Genel Döküm Prosesi ve Teknikleri 1 Döküm Prosesi ve Teknikleri MAK-205 2.Hafta Kubilay Aslantaş2 Tanım Döküm; arzu edilen katı şekilleri elde etmek amacıyla, eritilmiş malzemenin bir kalıba dökülerek katılaştırma işlemidir. Dstenilen parçanın şekli kalıbın şekli ile tayin ed ilmektedir. Dolayısı ile her farklı parça farklı bir kalıp gerektirir. Döküm; cevher den elde edilen metal ve alaşımlarının DNGOT adı verilen bloklar halinde dökülebildiği gibi, çok kompleks parçalar da tek bir işlemle imal edilebilmektedir. 3 Dökümün temelleri Döküm işleminin altı temel faktörden ibarettir. Bunlar; •Kalıp boşluğunun verilmesi •Metalin ergitilmesi işlemi •Metalin dökülmesi •Katılaşma işlemi •Çapakların temizlenmesi •Son kontrol işlemleri4 Döküm terimleri Derece: Kalıp malzemesinin ve imal edilecek parça kalıbının yerleştirildiği kısımdır Maça: Kalıp boşluklarına yerleştirilen ve kapladıkları kısımların dökümden sonra boşluk olarak çıkmasını sağlayan şekillerdir. Yolluk: Sıvı metali döküm potasından kalıp boşluğuna ulaştırmaya yarayan kanallardır. Besleyici: Katılaşma esnasında büzülmeyi en aza indirmek için kalıp içerisinde oluşturulan sıvı metal depodur. Havşa: Yolluk sisteminin başlangıcıdır ve sıvı metalin kalıpla ilk temas ettiği bölgedir. Mala yüzeyi: Alt ile üst dereceyi birbirinden ayırır.5 Dökümde dikkat edilmesi gereken faktörler • Erimiş metal ilgili problemler Erimiş olan metalin dış ortamla olan reaksiyonu döküm kalitesinin düşmesine neden olacaktır. Oksijen ile erimiş metal reaksiyona girdiğinde CÜRUF oluşumuna neden olur. Cüruf nedeniyle yapı içerisinde oluşan bu kirlilik dökümün yüzey kalitesinin bozulmasına, mekanik özelliklerinin kötüleşmesine ve işlenebilirliğini olumsuz yönde etkileyecektir. • Model ile ilgili problemler Model, katılaşma esnasında meydana gelen büzülmeyi dikkate alacak şekilde tasarlanmalı Eğer gerekiyorsa yüzey bitirme işlemi için gerekli toleransa sahip olmalı Model döküm sonrasında boyutsal yeterliliği sağlamalı Dökme demir = 1/10 - 1/8 in/ft Alüminyum = 1/8 - 5/32 in/ft Pirinç = 3/16 in/ft6 Dökümde dikkat edilmesi gereken faktörler (Devam) • Akışkanlıkla ilgili problemler Erimiş metal bir sıvı özelliği gösterir ve daha sonra donarak istenilen şekil verilir. Düzensiz akış özellikleri anlık patlamalara, döküm içerisinde çatlak ve boşlukların oluşmasına neden olur. • Kalıplama ile ilgili problemler Gerek döküm öncesinde gerekse döküm sırasında kullanılan derece, maça ve diğer ekipmanların doğru tasarlanması ve doğru kullanılması dökümün kalitesi açısından önemlidir. Özellikle yolluk ve besleyici tasarımı, dökümün boyutsal ve mikroyapı özellikleri üzerinde önemli rol oynar7 Döküm teknikleri A- Harcanan Kalıp Kullanarak Yapılan Döküm Yöntemleri B- Kalıcı Kalıp Kullanarak Yapılan Döküm Yöntemleri8 Döküm teknikleri (Devam) •Kum kalıba döküm •Seramik kalıba döküm •Hassas döküm •Alçı kalıba döküm •Dolu kalıba döküm A- Harcanan Kalıp Kullanarak Yapılan Döküm Yöntemleri Yaş kum kalıba döküm Kuru kum kalıba döküm CO 2 yöntemiyle hazırlanmış kalıba döküm Çimentolu kalıba döküm Çukur kalıba döküm Maça kalıbına döküm Vakumlu kalıba döküm •Kabuk kalıba döküm9 B- Kalıcı Kalıp Kullanarak Yapılan Döküm Yöntemleri •Metal (Kokil) kalıba döküm •Basınçlı döküm •Savurma (Santrifüj) döküm •Sürekli döküm Döküm teknikleri (Devam)10 Kum Kalıba Döküm Demir, çelik veya demir dışı metallerin dökümünde en çok kullanılan bir tekniktir. Çok farklı büyüklükteki parçalara uygulanma kolaylığı vardır Kalıplama maliyeti düşüktür Kalıp malzemesi olarak refrakter özelliğine sahip silis kumu kullanılmaktadır.11 B-Maça Yapımı A-Model Yapımı C-Kalıplama D-Ergitme ve Döküm Kum Kalıba Döküm Aşamaları12 Kum Kalıba Döküm Aşamaları(1) A-Model Yapımı: Model, dökümü yapılacak şeklin uygun bir malzemeden hazırlanmış bire bir ölçekli bir kopyasıdır. Sıvı metal tarafından doldurulacak olan boşluğu elde etmek için kullanılır. Serbest modeller:Üretilecek döküm parçanın bire bir ölçekli bir kopyası olup, ucuz, basit ve en yaygın olarak kullanılanıdır. Levhalı modeller: Özellikle çok sayıda küçük parçaların üretiminde kullanılan bir tekniktir. Özel modeller:Özel/kompleks parçaların dökümü için tasarlanmış modellerdir.13 Model türleri Modeller kalıplama sırasında, dökülecek sıvı metalin dolduracağı boşluğu elde etmek için kullanılır. Bu nedenle modelin doğru tasarımı kaliteli bir üretimin ilk adımıdır. Metal dökümünde kullanılan modeller; •Serbest modeller •Levhalı modeller •Özel modeller ve model tertibatları Model türünün belirlenmesinde aşağıdaki kriterler baz alınmalıdır •Üretilecek parça sayısı •Parça geometrisi •Dökümhanede uygulanan kalıplama yöntemi14 •Serbest Model: Üretilecek döküm parçasının bire bir ölçekli bir kopyası olup, ucuz, basit ve en yaygın olarak kullanılan model türüdür. •Serbest modellerin boyutlandırılmasında çekme ve işleme payları dikkate alınır •Genellikle ahşaptan yapılır, ancak metal, plastik, alçı gibi malzemelerden de yapılmaktadır. •Serbest modelde kalıplama çoğunlukla elle yapılır, dolayısıyla yöntem yavaş ve pahalıdır. •Model iki parçadan yapılabildiği gibi, basit geometriler için tek bir parçadan model yapılabilir Model türleri(devam)15 Model türleri (devam) •Levhalı Model: Kalıplamada makinelerin kullanıldığı durumlarda ve özellikle çok sayıda küçük parçanın imalatında levhalı modeller kullanılır. Çoğunlukla metalden imal edilirler. Düşey ve yatay yolluklar ile mümkünse çıkıcılar da levhalı model üzerine yerleştirilir.16 Altlık Bölüm yüzeyi düzgün olmayan modellerde kalıplama sırasında kum veya tahta altlıklardan faydalanılır. Kalıplama sırasında uygulanan kuvvetler etkisiyle biçimi bozulabilecek veya kırılabilecek hassas modellerin desteklenmesidir. Altlık, alt derecenin hazırlanmasında modele destek olur ve bölüm yüzeyini belirler. Altlık Model Alt derece17 Model Tasarımı Modelin tasarlanmasında dikkate edilmesi gereken bir takım unsurlar vardır. Bunlar; Çekme Payı: model boyutlarına çekme payının eklenmesindeki amaç; sıvı metalin kalıp içerisinde katılaşması bittikten sonra, oda sıcaklığına kadar soğuması sırasında boyut değişimlerini en aza indirmek %3 Mangan çeliği %2 Beyaz dökme demir %1,5 Temper dökme demir(siyah) %1 Kır dökme demir %2,1 Sade karbonlu çelik %2,6 Kurşun %1,5 Bakır alaşımları %1,4 Bronz %1,1-1,7 Pirinç %1,3 Alüminyum alaşımları Bazı döküm malzemeleri için yaklaşık çekme payları18 Model Tasarımı (Devam) Dşleme Payı: Eğer döküm sonrasında parçadan talaş kaldırılacaksa, bu durumda yüzeylere yeterli bir işleme payının bırakılması gerekir. Bu pay aşağıdaki faktörlere bağlı olarak değişebilir. •Kullanılan metale •Parçanın biçimine •Parçanın büyüklüğüne •Çarpılma eğilimine19 Model Malzemeleri ÖZELLDK AHŞAP ALÜMDNYUM ÇELDK PLASTDK Dökme Demir Dşlenebilme Çok Dyi Dyi Orta iyi iyi Aşınmaya Dayanıklılık Zayıf iyi Çok Dyi Orta Çok Dyi Dayanım Orta Dyi Çok Dyi Dyi Dyi Ağırlık* Çok Dyi Dyi Zayıf iyi Zayıf Tamir Edilebilme Çok Dyi Orta Dyi Dyi Dyi Korozyona Dayanım** Çok Dyi Çok Dyi Zayıf Çok Dyi iyi Şişme Zayıf Çok Dyi Çok Dyi Çok Dyi Çok iyi * Kalıpçının yorulması açısından ** Su içeren ortamlarda Model malzemesi seçiminde aşağıdaki kriterler baz alınmaktadır •Üretilecek parça sayısı •Dstenilen boyut hassasiyeti •Uygulanacak kalıplama yöntemi •Parçanın boyut ve biçimi20 Kum Kalıba Döküm Aşamaları(2) B-Maça Yapımı: Maçalar çoğunlukla kum (silis, olivin, kromit ve zirkon) esaslı malzemelerden ve bazen de metal ve seramik benzeri malzemelerden yapılan ve döküm parçanın iç boşluğunu sağlamak amacıyla kalıp boşluğuna yerleştirilen parçalardır. Dçi boş şekiller için Dnce çıkıntılar için Derin kanallar için Maça kalıp21 Uygun bir maçanın özellikleri •Yüksek sıcaklığa ve metal erozyonuna dayanımı yeterli olmalı •Döküm sonrasında dağılabilme özelliği yüksek olmalı •Gaz geçirgenliği iyi olmalı ve döküm sırasında mümkün olduğu kadar az gaz oluşumuna neden olmalı •Kolay pişirilebilmeli ve boyutsal kararlılığı iyi olmalı •Depolama sırasında özelliğini koruyabilmeli22 Kum Kalıba Döküm Aşamaları(3) C-Kalıplama: Kum, bağlayıcı (kil) su ve diğer katkı maddelerinden oluşan karışımın elle veya makineyle hazırlanmasının ardından, dökülecek parçanın kum içerisinde negatif bir boşluğunu meydana getirme işlemidir. a)Model iki parçalı modelin alt derecesine uygun şekilde yerleştirilerek etrafı kum ile doldurulup sıkıştırılır. b)Modelin diğer yarısı, yolluk ve çıkıcılar üst dereceye yerleştirilir. c)Kalıp açılarak model çıkartılır ve kalıpta gerekli düzenlemeler yapılır. d)Dereceler kapatılarak kalıp döküme hazır hale getirilir.23 Kum Kalıba Döküm Aşamaları(3) Kalıplama da kullanılan kumun tane boyutu 0.05-2mm arasında değişmekte ve genellikle SiO 2 bileşimindedir. Silis kumu (SiO2) doğada nehir, göl ve diğer sular ile eskiden yer altı sularının bulunduğu bölgelerden temin edilir. Kalıplama malzemesi olarak en çok silis kumun tercih edilmesinin başlıca nedenleri; 1. Kolay bulunuyor olması 2. Ucuz olması 3. Sıvı metalin etkilerine karşı koyabilecek seviyede refrakterlik özelliğine sahip olmasıdır.24 Kum Kalıba Döküm Aşamaları(4) D-Ergitme ve Döküm: Dökülecek metali ergiterek döküm sıcaklığına ulaştırmak için ergitme ocakları veya fırınları kullanılır. Fırın ortamı dökümün cinsine göre vakum veya koruyucu gaz gibi kontrollü veya normal atmosferli olabilir. Ergitme işlemi kimyasal bileşim değişimlerine göre sınıflandırılır. 1. Ergitme 2. Ergitme ve bileşim ayarlama 3. Ergitme ve alaşım ayarlama25 Kum Kalıba Döküm Aşamaları(4) 1- Ergitme işleminde ya saf malzeme kullanıldığı için ya da ergitilen malzemedeki alaşım elementlerinin özelliklerinden dolayı bir değişim meydana gelmez. 2- Ergitme ve Bileşim Ayarlama işleminde çoğu metallerin ergitilmesinde olduğu gibi, ergitme ile birlikte bazı elementlerin % oranlarında azalma olur. Bunu telafi etmek için bu elementlerden gerekli ilaveler ergitme sırasında yapılır. 3- Ergitme ve Alaşım Ayarlama işleminde asıl amaç alaşım oluşturmaktır. Ana metal ergitildikten sonra alaşım elementi ilavesi yumru,külçe,takoz ve toz gibi çeşitli formlarda bulunan malzemelerden yapılır.26 Kum Kalıba Döküm Aşamaları(4) Ergitme Ocakları 1- Potalı Ocaklar:Metal ergitme işleminde kullanılan en basit ve en eski yöntemdir. Ocakların içi ateş tuğlası (Refrakter) ile örülmüştür ve üzerinde bir kapak bulunur. Kapasiteleri 15-1000kg dır. Bu tür ocaklarda genellikle Al ve Cu ergitmesi yapılır.27 Bakalım bir yüksek fırında ergitme işlemi nasıl gerçekleşiyor Kum Kalıba Döküm Aşamaları(4) Ergitme Ocakları 2- Kupol Ocaklar:Dış çapları 1-2m arasında olan ve yükseklikleri uygulamalara göre değişen 20ton/saat kadar üretim yapabilen fırınlardır. Ocak için pik,hurda,kok ve kireç taşı belirli oranlarda birbirini izleyen tabakalar halinde üst üste yüklenir. Ocağı çalıştırmak için taban kapatılır ve üzerine bir kum yatak oluşturulur. Bunun üzerine uygun bir kok tabakası doldurularak ateşlenir. Ateşleme sonrasında yükleme kapısından belirli oranlarda pik, hurda, kok ve kireçtaşı ilavesi yapılır. Şarj malzeme alttan erimiş metalin alınmasıyla kendi ağırlığı ile aşağıya iner.28 Kum Kalıba Döküm Aşamaları(4) Ergitme Ocakları 3- Elektrikli Ocaklar:Bu ocaklar kupol ocaklara nazaran daha fazla avantajları vardır. Bunlar içerisinde; 1. 3000C kadar yüksek sıcaklıklara çıkmak mümkün 2. Sıcaklığın kontrolü kolaydır, 3. Çalışma ortamı temizdir 4. Eritilen metalin bileşimi bozulmaz. Ayrıca arıtma ve alaşımlandırma işlemi daha kolay yapılır Elektrikli Ocaklar: Ark Ocakları Endüksiyon Ocakları Direnç Ocakları29 Kum Kalıba Döküm Aşamaları(4) Ark Ocakları Dndüksiyon Ocakları30 Adım adım kum kalıba döküm prosesi(1) Modeller alt dereceye yerleştirilir Modeller üzerine özel ayırıcı toz dökülür (Kumdan kolay ayrılması için) Silis kumu model üzerine elenerek dökülür 31 Adım adım kum kalıba döküm prosesi Kum tüm modeli ve dereceyi dolduracak kadar ilave edilir. Ayrıca kuma sıkıştırma işlemi yapılır Derece ters çevrilir, kalıbın diğer yüzüne ayırıcı tozlar dökülür32 Adım adım kum kalıba döküm prosesi Üst derece alt derece üzerine dikkatlice yerleştirilir. Yolluk ve besleyicilerin de yerleri tespit edilir Silis kumu üst dereceyi dolduracak kadar ilave edilir ve sıkıştırılır33 Adım adım kum kalıba döküm prosesi Üst derece çıkartılır Model kumdan çıkartılır 34 Adım adım kum kalıba döküm prosesi Modelin çıkartılması sırasında model boşluğunda var olan kum kalıntıları temizlenir Kalıp boşluğuna grafit püskürtülerek ısıtılır. Böylece kalıp boşluğu sertleştirilmiş olur35 Adım adım kum kalıba döküm prosesi Üst derece tekrar dikkatlice yerleştirlir Pota içerisindeki eritilmiş metal 36 Adım adım kum kalıba döküm prosesi Eritilmiş metal üst derece üzerinde var olan yolluk içerisine dökülür Soğuma sonrasında üst derece çıkartılarak Döküm üzerinde kalan yolluk ve çıkıcı kısımlar kesilir.