin sınırları çok geniş olup, hem çok küçük parçaların, hem de tonlarca ağırlıktaki büyük parçaların üretimine uygun değişik teknikler bulunmaktadır. ? Çok karışık biçimli ve içi boş parçaların üretimi mümkündür. ? Bazı malzemeler ( örneğin dökme demir ) sadece döküm yoluyla elde edilebilir. ? Seri üretime uygun ekonomik bir yöntemdir. Sınırları ? Çok ince kesitlerin elde edilmesi güçtür. ? Boyut hassasiyeti ve yüzey kalitesi genelde iyi değildir. ? Az sayıda parça üretimi için genellikle ekonomik değildir. ? Aynı malzemenin PŞV yöntemleri ( örneğin dövme ) ile elde edilmiş olanı, dayanım bakımından genellikle daha üstündür. ? Çevre ve işçi sağlığı problemleri vardır. Döküm Terminolojisi İşlemin esaslarına girmeden önce, bazı döküm terimlerini tanımlamakta yarar vardır. Tipik bir döküm işleminde kullanılan terimler hakkında bilgi vermesi için bir kum kalıbın kesitini incelemek yararlı olacaktır ( Şekil 2 ). Şekil 2. Döküme hazır bir kum kalıbın kesiti Şekil 3 Yolluk sistemi Döküm Yöntemlerinin Temel Koşulları Çoğu döküm yönteminde, aşağıdaki yedi temel koşulun gerçekleşmesi gerekir: 1. Kalıp boşluğu, istenen şekil ve boyutta ürün elde edilebilmesi için katılaşma ile oluşacak boyutsal değişimler dikkate alınarak tasarlanmalıdır. 2. Kalıp malzemesi, dökümü yapılan sıvı metal sıcaklığında çalışma dayanımına sahip olmalı. 3. Eritme işlemleri, istenen sıcaklıkta, kabul edilebilir kalitede ve makul bir maliyette olmalıdır. 4. Dökme tekniği, erimiş metali kalıba dökerken hava ve gazların kaçışına uygun olmalıdır. 5. Katılaşma işlemi üründen istenen özellikler dikkate alınarak uygun şekilde planlanmalıdır. 6. Dökme parçanın kalıptan çıkarılışı zor olmayacak şekilde işlemler tasarlanmalıdır. 7. Kalıptan çıkarılan parçaya uygulanacak son işlemler ( temizleme- bitirme-muayene ) dikkate alınmalıdır. Günümüzde Metal Döküm Sanayi Döküm yoluyla biçimlendirilen metallerin en önemlileri kır dökme demir, temper dökme demir, beyaz dökme demir, çelik, bakır ve alüminyum alaşımlarıdır. Günümüzün dökümhaneleri mekanizasyon ve otomasyon yöntemlerinin yaygın olarak uygulandığı modern üretim tesisleridir. Dökümhaneler değişik açılardan aşağıdaki gibi sınıflanırlar: A. Dökülen metalin türüne göre 1. Demir dökümhaneleri 2. Temper dökme demir dökümhaneleri 3. Çelik dökümhaneleri 4. Demir dışı metal dökümhaneleri B. Üretim türlerine göre 1. Sipariş dökümhaneleri 2. Ana firma için seri üretim dökümhaneleri C. Kullanılan kalıplama tekniğine göre 1. Kum kalıba döküm 2. Kalıcı kalıplara döküm 3. Basınçlı döküm 4. Savurma ( santrifuj ) döküm 5. Hassas döküm 6. Alçı kalıba döküm 7. Seramik kalıba döküm 8. Dolu kalıba döküm Bir Dökümhanenin Bölümleri Uygulanan kalıplama yöntemine ve döküm tekniğine bağlı olarak değişmekle birlikte genel bir fikir vermek amacıyla kum esaslı kalıp kullanan dökümhaneyi inceleyelim: ? Modelhane ? Maça bölümü ? Kalıplama ? Eritme ve döküm ? Kalıp bozma ? Bitirme ? Kalite kontrol METAL DÖKÜMÜN ESASLARI Döküm yöntemleri ile şekillendirmede, döküm işlemlerinin kontrollü gerçekleştirilebilmesi için işleme etki eden değişkenler ve bunların etkilerinin bilinmesi yararlıdır. Döküm işlemlerinde metal alaşım ergitilerek sıvı hale getirildiği için faz diyagramı, akıcılığı, katılaşması ve soğuma koşulları gibi konularının bilinmesi ile işlem sonucu elde edilecek ürün özellikleri kontrollü bir şekilde sonuçlandırılır. KATILAŞMA Sıvı haldeki metalin bir kalıba dökülerek istenen son şekilde katı hale gelmesi olayına katılaşma işlemi denilebilir. Mamul özelliklerini kesin olarak kontrol eden yapısal özelliklerin çoğu, katılaşma sırasında belirlenir. Ayrıca gaz gözenekleri ve katılaşma boşlukları gibi çoğu döküm hataları, katılaşma olayıdır ve katılaşma işlemi kontrol edilerek azaltılabilir veya ortadan kaldırılabilir. Katılaşma; çekirdeklenme ve büyüme olarak iki aşamada gerçekleşir. Her biri ayrı bir çekirdek etrafındaki büyüme sonucu meydana gelen taneler, metalin iç yapısını oluşturur. Çekirdeklenme, erimiş sıvı içinden kararlı bir katı parçacık oluştuğu zaman oluşur. İnce taneli malzemeler gelişmiş mekanik özellik sağladığından, çekirdeklendirme artışı istenir. Büyümenin, yönü, hızı ve tipi ürün özelliklerine etkir. Bir döküm işleminde katlaşmanın teknolojisini incelersek; Metaller döküm işlemi için ergitilir. Kalıba dökme işlemi anındaki ( kalıba ilk girdiği zaman ) eriyik metal sıcaklığı Dökme sıcaklığı olarak ifade edilir. Dökme sıcaklığının yüksek olması ( aşırı ısıtma ) metalin soğumadan kalıp ince ayrıntılarını doldurması için akıcılığını artırır, fakat kalıp yüzeylerinde bozulmalara neden olabilir. Dökme sıcaklığının düşük olması ise akıcılığı azaltır. Bundan dolayı kalıp ayrıntılarına yeterli malzeme ulaşamayabilir. Sonuç olarak, parça şekli eksik oluşur. İnce taneli yapılara ve artan mekanik özellikler sahip olmak için soğumanın hızlı olası gerekir. Bu nedenle, soğuma hızı kontrol edilir. Erimiş metaller kalıp içine döküldüğü ve katılaşmaya bırakıldığı zaman oluşan yapı, 3 ayrı bölgeden oluşabilir. Bunlar, kalıp cidarlarına yakın yüzeylerde olan çil bölgesi, hızlı büyüme sonucu döküm yüzeyine dik oluşan sütunsal bölge, en son katılaşan döküm içi eşeksenli bölgedir. Döküm işleminde katılaşma sırasında posa ( Curuf ) ve gaz gözeneği gibi hatalar oluşabilir. Erimiş metal dekepanla örtülerek veya vakum ya da koruyucu atmosfer altında döküm ile posa önlenir. Gaz gözenekleri ise, vakumlu eritme, koruyucu ortamda eritme, aşırı ısıtma minimizasyonu ve türbülansın en aza indirilmesi ile minimize edilir. Katılaşma sırasında hacim azalması meydana gelir. Bu durum, döküm boşlukları, gözenekler, sıcak yırtılmalar iç gerilmelere, boyut değişimlerine, çarpılmalara ve çatlaklara neden olabilir. Hacim azalması büzülme olarak adlandırılır. Büzülme üç temel aşamadır. (1) sıvının büzülmesi, (2) dönüşüm büzülmesi ve (3) katılaşmış metal büzülmesi. Dönüşüm ( katılaşma ) büzülmesi ve katılaşmış metal büzülmesi boyut hassasiyeti açısından önemlidir. Bundan dolayı, dökülecek metalin büzülme değerleri ile işlem tasarlanmalıdır. Akıcılık Sıvı metal, bir döküm oluşturmak üzere kalıba döküldüğü zaman, öncelikle kalıp boşluğunun tüm bölgelerine akması ve daha sonra burada katılaşarak yeni şeklini alması gerekir. Bu işlemleri uygun sırada oluşturması çok önemlidir. Eğer metal, kalıbı tamamen doldurmadan önce katı hale geçerse eksik döküm veya soğuk yapışma hataları ortaya çıkar. Bir metalin bir kalıba akma ve kalıbı doldurma kabiliyeti, akıcılık olarak adlandırılır. Bir metalin akıcılığı genellikle standart kalıplara döküm ile dökülebilen uzunluk ölçümüyle tayin edilir.