Genel dolu kalıba döküm teknolojisi YILDIZ TEKN İK ÜN İVERS İTES İ FEN B İL İMLER İ ENST İTÜSÜ DOLU KALIBA DÖKÜM TEKNOLOJ İS İ VE UYGULANMASI Metalurji Müh. Cem ULUÇ F.B.E. Metalurji ve Malzeme Mühendisli ği Anabilim Dalı Malzeme Programında Hazırlanan YÜKSEK L İSANS TEZ İ Tez Danı şmanı: Yrd. Doç. Dr.Nilgün KU ŞKONMAZ İSTANBUL, 2006 1İÇ İNDEK İLER Sayfa KISALTMA L İSTES İ................................................................................................................ ii ŞEK İL L İSTES İ.........................................................................................................................iii Ç İZELGE L İSTES İ.................................................................................................................... v ÖNSÖZ.......................................................................................................................................vi ÖZET.........................................................................................................................................vii ABSTRACT.............................................................................................................................viii 1. G İR İŞ....................................................................................................................... 1 2. METAL DÖKÜMÜ VE HMD PROSES İ............................................................... 3 2.1 Döküm Prosesi.........................................................................................................3 2.2 Klasik Kalıp Yapımı ...............................................................................................4 2.3 Harcanabilen Model Dökümü ................................................................................. 6 2.1.2.1 Katı Kalıntı Uzakla ştırma........................................................................................ 4 2.1.2.2 Sıvı Kalıntı Uzakla ştırma ........................................................................................ 6 3. HARCANAN MODEL İLE DÖKÜM YÖNTEM İNE GENEL BAKI Ş .............. 10 3.1 Model Kalıplama ................................................................................................... 12 3.2 Model Olgunla ştırma............................................................................................. 13 3.3 Model Kesitlerinin Toplanması ............................................................................. 13 3.4 Model Kaplama ....................................................................................................14 3.5 Kum Doldurma ve Sıkı ştırma................................................................................ 14 3.6 Döküm...................................................................................................................14 3.7 Temizleme ve Bitirme ........................................................................................... 15 3.8 Di ğer HMD Yöntemleri......................................................................................... 15 3.8.1 Ba ğlı Kum.............................................................................................................. 15 3.8.2 Seramik Kabuk......................................................................................................16 4. KÖPÜK MODELLER İN ÖZELL İKLER İ............................................................ 17 4.1 Kompozisyon.........................................................................................................17 4.2 Yo ğunluk ve Mekanik Özellikler .......................................................................... 18 4.3 Bozunma................................................................................................................ 21 4.4 Di ğer Özellikler .................................................................................................... 23 5. KÖPÜKLER İN ÖN ŞİŞİR İLMES İ........................................................................ 24 5.1 Polistiren Tanelerinin Ön şi şirilmesi ...................................................................... 24 5.2 Ekipmanlar.............................................................................................................26 5.2.1 Vakum-Kuru Ön şi şirici ........................................................................................26 5.2.2 Direk buhar Ön şi şirici ........................................................................................... 28 5.3 Tanelerin Islah Edilmesi........................................................................................ 30 2 6. KÖPÜK MODELLER İN ÜRET İM İ..................................................................... 32 6.1 Kalıp ...................................................................................................................... 32 6.2 Model Kalıplama ................................................................................................... 34 6.2.1 Ön Isıtma ............................................................................................................... 35 6.2.2 Doldurma ............................................................................................................... 35 6.2.3 Buhar Çemberi....................................................................................................... 36 6.2.4 So ğutma ................................................................................................................. 37 6.2.5 Çıkarma ................................................................................................................. 39 6.3 Model Olgunla ştırma............................................................................................. 42 6.4 Polistiren Kütüklerden İşleme Yoluyla Model Yapımı......................................... 44 6.5 Alternatif Köpük Malzemeleri............................................................................... 45 7. MODEL PARÇALARININ TOPLANMASI ....................................................... 48 7.1 Yapı ştırma Ba ğlantısı ............................................................................................ 48 7.2 Yapı ştırıcı Bile şimi................................................................................................ 49 7.3 Yapı ştırıcı Tankı .................................................................................................... 49 7.4 Ba ğlanma İşlemi .................................................................................................... 49 8. MODEL SALKIMININ TOPLANMASI ............................................................. 51 8.1 Özellikler...............................................................................................................51 8.2 Formülasyonlar......................................................................................................52 8.3 Yo ğunluk ............................................................................................................... 53 8.4 Uygulama...............................................................................................................53 9. KÖPÜK DÖKÜM SALKIMININ KUMLA DESTEKLENMES İ ....................... 55 10. DOLU KALIBA DÖKÜM....................................................................................51 10.1 Dolu :Kalıba Döküm Yönteminin Ekonomik De ğerlendirmesi ............................ 57 11. DENEYSEL ÇALI ŞMALAR................................................................................ 63 11.1 Kullanılan Malzemeler .......................................................................................... 63 11.1 Kullanılan Malzemeler .......................................................................................... 63 11.1.1 Polistiren................................................................................................................ 63 11.1.2 Polistiren Modelin Yüzey Kaplamasında Kullanılan Refrakter ............................ 63 11.1.3 Yapı ştırıcı .............................................................................................................64 11.1.4 Polistiren Modellerin Kalıplamasında Kullanılan Dereceler................................. 65 11.1.5 Döküm Havuzu......................................................................................................65 11.1.6 Kum....................................................................................................................... 65 11.2 Kullanılan Alet ve Cihazlar ................................................................................... 65 11.3 Deneylerin Yapılı şı................................................................................................ 71 11.3.1 Polistiren Model Üretimi.......................................................................................71 11.3.2 Polistiren Modellerin Refrakterle Kaplanması ...................................................... 75 11.3.3 Modellerin Derece İçerisinde Serbest Kumla Kalıplanması ................................. 77 311.3.4 Döküm................................................................................................................... 77 12. DENEY SONUÇLARI VE ÖNER İLER............................................................... 82 KAYNAKLAR......................................................................................................................... 85 ÖZGEÇM İŞ.............................................................................................................................. 87 4KISALTMA L İSTES İ GM General Motors Company ABD Amerika Birle şik Devletleri EPC Expandable Pattern Casting HMD Harcanan Model Dökümü EPS Genle şmi ş Polistiren PMMA Polimetilmetakrilat EPMMA Genle şmi ş Polimetil Metakrilat EPAC Genle şmi ş Polialkilin karbonat 2 ŞEK İL L İSTES İ Sayfa Şekil 2.1 Dolu kalıpla dökümün kum kalıpla dökümle kar şıla ştırması ............................. 4 Şekil 2.2 Seramik kaplama için hazır halde polistiren modeller ....................................... 6 Şekil 3.1 H.M.D prosesinin şematik gösterimi ................................................................ 11 Şekil 4.1 Polistiren tanelerin üretim akı ş diyagramı ........................................................ 17 Şekil 4.2 Ön şi şirilmi ş tanelerin hücre yapısı................................................................... 18 Şekil 4.3 Yo ğunlu ğun gerilme mukavemeti üzerine etkisi .............................................. 19 Şekil 4.4 Yo ğunlu ğun kırılma mukavemeti üzerine etkisi............................................... 19 Şekil 4.5 Yo ğunlu ğun e ğme mukavemeti üzerine etkisi.................................................. 20 Şekil 4.6 Yo ğunlu ğun basma dayanımına etkisi ve deformasyon de ğerleri .................... 20 Şekil 4.7 Sabit baskıda sürünme ...................................................................................... 21 Şekil 4.8 Sabit baskıda sürünme ...................................................................................... 21 Şekil 5.1 Kapalı bir ta şıyıcıda polistiren tanelerden muhtemel pentan kaybı.................. 24 Şekil 5.2 1.5 ve 2.6 mm’lik polistiren tanelerin su buharı ile ön şi şirilmesi.................... 26 Şekil 5.3 Proses akım şeması ........................................................................................... 28 Şekil 5.4 Direkt-buhar ön şi şiricide E.P.S tanelerinin şi şirilme adımları ......................... 29 Şekil 6.1 Kalıplanabilir minimum kesit kalınlı ğı............................................................. 33 Şekil 6.2 So ğuk kalıptan kaynaklanan dü şük yüzey kalitesi............................................ 37 Şekil 6.3 Model kesitinde fazla geni şleme....................................................................... 38 Şekil 6.4 Model kesitinde çıkarıcı izi............................................................................... 39 Şekil 10.1 Kohler motoru................................................................................................... 60 Şekil 10.2 Alüminyum için dolu kalıba dökümün pazar payının de ği şimi........................ 61 Şekil 10.3 Dökme demir için dolu kalıba döküm yönteminin pazar payının de ği şimi...... 61 Şekil 10.4 Çelik için dolu kalıba döküm yönteminin pazar payının de ği şimi ................... 62 Şekil 11.1 Kaplama Refrakteri olarak kullanılan Polytop FS 6......................................... 64 Şekil 11.2 Termoplastik esaslı yapı ştırıcı .......................................................................... 64 Şekil 11.3 Döküm yapılan dereceler .................................................................................. 65 Şekil 11.4 Polistiren ön genle ştirme reaktörü .................................................................... 66 Şekil 11.5 Buhar üretim makinesi...................................................................................... 66 Şekil 11.6 Alüminyum kalıp .............................................................................................. 67 Şekil 11.7 Alüminyum kalıp .............................................................................................. 67 Şekil 11.8 Refrakter çamurunun su ile karı ştırılması için kullanılan karı ştırıcı ................ 68 Şekil 11.9 Titre şim makinesi............................................................................................. 68 Şekil 11.10 Ön şi şirilmi ş polistiren boncuklarının kararla ştrılması s ırasında ve polistiren modellerin yüzeyindeki refrakterin kurutulması i şleminde kullanılan etüv .... 69 Şekil 11.11 Polistiren modellerin refrakter kaplama kalınlı ğını belirleyen tarak ................ 69 Şekil 11.12 İndüksiyon güç ünitesi ..................................................................................... 70 Şekil 11.13 Dökme Demir dökümlerinde kullanılan ergitme oca ğı .................................... 70 Şekil 11.14 3 bar basınçta 45 saniye ön şi şirilmi ş polistiren taneleri ................................... 72 Şekil 11.15 Polistiren model üretimi.................................................................................... 73 Şekil 11.16 1.5 bar basınçta 80 – 90 saniye şi şirilmi ş polistiren modelleri......................... 74 Şekil 11.17 1 bar basınçta 70 saniye şi şirilmi ş polistiren modeli ........................................ 74 Şekil 11.18 Yolluk ve çıkıcısı yapı ştırılmı ş ve maskeleme bandıyla çevrilmi ş polistiren modelleri ........................................................................................................... 75 Şekil 11.19 Refrakter kaplama kalınlı ğının eklenen su oranına ba ğlı olarak de ği şimi........ 76 Şekil 11.20 Refrakterle kaplanmı ş kalıplamaya hazır polistiren modeller ......................... 76 Şekil 11.21 Döküme hazır derece içerisine yerle ştirilmi ş polistiren modeli ....................... 77 Şekil 11.22 Dolu kalıba döküm yöntemiyle elde edilmi ş alüminyum parça ....................... 78 2 3 Şekil 11.23 Eriyik metale a şılama i şlemi............................................................................. 79 Şekil 11.24 Küresel grafitli dökme demirin döküm anı....................................................... 79 Şekil 11.25 Dolu kalıba döküm yöntemiyle üretilen küresel grafitli dökme demir............. 80 Şekil 11.25 Dolu kalıp döküm yöntemiyle dökülmü ş paslanmaz çelik............................... 81 3 4 Ç İZELGE L İSTES İ Sayfa Çizelge 2.1 Replicast CS prosesinde kabul edilebilir toleranslar .......................................... 7 Çizelge 6.1 Kalıplama çevrim zamanları............................................................................. 40 Çizelge 6.2 Kontrol altında tutulması gereken önemli etkenler........................................... 41 Çizelge 6.3 1399 ºC ‘de polimerlerin karbürizasyon derecesi............................................. 46 Çizelge 10.1 A.B.D 'de sanayi dallarına göre dolu kalıba döküm yöntemini kullanılarak yapılan üretim miktarları................................................................................... 57 Çizelge 10.2 Dolu kalıba döküm yöntemi ile yapılan metal üretim miktarları...................... 60 Çizelge 11.1 Polistirenin fiziksel ve kimyasal özellikleri...................................................... 63 Çizelge 11.2 Polistren Modelin Kaplanmasında Kullanılan Polytop FS 6’ nın özellikleri ... 63 Çizelge 11.3 100°C’ de 3 bar buhar basıncında süreye ba ğlı olarak olu şan ön şi şirilmi ş polistiren boncukların yo ğunluk de ği şimi ........................................................ 71 Çizelge 11.4 100°C’ de 2 bar buhar basıncında süreye ba ğlı olarak olu şan ön şi şirilmi ş polistiren boncukların yo ğunluk de ği şimi ........................................................ 72 Çizelge 11.5 Polistiren model yapımında nihai şekil verilecek parçaya uygulanan basınç ve süreye ba ğlı olarak yüzey kalitesi..................................................................... 73 Çizelge 11.6 Al-Si ( ETIAL-160) ala şımının kimyasal bile şimi ..........................................78 Çizelge 11.7 Dökme demirin dökümü için kullanılan pikin kimyasal bile şimi ....................78 Çizelge 11.8 Paslanmaz çeli ğin kimyasal bile şimi ................................................................ 80 4 5 ÖNSÖZ Balkan İleri Döküm Teknolojileri Merkezi bünyesinde yapılmı ş olan bu çalı şmada bilgi ve tecrübelerinden yararlandı ğım Sayın Prof. Dr. Nihat Kınıkoğlu ve tez danı şmanım Sayın Yrd. Doç. Dr. Nilgün Ku şkonmaz’a te şekkürlerimi sunarım. Çalı şmam boyunca yardımlarını esirgemeyen Sayın Rafet Yenihayat’a , Mega –Teknik firmasına , Koza Döküm Sanayi Ltd. Şti. nin sahibi Sayın Şahin Tosuner’e te şekkürü bir borç bilirim. Deneyler a şamasında bana yardımları ile destek olan çalı şma arkada şlarıma te şekkür ederim. Benim bugünlere gelmemi sa ğlayan aileme sonsuz te şekkürlerimi sunarım. 5 6 1. G İR İŞ Metal döküm sanayisi geli şmi ş ülkelerin bulundukları konuma ula şmalarında kilit rol ta şıyan bir unsur olarak kar şımıza çıkmaktadır. Tüm sanayi dalları direkt olarak yada dolaylı biçimde üretim sistemlerin bir parçası olarak döküm teknolojilerinden yararlanmaktadır.Özellikle otomotiv sanayisinde ya şanan geli şmelere paralel biçimde ,döküm sanayisinde önemli atılımlar kaydedilmi ştir.Döküm sanayisi günümüzde artık basit şekilli katma de ğeri dü şük ürünlerin üretiminden vazgeçerek , karma şık şekilli pompa , pervane , silindir kafaları tarzında katma de ğeri yüksek ürünlerin üretilmesi yönüne gitmektedir. (ASM Handbook , 1988 ; Lessiter , 2000 ; Monroe,1992) Ergimi ş metalin köpük modelli buharla ştırılması esasına dayanan dolu kalıba döküm yöntemi üzerine ilk patent 15 Nisan 1958’de H.F.Shroyer tarafından alınmı ştır. H.F.Shroyer’in yaptı ğı ilk denemelerde polisitiren yalıtım plakalarından i şlenerek köpük modeller yapılmı ş, etrafı ba ğlayıcı kumla doldurularak döküm yapılmı ştır.Bu yöntem günümüzde halen büyük parçaların dökümünde kullanım alanı bulmaktadır. H.F. Shroyer patentini sonradan Grunzweig & Hartmann firmasına satmı ş ve yöntem 1962’de A.Wittmoser tarafından ticari kullanıma uygun hale getirilmi ştir.Aynı y ıl içinde M. Flemings uzun süre yöntemin ticari kullanıma ilgi duyan kurulu ş bulamamı ş sadece Ford ve Rockeffeller Fonları heykel döküm uygulamaları amacıyla yöntemin ara ştırma geli ştirme sürecine mali destek sa ğlamı ştırlar.1987 yılında M.Flemings , AFS Silver Anniversary’de dolu kalıba döküm yönteminde gelinen noktayı şöyle ifade etmektedir ; “1970’lerin sonunda otomotiv sanayisine parça üreten dökümhanelerde genel maliyetlerin azaltılması ve otomotiv parçalarının a ğırlıklarının düşürülmesi gerekti ği için dolu kalıba döküm yöntemine olan ilgi çarpıcı biçimde artmı ştır.” (ASM Handbook , 1988 ; Lessiter , 2000 ; Monroe,1992) Dolu kalıba döküm teknolojisinde öncü kurulu ş General Motors Company’dir. GM , yöntemle ilgili ilk patentin alındı ğı 1958 yılında Warren , Michigan’daki teknoloji geli ştirme merkezinde dolu kalıba döküm teknolojisi üzerine çalı şmalara ba şlamı ştır. 1981’de firma 4.3 L V6 dizel otomobil motorlarındaki aluminyum silindir kafalarının üretiminde dolu kalıba döküm teknolojisinin kullanıldı ğı dökümhanesini devreye almı ştır. 1989 yılında ise GM silindir kafalarının üretiminde , tek yöntem olarak dolu kalıba döküm teknolisine geçi ş yapmı ştır.1994’e gelindi ğinde ise GM , 8 aylık ara ştırma sonunda ki , bu çalı şmada 70 uzman toplam 6000 saat görev almı ştır ; aluminyum motor blok ve silindir kafalarının üretiminde bütün olarak dolu kalıba döküm teknolojisinin kullanıma karar vermi ştir. GM sadece 1998- 1999 yılları arasında toplam 280 milyon dolarlık bir yatırım programını devreye alarak yeni 6 7 nesil kamyonlardaki silindir bloklarının ve kafalarının üretilmesinde dolu kalıba döküm teknoljisini kullanmaya ba şlamı ştır. Avrupa’da isedolu kalıba döküm teknolojisinin geli şmesi A.B.D ’ ye göre oldukça geçtir. 1993 yılında CAGIVA GROUP bünyesindeki “Ferriere e Fonderie di Dongo” firması , Vulcan Eng. Comp. İle ortak olarak dökümhanesinin karlılı ğını ve verimini artırmak amacıyla 100 milyon dolarlık bir yatırım programı dahilinde dolu kalıba döküm teknolojisini kullanarak otomobil parçalarının üretimine ba şlamı ştır. Dolu kalıba döküm tekni ği literatürlerde birçok farklı isimle kar şımıza çıkar ; bunların arasında kaybolan köpük , buharla şan model dökümü , bo şluksuz döküm , buharla şan köpük dökümü , dolu kalıp , Styrocast TM , Foamcast TM , Styropur TM , ve Policast TM örnek verilebilir. 1990’da AFS prosesi tanımlamak için “Harcanan Model Dökümü” (Expendable Pattern Casting) adının kullanılmasına karar vermi ştir. (Monroe , 1992 ) 7 8 2. METAL DÖKÜMÜ VE HMD PROSES İ 2.1 Döküm Prosesi Döküm i şlemi sıvı metalin bir kalıp boşlu ğuna dökülmesi ve metalin arzu edilen şekilde katıla şmasına izin verilmesi ile yapılır. Metal dökümüne alternatif bir çok metal şekillendirme yöntemi vardır. Bir tanesi , bir metal blo ğunun alınıp istenen şekle gelene kadar i şlenmesidir. Di ğeri ise cıvata veya kaynak ile parçanın toplanmasıdır. Ayrıca metal parçaların bir şekille sıkı ştırılarak , i şleme ile sonlandırılmasıdır. Ama parça büyük , karma şık ya da malzeme kolayca dökülebiliyorsa , metal dökümü metal parçaların şekillendirilmesinde tercih edilen bir metot olur. Kalıp yapımı methodu tüm metal döküm i şlemlerinde geneldir. Döküm dizaynındaki tek sınırlayıcı faktör , dökümhanenin istenen parçanın kalıplarını üretebilme yetene ğidir. Klasik modelleme teknikleri dizayn , ekonomiklik ve dökümün tamlı ğı gibi hususlarda limitler koymaktadır , çünkü birçok metot yeniden kullanılabilen modeller kullanırki , döküm öncesi kalıptan dı şarı alınması gereklidir. Bu yüzden modelin kalıptan uzakla ştırılmasına yeniden kullanılan modellerin dizaynında dikkat edilmesi gerekir. Köpük modellerin kullanımı bu limitleri azalttı ğı için hem döküm kullanıcıları hemde üreticiler tarafından ilgi görmektedir. Köpük model dökümden evvel kalıptan uzakla ştırılmaz. HMD (EPC) dizayn mühendisine döküm i şlemini geli ştirmesi için ilave esneklik vermektedir. Bu yöntem her döküm uygulaması için uygun olmamasına kar şın % 20-60 arasında maliyetlerde azalma sa ğlanır. Şekil 2.1 de Dolu kalıpla dökümün kum kalıpla dökümle kar şıla ştırması görülmektedir (Monroe , 1992 ) 8 9 Şekil 2-1 Dolu kalıpla dökümün kum kalıpla dökümle kar şıla ştırması (Monroe , 1992 ) 2.2 Klasik Kalıp Yapımı Kalıp , sıvı metalin katıla şmasıyla beraber istenen şekilde tutar. Bu nedenle , kalıp son parçanın boyutsal tamlı ğını ve yüzey kalitesinin sa ğlar. Sıksık kalıplar , içsel bo şlukları arzu edilen dökümde olu şması için maça ta şırlar . Maçalar ayrıca bo şlu ğun tamlı ğı ve yüzey kalitesini belirler. Maça ve kalıplar döküm yüzeyini olu ştururken , metal penetrasyonuna ve sıvı metal ile reaksiyona dayanmalıdır .(ASM Handbook , 1988) Maçalar ve kalıplar genelde ba ğlı kumdan yapılır. Ba ğlayıcı ise genel olarak kil , su ve ya ş kum içindeki katkıların kombinasyonudur. Organik veya inorganik kimyasalların kumla karı ştırılmasıyla , kimyasal ba ğlı kum elde edilir. Ba ğlayıcı , kumun döküm ve katıla şma sonrasında bo şluk şeklini sürdürmesini sa ğlar. Döküm katıla ştıktan sonra , ba ğlayıcıdan 9 10 istenen, en az dayanıma sahip olmasıdır. Bu dökümün kalıptan rahatça çıkarılmasını ve maçayı olu şturan kumun basitçe alınmasına imkan verir.(ASM Handbook , 1988) Kum – ba ğlayıcı karı şımının hazırlanması , kalıp ve maçanın olu şturulması için kumun kullanımı , dökümden kumun uzakla ştırılması ve kullanılmı ş kumun tekrar dönü şümü , elden çıkartılması klasik döküm i şleminin kısımlarıdır. Ba ğlayıcının , dökümün boyutlarının tutması ve yüzey düz ğünlü ğünün sa ğlanmasında etkisi vardır. Maça ve kalıpların yapımı ve birleştirilmesi mekanizması klasik kalıp yapım methotlarını sınırlamaktadır. Kalıp yapımının ilk a şaması kalıp ve maçaların şekillendirilmesinde kullanılacak aletlerin dizaynıdır. Alet yapımında katıla şma sıcaklı ğından so ğuması esnasında dökümün çekmesine izin verecek biçimde çok az büyük boy yapılması gereklidir. (Monroe , 1992 ) Normal olarak kalıbın üst ve alt kısmını olu şturmak için iki model yarısına ihtiyaç duyulur. Döküm parçası bu biçimde kesilmelidir ki her bir parça bir model ile yapılabilmeli ve ba ğlı kumdan çıkartılabilmelidir. Modelin kumdan bir düzlem olarak çıkartılmasına engel yüzeyler olmamalıdır.Döküm yarılarının ayrılması için seçilen düzleme “ ayırma çizgisi “ denir. Döküm duvarları tasarımı kalıp içindeki ayırma çizgisi ile yapılmalıdır. Özel şekiller ve iç boşluklar maça adlı parçalarla yapılır. Maçalar , maça kutusu denilen ayrı aletlerde yapılır. Kalıp modeli bir derece içine yerle ştirilerek , derece ba ğlı kumla doldurulur. Ba ğlanmı ş kum derece içinde paketlendikten sonra , model uzakla ştırılır ve kalıp içine maçalar yerle ştirilir ve kalıp yarımları kapatılır. Kalıp , yolluk ve çıkıcı olarak adlandırılan kanallar içermektedir ; dökümün kalitesini geli ştirmek , çekmeyi kar şılamak , sıvı metali da ğıtmak için besleyici olarak adlandırılan fazla miktarda metal rezervi vardır. Besleyici ve yolluklar , kalıp ve maça için döküm dizaynı ve şekillendirilmesi gözönünde tutulmalıdır. Yolluklar ayırma çizgisinde yerle ştirilirki ; kalıplamayı kolayla ştırırken , döküm üretiminin maliyetini azaltır. (ASM Handbook , 1988) 2.3 Harcanabilen Model Dökümü Köpük modellerin kullanımı metal dökümlerinin üretiminde döküm i şleminin ve son ürünün geli ştirilmesi fırsatını yaratır. İşlem aluminyum , bronz , pirinç , dökme demir ve çelik dökümünde ba şarılı biçimde uygulanır. Yine de harcanabilen model dökümü prosesinin avantajları dökümler sadece HMD için dizayn edildi ğinde tamamen anla şılır. Köpük modellerin en popüler kullanımı , modelin ba ğlı olmayan kumda yerle ştirilmesidir ki ; döküm esnasında köpük sıvı metal ile doldurulur. Döküm sırasında köpük modelin uzakla ştırılması 10 11 (ortadan kaldırılması) ba şarının temelidir. Köpü ğün boşaltılmasındaki ba şarısızlık , demir içinde karbon hatasına ve aluminyum içinde kıvrım , katlanma ve her ikisindede gözeneklilikle sonuçlanır.Alternatif olarak , köpük model ba ğlı kumda atılabilir bir model olarakta kullanılabilir. Metal kalıpların basılması gibi sınırlı üretime sahip büyük dökümlerin yapımı ticari olarak bu yolla yapılır. Ba ğlı kum modele de ğecek şekilde paketlenerek sabitlenmeye bırakılır. Köpük , kalıp kapatılmadan ve döküm yapılmadan evvel uzakla ştırılır. Köpük modellerin kullanımı , di ğer bir alternatifi olan hassas döküm yapımındaki balmumunun kullanımına benzerdir. Patentlenmi ş proses Replicast CS olarak adlandırılır. Şekil 2-2 de seramik kaplama için hazır halde polistiren modeller görülmektedir.( Campbell , 1995) Şekil 2-2 Seramik kaplama için hazır halde polistiren modeller (Campbell ,1995) Köpük çevresinde kabuk in şa edilir ve seramik kabuk pi şirildi ğinde köpük yok edilir. Bu i şlem hassas döküm için çok büyük olan parçaların üretimine adapte edilir. Çelik dökümünde sık sık bu iki yöntemden biri kullanılır. Replicast CS prosesinden beklenen boyutsal tamlık çizelge 2-1’de gösterilmi ştir. 11 12 Ç İZELGE 2 -1 Replicast CS prosesinde kabul edilebilir toleranslar(Campbell ,1995) Boyutlar Tolerans 2.5 – 100 mm 0.25 mm (istenen boyuttan 0.75% fazlası) 101 – 300 mm 0.75 mm 300 – 600 mm 1.5 mm Delik boyutu 0.25 mm Delik konumu 0.75 mm HMD prosesi , dizayn yapan ki şiye , klasik döküm yöntemleri ile imkanı olmayan esneklik ve fırsatlar sunar, döküm üreticisi için aynı zamanda çe şitli yararlarda sunmaktadır. Bu prosesin genel avantajları , maçaların ve ayırma çizgilerinin ortadan kaldırılması , geli ştirilen kesinlik ve ba ğlı kum için pratik bir yer de ği şimin sa ğlanmasıdır. HMD prosesi ile maçaların ortadan kaldırılması ba şarılabilir çünkü ba ğlı olmayan kum köpük modelin iç bo şluklarına akmakta ve dökümdeki bo şlu ğu şekillendirmektedir. İç geçitlerin kum ile doldurulması küçük bir deli ğe ihtiyaç duyar ama normal bir maçanın ihtiyacı kadar fazla miktarda kuma gerek duymaz. Bu , karma şık içsel geometrilerin kullanımına imkan verir. Ayrıca klasik maçalar , döküm üretimi sırasında içsel geçi şlerde boyutsal farklıla şmalara ve et kalınlı ğında de ği şmelere neden olur. Ayrıca parça , maça kumlarının dökümden sonra uzakla ştırılması için geçit deliklerine sahip olmalıdır. (Campbell ,1995) Bazı durumlarda ; metal , maça çıkı şındaki kalıp ve maça arasındaki açıklıktan dolacak ve dökümden sonra uzakla ştırılacak bir yüzgeç olu şturacaktır. Köpük modellerin uygunlu ğu döküm yapan ki şiye maçaları elimine ederek kompleks içsel geçi şleri veya çoklu geçitlerin tamlı ğında dökümlerin yapılmasına imkan verir. Döküm duvarları e ğri veya farklı kalınlıkta olabilir.Yüzgeç (çapak) , maça kalınlı ğı , maça izleri veya maça uzakla ştırma problemleri döküm dizaynı sırasında en aza indirilir veya ortadan kaldırılır. Döküm üreticisi için , maça üretimi , kum karı ştırma , kum dondurma veya uzakla ştırma için ayrı aletlerin ihtiyacının 12 13 olmamasını sa ğlar. Bunda maça kalabalı ğı , maça hasarları , maça ili şkili gözenekler veya maça kullanımından kaynaklanan problemler olmamaktadır. İçsel geçi şlerdeki ba ğlı kumun ortadan kaldırılması ayrıca döküm için gerekli temizleme miktarınıda azaltmaktadır. Son üründeki temizleme miktarının en aza indirilmesi maça i şlerinin , maça telleri ve yüzgeçlerinin olmamasından kaynaklanmaktadır. Bazı raporlara göre temizleme maliyetleri % 80 oranında azalmaktadır. (Monroe , 1992 ) HMD prosesinin di ğer avantajı , normal ayırma çizgisinin ortadan kaldırılmasıdır. Karma şık kısımlar , ayrı köpük parçalarının birbirine yapı ştırılması ile elde edilen modele ihtiyaç duyar. Bu , normal dökümdeki ayırma çizgisinin yarattı ğı olumsuzlu ğa göre oldukça kabul edilebilir bir dezavantajdır. Kalıbın ayrılması s ırasındaki bazı s ınırlamalar , maça kullanımı ile çözülebilir.Klasik kalıplama prati ğinde , kalıp bo şlu ğu daimi model ile yapılabilir. Ba ğlı kum ilave edilip kompakt hale getirildikten sonra kalıbın her bir yarısından dı şarı ç ıkarılır. Kalıptan modelin çıkartılmasının anlamı , modelin uygun çıkarma açısı ile dizayn edilmi ş olmasıdır.Aynı zamanda , ayırma çizgisi sınırlaması modelin kalıp içindeki yönünede dikte etmektedir. Yüzeyin yerle ştirilmesindeki esneklik , i şleme veya özellik ihtiyacı aranması durumunda avantaj iken bu durumda dökümün yerle ştirilmesi , ayrılması ve kalıptan çıkartılması imkansızdır. Ayırma çizgisi ayrıca derece içinde dökümün yerle ştirlmesi ve sayısını sınırlamaktadır. Yolluk çevresindeki döküm parçalarının yönelimi veya çoklu ( katlı ) seviyelerinin sık sık imkansız olması ve bunun her bir derecedeki döküm parçası sayısını sınırlamasıdır. (Monroe , 1992 ) Ayırma çizgisi , bazen yolluk ve çıkıcının yerle ştirilmesindeki esnekli ği sınırlamaktadır. Bu durum yolluk ve çıkıcıların tam ( do ğru ) olması gereken yüzey üzerinde yer almasına neden olabilir. Yolluk ve çıkıcıların uzakla ştırılması ; boyutsal sapmalara neden olur ki bu da i şleme gibi uygulamalarla daha sonraki operasyonlarda düzeltilmesi gereken bir husustur. Model de ği şmesi üst ve alt kalıpta 0,75 mm ( 0,030 inç ) olarak izin verilir. Bu izin kalıp ile maçalar arasında beklenen düzensizli ğinde tipik de ğeridir. HMD kullanımı bu de ği şimi elimine etmekte ve de bu klasik modelleme ve döküm prosesine göre daha tamlı ğı sa ğlayan bir prosesin olu şmasının bir nedenidir. Normal kalıcı aletlerin ba ğlı kumla kullanımı , model ve maça kutularının a şınması ile sonuçlanabilir. Çünkü kum a şındırıcı olup , aletlerin a şınmasına neden olmaktadır. Bu agresif durumda de ği şimlere ve daha fazla boyutsal de ği şkenliklere yolaçar. Maçalar ve kalıplar veya kalıp yarıları arasındaki zayıf ba ğlantılar , metalin döküm esnasında ba ğlantılara nüfuz 13 14 etmesine izin verir. Bu da metalin çapak yapmasına neden olurki , bunlarda döküm sonrası giderilmelidir. Ayrıca çapa ğın giderilmesi , dökümün boyutsal de ği şkenli ğini arttırmaktadır. Köpük modellerin kullanımı bu sınırlamaları azaltırken , ayırma çizgisini engellemektedir.(ASM Handbook , 1988) 14 15 3. HARCANAN MODEL İLE DÖKÜM YÖNTEM İNE GENEL BAKI Ş Bir parçanın H.M.D prosesi ile üretimine karar verildikten sonra köpük modelin çe şitli kesitlerini yapaca ğımız sistem ve ekipmanların dizaynı gerekir. Köpük modelin üretimi için aletin dizaynı önemlidir çünkü bu sistem ; • Köpük model kalitesini , • Yüzey ve içsel olarak tanelerin kaynamasını , • Üretim çevrim süresini , belirlemektedir. Kalıp (alet) dizaynı basit veya kompleks olabilir. Köpük kesitinde büyük iç boşlukların yapımında katlanabilen maçalar bazen kullanılabilir. Ama karma şık döküm dizaynında çe şitli köpük kesitlerin ayrı ayrı yapıp , birle ştirmekle de (yapı ştırma) final modeli olu şturmak mümkündür. Kalıp (alet) dizaynı ve yapımı maliyetli ve uzun zaman alabilmektedir. Prototip veya az sayıda parça için köpük blokların kesilip i şlenerek ve elle yapı ştırma ile model yapılabilir. Bu kullanı şlı ama üretilen dökümlerin yüzey kaliteleri ve tamlı ğı düşük olup , elle yapılan yapı ştırma hatalara neden olabilir. (Monroe , 1992 ) Şekil 3-1 de H.M.D prosesinin şematik gösterimi yer almaktadır. 15 16 Şekil 3-1. H.M.D prosesinin şematik gösterimi (Monroe , 1992 ) H.M.D yönteminin şematik i şlem akı ş diyagramı şöyle gerçekle şir : 1. Polistiren tanelerin üretimi , 2. Buhar üreticisi ile E.P.S taneleri ön şi şirme yapılarak , presleme kısmına yollanır. 16 17 3. Köpük parçalarının dilimlerini kurutarak pentanı uçurulur. (Bu i şlem için konveyör bantlı kurutma fırını kullanılır.) 4. Köpük parçaları yapı ştırıcı ile birle ştirilir. 5. Köpük parçaları salkım haline getirilir. 6. Yolluklar ilave edilir. 7. Salkım , sıvı refrakter içine daldırılır. 8. Refrakter kurutma fırınında kurutulur. 9. Salkım döküm kutusuna yüklenir. 10. Döküm kutusu kum ile doldurulur. 11. Ergiyik metal dökülür. 12. Metal dökümü so ğutulur. 13. Dökülmü ş salkım döküm kutusundan alınır. 14. Refrakter uzakla ştırılır, parça temizlenir. 15. Ürün bitirilir. 3.1 Model Kalıplama Tanelerin Ön şi şirilmesi : Köpük model parçası üretimi iki basamaklıdır. İlk a şama tanelerin ön şi şirilmesidir. Köpük için genelde polistiren kullanılır. Hammadde EPS ‘dir. Bu tanelerin yoğunlu ğu 0,6 gr /cm 3 ‘dür. Köpük modelin yapımının ilk a şaması plastik tanelerin kullanılacak yo ğunlu ğa kadar geni şletilmesidir.Alüminyum dökümünde kullanılan köpükler 0,0224 - 0,0256 gr/cm 3 yoğunlukta olup ; demir dökümünde kullanılanlar ise 0,016 – 0,0224 gr/cm 3 aralı ğındadır. (Smith vd. , 2000) Kalıplama : Ön şi şirilmi ş taneler stabilize edildikten sonra köpük model yapımı için kullanılabilir. Unutmamak gereklidir ki stabilize etme a şaması nihai köpük kalitesini ve boyutsal tamlı ğı etkileyen faktördür. İkinci a şama ; ön şi şirilmi ş tanelerin kalıba transfer edilmesidir. Kalıplama makinesi içindeki takım i şlem sıcaklı ğına ısıtılır ve çevrimin ba şlaması için kapatılır. Ön şi şirilmi ş taneler kalıp bo şlu ğuna doldurulur. Köpük üretiminde 17 18 çok fazla kalite problemi olu şur. E ğer tam olarak doldurma yapılmaz ise dolum tabancaları boşlu ğun tam olarak doldurulmasında önem arz eder.Kalıp bo şlu ğu ön şi şirilmi ş tane ile dolduktan sonra buhar çevrimi ba şlatılır. Buhar önce kalıbın bir kesitinden di ğer tarafına hava borusu yardımıyla geçirilir. Buharın ısısı taneleri yumu şatır ve geni şletir. Buhar tekrardan zıt yönde geçirilir ve bu sayede taneler geni şler ve birbirine kaynar. Kaynamadan sonra kalıp boşlu ğunun basıncı artar.Kalıbın yüzey sıcaklı ğı artar ve köpü ğün dı ş yüzeyi kaynar. Bu i şleme otoklav a şaması denir. E ğer bu a şamada fazla ısınma olursa tanelerde çökme olur.Buhardan sonra ; köpük süratle so ğutulur. Bu da yüksek hacimli su spreyle veya az miktarda az miktarda suyun vakumla kullanılmasıyla sağlanır. Kalıp açılır ve so ğutulmu ş köpük çıkartılır. Bu a şamada köpük halen yumu şak olup distorsiyon riski vardır.(Smith vd. , 2000) 3.2 Model Olgunla ştırma Kalıplamadan sonra köpük boyutsal olarak kalıcı de ğildir , kalıptan çıkarıldıktan sonra 30 gün içinde yakla şık % 0,8 oranında küçülür. Çekme , mutlaka kontrol edilmelidir. Modeli kararlı kılmanın bir yolu yapay ya şlandırmadır , bu i şlemde modelin olgunla şması (yaşlanması) hızlandırılır. Olgunla şma 60-70 ºC ‘ ta 2-18 saat arasında bir fırında yapılır. Yapay olgunla ştırma modellerin boyutsal tamlı ğını azaltmaya öncülük eder. Sonuçta H.M.D yönteminde en iyi boyutsal tamlı ğı sa ğlamanın yolu ; • Dikkatli dizayn • İyi kalıp hazırlama • Ön şi şirme i şleminin kontrolü • Toplama öncesinde bilgili olarak olgunla şmanın yapılması • Uygun model kaplanması ve kum sıkıla ştırma • Metal döküm prati ği ile sa ğlanır. 3.3 Model Kesitlerin Toplanması Köpük kesitleri (parçaları) olgunla ştırıldıktan sonra toplanmalıdır. Bu a şamadaki dönü şler veya boyutsal olumsuzluklar nihai döküm ürününede aynen yansıyacaktır. Bu nedenle bu a şamada hassasiyet şarttır. Parçalar birbirine otomatik makinede sıcak-erimi ş yapı ştırıcılar 18 19 kullanılarak yapı ştırılır. Yapı ştırıcı , parçaları bir arada tutacak güçte olmalıdır. Hızlı donmalıdır ki aksi halde üretim hızında dü şme olacaktır ; bu döküm hatalarına neden olmamalıdır. Yolluk ve di ğer sistemler elle veya otomatik olarak köpük modele veya döküm salkımına ba ğlanır. (Smith vd. , 2000) 3.4 Model Kaplama Toplamadan sonra köpük salkımı seramik ile kaplanır. Bazı alüminyum döküm uygulamaları modelin kaplanmasına ihtiyaç duymaz ama demir asıllı ala şım dökümlerinin neredeyse tamamında kaplama esastır. Ayrıca kaplama hep avantaj sa ğlar. Kaplama eriyik haldeki metal önünde bir bariyer olu şturarak metalin döküm sırasında kuma nüfuz etmesini veya kumu a şındırmasını engeller. Ayrıca bu kumun sıvı metal ile geri çekilen köpük arasındaki bo şlu ğa düşmesini engeller. Köpükte olu şan da ğılan ürünlerin kaçı şınada izin verir. Kaplama yine kum sıkı ştırma sırasında köpük modelin istenen şekilde kalmasına yardım eder. (Smith vd. , 2000) Kaplama köpük salkımına daldırma , spreyle veya doldurma ile uygulanır. Yapısı su bazlı ta şıyıcılı seramik çamurudur. Köpük salkımı kaplandıktan sonra kurutulur yoksa dökümde porozite ve yüzey hataları olu şur. Kaplamanın her salkımda e şit olması döküm kalitesini belirler. Salkım dü şük nemli odada kurutulabilir ama genelde hava sirkülasyonlu etüv tercih edilir. Bu i şlem 40-60 ºC ‘ta 2-10 saat sürer. (Monroe , 1992 ) 3.5 Kum Doldurma ve Sıkı ştırma Kaplanmı ş ve kurutulmu ş salkım derece içine konur ve ba ğlı olmayan kumla desteklenir. Kum , salkımın çevresini sıkıca doldurmalıdır ama modelde özellikle iç bo şluk doldurulurken distorsiyon ve bozulmalara neden olmamalıdır. Bu a şamada kum doldurma ve sıkı ştırmanın model üzerinde deformasyona neden olmaması şarttır. Sıkı ştırma , kumun doldurulması sırasında yapılırsa kumun ideal içsel bo şluklara giri şi kolayla şır ve model deformasyonu azalır. (ASM Handbook , 1988) 3.6 Döküm Metal dökümü klasik model dökümüne göre H.M.D’de daha kritiktir. Ço ğunlukla dökümden döküme olan de ği şimleri engellemek için otomatik döküm kullanılır. E ğer döküm i şleminde kesinti olursa kum da ğılarak kalıbın çökmesine neden olabilir. Döküm hızı yüksek olmalıdır ki bu sayede kalıp çökmez ve köpük artıkları kaçabilir. (Monroe , 1992 ) 19 20 Köpük artıklarının kaçı şı için ; • Yolluk sistemi • Döküm dizaynı • Kaplama özellikleri • Kum özellikleri • Döküm i şlemi parametreleri dikkate alınmalıdır. (Monroe , 1992 ) 3.7 Temizleme ve Bitirme H.M.D yönteminde temizleme basittir ; çünkü ayırma çizgisi ve çapak olu şumu azaltılmı ştır ki bu da bitirme i şlemlerini ortadan kaldırır. Ama yolluklar daha büyük olup , klasik i şlemlere göre uzakla ştırma zordur. Bu yöntemde H.M.D döküm yönteminin boyutsal tamlı ğı malzeme uzakla ştırmayı azaltmı ştır. (Littleton ,vd. , 1998) 3.8 Di ğer H.M.D Yöntemleri 3.8.1 Ba ğlı Kum Büyük çelik döküm uygulamalarında kullanılır. Kullanıcıların gaz ve karbon alma problemlerinden kaynaklanan bir nedenle köpük modeller döküm öncesi kum kalıptan dı şarı alınır. Bu i şlem sınırlı döküm üretiminde tercih edilir. Model EPS‘den i şlenerek çıkartılır. Bu özellikle büyük parçalar için ekonomik üretimi sa ğlar. EPS model yapımı tahta modellerin maliyetinin yarısıdır. Ayrıca maçalar ortadan kaldırılır ki , döküm boyutsal tamlı ğıda iyidir. Büyük boyutlu modellerin kullanımında ; • Ta şıma hassas olmalıdır , • Kalıpma ve kaplamaya özen gösterilmelidir , • Kum sıkı ştırmada model hasar görmemelidir ki bu sayede model hata toleransı dü şük olur. (Littleton ,vd. , 1998) 20 21 3.8.2 Seramik Kabuk Köpük modeller çe şitli seramik tabakaları ile kaplanır ve tüm katmanları kurutulur , seramik kabuk pi şirilir. Pi şirme seramik kabu ğunun dayanımını arttırır ve ayrıca döküm bo şlu ğundan köpüğü uzakla ştırır.Seramik kabuk ba ğlı olmayan kum ile desteklenir. Bu i şlemde büyük dökümler , hassas döküme yakın tamlıkta yapılabilir. Ayrıca köpük kabuktan , önceden uzakla ştı ğı için yüksek yo ğunlukta köpük kullanılabilir. Bu şekilde kararlı boyutlar , iyi yüzey kalitesi , ta şıma dayanımında artı ş ve deformasyonda azalma elde edilir. Normal dolu kalıp tipi prosese göre pi şirme ve tabaka tabaka seramik kabu ğun olu şturulması pahalıdır. Ama hassas dökümde , balmumu yerine köpük kullanımı sermik kabu ğun daha hızlı kurutulmasına imkan verir. Köpük so ğumayacak ve çekmeyecek bu da kabukta balmumu kullanımında olu şabilen çatlamanın önüne geçecektir. (Littleton ,vd. , 1998) Burda şu kazançlar vardır ; • Verim artı şı , • Çıkıcıların ve yollukların yerleri serbest seçilebilir , • Yolluk dizaynı basit , • Maçalar ve kum ba ğlayıcıların ortadan kalkması , • Temizleme maliyetinin azalması , • Yatırım maliyetlerinin azalması , • Çelik veya dökme demir blok dökümünde avantaj sa ğlanmasıdır. 21 22 4. KÖPÜK MODELLER İN ÖZELL İKLER İ 4.1 Kompozisyon Polistiren hem petrol hem do ğalgazdan yapılan % 92 karbon ve % 8 hidrojende olu şmu ş uzun zincirli bir hidrokarbon polimeridir. Şekil 4.1 de polistiren tanelerin üretim akı ş diyagramı görülmektedir . Do ğalgaz Ham Petrol Propan Etan Benzen Etilen Etil Benzen Stiren Stiren Pentan / Bütan Köpük Polistiren Şekil 4.1 Polistiren tanelerin üretim akı ş diyagramı (Monroe , 1992 ) Polistirene , polimerizasyon sırasında geni şletici olarak a ğırlı ğını % 4-8 ‘i kadar pentan ilave edilir. Şekil 4-2 de ön şi şirilmi ş tanelerin hücre yapısı görülmektedir . 22 23 Şekil 4.2 Ön şi şirilmi ş tanelerin hücre yapısı (Monroe , 1992 ) 4.2 Yo ğunluk ve Mekanik Özellikler Köpü ğün özelliklerinin ilk kontrolu için yo ğunluktan yararlanılır. Yo ğunluk tam tespit edilmeden di ğer özelliklerin ölçülmesi imkansızdır. Genelde döküm uygulamaları için dü şük yoğunluklu köpükler arzu edilir. Özellikle plastik artıklarının döküm bo şlu ğundan uzakla ştırılması kritik oldu ğu için , dü şük yoğunluktaki köpükler en iyi sonuçları verir. Dü şük yoğunluklu köpük katlanma ve katmer olu şumu hatalarını aluminyum döküm için azaltır ; ayrıca demir asıllı ala şımların dökümündeki karbon parlaklı ğı ( lustrous ) hatasıda azalmaktadır. En iyi döküm sonuçları düşük pratik yo ğunlukla elde edilir. Dü şük yoğunluklar köpüğün mekanik özelliklerinden kayıp vermesine sebep olur. Bununla birlikte model yoğunlu ğu önemli iken ; mekanik davranı şlar model dizaynı ve kaynama ile de etkilenir. (Littleton ,vd. , 1998) Şekil 4-3’de yo ğunlu ğun gerilme mukavemeti üzerine etkisi , şekil 4-4’ de yo ğunlu ğun kırılma (biçme) mukavemeti üzerine etkisi ve şekil 4-5’ de yo ğunlu ğun e ğme mukavemeti üzerine etkisi görülmektedir . 23 24 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0.016 0.08 Yo ğunluk gr/cm3 Gerilme Muk. psi Şekil 4.3 Yo ğunlu ğun gerilme mukavemeti üzerine etkisi (Littleton ,vd. , 1998) Yukarıdaki şekil yo ğunlu ğun gerilme mukavemeti üzerindeki etkisini gösterir ; dayanımdaki artı ş tamamen yo ğunluk artı şı ile ilgilidir. Yanlız gerilme mukavemeti ta şıma sırasındaki hasarlara kar şı olan dayanımı yansıtır ve bozunma direnci ölçmede kullanılmaz. 0 10 20 30 40 50 60 0.016 0.04 Yo ğunluk gr/cm3 Kırılma (Biçme) Muk. psi Seri 1 Şekil 4.4 Yo ğunlu ğun kırılma mukavemeti üzerine etkisi (Littleton ,vd. , 1998) 24 25 0 50 100 150 200 250 300 0.016 0.08 Yo ğunluk gr /cm3 E ğilme Muk. psi Seri 1 Şekil 4.5. Yo ğunlu ğun e ğme mukavemeti üzerine etkisi (Littleton ,vd. , 1998) Şekil 4.6’de yo ğunlu ğun basma dayanımına etkisi ve deformasyon de ğerleri görülmektedir . 0 20 40 60 80 100 120 140 0.016 0.08 Yo ğunluk gr/cm3 Basma Mukavemeti , psi 5% Deformasyon 10% Deformasyon 15% Deformasyon 25% Deformasyon Şekil 4.6. Yo ğunlu ğun basma dayanımına etkisi ve deformasyon de ğerleri (Littleton ,vd. , 1998) Basma dayanımı köpük salkımının parçalanmaya kar şı olan direncini ölçmek için yararlıdır. 25 26 4.3 Bozunma H.M.D yönteminde , deformasyon dayanımdan daha önemli bir kavramdır. Parçalanmı ş modeller hurda olarak sonuçlanır. Modelin ta şınmasında mukavemet , kırılma olmadan ta şınması için önemlidir. H.M.D i şleminde deformasyona direnç , bozunmanın azaltılmasında önemlidir.Bozunmaya kar şı direnci belirlemede iki özellik önemlidir ; sertlik ve sürünme direnci. Şekil 4-7’de 0.016 gr/cm 3 ’ lük köpük modelde sabit baskıda sürünme görülmektedir. Sertlik , mekanik yükleme ile kısa sürede malzemedeki deformasyon olu şumunun incelenmesidir. Dizayn yapılırken malzemenin limitlerinin % 20 altı , güvenlik faktörü olarak alınmalıdır. (Smith vd. , 2000) Şekil 4.8’de 0.024 gr/cm 3 ’ lük köpük modelde sabit baskıda sürünme görülmektedir . Şekil 4-7. Sabit baskıda sürünme (Smith vd. , 2000) 26 27 Köpük: 0,024 gr/cm3 0 1 2 3 4 5 6 0 200 400 600 800 1000 1200 Zaman , saat Deformasyon % 4 psi 6 psi 8 psi 10 psi Şekil 4.8. Sabit baskıda sürünme (Smith vd. , 2000) Sürünme dayanımı , köpü ğün yava ş biçimde deforme olmasının ölçülmesinde kullanılır. 4 psi’lik bir yükleme maksimum % 0,5 ’lik ortalama deformasyon verir , bu da birçok döküm uygulamasında kabul edilmez. Sürünme numunelerin erime sıcaklı ğına yakla ştıkça artar. Hatta yapay olgunla ştırmada sürünme sebepli deformasyona sebep olabilir. Ilık köpü ğü kalıptan çıkartma ve ta şımadaki özensizlikler önemli deformasyonlara neden olabilir. (Smith vd. , 2000) 27 28 4.4 Di ğer Özellikler Köpük yapı ştırıcı uyumu . Köpükteki önemli özellikler Minimize kül veya di ğer artıklar . Su ve kaplamadaki di ğer çözücülere dayanım . Köpük polistiren tüm sıvılara direnç göstermez ama su ve suda çözünen maddelere dirençlidir. Ayrıca sulu asit ve alkalinler , metil alkol , propil alkol , çimento , kireç ve silisyum ya ğlarınada dayanıklıdır. Parafin ya ğı , bitkisel ve hayvansal ya ğlara , dizel yakıtı ve vazeline ise az miktarda tahrip olur. E.P.S organik çözücülere , aseton ,gaz-ya ğı , aseton , ester veya benzer hidrokarbonlara kar şı direnç göstermez. Susuz asitler örne ğin asetik , nitrik veya sülfürik asit , E.P.S köpükleri tahrip eder. (Monroe , 1992 ) , 28 29 5. KÖPÜKLER İN ÖN ŞİŞİR İLMES İ 5.1 Polistiren Tanelerin Ön şi şirilmesi E.P.S ‘de plastik polistiren ve şi şirici madde ise pentandır. Ham taneler 0,6-0,7 gr/cm 3 yoğunlu ğundadır. Ön şi şirme ba şlangıcı için taneler yumu şayacakları sıcaklı ğa ısıtılır ve aynı zamanda ısı , şi şirme maddesinin yumu şak plastik tanesi içinde geni şlemesine sebep olur. Bu geni şleyen gaz yumu şak plastik içinde kabarcıklar (baloncuk) olu şturur ve bu da tanelerin geni şlemesine neden olur. (Monroe , 1992 ) Tanelerde do ğru yo ğunlu ğu sa ğlamak için Isıtma + So ğutma Kontrollu Ön şi şirme , kalıplama ve olgunla ştırmanın uygun biçimde yapılması için şi şirici madde olarak kullanılan pentanın kontrol edilmesi ve izlenmesi gereklidir. Ham taneler genel olarak % 4-8 pentan içerir. Dü şük yo ğunluktaki köpükler daha yüksek seviyede pentana ihtiyacı vardır. Normal olarak pentan miktarı % 4 ‘ten az ise ham tanecikler ba şarıyla ön şi şirilmez ve kalıplanamaz. (Monroe , 1992 ) Tanelerden muhtemel pentan kaybının kapalı ta şıyıcı içindeki azalı şı şekil 5.1 ‘de gösterilmi ştir. Şekil 5.1. Kapalı bir ta şıyıcıda polistiren tanelerden muhtemel pentan kaybı (Monroe , 1992 ) 29 30 Pentan kaybı ta şıyıcı açıldıktan sonra daha da fazlala şmaktadır. Sorunun çözümü ; taneciklerin daha ufak ve a ğzı sıkıca kapalı ta şıyıcılarda açıldıktan sonra depolanmasıdır. 15 ºC’nin altında pentan kaybı ihmal edilebilir düzeye iner , 15-30 ºC arasında bu hammadde 3 ila 5 ay arasında kapalı kaplarda depolanabilmektedir.Yakla şık olarak pentanın % 1’i önşi şirmede kaybolmaktadır , böylece bu i şlem sonunda pentanın % 3’ü kalmaktadır. Kalıplanmı ş köpük parçaları %1,5 pentan ihtiva eder ve bu işlemden 30 gün sonra depolamada pentan miktarı % 0,5’e geriler , bu modelin depolama esnasında çekmesinin nedenidir. Ham tane depolanan alan günde 8-10 kere havalandırılmalıdır. Havadaki pentan miktarı saat ba şı ölçülmelidir. Çünkü pentan patlamaya veya yangına neden olabilir. E ğer kap açılmı ş ise hammadde so ğuk depolarda tutulmalıdır. Ham veya ön şi şirilmi ş E.P.S taneleri çe şitli boyutlardadır. Büyük tanecikler daha yava ş pentan kaybeder ve genel olarak ön şi şirilmesi ve kalıplanması daha basittir. Arzu edilen yüzey yapısı ve köpük modellerde daha ufak taneler kullanılır. Küçük taneler ince kesitlerin doldurulmasına izin verir. Bunların boyutları yo ğunluklarına göre de ği şir ve boyutları 0,00254-0,00508 mm arasındadır.Yo ğunlukları azaldıkça boyutları artmaktadır. Taneler normal olarak orijinal hacimlerinin 20-50 katı arasında geni şletilebilirler ki bu da 0,0192- 0,0272 gr/cm 3 ‘dür. (Smith vd. , 2000 ; Monroe ,1992) Polistiren buhar ile ısıtıldı ğında 80 ºC ‘ta pentan baloncukları çekirdeklenmekte ve 100 ºC ‘ta , pentanın buharla şma noktasındır ve bu pentanın geni şlemesine neden olur.Bu sıcaklıkta plastik yumu şamaya ba şlar. Yumu şama sıcaklı ğında pentan tane hücre duvarlarından süratle kaçmaktadır. Ön şi şirmeden sonra , taneler model yapımı için yeterli pentanı saklamalıdır. Dü şük yo ğunlu ğu sa ğlamak için , taneler uygun sıcaklı süratle ısıtılmalı ve ön şi şirmede minimum süre harcanmalıdır. Uzun önşi şirme çevrimi tanelerde da ğılma veya kalıp için etkin yeterli pentanın kalmamasına neden olur. Şekil 5-2’de , polistiren tanelerin su buharı ile ön şi şirilmesi sırasındaki zamana ba ğlı yoğunluk de ği şimi görülmektedir . (Monroe , 1992 ) 30 31 Şekil 5.2. 1.5 ve 2.6 mm’lik polistiren tanelerin su buharı ile ön şi şirilmesi (Monroe , 1992 ) Ön şi şirmede gere ğinden fazla süre ve sıcaklık düşük pentan miktarı ve yüksek yo ğunlu ğa neden olur.Ön şi şirilmi ş tanelerde boyut da ğılımıda önemlidir. Geni ş bir tane boyut da ğılım aralı ğı tanelerin segregasyonuna neden olur bu da model kalitesini ve sonraki a şamada döküm kalitesini azaltır. Örne ğin yo ğunlu ğunun uygun olup , tane boyut da ğılımının uygun olmaması gibi. Ön şi şirmede amaç şunlardır ; (Monroe , 1992 ) • Dü şük köpük yoğunlu ğuna ula şmak , • Kabul edilebilir pentanı yapıda tutmak , • Sıkı tane boyut da ğılımını sa ğlamak , • Minimum tahrip olmu ş tane miktarı . 5.2 Ekipmanlar 5.2.1 Vakum-Kuru Ön şi şirici Vakum- kuru ön şi şirici en yaygın olarak kullanılan cihazdır. Bu ekipman yo ğunlu ğu 0,92 gr/cm 3 ‘e dü şürmek için dizayn edilmi ştir. Geni şletme odası silinmdirik olup , yatay bir merkez çizgisine sahiptir. Odanın duvarlarının ısıtılması için kullanılan bir buhar ceketi vardır , iç kısımda ise duvarları ön şi şirme esnasında sürekli kazımak için bir seri çark 31 32 bulunmaktadır. Bunun amacı , şi şmi ş olan tanecikleri engellemektir. Odanın di ğer bir unsuru ise besleme de ğirmenidir ki bu ön şi şirme için ham taneciklerin hacimsel şarjını hazırlamaktadır. Odanın ayrıca su şarjı veren ve ön şi şirme sonunda taneleri so ğutup kararlı hale getirecek vakum sistemi vardır. Son olarak oda yeni ön şi şirilmi ş tanecikleri bo şaltma de ğirmenine yollayacak bo şaltıcısı vardır. (Austin , 1998) Taneleri ön şi şirmeden önce , ham tanelerin ya ğlanması ile kaynaması ve topak olu şturması engellenir. Normal olarak kullanılan ya ğlayıcı susuz silikadır. Hammadde a ğırlı ğının % 0,1’i kadar sisteme dahil edilir. Tane ve ya ğlayıcı 30 dakika karı ştırılır.Ya ğlayıcı taneler arasında önşi şirme sırasında bariyer görevi görerek , taneler arası kaynamayı önler. Susuz silikanın vakum-kuru ön şi şiricide kullanımı önemlidir çünkü bu uygulamada yüksek yüzey sıcaklıklarına ula şılır. Fazla ya ğlayıcı kullanımı kalıplamayı güçle ştirir. Vakum-kuru ön şi şirici , çevrimine iç duvarlar önısıtılarak ba şlar ve ön şi şirme i şlemi yüzeylerin ilk sıcaklıklarının kontrolü ile sa ğlanır. Uygulanan önısıtmanın süresi , yo ğunluk kontrolünde kritik husustur. Buhar ceketindeki buhar basıncıda bir etken olup , normal olarak yakla şık 10 psi civarında olmalıdır ; ayrıca buhar kaliteside ön şi şirilmi şlerin ilk ısıtılmasında etkindir. Ön ısıtmadan sonra , hacimsel şarj oda içine bırakılır ve vakum uygulanır. Taneler sabit olarak karı ştırılarak yumru olu şturmaları engellenir.Taneler önceden belirlenmi ş zaman içinde geni şlemeye bırakılır ve oda içine su enjeksiyonu ile şi şirme i şlemi durudurulur. E ğer taneler so ğumadan vakum kaldırılırsa tanelerin ço ğu topakla şır. Bunun sebebi sıcak yumu şak yüzeyleri üzerindeki yüksek basınçtır. Tanecikler so ğuduktan sonra , oda dı şına üflenir ve bir ekran içinden geçirilerek , topak tumruların uzakla şması sa ğlanır. Geni şlemi ş yoğunluk de ğeri bu ekrandan geçtikten sonra kontrol edilir. Şekil 5.3’ de prosesin akım şeması görülmektedir . (Austin , 1998) 32 33 Polimer partiküller kapalı kaba şarj edilir Yumu şama noktasının üzerinde kuru atmosferde karı ştırma ve ısıtma Karı ştırma ve ısıtmadan sonra Geni şlemesi için vakum uygulanması Vakumun Kapalı kaba so ğutucu ilavesi kaldırılması Vakumun kaldırılması Ön şi şirilmi ş tanelerin de şarj edilmesi Ön şi şirilmi ş tanelerin oldukça dü şük yo ğunlukla de şarj edilmesi Şekil 5-3. Proses akım şeması(Austin , 1998) 5.2.2 Direkt Buhar Ön şi şirici Burda taneler direkt olarak buharla kar şıla şmakta ve böylece ön şi şirme meydana gelmektedir. Direkt-buhar önşi şirici dikey bir odaya ve silindirin altında yer alan bir karı ştırmaya sahiptir. Alt kısım elekten yapılmı ş olup , buhar çember içindeki tanelerden buradan girerek geçmektedir.Ön şi şirme tamamlanınca , taneler odanın alt tarafından dü şmekte ve stabilize olmasına izin verilmekte ve akı şkan havalı yatakta kurutulur. Daha sonra taneler elekler vasıtasıyla boyut sınıflandırılması yapılır Böylece yumrular elimine edilir ve depolama çantasına üflenir. Bu uygulamada çinko-stearate ya ğlayıcı olarak kullanılır. Bu ayırıcının vakum-kuru geni şleticide kullanılma nedeni yüksek duvar sıcaklı ğının söz konusu olmasıdır. Ayrıca susuz silika direkt-buharın kullanıldı ğı sistemdeki ıslak ko şullarda etkili de ğildir. Çinko-stearate 33 34 miktarı 0,05-0,2 % civarında olup bazen susuz silika ile birlikte kullanılabilir. Şekil 5-4’de direkt-buhar ön şi şiricide E.P.S tanelerinin şi şirilme adımları görülmektedir. Şekil 5-4. Direkt-buhar ön şi şiricide E.P.S tanelerinin şi şirilme adımları(Austin , 1998) 34 35 5.3 Tanelerin Islah Edilmesi Taneler ön şi şirmeden sonra hemen kalıplanamaz çünkü tanelerin so ğutulması , pentanın yoğunla şmasına neden olur bu da tanelerin iç kesiti içinde negatif bir basınca sebep olur. E ğer taneler ön şi şirmeden sonra sıkı ştırılırsa ; bunla yassıla şmakta ve tekrardan düzelmemektedir. Taneler kalıplanarak model kesiti haline getirilmeden önce kurutulmalı ve kararlı hale getirilmelidir. Kararlı hale geli ş süresince , taneler hava absorbe eder. E ğer önşi şirmeden sonraki zaman çok kısa olursa ; kalıplama sırasında taneler geni şlemeyecek ve dü şük yüzey kalitesi elde edilecektir. Bunlar kalıbın bazı alanlarında çökebilecektir. Gerekli minimum zamanı önşi şirme ko şullarına ; rutubet , sıcaklık ve yo ğunluk belirler. En iyi sonuçlar için genelde 2 saat beklemek gerekir. Di ğer tarafan , e ğer kararla ştırmanın zamanı çok uzun tutulursa tanecikten şi şirici madde kaçar.Bunun sonucu taneler kalıplama sırasında geni şlemez ve bu da iyi model kesitlerinin elde edilmesini engeller. İdeal artık şi şirici madde miktarı , kalıplama ko şulları , tane yoğunlu ğu ve modelin kesitinin boyutlarına ba ğlıdır. Şi şirici maddenin fazla kaybının engellemek için taneler ön şi şirmeden 12 saatten az zamanda kullanılmalıdır. Model kesitleri 48-72 saatlik tanelerle yapılabilir. Ama bu da dü şük yüzey kalitesi ile daha az tahmin edilen çekme olgusunu olu şturur.E ğer modelin yapımında ya şlı tane kullanılırsa çekme küçülmesi artar ama model boyutlarının daha sonraki de ği şimleri durur.Kararla ştırma zamanı ayrıca “tavlama” olarak bilinir. Bu i şlemde 1-5 m 3 ‘lük silolarda yapılır. Silolar , tahta veya metal çerçeve içine yerle ştirilmi ş a ğlı çantalardır. Metal kesitler veya çerçeveler topraklanmalıdır , bu E.P.S’de statik şarjı azaltır. (Monroe , 1992 ) Yeterli havalandırma bu tehlikeyi azaltır ve tehlikeyi engeller. Statik şarjlar tehlikeli olabilir çünkü tanelerden kaçan pentan bu bo şalma ile tutu şabilmektedir. Ayrıca operatörede boşalabilir bu nedenle kalıp doldurmada statik şarj tehlike yaratabilir. E.P.S tanelerin ön şi şiriciden silolara ve oradanda kalıplama makinesine aktarım pnömatik olarak yapılır. Tanelerin nakli sırasındaki karı şma hareketi genel olarak statik bir şarjın olu şması ile sonlanır. Bazı nakil sistemleri plastik tüp kullanılırki bu da tüp içinde bir toprak köprüsü içerir. Toprak köprüsü statikli ği kontrolde yetersizdir ve tanelerin naklinide engellemeye neden olur. Genel olarak metal tüplerin kullanımı tane naklinde daha etkilidir , 35 36 çünkü bunlar topraklanabilir ve tanelerin akı şını engellemez. Tüpün yönünü de ği ştirirken , tüpün çapında be ş kat daha büyük dirsekler kullanılır. Tanelerin naklinde kullanılan üfleyiciler tanelerin akı şından izole edilmelidir. Üfleç içinden tanelerin geçmesi , tanelerin yo ğunlu ğunu arttırırken model kesitlerin üretiminde yüzey hatalarına neden olur. (Monroe , 1992 ) Ön şi şirme ve kalıplama ekipmanları bir buhar üreticisine ihtiyaç duyar. 1 kg E.P.S ‘nin önşi şirilmesi 0,3-0,5 kg buhara ihtiyaç duyar. Yine 1 kg E.P.S ‘nin kalıplanması 4-40 kg buhar ihtiyacı vardır. Buhar jeneratörleri 50-150 kg buharı 30-90 sn’de sa ğlayabilmelidir ve 100-118 ºC ‘ta doymu ş buharı sürekli yaparak bu makinelere verebilmelidir. Buda farklı basınçlara ayarlanabilir. 2-10 m 3 kapasiteli üniversal kaynatıcı ile sa ğlanır. Yüksek hızlı kaynatıcılar normal H.M.D yöntemi operasyonlarının gereksinimlerini kar şılamaz. Bunun nedeni ; bunların geni ş (büyük) aralıklı buhar istemidir. (Monroe , 1992 ) 36 37 6. KÖPÜK MODELLER İN ÜRET İM İ 6.1 Kalıp Kalıp , köpük modellerin üretiminde ana etkendir. İyi bir kalıp, idealden zayıf bir kalıplama makinesi üzerinde halen iyi kalitede model kesitleri üretebilir. Zayıf bir kalıp,iyi bir kalıplama makinesinde dahi kötü model kesitleri yapar. Tabiki , ideal kalite ve iletkenlik en iyi kalıplama makinesinde en iyi kalıbın kullanılması ile elde edilir. (Littleton ,vd. , 1996) Kalıbın fiyatı , prosesin ekonomisindeki ana etkendir. Bu fiyat üretimin hacmi üzerinde ve bu teknikle yapılabilecek kalitenin ana faktörüdür. En iyi kalıp tamlı ğı ve stabilitesi alüminyum parçalardan i şlenerek üretilir ama aynı zamanda en pahalı kalıplardır. Maliyet , döküm alüminyumun kalıpta kullanımı ile azaltılabilir ama döküm ile kritik yerleri i şlenmi ş bu malzeme , tamamen makine ile i şlenmi ş kalıplara göre tamlık göstermez. Döküm kalıplardaki hata ve artık gerilmeler kalıp ömrünü sınırlar. Bu malzeme prototip ve sınırlı üretimlerde tercih edilebilir. Elektro- şekil verme ve di ğer üretim teknikleri ile maliyetin azaltılması ve kalıp üretimi için gerekli zamanın kısaltılması denemi ştir ama bunlar genel kabul görmemi ştir. Kalıp kalitesi önemlidir çünkü kalıbın ısısal çevrimi kalıpta bozulmaya ve fazla kullanım sonucu çatlamalara neden olur. Ayrıca kalıp içindeki sıcak veya so ğuk noktalar ayrıca kalıp yüzey kalitesini etkileyecektir. Köpük modelin yüzey kalitesini arttırmak için kalıp yüzeyinin parlatılması gerekir. Sıkı boyutsal toleranslar kalıbın içindeki ba ğlantılaradaki köpü ğün olu şturdu ğu saçakları engellemek için gereklidir. Kalıp gerekli olan yani köpük modelin boyutlarında dizayn edilmelidir. Karma şık parçalar çe şitli köpük kesitlerine ihityaç duydu ğundan ; dizaynın , döküm mühendisi ve köpük modelci köpüğün hangi yerlerden ayrılaca ğı üzerinde anla şmalıdır. (Littleton ,vd. , 1996) CAD yardımıyla arzu edilen parça çıkartılır. Ayırma çizgileri , çekme arkaları ve köpük kesitleri daha sonra dizayn edilir. Her bir köpük kesitin master modelleri imal edilip , incelenir. Kalıp kesitleri 2 mm toleransa kadar i şlenir.2 saat boyunca , boyutlarının kararlı hale gelmesi için 200 ºC’ye ısıtılır. Kararla ştırma sonunda kalıplar önce 0,5 mm daha sonra 0,05 mm kadar toleransla i şlenir. Hava delikleri açılır ve kanallar içine yerle şrilir. Besleme tabancası yeri ayrıca delinir. Son olarak kalıp bo şlu ğu ve içindekiler elle bitirilir ve en iyi boyut performansı için parlatılır. 37 38 Normal olarak ½ dereceli konik e ğim ve çekmeler kalıptan köpü ğün çıkartılamsını basitle ştirir. Kalıplama çevriminde kullanılıcak olan kalıplarda çekici veya iticiye gerek duyulmaz Kalıplar bir kalıp makinesinde hareketli ve sabit kesimle çalı şır. (Littleton ,vd. , 1996) Kalıp , kalıplama sırasında doldurulacak biçimde dizayn edilmelidir. Dü şük yo ğunluktaki taneler kalıbı , kalıp bo şlu ğundaki havanın yerini almalarındaki zorlu ğa ra ğmen doldurur. Şekil 6-1’de kalıplanabilir minimum kesit kalınlı ğı görülmektedir. Şekil 6-1 Kalıplanabilir minimum kesit kalınlı ğı(Littleton ,vd. , 1996) Taneler kalıp boşlu ğu içine bir besleme tabancasından bir hava akımı vasıtasıyla geçerek ula şır. Besleme tabancası , kalıbı doldurabilecek yeterlilikte olmalıdır. Doldurulabilecek minimum kesit kalınlı ğı 3,05 mm’dir ki bu kesit en az 3 tane tanenin yerle şti ği tipik kesit alanıdır. Küçük taneler en iyi dolumu sa ğlar ama küçük taneleri ön şi şirmek ve istenen dü şük yoğunlu ğa getirmek zordur. Küçük taneler , büyük taneler kadar iyi kalıplanamamalarına ra ğmen daha iyi yüzey kalitesi verirler. Kalıp , doldurma esnasında havanın girebilmesi için yeterli delikler içermelidir ve kalıptaki havada bu bo şluklardan çıkabilmelidir. Hava bo şlukları kalıplamada köpük tanelerin içine 38 39 buhar akı şına izin vermelidir. Hava bo şluk delikleri , toplam kalıp yüzey alanının % 2 ‘si kadardır. Delikler 25 mm merkezler üzerine yerle ştirilir ve sabitlenir ki böylece kalıbın di ğer yüzündeki deliklere kar şılıktır. Bunlar normal olarak ba şlıklı ve iki ufak deli ği olan tüp olup , çalı şma yüzeyinde hava veya buhar akı şına izin verir. (Littleton ,vd. , 1996) Kalıp doldurma sırasında aralanırki ,bu da kalıp içideki havanın uzakla ştırılmasına izin verir. Tipik aralık veya havalandırma deli ği çapaksız olarak 0,25 mm olarak kabul edilebilir. Tane depolama kabındaki hava basıncı kalıplama makinesindeki doldurmada kullanılabilir. Kalıplama makinesinde vakum kullanımı doldurmaya yardımcı olur. Doldurma , model yoğunlu ğu içinde farklıla şmalara neden olabilir. Örne ğin , doldurma tabancası altındaki yoğunluk normal yo ğunluktan % 20 daha fazladır. Kesit inceldikçe ve doldurma tabancasından uzakla ştıkça yo ğunluk azalır. Ayrıca yo ğunluk buharın ilk girdi ği yerde azalır ve besleme tabancaları köpük kesit yüzeyinde izde bırakır. Kritik dizayn kabullerinden biride ; kalıbın ısı akı ş karakteridir. Kalıp dizaynı fazla veya az ısınmayı engellemelidir. Kalıp kalınlı ğında farklıla şma yetersiz ısınmaya bu da kaynama eksikli ğine neden olur. Isıtma kadar so ğutmada e şda ğılımlı yapılmalıdır. Kalıptaki hava geçi ş yerleri nazikçe sabitlenmez ise yerinden çıkarak erken veya di şi hatalara neden olabilir. Kalıp kalınlı ğı bo şluk arkasında 9 mm ve di ğer bölgelerde 12,7 – 15,8 mm arasındadır. E.P.S’nin kalıplarındaki normal basınç 25 - 50 psig ‘ dir. Dizaynda genelde kalıbın 50 psi iç bo şluk basıncına dayanması beklenir. (Littleton ,vd. , 1996) 6.2 Model Kalıplama Kalıplama makinesi kalıp yarılarını paralel tutmalı ve kalıp üzerinde veya köpük üzerinde bozulmalara , hasarlara neden olabilecek kaçıklıkları engellemelidir. Kalıplama makinesi sabit ve mobil tepsi arasında 0,4 -1 mm paralel düzende tutulabilir. Böylece kalıp paralel tutulur ve makinedeki bozulmaların önüne geçilir. Genelde kullanılan makine yatay olup (levhaları dikeydir.) toplam kalıp alanı 508 mm x 508 mm veya 1320 mm x 1626 mm’dir. Bununla birlikte dü şey makinelerde ( yatay levhalar) vardır. Kalıp , makine içinde buhar kutusu üzerine yerle ştirilir , bu buharın kalıbın arka yüzeyinde akmasına izin verir. Su spreyi buhar kutusundaki kalıbın so ğutulmasında kullanılır. Hızlı kalıp e şle şmesi , hızlı buhar , hava ve suyun temasları kalıp de ği şim süresini azaltır.(Monroe , 1992) 39 40 6.2.1 Ön Isıtma Kalıp makine içine yerle ştirldikten sonra , önısıtmaya tabi tutulur. Kalıp 100 ºC civarında çalı şır. Önısıtmadan sonra çevrim ba şlamaya hazırdır. Makine birkaç çevrim yapmadan do ğru performansa ula şamaz. Kalıp performansı köpük kesitlerinden belirleniyorsa sistemde eski tanelerin olmaması önemlidir. Ön şi şirmeden 2 saat sonraki taneler kullanılmalıdır , 12 saatten fazla beklemi ş tane kullanılmamalıdır. Kalıp , açık , kuru ve sıcak olmalıdır. Kalıplama öncesi hava kurutma için kullanılır. Çevrim esnasında kalıp kuru kalmalıdır. Her çevrimden sonra kalıbın kurumasını beklemek zaman kaybıdır. Doldurma sırasında kalıp içindeki nem(su) taneler ile yer de ği ştirmez ve modeliçinde bo şluk , açıklık yaratır. Dü şük yo ğunluktaki tanecikler doldurma sırasında a ğır suyu itemez ve bu duruma “su hasarı” denir. (Littleton ,vd. , 1996) 6.2.2 Doldurma Doldurma model kalıplama operasyonunun en önemli kritik adımlarından biridir. Doldurmanın yapılamamasının sonuçları tamamlanmamı ş köpük kesitinde ; zayıf doldurmanın neden oldu ğu düşük yo ğunluk , zayıf yüzey kalitesi ve yetersiz kaynamadır. Temel doldurma kararları kalıp yerle ştirildikten ve çe şitli doldurma tabancaları , havalandırma deliklerinin sayısı , konumları , her bir tabanca ile doldurulacak kesit boyutları ve mesafesi belirlenmesiyle yapılır. E ğer doldurmanın ba şlangıcındaki denemeler tatminkar de ğil ise doldurma sırasında kalıpta aralık açılarak doldurmanın artırılması sa ğlanır bundan hariç olarak basınçlı doldurma , doldurma havasının basıncının ayarlanması veya doldurma tabancalarının yerlerinin sadece bazılarının kullanılmasının denemeleri uygundur. Doldurma havası tedariki yakla şık olarak 100 psi olarak tutulmalıdır. (Littleton ,vd. , 1996) Doldurma tabancaları depodan taneleri çekmek ve bunları kalıp boşlu ğu içine itmek için kullanılır. Her bir doldurma tabancası tanelerin kalıp bo şlu ğuna doldurma esnasında kolaylıkta aktı ğından emin olunabilecek biçimde izlenebilir olmalıdır. Taneler üzerindeki statik şarj doldurmayı engelleyebilir. Bazı zamanlarda tanelerin da ğıtım sistemindeki elektrik topraklama teli , doldurma tabancası hortumunda dahi gerekli olabilir. E ğer doldurma yeterince ba şarılamamı şsa kalıp yeniden çalı ştırılmalı ve yeterli doldurmanın olmasına izin verilmelidir. (Littleton ,vd. , 1996) 40 41 İnce kesitler , daha kalın yapılmalı veya daha fazla dolum tabancası ile havalandırma yapılabilir. Köpük kesitlerinin kalitesi yeniden tekrarlanabilir doldurma olmadan kontrol edilemez. Doldurma çevrimi , havanın doldurma tabancası uçlarını kapatı ğında ve kullanılmayan taneleri geri üfledi ğinde tamamlanır. E ğer doldurma tabancası tamamıyla kapatılmadıysa , taneler kalıp bo şlu ğundan geri üfleme esnasında dı şarı alınacaktır. Bu da dolumun tam olmamasıyla sonuçlanacaktır. Geri üfleme , doldurma operasyonunu sonlandırmaktadır. (Littleton ,vd. , 1996) 6.2.3 Buhar Çemberi Kalıp bo şlu ğunun taneler ile dolmasıyla beraber buhar çevrimine ba şlanabilir. Buharın ilk olarak kalıp bo şlu ğunun bir yüzünden di ğerine do ğru akmasına izin verilir ve daha sonra akı şın tersinir olarak tekrarı sa ğlanır. Kalıp boşlu ğu içinde buharın akı şı çevrimin kaynama kısmıdır ve kalıp içindeki havalandırma kanalları , dolum tabancaları çevresindeki uçlardan ve muhtemel olarak kalıbın kapalı yüzeylerinden geçi şi ile ba şarılır. Buhar köpük kesitinin merkezindeki köpü ğü ısıtır ve bunun sonucu olarak taneler geni şler , yumu şar ve birbirlerine kaynamaya ba şlar. Genel olarak bir köpük kesitindeki yetersiz kaynama çevrimi iyi ta şıma dayanımına sahip olmadı ğını gösterir. E ğer köpük kesiti kırılırsa , bu merkezdeki tanelerin iyi kaynamamasının ve birbirlerine yapı şmamalarının sonucudur. Buna yetersiz kaynama veya alt kaynama denir. Kaynama çevrimi , kullanılan buhar basıncı ve uygulama zamanı ile kontrol edilir. Tipik olarak 15 psig buhar yakla şık 10 saniye kullanılır. Buhar kalitesi ve ön geni şletilmi ş tanelerin ya şı ile yo ğunluklarında de ği şimler , farklıla şmalar oluyorsa buhar ile kaynama çevriminin ayarlanması gere ği ortaya çıkar. (Monroe , 1992) Kaynamadan sonra buhar akı şı olmadan buhar basıncının kalıbının her iki yüzünde in şa edilmesine imkan verir. Buna otoklav adımı denir. Bııhar basıncı kalıp yüzeyinin ısınmasına ve yüzey üzerindeki tanelerin geni şleyerek birbirlerine kaynamasına imkan verir , buhar çevriminin otoklav kısmı kaynamanın içsel olarak tamamlanmasını ve köpük yüzeyinin olu şmasını sa ğlar. Normal olarak otoklav adımının sonunda kalıp 110-120 ºC civarında bir sıcaklı ğa ula şır. Gere ğinden uzun süre yapılan otoklav veya buhar basıncı yüzeydeki tanelerin da ğılmasına veya çökmesine neden olur. So ğuk kalıp yüzeyi ise şekil 6.2 ta görüldü ğü üzere kalitesiz ve kötü bir yüzey kalitesi verir. Otoklav çevrimi , buhar basıncının 15 psig ve çevrim zamanının 10 saniye olarak tutulması ile kontrol edilebilir. 41 42 Şekil 6.2 So ğuk kalıptan kaynaklanan dü şük yüzey kalitesi (Monroe , 1992) Kalıp içinde veya üzerinde her bir buhar akı şının kalıplama a şamasında emin olarak dikkatli ve özen göstererek yapılması gereklidir. E ğer alanda buhar veya so ğutma yok ise yetersiz kaynama ile kar şıla şabiliriz. Bütün buhar çevrimi so ğutma ile dengelenmelidir ve kalıplama çevrimin devamında kalıp sabit bir ısısal çevrim altında tutulmalıdır. So ğutma a şaması otoklav çevrim sonu ile yakın biçimde e şle şmelidir ki bu sayede kaliteli köpük kesitleri elde edilebilir. (Monroe , 1992) 6.2.4 So ğutma Buhar çevrimi otoklav adımından buhar basıncının serbest bırakılması ile sonlanır ve hemen so ğutmaya ba şlanır. So ğutma genel olarak yüksek hacimli su sprey manifoldunun yönlendirilmesi ile sa ğlanır. Bu kalıbı 40-50 ºC civarına so ğutur. Di ğer bir alternatif ise kalıbın arka kısmına az miktarda buhar yollanarak ki bunun devamında ise bir vakum uygulaması ile so ğutma tamamlanabilir. Vakum buhardan suyu uçurmakta ve buhar yoğunla şması ile arzu edilen so ğutma sa ğlanabilir. Vakum köpük kesitinde alı konulan su ve pentan miktarını azaltarak daha iyi bir köpük boyutsal kararlı ğı sa ğlar. (Monroe , 1992) Vakumun kullanımı köpüğün iç kesitinin so ğutulmasını ve kalıbın çok dü şük sıcaklıklara inmeden çalı şmasını sunar ki bu da çevrim ısıtma zamanı ve kalıplama için harcanan enerji maliyetini azaltmaktadır. Vakum kullanılan i şlemde kalıp operasyon sıcaklı ğı 80 ºC civarına düşer. Bununla birlikte , vakum kullanımı soğutma çevrimini uzatmaktadır. 42 43 Hangi so ğutma metodu yapılırsa yapılsın e ğer yetersiz so ğutma kalın köpük kesitinde olu şursa köpü ğün geni şlenmesinde ba şarısızlık olur ki bunun sonucu ise köpük kesiti üzerinde boyutsal farklıla şmanın kontrol edilmesi ve kalitesiz yüzey olu şumudur. Bu duruma post geni şleme denir ve şekil 6.3 ‘de görülmektedir. Şekil 6.3. Model kesitinde fazla geni şleme (Monroe , 1992) So ğutmanın bütün olarak tamamlanması köpü ğün bozulma ve post geni şleme olmadan çıkartılması için esas ve gereklidir. Üst so ğutma veya fazla so ğutma sonucunda so ğutma çevrim zamanı uzamakta ve yeniden ısıtma için gerekli zaman her bir çevrim için artmaktadır. Köpü ğün kalıplama makinesinden çıkartılması için köpük kesitin so ğutulması ve karalı hale getirilmesi gerekir. (Monroe , 1992) 6.2.5 Çıkarma 43 So ğutmadan sonra köpük kesiti kalıptan çıkartılmaya hazırdır. Köpük kesitinin so ğutulması kalan pentan ve nemin yo ğunla şmasını getirir. Buda köpü ğü kalıptan sıyrılmasını ve çıkartılmaya yardımcı olunmasını sa ğlar. Kalıp açılmadan önce geri çekilebilir kalıp kesitleri ve mekanik dı şarı çekme ekipmanları d ı şarı çekilmelidir. Köpük kesiti kalıp içindeki kar şı yüzündeki basıncın kullanımı ile kalıbın bir tarafında kalmaya zorlanır.Hava deliklerinde gelen uygulama hava basıncı sırasında özen gösterilmesi gereklidir. Çünkü gere ğinden fazla hava basıncı kullanımı model üzerinde tahribata yol açacaktır. Hava köpü ğün yüzeyinde çökmelere ve deli ğe neden olacaktır. Normal olarak bazı havalandırma delikleri etkin olup bunlar model içinde çe şitli delikleri üfleme a şamasında olu şturur ki bu tip bir olaya hava 44 hasarı adı verilir.E ğer tahribat ve bozunmanın önüne geçilmek isteniyorsa köpük modelin uzakla ştırılması özen gösterilerek yapılması gerekir. Otomatik olarak köpük kesitin uzakla ştırılması en iyi boyutsal kaliteyi garanti etmektedir. E ğer mekanik çıkarıcıların kullanımı planlanmı ş ise bunların dizaynı ve konumları dikkatle seçilmelidir yoksa bunların kullanımı köpükte bozulmalara veya hasarlara neden olabilir ki bu duruma örnek şekil 6.4 de görülmektedir. Köpük kesitinin dı şarı çıkartılmasında insan kullanımı da genelde tercih edilir ama bunun sonuçları çok büyük boyutsal de ği şimler olabilir. (Monroe , 1992) Şekil 6.4. Model kesitinde çıkarıcı izi (Monroe , 1992) Sprey silikon esaslı ayırma malzemesi bazen köpük kesitin kalıptan uzakla ştırılmasında yardımcı olmak üzere kullanılabilir ama bu tip bir ayırıcı kullanımı köpük kesiti üzerinde yüzeysel hasarlara neden olurken yüzeye bula şan bu malzeme refrakter kaplama i şlemini güçle ştirmektedir. (Monroe , 1992) 44 Yatay makineler bazen modelin su banyosu içine , çıkarma esnasında düşmesine imkan verecek biçimde dizayn edilmi ştir. Bu dü şüş hasar olu şmasına neden olabilir , ayrıca köpük kesiti su banyosu içinden su da absorbe edebilir. Dikey makineler ise otomatik tablaları ve sabitleri ile köpü ğün kalıptan direkt olarak çıkartılabilmesine imkan verir. Bu da dikey çalı şan makineleri yataylara göre çıkartma i şlemi sırasında daha kolay otomatikle şmesini sa ğlar.E ğer köpük parmaklı rafa transfer edilirse köpük kesiti desteklenmek için sabitlenir ki bu i şlem kalıplamadan sonraki iki saat için yapılır ki bu da boyutsal tamlı ğı korumaktadır.Kalıplama çevrimi kalıbın kapatılması, doldurulması , kaynama, otoklav, so ğutma, açılma ve dı şarı çıkarma ile yapılır. Tipik kalıplama çevrim zamanları çizelge 6-1 ‘de verilmi ştir. (Monroe , 1992) 45 Çizelge 6-1 Kalıplama çevrim zamanları(Monroe , 1992) Kapatma …………………….. 5 sn Doldurma ……………………..5 sn Kaynama ……………………...10 sn Otoklav ……...………………..10 sn So ğutma ………………………50 sn Açma ………………………….5 sn Çıkarma ……………………….5 sn Toplam ………………………..90 sn Kalıplama esnasındaki de ği şkenler ve deği şimler köpük modelin kesitindeki kalitenin de ği şmesi ile sonuçlanır. Buhar kalitesindeki veya tanelerin ya şındaki kontrol eksikli ği kalıplama çevrimi içinde de ği şimlere neden olur. Sabitlenmi ş ve devamlı ğı elde edilmi ş çevrimler iyi dizayn edilmi ş kalıplarla beraber kullanımı ile en iyi köpük kesit üretimini sonuçlanır.Kalıplama prosesin kalite kontrolü devamlı sabit sonuçlar elde etmek için önemlidir. Kontrol altında tutulması gereken önemli etkenler çizelge 6-2 ‘de verilmi ştir. (Monroe , 1992) 45 46 Çizelge 6-2 Kontrol altında tutulması gereken önemli etkenler (Monroe , 1992) Proses Malzemeleri • Tane ya şı • Şi şirici gaz • Yo ğunluk Proses Araçları Buhar • Kalite • Basınç Hava • Kalite • Basınç Su • Kalite • Basınç Proses Ayarları • Adım sayısı • Basınç ayarları • Sıcaklık Kalıplama • Tamlık • Temizlik • Mekanik hareketler 46 47 6.3 Model Olgunla ştırma Olgunla şma köpük modelin kullanımı ile kalıplanması arasında geçen zaman olarak adlandırılır. Kalıplamadan sonra köpük kesitlerinde hızlı biçimde boyutsal de ği şimler olmakta ve bunlar yava şlamasına kar şın 30 gün kadar devam etmektedir. Kalıplamadan sonraki göreceli olarak hızlı biçimdeki de ği şim , öncelikle suyun buharla şması , köpük ile atmosfer arasındaki denge , buhar ve pentanın yo ğunla şmasının bir sonucudur. İlk de ği şimlerden sonra ba şlangıç a şamalarında yava şça bir küçülme devam etmektedir ki bunun nedeni ba şlangıçtaki pentan kaybıdır. Bundan sonra ise gerilim bo şalması (elastik dönü şüm plastik dönü şüme dönmesi) çekme için sorumludur ama köpük kesitin boyutları halen olgunla şma zamanın ayarlanması ile yani uzun çekme zamanın sa ğlanması ve yapay olgunla şmanın bir fırın içinde gerçekle ştirilmesi vasıtasıyla kontrol altında tutulabilir. (Petitbon , 1998) Boyutsal de ği şim model kalıplama sırasında olgunla şma ile ilgilidir. Buhar otoklav çevriminin sonlanması ile beraber e ğer kalıplama do ğru yapılmı ş ise köpük kesiti sıcak kalıp boşlu ğu ile tamamen aynıdır Bo şluklar kalıp yüzeylerinin sıcaklı ğı ile yakla şık aynı sıcaklıktadır. Bu sıcaklıklarda köpü ğün duvarlarında hava , buhar ve pentan geçi şi vardır. Su ve pentanın hücre duvarlarından kaçı şı tanelerin yüksek içsel basıncına neden olur. (Petitbon , 1998) Köpü ğün so ğutulması bo şluklardaki su ve pentanın yoğunla şmasına ve bunun sonucunda köpüğün kalıp boyutlarından daha küçülmesine neden olur. Ne kadar küçülece ği bilinmez ama normal kesitin boyutları , kalıptan çıkartılmı ş boyutuna göre %0,4 kadar çeker. Sıcak köpük kesiti hava emerek negatif içsel basınç kazanır ve birkaç saat içinde normal boyutundan %0.2 daha büyür. Köpük daha sonra hücre yapısı içinde sıkı şmı ş olan su ve pentanın kaybedilmesi sebebiyle tekrardan küçülmeye ba şlar. Küçülmenin oranı ve miktarı yapıda sıkı şmı ş olan su ile pentan ve ayrıcada köpük kesitinin depolanma ko şullarıyla da ilişkilidir. Pentan ve su kısa dönemli küçülmeyi domine ederken gerilim gev şemesi ise köpü ğün uzun dönemli küçülmesine neden olur. (Petitbon , 1998) 47 Model kesitlerin küçülmesinin kontrolü, küçülmeyi etkileyen kilit faktör oldu ğu anla şılmalıdır. Kalıplamadan sonraki su ve pentan kaybı küçülmenin ana nedeni olup ve plastik hücre duvarlarının küçülmeye kar şı gösterece ği direnç ise tane içinde kalmı ş olan su ve pentan miktarı ile ilgili olup bunlar kalıplama üzerinde büyük etkisi vardır. 48 Küçülmeyi etkileyen di ğer bir etmen ise köpük kesitlerini üretmekte kullanılan tanelerin tipleri ve boyutlarıdır ki bu unsurlar beraberinde yo ğunlu ğu da belirlemektedir. Küçük taneler daha büyük tanelere göre daha büyük küçülme gösterir. Bununla birlikte genel kabullere göre farklı tane boyutlarının yaratmı ş oldu ğu küçülme farkları model küçülmesinde çok önemli bir faktör de ğildir. Bir önemli kabul ise köpük kalıplamadan önce tanelerin ya şıdır. Ya şlı taneler kalıplanmadan sonra daha az geni şlemektedir ki bu da daha büyük çekmelere ve zayıf yüzey kalitelerinin elde edilmesine neden olur. Bazı model yapımcıları zaman - küçülme e ğrisinin düz olarak devam etmesi yani final boyutlara kısa zamanda ula şıldı ğı için ya şlı tane kullanımı ile küçülmeyi daha rahat kontrol eder. Ama bu ba şarısız bir seçimdir. Çünkü kalıplama içindeki de ği şimler eski tane kullanımı ile büyük boyutsal farklıla şmaları beraberinde getirir ki bu zayıf model yüzey kalitesini de ta şıyan bir husustur. (Petitbon , 1998) Model kesitinin küçülmesinin kontrolünde taneciklerin tipleri sabitlenmelidir. Bu ön şi şirilmi ş tanelerin yo ğunluklarının , ya şlarının ve döküm için beklenen sürenin kontrolüyle sağlanır. Son kalıp boyutları , bu küçülme tam olarak anla şılmadan ve proses kontrol altına alınmadan sabitlenemez. Kalıplama ve dizayn de ği şkenleride ayrıca küçülmeyi etkilemektedir. Dizayn nitelikleri model gerilimlerinde farklıla şmalara ve bunun sonucu olarak e şbiçimli olmayan küçülmelere neden olabilir. Kalıbın düzensiz dolumu model içinde yo ğunluk farklıla şmalarına neden olabilir. Bu yoğunluktaki farklıla şma , küçülmede de ği şimlere ki bu da model kesiti üzerinde bozulmalara neden olacaktır. Ayrıca buharın kalıp içinde dengesiz da ğıtımıda düzenli olmayan yo ğunluklara ki bu da ne olaca ğı tesbit edilemeyen küçülmelere sebep olur. Kalıplama sırasında e ğer so ğutma yetersiz olursa , model kalıptan çıkarıldıktan sonra geni şlemeye e ğilimli bölgelere sahip olacaktır. Bu da bu alanlarda daha az küçülmelere ki ve de telaffuz edilen bölgesel , boyutsal farklıla şmalara neden olur. (Petitbon , 1998) 6.4 Polistiren Kütüklerden İşleme Yoluyla Model Yapımı Prototip ve sınırlı döküm üretimleri bir kalıplanmı ş köpük model üretimi için gerekli kalıplama , kalıbın yapımı için harcanacak zaman ve paraya imkan vermez. Bazı durumlarda , 48 49 E.P.S levhalarından modellerin kesimi ve elle yapı ştırılması yoluyla uygun model yapımı sa ğlanabilir. Model hazırlamadaki bu yöntem tamlık ve karma şık şekil yapımında sınırlıdır aynı zamanda da model hazırlamada hatırı sayılır bir yöntemdir. Her bir olayda prototip çalı şması yapılması zorunludur ve bu teknik model hazırlamada i şlemin esas kısmıdır. Köpük parçaları kusursuz bir maça olarak dökümde , yerle ştirilerek kullanılır. E.P.S kütü ğünden bir model çıkarmak için bazı özel nitelikliklere ihtiyaç duyulur. Normal i şaretleme ve ölçüm cihazları çentik açarak veya ba şka şekillerde köpükte hasara yol açar. E.P.S köpük kütüklerin i şaretlenmesinde yumu şak uçlu kur şun kalem veya keçeli kalemler kullanılabilir. Ölçümden şeffaf cetvel veya kumpsa kullanılır. Ölçümden sonra E.P.S kütü ğü kesme ve yapı ştırmaya yollanır. (ASM Handbook , 1988 ; Monroe ,1992) Geni şletilmi ş polistiren farklı teknik kullanımı ile arzu edilen şekilde i şlenebilir. E.P.S kütükleri bir bıçak veya sıcak telle kesilebilir , i şlenebilir , tala ş kaldırılabilir. Şekillendirme tahta aletleriyle yapılabilir ki bunlar ucuz ve kolayca tedarik edilir. Makine i şlemelerinde besleme ve hız ayarlanarak istenen yüzey kalitesinin elde edilmesi sa ğlanır. Elle parçayı yava şa ve dü şük basınçla i şlemeye vermek en iyi sonucu verirki ayrıca kesme yüzeyini geli ştirmek için kumlamada kullanılır. E.P.S kütüklerin 80 mm ‘ye kadar olan kesitlerinin kesiminde kesme kayı şı kullanımı kesik üzerinde iyi bir yüzey verir. Şerit testerede ayrıca kullanılabilir. Özel bir bıçak ile 0,3 ile 0,5 mm arasında sıralanan di şlerle en iyi sonuç elde edilebilir. Klasik ekipmanlarla frezelemede yapılabilir. Bu i şlemde yüksek hız kullanımı ile parça makineye beslenir. E.P.S ayrıca 0,5-0,8 mm çapındaki Ni-Cr sıcak telle kesilebilir. Telin uzun ömürlü olması için 500 ºC civarında çalı şması gerekir. E.P.S ‘nin besleme zamanı telin sıcaklı ğı ve kesit kalınlı ğına ba ğlı olarak de ği şir. Sıcak tel cihazlar hobi kıl testere gibi basitle ştirilir veya kompleks bir makine merkezi gibide kullanılır. (Monroe ,1992) E.P.S parçaları kesildikten sonra biraraya getirilmelidir. Normal olarak bu i şlem elle yapılır ki bu i şlem yapı ştırıcı kullanımı ile gerçekle ştirilir. Orijinalde lastik , çimento , sıvı yapı ştıcılar , veya sıcak erimi ş yapı ştırıcılar bu model parçalarının bir araya getirilmesinde kullanılır. Yapı ştıcının miktarını azaltmak için özen göstermek gerekir çünkü yapı ştırıcının döküm üretiminde ters etkisi vardır. 49 50 Genelde az miktarda yapı ştıcı kullanımı E.P.S parçalarını mekanik olarak bir arada tutar ve yerle ştirir. Daha fazla yapı ştırıcı ise ince bir kaplama gibi yüzeydeki yapı ştıcı geçi şini mühürlemek için kullanılır. Mühürlemede , kaplama sırasında bu geçi şe refrakter kaplamanın girmesini engellemek gereklidir. Dikkatli yapı ştırma tekni ği , döküm kalitesinin büyük ölçüde geli ştirilmesini sa ğlar. Yapı ştırıcı ve bazı mumlar az miktardaki yüzey hatalarının köpük modelde tamirinde kullanılır. (ASM Handbook , 1988 ; Monroe , 1992) 6.5 Alternatif Köpük Malzemeleri Köpük modellerin yapımında kullanılan baskın polimer polistirendir. Polistiren pentan ile i şlenir ki ; bu pentan bir şi şirme malzemesi olup polistirendeki pentanın önşi şirilmesi arzu edilen dü şük yo ğunluktaki köpü ğün olu şmasını sa ğlar. Polistiren kullanımı yinede problemsiz de ğildir. Demir ve çelik dökümünde karbın hataları veya karbon alma sorununa neden olur. Polistirendeki sınırlama model üretimi için alternatif polimerlerin geli ştirilmesini zorunlu kılmı ştır. Poliüretan ve polietilen bu proseste denenmi ş fakat ba şarı elde edilememi ştir. (Bates ,vd. , 1994) PMMA ise polistiren için kullanılan en yaygın alternatif olup EPMMA’nın birçok ba şarılı uygulamaları dökümde elde edilmi ştir. Döküm model uygulamaları için di ğer alternatif polimerlerin kullanımı geli şme halinde olup buna bir örnek geni şlemi ş polialkilin karbonat (EPAC) dır. Bu malzeme gelecekte döküm üretiminde önemli etkenlerden biri olabilir. (Bates ,vd. , 1994 ; Monroe , 1992) EPMMA döküm üretiminde E.P.S’ye bir alternatif olarak geli ştirilmi ştir. Bu , kalıplama ve şi şirmede ayrıca döküm performansındada de ği şimlere neden olmu ştur. EPMMA , pentan gibi bir şi şirici gaz içermez. Bu özelli ği ham taneciklerin raf ömrünü arttırmakta , ön şi şirilmi ş tane ya şı ve modellerin küçülmesinin olu şturdu ğu boyutsal hassasiyetide dü şürmektedir.EPMMA önşi şirme yapılabilir ve E.P.S ile aynı kalıp , makine sistemi kullanılabilir. EPMMA ‘in modelin küçülmesi E.P.S’den çok daha azdır. Toplam küçülme 0,004-0,006 % civarında ke şfedilmi ş ama model 0,002 %’den daha az küçülme gösterebilir. Modeller kalıplamadan sonra süratle kararlı hale getirilip toplanır ve kurutulabilir. E.P.S üretiminde kullanılan kalıplarda üretilecek EPMMA modelleri daha büyük olur ve E.P.S ‘den beklenen küçülmeyi göstermez. Küçülmenin azalması EPMMA’nın döküm üretimi sırasındaki kullanımında tekrarlanabilirli ği arttırmaktadır. EPMMA modelleri daha büyük boyutsal kararlılı ğa ve yo ğunlu ğa sahiptir. (Bates ,vd. , 1994) 50 51 EPMMA ’nın demir dökümünde kullanımının en önemli avantajı karbon ile ba ğlantılı hataların azalmasıdır. Küresel ve gri dökme demirle dü şük yüzey alanı-hacim oranında , iri dökümlerde ve 50 mm’den kalın duvar kesitli dökümlerde EPMMA modeline yapılan dökümlerde karbon-ba ğıntılı hata olmamı ştır. Bazı polimerlerin karbürizasyon potansiyelleri çizelge 6-3’de gösterilmi ştir. Çizelge 6-3. 1399 ºC ‘de polimerlerin karbürizasyon derecesi (Bates ,vd. , 1994) Malzeme Karbürizasyon % EPS 35-50 Stiren Maleik Anhidrid 35-50 Stiren Akrilo Nitril 35-50 Polietilen 11-14 Polipropilen 11-14 EPMMA 4-6 Poli Bütan Sülfon 4-6 EPS – EPMMA 6-35 EPMMA’nın dökümde kullanımı bazı düzenlemeleri gerektirir. Karbonun olu şumu bir polimer kullanımı ile bunun gaza dönü ştürülmesi ile sa ğlanır. Bu da dökümde yüksek oranda gaz olu şumu ile sonuçlanır. Kaplama , kum ve yollu ğun yüksek gaz hacimlerini ta şıyacak biçimde ayarlanması gerekir. EPMMA modellerin dökümü sırasında metalin geri püskürmesi ise genel olup , bu durum yüksek geçirgenlikli kaplama kullanımı ile azaltılabilir veya daha derin döküm kapları , bo ş veya EPS yolluklar , alttan doldurma dökümde derecenin üzerine vakum uygulama ile 51 52 azaltılıp tamamen engellenebilir. EPMMA halen geli şim halindedir , ama ticari uygulamalar yapılmakta ve döküm için uygun malzemeler yapılmı ştır. EPMMA ‘dan farklı olarak EPAC ’de bu proseste kullanılmakta ve temiz olarak EPMMA ‘dan daha dü şük sıcaklıklarada ayrı şmaktadır. Cam geçi ş sıcaklı ğı 110 – 130 ºC ‘dir. Taneler 30/70 mesh olup bunlar 0,016 gr/cm 3 – 0,032 gr/cm 3 civarına geni şletilir. (Monroe , 1992 ; Bates ,vd. , 1994) 52 53 7. MODEL PARÇALARININ TOPLANMASI 7.1 Yapı ştırma Ba ğlantısı Köpük parçalarının bir araya getirilmesi bir çok hedefi vardır, ilk olarak metalin dökümün kalitesini ters yönde etkilememelidir. Bunun anlamı yapı ştırıcı kül artı ğı bırakmalıdır. Ayrıca metalle yerini bırakan yapı ştırıcı döküm içinde sıkı şacak gaz yaratmamalıdır. (Warner , vd., 1998) Yapı ştırıcı döküm yüzey biti şini etkiler çünkü yüzey üzerindeki yapı ştırıcı dökümün bir parçası haline gelir veya döküm yüzeyi üzerinde gaz hatalarına neden olur. Yapı ştırıcı metal akı şını açın biçimde yava şlatmamalıdır. Bir çok yapı ştırıcı yüksek yo ğunluklu olarak kullanılır ki bunların yo ğunlukları yakla şık 0,072 gr/cm 3 civarında olup kaplama öncesinde salkımın toplam a ğırlı ğının yakla şık % 10-20 'sine tekabül eder. Döküm i şlemi sırasında kesitlerdeki yapı ştırıcı elimine edilmelidir. Genel olarak geçi şleri yapmak için daha fazla yapı ştıcıya ihtiyaç duyulur ki buda dökümde daha önemli problemleri yaratır. Yapı ştırıcı döküme yardımı azaltmaz , ayrıca geçi şi doldurur. E ğer yapı ştırıcı geçi şi doldurmaz ise kaplama veya kum bu geçi şe girerek döküm içine girmi ş olur. Zor veya zahmetli geçi şlerde daha fazla yapı ştırıcı kullanılarak geçi ş mühürlenir. (Warner , vd., 1998; ASM Handbook , 1988) Yapı ştırıcı geçi şi salkımı bir arada tutabilecek kadar güçlü olmalıdır.Normal olarak kaplamanın kurutulması 65 ºC altındaki bir sıcaklıktaki fırında yapılır, ağır kaplanmı ş salkım sık sık yolluk ile ta şınır kurutma sırasında ve yapı ştırıcı kırılmaya kar şı yeterli dayanıma sahip olmalıdır. Yapı ştırıcı geçi ş dizaynları dayanım ihityaçlarını etkilemektedir ama yapı ştırıcı yüksek sıcaklıklarda yararlı dayanımı ta şımalıdır. 53 Yapı ştırıcı sadece iyi dökümlerin üretilmesine imkan vermelidir , geçi şleri kaplama girmesine kar şın mühürlemeli ve salkımı bir aradada tutabilecek yeterli güce sahip olmalıdır ayrıca üretim ihtiyaçlarını ba şarı ile kar şılamak için göreceli olarak hızlı donan olmalıdır. Bu gereklikler sıcak erimi ş yapı şkanların kullanımına öncülük eder. Temas ve basınca hassas olan yapı ştırıcılarda prototip çalı şmalarda kullanılmı ştır ama bu yapı ştıcılarda su veya solvent bazlı olsun mutlak kurutma gerekir buda zaman alan bir i şlemdir. Ayrıca kontak yapı ştırıcılar kesitin geçi şin her iki tarafınada uygulanarak bir ba ğ yapar bu fazladan ta şımaya gerektirir. Solvent esaslı yapı ştırıcılar plastik köpü ğü tahrip edebilmekte ve aralıkları doldurmamaktadır. (Warner , vd., 1998; ASM Handbook , 1988) 54 7.2 Yapı ştırıcı Bile şimi Sıcak erimi ş yapı ştırıcılar % 100 katı termoplastikten eritme yolu ile geçi şlere uygulanır ve daha sonra bunlar so ğumaya bırakılarak donar. Bu tip yapı ştırıcılar yakla şık 93 ºC civarında yumu şamaya ve 104-126 ºC aralı ğında erimeye ba şlar bunlar uygulama için yakla şık 121-204 ºC civarına ısıtılır. Geçin bir yüzü sıcak yapı ştırıcı ile ıslatılmı ş; di ğer taraf ise bunun ile temas durumuna getirilerek birkaç saniye böyle tutularak yapı ştırıcının so ğuması ve donmasına izin verilir. Köpü ğün tipi sıcaklık ve kullanılan yapı ştırıcı miktarı uygulama zamanı, donma süresi olu şan ba ğın kalitesini belirler. Yüksek miktarda üretim yapımı için gerekli olan hızlı çevrim zamanın elde edilmesi için sıcak erimi ş yapı ştırıcıların kullanımı imkan yaratır. Bunlar ayrıca aralık dolumun özellikleri iyidir. (Warner , vd., 1998) 7.3 Yapı ştırıcı Tankı Sıcak erimi ş yapı ştırıcılardaki ısısal azalma e ğer toplama i şlemi kontrol edilmek isteniyorsa izlenmek zorundadır. Azalma derecesinin dü şmesinin i şaretleri renginin koyula şması ve viskozitedeki artı ştır. Ayrıca katıla şmadaki azalma ve ba ğ dayanımda bir azalma meydana gelir. Isısal bozunma engellenemez ama prosesin dikkatli kontrol altına alınması ile bozunma oranı azalır. Yapı ştırıcı formülü bu parçalanmayı azaltabilecek anti oksidasyonlar içerebilir. Yapı ştırıcı tankı sisteme giren ısının çok iyi kontrol edilmesi ve banyonun karı ştırılmasının sıkı biçimde kontrol edilmesini garanti edecek biçimde yapılmalıdır. Yapı ştırıcın ayırma özelli ği tankın bir kesimin fazla ısıtılmasına imkan verir. E ğer kontrollü ısıtma yapılmaz ise tüm ekipmanlar tank, baskı tablası, sıcaklık sensörleri, karı ştırıcılar ve ısıtma elementleri periyodik olarak kontrol edilmelidir. Kullanım yapılmadı ğı zamanlarda tankın sıcaklı ğı azaltılmalıdır bu özelliklede EPS in ihtiyacı olan yüksek yapı ştırma sıcaklı ğı ki yakla şık 110-126 ºC 'ta önem kazanır. Yakla şık banyo sıcaklı ğı 110-126 ºC civarıdır.(Monroe , 1992) 7.4 Ba ğlanma İşlemi 54 Köpük model kesitleri normal olarak otomatik bir yapı ştırma makinesi üzerinde hızlı ve tam olarak yapı ştırma ba ğlantısı yapılabilecek biçimde bir araya getirilir. Toplanacak olan kesitler makinenın sabit kısmı üzerinde yerle ştirilerek , yapı ştırmaya tabi tutulur ama yapı ştırma makineleri yapı ştırma esnasında destek sa ğlayacak ve hizayı yapabilecek şekilde dizayn 55 edilmelidir. Ba şarısız cihaz dizaynı tam olmayan hizalanmaya sebep olabilir veya bu hizalanma sorunu yapı ştırıcı makinesinin yanlı ş kullanımdan kaynaklanabilir. Bir köpük kesiti makine içine dizildikten sonra yapı ştırma uygulanır. Yapı ştırıcı bir depolama tankında kullanım sıcaklı ğında tutulmaktadır. Yapı ştırıcının uygulanma sıcaklı ğının kontrolü , geçi ş üzerine tekrarlanabilir miktarda yapı ştırıcı alınması için kritik bir noktadır. Çünkü sıcaklı ğın yapı ştırıcının viskozitesi üzerinde güçlü bir etkisi vardır. (Monroe , 1992) 55 56 8. MODEL SALKIMININ KAPLANMASI 8.1 Özellikler Kaplama , genel olarak prosesteki bazı önemli kontrolleri sa ğlamaktadır. Kaplama döküm yüzeyine makul bir kalite verir ve salkıma sertlik verir. Ayrıca köpü ğün parçalanması sonucu olu şan ürünlerin serbest kalmasına imkan verir. Plastik artıkların kaçı şı veya ortadan kaldırılması belki de kaplamanın en önemli rolüdür. (Lessiter , 2000) Kaplama ilk olarak döküm sırasında kum ve metalin karı şmasına kar şı koruma amaçlı bir engel olu şturur. Kaplama , sıvı metalin kum içine girmesini ve kumunda ilerleyerek metal ile geri do ğru çekilen köpük arasındaki bo şlu ğa dü şmesini engeller. (Fata Aluminum, "Company Profile Lost Foam Technology, 1999) Kaplama köpü ğün parçalanma ürünlerinin aralıktan kaçmasına imkan vermelidir. Bu denge özel kaplama formülasyonlarına ihtiyaç duyar. E ğer kaplama yeterli bir bariyer de ğilse , metal penetrasyonu ve kalıp da ğılması , çökmesi meydana gelir. Çökme ve metal penetrasyonuna sebep olabilir. E ğer kaplama proliz ürünlerin kaçmasına izin vermez ise bunlar demir döküm ürününde bir karbon hatası , alüminyum dökümünde ise porozite olarak sıkı şır. (Dudenhofer , 1998) Kaplamanın piroliz ürünlerinin kaçmasına verdi ği yeterlilik “geçirgenlik” olarak adlandırılır. Geçirgenlik poroz bir malzemeden gaz veya sıvının geçmesine kar şı gösterdi ği direnç olarak genel kullanımda tartı şılır. Demir dökümlerde göreceli olarak yüksek döküm sıcaklıklarına çıkılır ; bundan dolayı , kaplamanın gazlara kar şı olan gözeneklili ği özellikle önem kazanır. Alüminyum dökümleri ise daha dü şük sıcaklıklarda meydana gelir ve kaplamanın döküm boşlu ğundan çıkı ş için sıvı ürünlere sa ğlayaca ğı geçirgenlik burada önem kazanır ve geçirgenlik arttırılmalıdır. (Dudenhofer , 1998) Kaplamanın döküm bo şlu ğundan plastiklerin uzakla ştırılmasındaki yardımı iyi anla şılmamı ştır. Bu alanda daha fazla çalı ştıkça , kaplamada önemli geli şmeler yapılabilir. Oda sıcaklı ğında yapılan geçirgenlik ölçüm tayinleri kaplamanın bile şimi için kullanı şlı bilgileri verdi ği dü şünülmez.. Çünkü kaplama ve köpük yüksek sıcaklıklarda kullanılır. Köpük hem sıvıla şır hem de gaz haline gelir. Sıvı ve gazların döküm bo şlu ğundan uzakla ştırılması kritik operasyondur. 56 57 Alüminyum dökümleri , için kullanılan kaplamalar , demir dökümünde kullanılanlardan tamamen farklıdır. Alüminyum dökümü için ; köpü ğün parçalanması ilerleyen metalin yüzünde so ğumaya neden olur. Bu metalde katlanma ve katmerlenmelere neden olur. Alüminyum dökümleri için kaplama ilerleyen metalin önünü ısısal olarak yalıtmalıdır. (Dudenhofer , 1998) Demir dökümünde , metal penetrasyonu ve karbon hatası daha önemli bir problemdir. Kaplama formülasyonu ve uygulanması , penetrasyonu engellemeli di ğer taraftan da piroliz ürünlerinin kaçmasına imkan verecek biçimde olmalıdır. Kaplama ve kum kombinasyonu ço ğu plastik artıkların kaçmasına imkan vermelidir. Bu sa ğlanırsa kaplamanın ilk görevi olan kaliteli döküm yüzeyine ula şılır. (Dudenhofer , 1998) Kaplama ayrıca döküm salkımına sa ğlamlık verir. Köpük modelleri esnemeye dayanıklı de ğildir. Bu da kum doldurma ve sıkı ştırmada tahribatlara yol açar. Salkım dizaynı de ği şimi bu bozulmanın azaltılmasında en genel yoldur. Kaplama ile salkıma verilen sertlik , olu şan bozulmaları azaltabilir. (Austin , 1998) Kaplama formülleri kritik uygulamalar için daha fazla sa ğlamlı ğı , dayanıklılı ğı sa ğlayabilecek biçimde ayarlanabilir. 8.2 Formülasyonlar Kaplamalar genelde su olan ta şıyıcılı kompleks sistemlerdir. Ço ğu kaplama tiksotropik özellikli su bazlı çamurlar olup esas olarak bir refrakterden yapılmı ştır. Kaplamanın geçirgenli ği kullanılan refrakterin boyut ve şekline ba ğımlı olup genelde silika , alümina , zirkon , kromit veya di ğer alümina-silikatlar burada kullanılır. Refrakter penetrasyona dayanmalı ve metalle reaksiyona girmemelidir. Kaplama ayrıca çamur içinde refrakteri süspansiyon halinde tutacak bir da ğıtıcıya ihtiyacı vardır. Refrakter taneciklerini bir arada ba ğlayıcı tutar. Ba ğlayıcılar kombinasyon halinde kullanılabilir , bir ba ğlayıcı kurutma öncesi yapı şma ve yapı şkanlı ğı , di ğeri ise kurutma sonrası ve döküm sırasında dayanımı sa ğlar. Ba ğlayıcıya ilave olarak , sistem süspansiyon maddelerine ihtiyaç duyar ki , bu sayede çamurdaki malzemeler askıda kalır. Kaplamanın , ıslatması ve modeli kaplaması için ise ıslatıcılara ihtiyacı vardır. 57 58 EPS prosesinde ba şarılı olmak için kompleks yapılı kaplamanın seçimi ve uygulanması dikkat gerektirir. Temel bir en iyi kaplama seçim kuralı yoktur. Son kaplama parametrelerini belirlemek için farklı kaplamalar denenebilir. (Monroe , 1992) 8.3 Yo ğunluk Kaplama yo ğunlu ğu ve uygulama metodu elde edilecek kaplamanın kalınlı ğını belirler. E ğer uygun bir kaplama kalınlı ğı seçilecekse çe şitli faktörler incelenmelidir. Kaplama kalınlı ğı 0.25-1.52 mm arasında de ği şir. Yüksek metal kafası ve döküm sıcaklı ğı kaplama kalınlı ğını arttırır. Sıkı şmı ş plastik hataları , a şırı kaplama kalınlı ğının i şaretidir. Salkımın kaplama üniformlu ğunun ölçülmesinde kaplama öncesi salkım a ğırlı ğı ve kaplama kurutulduktan sonraki a ğırlıklar ölçülür. Kaplama yo ğunlu ğu , hidrometre ile ölçülür. Bu “Baumé” ölçümünü verir. Kullanıcı ve cihaz arasında de ği şimler oldu ğundan bu muhtemel olarak en iyi test de ğildir. Baumé yöntemiyle yoğunluk ölçülmesi , bu refrakter kaplamaların yüksek vizkozitelerinde karı şmaktadır. (Monroe , 1992) 8.4 Uygulama Kaplamanın salkıma uygulanması normal olarak salkımın kaplama banyosu içine daldırılması ile olur. Bununla birlikte sprey , fırçalama ya da salkım üzerine kaplamanın püskürtülmesiylede yapılabilir. İnce filmsi kesitler daldırma yapılamayaca ğı için sprey yapılmalıdır. Kaplama salkımı kırılma , parçalanma veya içeride hava hapsetmeyecek şekilde üniform sarmalıdır. Salkımın uygun kaplanmasının garanti edilmesi içi daldırma prosedürü dikkatle yapılmalı ve kaplama banyosu yakından kontrol edilmelidir. Robotlar veya elle salkımların kaplama banyosu içerisine daldırılması s ık sık kullanılır. Döküm salkımın yüzme kuvveti yüksek oldu ğu için salkımın banyo içine daldırılması için bir donanım dizaynı gereklidir. Salkım banyo içine daldırılınca üniform bir kaplama eldesi için döndürülmesi ve fazla kaplamanın akıtılması gerekir. Akıtmadan sonra salkım kurutulabilecek durumdadır. (Monroe , 1992 ; ASM Handbook ,1988) Salkım normal olarak bir sirkülasyonlu hava fırınında yaklıa şık 60 ºC’ta veya daha a şa ğı bir sıcaklıkta 1 – 10 saat arasında kurutulur. Daha yüksek kurutma sıcaklıkları salkımda hasarlara neden olabilir. Kurutmada hava kuru ve nemli olmalı , akı ş , zaman ve sıcaklık önemli noktalardır. Salkım sabit a ğırlık elde edene kadar devam eder , ama kurutma zamanı 58 59 denemelerle hesaplanmalıdır.. Hızlı kurutma için mikrodalga fırınlar kullanılabilir. Kurutmadan sonra , salkım döküm i şleminde kullanılabilir haldedir. (Monroe , 1992) Kaplama miktarı i şlem maliyetini belirler. Kalıplama maliyeti , sulu kaplamadan de ğil , kurutulan malzemeye göre hesaplanmalıdır. 59 60 9. KÖPÜK DÖKÜM SALKIMININ KUMLA DESTEKLENMES İ Klasik döküm yöntemlerine benzer biçimde dolu kalıba döküm yönteminde kum temel kalıplama malzemesi olarak kullanılmaktadır. Köpük dokum salkımı refrakter ile kaplandıktan sonra tek parçalı bir derece içerisine yerle ştirilir ve ba ğlayıcı içermeyen kumla etrafı doldurulur. Ba ğlayıcısız kum genellikle ya ğmurlama sistemi ile dereceye doldurulur. Ya ğmurlama derecenin yava ş biçimde dolması sa ğlayarak kumun yana do ğru hareket ile kö- pük döküm salkımının bozulmasını engeller. Doldurma sırasında derece yüksek frekanslı bir sıkı ştırma sistemi ile yanlardan veya tabandan titre ştirilerek sıkı ştırılır. (Monroe , 1992 ; ASM Handbook ,1988) Dolu kalıba döküm yönteminde silika kumu kullanılmaktadır. Yöntemde kullanılan kumlar çe şitli şekillerde olabilir ama yaygın olarak yarı köşeli veya yuvarlak taneli kumlar tercih edilir. Kumun geçirgenli ği önemli bir kriterdir çünkü döküm sırasında olu şan gaz veya sıvı formdaki plastik artık ürünlerin hızla kumdan geçebilmesi ve dı şarı atılması gereklidir. Farklı döküm uygulamaları için farklı boyutlardaki kumlar kullanılabilir. Genellikle AFS tane inceli ği 35-3 demir esaslı ala şımlar için AFS 45-3 ise demir dı şı metaller için kullanılabilir. Kum tekrardan kullanılmadan önce mutlak so ğutulmalıdır çünkü derece içerisinde kumun sıcaklı ğı 50 °C' ı a şarsa köpük döküm salkımı üzerinde çarpılma ve bozulmalar meydana ge- lebilir, (Monroe , 1992 ; ASM Handbook ,1988) 60 61 10. DOLU KALIBA DÖKÜM Dolu kalıba döküm yönteminde metal dökümü a şaması klasik yöntemlere benzer olmasına ra ğmen hatasız döküm parçası üretilmesi için çok hassas çalı şılması gerekmektedir. Genel ticari uygulamalarda dökümden döküme olan de ği şimleri engellemek için otomatik döküm sistemlerinden yararlanılmaktadır. İnce kesitli parçaların dökümü sırasında yüksek metal basıncı ve kaplama geçirgenli ği ergimi ş metalin kalıbı daha hızlı doldurmasını sa ğlamaktadır. E ğer ergimi ş metalin kalıp içerisine doldurulması s ırasında kesinti olu şursa destek kumu da ğılarak kalıbın çökmesine neden olabilmektedir ancak döküm hızı yüksek tutulursa kalıpta çökme ve da ğılma riski ortadan kaldırılabilir. Bu nedenlerden dolayı döküm sırasında mutlak olarak döküm havuzunun dolu tutulması ile artı bir metal basıncının muhafaza edilmesi gerekmektedir. (Monroe , 1992 ; ASM Handbook ,1988 ; Ramsay , 1998) Ergimi ş metallin kalıbı doldurmaya ba şlaması ile beraber köpük modelde artan sıcaklık ile beraber parçalanma e ğilimi içerisine girmi ştir. Yolluk sistemi bu a şamada köpük modellin parçalanması sonucu olu şabilecek olan piroliz ürünlerinin döküm hatalarına neden olmadan atılmasını sa ğlamakla görevlidir. E ğer köpük modellin piro-lizi sonucu olu şan ürünler döküm boşlu ğundan dı şarıya atılamaz ise yapıda gözeneklilik, eksik dolma, karbon parlaması ve katmer olu şumu tarzında hataların olu şmasına neden olabilirler. Bunun önüne geçilebilmesi için metal döküm sıcaklı ğının, döküm hızının, köpük model geometrisinin, yolluk tasarımının, refrakter kaplama ve kum özelliklerinin, derecenin şeklinin, kullanılan köpük model malze- mesinin do ğru seçilmi ş olması gerekmektedir. (Monroe , 1992 ; Warner , vd, , 1998) Döküm sıcaklı ğı köpük modellin pirolizi sonucu olu şacak olan ürünlerin tiplerini belirlemektedir. Alüminyum dökümlerinde kritik döküm sıcaklı ğı 740-780 °C arasıdır, bu sıcaklı ğın altında döküm yapılırsa piroliz ürünleri genelde sıvı fazda olacaktır. E ğer döküm sıcaklı ğımız bu de ğerlerin üzerinde tutulursa gaz fazında olu şacak olan piroliz ürünlerinin miktarı daha fazla olacaktır. Alüminyum'da döküm sıcaklı ğı dü şük tutulursa olu şan ürünlerin kalıp boşlu ğundan dı şarı hızlı biçimde atılabilmesi tamamen refrakter kaplamanın geçirgenli ği ve metal statik basıncına ba ğımlı olarak de ği şmektedir. Aksi ko şullarda yani döküm sıcaklı ğı gereken de ğerin üzerinde yüksek tutulmu ş ise aynı biçimde i şlemi kontrol eden parametreler olarak refrakter kaplamanın geçirgenlik de ğeri ile metal statik basıncı kar şımıza çıkar. (Askeland ,vd. , 1995) 61 62 10.1 Dolu Kalıba Döküm Yönteminin Ekonomik De ğerlendirmesi Ara ştırmalar göstermektedir ki dolu kalıba döküm yöntemindeki yatırım ve genel üretim giderlerin maliyetleri toplamı, klasik döküm yöntemlerine göre oldukça dü şük seviyede kalmaktadır. Bu da yöntemin tercihindeki ekonomiklik şartını sa ğlamaktadır. 1997 yılında A. J. Birkel, J.H. Hunter ve E. Kotzin tarafından AFS - The Lost Foam Casting Technology Consortium için yapılan pazar ara ştırması raporu dolu kalıba döküm teknolojisin varmı ş oldu ğu ekonomik pazar gücünü gösteren çarpıcı bir çalı şma olarak kar şımıza çıkmaktadır. (Bates , vd. , 1998) Ula şılan rakamlara göre 1992 yılında A.B.D 'de 38 olan dolu kalıba döküm teknolojisin kullanıldı ğı dökümhane sayısı 5 yıl içinde % 28'lik bir artı ş ile 49'a ula şmı ştır. 2007 yılında bu rakamın 55'e ula şması beklenmektedir. (Bates , vd. , 1998) Dolu kalıba döküm teknolojisi kullanılarak yapılan üretim miktarı 1994'te 110.888 ton iken % 27'lik artı ş ile 1997 senesine gelindi ğinde 140.676 tona ula şmı ştır. Ara ştırma ı şı ğında 2007 yılı sonundaki üretim rakamı 256.845 ton olarak tahmin edilmi ştir, bu da 1994 yılına göre % 83'lük bir artı şı ifade etmektedir. Çizelge 10.1’de A.B.D 'de sanayi dallarına göre dolu kalıba döküm yöntemini kullanılarak yapılan üretim miktarları verilmi ştir. (Bates , vd. , 1998) 62 63 Çizelge 10.1 A.B.D 'de sanayi dallarına göre dolu kalıba döküm yöntemini kullanılarak yapılan üretim miktarları. (Bates , vd. , 1998) SANAY İ DALLARI 1997 YILINDAK İ ÜRET İM M İKTARI (Ton) 1994- 1997 YILLARI ARASINDAK İ DE ĞİŞİM (%) 1997-2007 YILLARI ARASINDA BEKLENEN (%) Otomotiv 82897 + 13 +52 Boru/ Ekipman 11057 + 163 +200 Denizcilik 8463 +65 +43 Treyler , A ğır Araçlar 7105 + 19 +45 Makine İmalatı 7018 +6 + 15 Kamyon 5110 +44 +232 Di ğer 19026 +60 + 168 Toplam 140676 +27 +83 Ara ştırma içinde görü şü alınan 15 sanayi uzmanına göre dolu kalıba döküm teknolojisi alüminyum için 2007, dökme demirde 2009 ve çelikte 2013 yılında pazar olarak olgunluk seviyesine ula şacaktır. Bu tahminlerdeki en etkileyici husus uzmanların 2007 sonunda alüminyum döküm sanayisinde dolu kalıba döküm yönteminin toplam pazarın % 29'a ula şaca ğı yönündeki görü şleridir. Çizelge 10.2' de dolu kalıba döküm yöntemi ile yapılan metal üretim miktarlarını gösterilmektedir. Üretim rakamları incelendi ğinde özellikle demir dökümünde bu yöntemin yaygın kullanım alanına sahip oldu ğu görülmektedir. (Bates , vd. , 1998) 63 64 Sonuçların yansıttı ğı üzere A.B.D deki yakla şık 2950 civarındaki dökümhanenin içinde bu teknolojinin kullanıldı ğı 49 dökümhane pazara sunmu ş oldukları yeni teknoloji sayesinde ön plana çıkarak ve pazarda önemli bir yer kazanmı şlardır. (Bates , vd. , 1998) A.B.D'de 1995 yılında 6150 olan dökümhane sayısı 2000 yılı sonunda yakla şık olarak 2950 adette gerilemi ş olmasına kar şın metal döküm sanayisi ülke içindeki 10 büyük sanayi dalından biri olarak kalmayı ba şarmasındaki temel nedenlerin ba şında dolu kalıba döküm tek- noloji tarzındaki yeni teknolojilerin süratle sisteme dahil edilmesidir. . ( Fata Aluminum, "Company Profile Lost Foam Technology ", 44, Turin, Italy ,1999) 1998 yılında AFS tarafından yapılan " Lost Foam Showcasing The Process Proceedings " kapsamında, WILLARD INDUSTRIES adına M. Herrin yapmı ş oldu ğu sunu ş ı şı ğında ticari olarak dolu kalıba döküm yöntemin ba şarıları incelebilir. Firma içinde metal kalıba döküm yöntemi yerine dolu kalıba döküm teknolojisin kullanımı ile toplam olarak 50000 $ yıllık bir maliyet azalması sa ğlanmı ş ve üretilen üründe 1,134 kg'lık bir a ğırlık tasarrufu parça ba şına elde edilmi ştir. M. Herrin'e göre dolu kalıba döküm teknolojisine geçi şle beraber üretim hattında parça ba şına 0,317 kg a ğırlık azalması yanında döküm sonrası tala şlı i şleme çalı şmalarında yine parça ba şına 4 dakika kısalma elde edilmi ş bu sayede toplam olarak yıllık 450.000 $’lık bir genel maliyet dü şüşü görülmü ştür. Ama en çarpıcı uygulama ise 1991 yılında firmanın hassas döküm üretim hattı yerine dolu kalıba döküm yöntemini devreye alması ile 3.000.000 $ 'lık bir kazanç sa ğlamasıdır. (Herrin , 1998) Avrupa’da ise CAGIVA bu yöntemin en ba şarılı uygulayanlarının biri olarak kar şımıza çıkmı ştır. CAGIVA, IVECO kamyonlarında ya ğ-so ğutma parçalarının yapımı sırasında dolu kalıba döküm yönteminden yaralanmı ş ve bu sayede parça ba şına % 15'lik a ğırlık azalması sa ğlamı ş ve yine aynı ürünün döküm sonrası tala şlı i şlenme süresinide yakla şık olarak % 45 kısaltmayı ba şarmı şlardır. CAGIVA bu üründeki tüm maliyet toplamını % 28 azaltmı ştır. Aynı firma FIAT için geli ştirdi ği ate şleme motoru silindir kafası ürünü ile toplam maliyeti yıllık olarak 600.000 $ azaltmayı sa ğlamı ştır. (Eidson, 1998) Dolu kalıba döküm teknolojisin tercih edilmesinin ticari nedenlerini Muller Company'nın dökümhane mühendisi M. Eidson şöyle sıralamaktadır; (Eidson, 1998) a) Ürün üzerindeki bütünsel kalitenin kum kalıba döküm yöntemlerinde elde edilemeyecek seviyede artırılması, 64 65 b) Parça ba şı a ğırlıkların en az dü şürülmesi, klasik yöntemlerde kullanılan yolluk ve besleyicilerin bu yöntemle sınır değerle indirilmesi, c) Kum kalıba döküm teknolojisinde kullanılan ekipmanlara göre daha basit teçizat ve cihaz gereksimi, d) Hızlı biçimde yeni ürün üretimine geçi ş dar hazırlık sürelerinde piyasaya ürün sunumu, e) Maça kullanımın ortadan kalkması, f) İşlemin çevresel etkilerin kum kalıba döküm yöntemine göre çok dü şük seviyede kalmasıdır. Dolu kalıba döküm teknolojisin üstünlü ğünü yansıtan en mükemmel uygulama ise Kohler Motorudur; bu üründe tasarım a şamasından itibaren dolu kalıba döküm teknolojisin kullanılaca ğı planlanmı ştır. Bu sayede iç kısımlar azaltılmı ş, potansiyel çapak olu şum riskleri yok edilerek daha sonraki tala şlı i şleme uygulamaları bu ürün için tamamen ortadan kaldırılmı ştır. Şekil 10.1'de görülen motor National Society of Professional Engineeres tarafından New Product Award ödülüne layık görülmü ştür. Aynı ödül 1997 yılında Boeing 777'ye verilmi ş olması ilginç bir noktadır. (Eidson, 1998) Şekil 10.1’ de dolu kalıba döküm yöntemiyle üretilmi ş Kohler motoru görülmektedir. Şekil 10.1. Kohler Motoru (Monroe,1992) 65 66 Çizelge 10.2 Dolu kalıba döküm yöntemi ile yapılan metal üretim miktarları.( * Tahmini de ğerler ) (Bates , vd. , 1998) YIL DÖKÜMHANE SAYISI ALÜM İNYUM (TON) DÖKME DEMiR ÇEL İK (TON) TOPLAM (TON) 1994 40 43333 65474 2081 110888 1997 49 49778 88072 2826 140676 2007 75* 99558* 191486* 31801* 356845* Şekil 10.2 ,10.3 ve 10.4 .’de Alüminyum ,dökme demir ve çelik için dolu kalıba dökümün pazar payının de ği şimi görülmektedir. Şekil 10.2. Alüminyum için dolu kalıba dökümün pazar payının de ği şimi (Bates , vd. , 1998) 66 67 Şekil 10.3. Dökme demir için dolu kalıba döküm yönteminin Pazar payının de ği şimi (Bates , vd. , 1998) Şekil 10.4. Çelik için dolu kalıba döküm yönteminin pazar payının de ği şimi (Bates , vd. , 1998) 67 68 11. DENEYSEL ÇALI ŞMALAR 11.1 Kullanılan Malzemeler 11.1.1 Polistiren Polistiren model yapımında kullanılan polistiren hammaddesi, PETK İM PetroKimya Endüstrisi’nden temin edilmi ştir. Deneylerde kullanılan polistirenin fiziksel ve kimyasal özellikleri Çizelge 11.1’ de verilmi ştir. Çizelge 11.1 Polistirenin fiziksel ve kimyasal özellikleri [1] Fiziksel Özellikler Mekanik Özellikler Yumu şama Noktası 90 ° C Akmada Gerilme Direnci 190 kg / cm 2 Isı ile Bükülme Sıcaklı ğı 80 ° C Kopmada Gerilme Direnci 220 kg / cm 2 Erime Akı ş İndisi (200 °C,5kg) 2-5 g/10 dak Kopmada Uzama % 40-70 11.1.2 Polistiren Modelin Yüzey Kaplamasında Kullanılan Refrakter Polistiren modellerin yüzeyinin kaplanmasında kullanılan refrakter alümina bazlı olup Meta- Mak firmasından tedarik edilmi ştir. Kullanılan ürün Alman Ashland-Südchemie firmasının ticari ismi Polytop FS 6 isimli ürünüdür.( Şekil 11.1)Çizelge 11.2’ de fiziksel özellikleri verilmi ştir. Çizelge 11.2 Polistren Modelin Kaplanmasında Kullanılan Polytop FS 6’ nın Özellikleri(Ashland-Südchemie teknik bilgi formu) Renk Kırmızıya Yakın Katı Miktarı , % 55.3-58.3 Özgül A ğırlık , g/cm 3 1.48 – 1.66 Viskozite (A ğdalık) , Pa.s 6.7 – 8.8 68 69 Şekil 11.1 Kaplama Refrakteri olarak kullanılan Polytop FS 6 11.1.3 Yapı ştırıcı Polistiren modelin çıkıcı ve yollu ğa ba ğlanabilmesi için termoplastik esaslı ticari ismi Develüx olan yapı ştırıcı kullanılmı ştır .( Şekil 11.2) Ayrıca yapı ştırıcının ara geçi şlerdeki yani yolluk ve çıkıcı ba ğlantılarındaki mukavemetini arttırmak amacıyla maskeleme bandı kullanılmı ştır. Şekil 11.2 Termoplastik esaslı yapı ştırıcı 69 70 11.1.4 Polistiren Modellerin Kalıplanmasında Kullanılan Dereceler Yolluk ve çıkıcısı yapı ştırılmı ş refrakterle kaplanmı ş numunelerin serbest kumla titre şim altında kalıplanması amacıyla Mega-Teknik firması tarafından yapılan dereceler kullanılmı ştır.( Şekil 11.3) Şekil 11.3 Döküm yapılan dereceler 11.1.4 Döküm Havuzu Döküm sırasında metalin ta şmasını önleyecek döküm havuzu %5 sodyum silikat ve % 95 silis kumu (AFS -35 ) karı şımının karbondioksit gazıyla sertle ştirilmesi sonucu yapılmı ş ve dökümler sırasında kullanılmı ştır. 11.1.5 Kum Polistiren modellerin derece içerisinde kalıplanmasında AFS-35 tipinde silis kumu kullanılmı ştır. 11.2 Kullanılan Alet ve Cihazlar Polistirenin ön genle ştirilmesi amacıyla PAYSA Ş Gıda ve Ambalaj San. Tic. A. Ş. tarafından tasarlanan ve üretimi yapılan polistiren ön genle ştirme reaktörü kullanılmı ştır. ( Şekil 11.4) 70 71 Şekil 11.4 Polistiren ön genle ştirme reaktörü Ön genle ştirme i şlemi ve kalıp içinde polistirenin son genle ştirilmesi i şlemlerinde de yine aynı firmadan temin edilen maksimum 6 bar basınçta buhar üretebilen buhar üretim makinesi kullanılmı ştır. ( Şekil 11.5 ) Şekil 11.5 Buhar üretim makinesi Polistiren model elde edilmesinde alüminyumdan yapılmı ş metal kalıp kullanılmı ştır. Kalıp iki parçadan olu şmaktadır. Kalıp 10 mm çapında dairesel bo şluklara ve bu bo şluklarda belirli basınçtaki buhar geçi şine olanak tanıyan 0,1 mm çapında deliklere sahiptir. ( Şekil 11.6 ve 11.7) 71 72 Şekil11.6 Alüminyum kalıp Şekil 11.7 Alüminyum kalıp Refrakter çamurunun su ile karı ştırılması için Janke & Kunkel RW 20.n IKA – LTS marka 240 – 2000 devir/dakika 70/30 watt motor gücündeki karı ştırıcı kullanılmı ştır. ( Şekil 11.9) 72 73 Şekil 11.8 Refrakter çamurunun su ile karı ştırılması için kullanılan karı ştırıcı Derece içerisinde modelin serbest kumla hazırlanması a şamasında Octagon 200 , Endecotts Limited marka 50 hertz frekansla titre şim aralı ğı 0-10 olan titre şim makinesi ( Şekil 11.9) kullanılmı ştır. Şekil 11.9 Titre şim makinesi 73 74 Ön şi şirilmi ş polistiren boncuklarının kararla ştrılması s ırasında ve polistiren modellerin yüzeyinin refrakterle kaplamasından sonra numunelerin kurutulması i şleminde Memmert marka maksimum 300 0 C sıcaklı ğa çıkabilen etüv kullanılmı ştır. ( Şekil 11.10) Şekil 11.10 Ön şi şirilmi ş polistiren boncuklarının kararla ştrılması sırasında ve polistiren modellerin yüzeyindeki refrakterin kurutulması i şleminde kullanılan etüv Refrakter kaplama kalınlı ğı tayininde Iso 2808 standartına göre ölçüm yapan The Centrifugal Casting Machine Company’ den temin edilen şekil 11.11 de görülen tarak kullanılmı ştır. Şekil 11.11 Polistiren modellerin refrakter kaplama kalınlı ğını belirleyen tarak 74 75 Üretilen polistiren modellerin alüminyum döküm deneylerinde metal ergitme için Lepel marka LSS 15 kW 200 kHz ile çalı şan indüksiyon güç ünitesi kullanılmı ştır. ( Şekil 11.12) Şekil 11.12 İndüksiyon güç ünitesi Üretilen polistiren modellerin dökme demir döküm deneylerinde metal ergitme için “Inductotherm” marka 9600 hertz frekanslı 35 kW gücündeki ergitme oca ğı kullanılmı ştır. ( Şekil 11.13) Şekil 11.13 Dökme Demir dökümlerinde kullanılan ergitme oca ğı Sıvı metal sıcaklıkları “Sider-Cemco” tarafından üretilmi ş 1700 °C’ ye kadar ölçüm yapabilen yüksek sıcaklık ısıl çifti kullanılmı ştır. 75 76 11.3 Deneylerin Yapılı şı 11.3.1 Polistiren Model Üretimi Polistiren model üretiminde ön şi şirme deneyleri yapılarak uygun yo ğunlukta 0,0192-0,0272 gr/cm 3 (Smith vd. , 2000) boncuklar (ön şi şirilmi ş küresel polistiren taneleri) elde edilmeye çalı şılmı ştır.(Şekil 11.14) Çizelge 11.3’ de 100°C’ de 3 bar buhar basıncında süreye ba ğlı olarak olu şan ön şi şirilmi ş polistiren boncukların yoğunluk de ği şimi verilmi ştir. Aynı şekilde su buharının 100 °C’ de fakat basıncın 2 bar olması durumunda süreye ba ğlı olarak yo ğunluk de ği şimi çizelge 11.4’ de verilmi ştir. Ön şi şirilmi ş polistiren tanelerinin yo ğunlukları sabit hacimli bir kaba hassas terazide a ğırlı ğı ölçülen tanelerin koyulup a ğırlı ğın hacme bölümü ile hesaplanmı ştır. Çizelge 11.3 100°C’ de 3 bar buhar basıncında süreye ba ğlı olarak olu şan ön şi şirilmi ş polistiren boncukların yo ğunluk de ği şimi 100°C’ de 3 bar buhar basıncında ön şi şirme zamanı , saniye Ön şi şirme zamanına ba ğlı boncukların yoğunlukları , gr/cm 3 15 0,0450 30 0,0345 45 0,0215 60 0.0155 75 0.0105 76 77 Çizelge 11.4 100°C’ de 2 bar buhar basıncında süreye ba ğlı olarak olu şan ön şi şirilmi ş polistiren boncukların yo ğunluk de ği şimi 100°C’ de 2 bar buhar basıncında ön şi şirme zamanı , saniye Ön şi şirme zamanına ba ğlı boncukların yoğunlukları , gr/cm 3 15 0,0650 30 0,0545 45 0,0457 60 0.0315 75 0.0286 Şekil 11.14 3 bar basınçta 45 saniye ön şi şirilmi ş polistiren taneleri Ön genle ştirilen polistirenler yüzeylerinde bulunan aşırı nemin kısmen giderilmesi amacıyla 50 o C sıcaklı ğındaki etüvde 2 saat süre ile bekletilmi ştir.3 bar basınçta 45 saniye ön şi şirilmi ş 50 o C sıcaklı ğındaki etüvde 2 saat süre kararlı hale getirilmi ş polistiren taneleri 1gr tartılarak alüminyum kalıp içerisine homojen bir şekilde da ğıtılmı ştır.Bu miktarın altında 77 78 alüminyum kalıba önşi şirilmi ş polistiren tanesi koyuldu ğunda elde edilen polistiren modelin tam boyutlarında çıkmadı ğı, daha fazla miktarda polistiren tanesi koyuldu ğunda ise a şırı genle şme sonucu modelin kalıbın dı şarısına ta ştı ğı gözlenmi ştir.Polistiren modele son şekli verecek genle ştirme yoluyla şi şirme i şlemi çe şitli basınç ve sürelerde yapılmı ştır.(Şekil 11.15) Bu basınç ve sürelere ba ğlı olarak yüzey kalitesi iyi ,orta ve kötü olmak kaydıyla çizelge 11.5’ de gösterilmi ştir. Şekil 11.15 Polistiren model üretimi 78 79 Çizelge 11.5 Polistiren model yapımında nihai şekil verilecek parçaya uygulanan basınç ve süreye ba ğlı olarak yüzey kalitesi Uygulanan Basınç ,bar Uygulanan süre, saniye Yüzey Kalitesi 0.5 50 Kötü 1 60 Orta 1 70 İyi 1.5 80 Kötü 1.5 90 Kötü Şekil 11.16’ de 1.5 bar basınçta 80 – 90 saniye şi şirilmi ş polistiren modelleri görülmektedir. Şekil 11.16 1.5 bar basınçta 80 – 90 saniye şi şirilmi ş polistiren modelleri Şekil 11.17’ de ise 1 bar basınçta 70 saniye şi şirilmi ş polistiren modeli görülmektedir. 79 80 Şekil 11.17 1 bar basınçta 70 saniye şi şirilmi ş polistiren modeli Son şeklini almı ş polistiren modeller maket bıça ğı yardımıyla kesilmi ş 25x30x20 ölçülerindeki çıkıcı ve 10x10x20 ölçülerindeki yolluk , termoplastik esaslı Develüx isimli yapı ştırıcıyla yapı ştırılmı ş aynı zamanda yapı ştırılan kısımların mukavim olması amacıyla ince maskeleme bandıyla yapı ştırılmı ş kısımlar çerçevelenmi ştir. Bu şekilde yapı ştırılmı ş ve maskeleme bandıyla çevrilmi ş polistiren modelleri şekil 11.18görülmektedir. Şekil 11.18 Yolluk ve çıkıcısı yapı ştırılmı ş ve maskeleme bandıyla çevrilmi ş polistiren modelleri 80 81 11.3.2 Polistiren Modellerin Refrakterle Kaplanması Yollu ğu ve çıkıcısı yapı ştrılmı ş polistiren modeller yüzdece belirli oranlarda su ile karı ştırılmı ş refrakterle daldırma metoduyla kaplanmı ştır. Refrakter kaplama kalınlı ğı tayininde The Centrifugal Casting Machine Company’ den temin edilen tarakla kaplama kalınlıkları ölçülmü ştür , eklenen % su oranına göre kaplama kalınlı ğının de ği şimi şekil 11.19’ da görülmektedir. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 5 7 10 13 15 20 25 30 35 Su Oranı ,% Kaplama Kalınlı ğı , mm Şekil 11.19 Refrakter kaplama kalınlı ğının eklenen su oranına ba ğlı olarak de ği şimi Döküm deneylerinde kullanılan tüm modellerin kaplama refrakterine ilave edilen suyun miktarı % 15 dir ve refrakter kalınlı ğı ortalama 0.6 mm’ dir . Refrakter kaplanan tüm modeller kaplamanın kuruması amacıyla 45 o C’ de 3 saat etüvde bekletilmi ştir. Şekil 11.20 de refrakterle kaplanmı ş kalıplamaya hazır polistiren modeller görülmektedir. 81 82 Şekil 11.20 Refrakterle kaplanmı ş kalıplamaya hazır polistiren modeller 11.3.3 Modellerin Derece İçerisinde Serbest Kumla Kalıplanması Refrakter kaplaması kurutulmu ş modeller , titre şim altında serbest kumun (AFS-35) sıkı ştırmasıyla metal dereceler içerisine kalıplanmı ştır. Derece içerisine kalıplanmı ş polistiren modelinin çıkıcı bölümüne döküm sırasında metalin ta şmamasını sa ğlayacak cam suyu ve silis kumundan yapılmı ş döküm havuzu yerle ştirilmi ştir. ( Şekil 11.21 ) Şekil 11.21 Döküme hazır derece içerisine yerle ştirilmi ş polistiren modeli 82 83 11.3.4 Döküm Döküm çalı şmalarında alüminyum , dökme demir ve çelik dökümleri yapılmı ştır. Külçe halinde alınan ve kimyasal bile şimi Çizelge 11.6’ da verilen (ET İAL -160 ) alüminyum malzemeden 1000 gr tartılarak LSS 15 kW 200 kHz ile çalı şan Lepel marka indüksiyon güç ünitesinde % 50 güçle silisyum karbür pota kullanılarak ergitilmi ştir. 800° C sıcaklıkta alüminyum dökülmü ştür. Döküm sonucu elde edilen alüminyum parçalar şekil 11.22 görülmektedir. Çizelge 11.6 Deneysel çalı şmada kullanılan Al-Si ( ETIAL-160) ala şımının kimyasal bile şimi Si (%ağ) Fe(%a ğ) Cu (%a ğ) Mn (%a ğ) Mg(%a ğ) Zn (%a ğ) Ti (%a ğ) 7,53 0,68 3,01 0,18 0,3 0,65 0,015 Şekil 11.22 Dolu kalıba döküm yöntemiyle elde edilmi ş alüminyum parça Dökme demirin dökümünde ergitilen “Sorel” pikin bile şimi çizelge 11.7’ de verilmi ştir. 83 84 Çizelge 11.7 Dökme demirin dökümü için kullanılan pikin kimyasal bile şimi Bile şim % Fe C Si Mn P S 95.6 4.1 0.013 0.032 0.026 0 Al Nb Ti V Cr Mo 0.001 0.006 0.006 0.017 0.004 0 Dökme demir için 13.800 gr pik indüksiyon oca ğında ergitilmi ş , a şılayıcı olarak 138 gr ferrosilis ,kürele ştirici olarak 250 gr ferrosilismagnezyum kullanılarak , 1292 ° C’ de döküm yapılmı ştır.. Şekil 11.23’ de ocaktaki eriyik metale a şılama i şlemi görülmektedir. Şekil 11.23 Eriyik metale a şılama i şlemi Şekil 11.24’ de küresel grafitli dökme demirin döküm anı görülmektedir. Şekil 11.24’ de görülebilece ği gibi polistirenin yanması sonucu büyük miktarda gaz çıkı şı gözlenmi ştir. 84 85 Şekil 11.24 Küresel grafitli dökme demirin döküm anı Dolu kalıba dökümle üretilen küresel grafitli dökme demir şekil 11.25’ de görülmektedir. Şekil 11.25 Dolu kalıba döküm yöntemiyle üretilen küresel grafitli dökme demir Koza Döküm San. Ltd. Şti.’ de 2000 hertzlik 250 kW gücündeki ‘Inductotherm’ marka döküm oca ğıyla paslanmaz çelik dökümü gerçekle ştirilmi ştir. Döküm sıcaklı ğını ölçen bir cihaz dökümhanede bulunmadı ğı için metal so ğuk dökülmü ştür bunun sonucu parçanın uç kısmı tam çıkmamı ştır. Kullanılan çeli ğin bile şimi çizelge 11.8’ de verilmi ştir. 85 86 Ç İZELGE 11.8 Dökümü yapılan paslanmaz çeli ğin kimyasal bile şimi Bile şim % Fe C Si Mn P S 65.7 0.49 2.06 0.69 0.02 0.01 Al Nb Ti V Cr Ni 0.01 0.02 0.01 0.12 25.4 4.8 Dolu kalıba döküm yöntemiyle üretilmi ş paslanmaz çelik şekil 11.26’ da görülmektedir. ŞEK İL 11.26 Dolu kalıp döküm yöntemiyle dökülmü ş paslanmaz çelik 86 87 87 12. DENEY SONUÇLARI VE ÖNER İLER 1. Ön şi şirmede deneylerinde referansların (Smith vd. , 2000 ; Monroe , 1992) belirtti ği yoğunluk de ğerlerine 45 saniye 3 bar basınçta ulaşıldı ğı belirlenmiştir.Basınç aynı kalmak şartıyla sürenin azaltılması elde edilen ön şi şirilmi ş polistiren tanelerinin yoğunlu ğun artmasına ,sürenin arttırılması yoğunlu ğun azalmasına neden olmaktadır. Basıncın 2 bar a dü şürülmesiyle birlikte sürenin 75 saniyeye çıkarılmasıyla 0.0286 g/cm3 yo ğunluk elde edilmiştir. Üretimde zamanın önemli oldu ğu düşünülerek 3 bar basınçta 45 saniye süreyle ön şi şirme koşulları deneylerde kullanılmı ştır. 2. Ön şi şirilmi ş polistiren taneleri etüvde 50 C de nemi uzakla ştırılmadı ğı takdirde alüminyum kalıp içerisinde polistiren modelin elde edilmesi sırasında polistiren tanelerinin yeteri kadar genle şmedi ği , polistiren tanelerinin alüminyum kalıba yapı ştı ğı ve polistiren modelin çıkmadı ğı görülmüştür. 3. Polistiren modellerin alüminyum kalıp içerisinde şekillendirilmesinde kullandı ğımız alüminyum kalıba ba ğlı olarak optiumum buhar basıncının 1 bar ve kalıp içerisinde polistiren model olu şturma süresinin optiumum 70 saniye oldu ğu belirlenmi ştir. Basınç aynı kalmak kaydıyla sürenin kısaltılması polistiren tanelerinin birbirlerine tam anlamıyla ba ğlanmamasına ve dolayısıyla yüzey düzgünlü ğünün bozulmasına neden olmu ştur. Buhar basıncının ve bu basıçta bekletme süresinin arttırılması ile ince kesitlerinde sıcaklı ğın artmasının neden olduğu büzülmelerle karşıla şılmı ştır. 4. Polistiren modelin yüzey düzgünlü ğünün birçok faktöre ba ğlı olduğu görülmüştür. 5. Yüzey düzgünlü ğünü etkileyen faktörler arasında polistirenin ön şi şirme ko şulları, kalıp malzemesinin ısı iletim katsayısı , modelin boyutları , modelin şekli , kullanılan buhar basıncı , polistiren modelin kalıpta bekleme süresinin oldu ğu belirlenmi ştir. 6. Polistren modellerin refrakter ile kaplanmasında Polytop FS 6 kalıp boyası kullanılmı ştır. Kaplama kalınlı ğının 0.6 mm olmasının sa ğlam döküm için yeterli olduğu saptanmı ştır. Refrakter kaplama i şleminde refrakter bile şimi ve refrakter kalınlıklarının elde edilen döküm kalitesin etkisi üzerinde çalı şmaların devam etmesi yararlı olacaktır. 88 88 7. Üretilen polistiren model üzerine yapılan döküm çalı şmalarında alüminyum , dökme demir ve paslanmaz çelik ba şarılı bir şekilde dolu kalıba döküm yöntemiyle dökülmü ştür. 8. Yıllık 874.120 tonu bulan metal döküm üretim miktarı ile dünyada döküm pazarında 16. sırada bulunan ülkemizin dünya döküm sanayisinde hak etmi ş olduğu yere ulaşması için teknolojik atılımlar yapması gerekmektedir bunun ise tek yolu kendi teknolojisini Ara ştırma-geli ştirme evresiyle birlikte kurmasından geçmektedir. Dolu kalıba döküm yöntemi dünyada giderek artan bir hızda kullanılmaktadır. Sadece A.B.D 'de bu teknolojinin kullanımı ile yapılan döküm üretimi 1997 yılında 140.676 tona ulaşmı ştır.Dolu kalıba döküm teknolojisi alüminyum için 2007, dökme demirde 2009 ve çelikte ise 2013 yılında pazar payı olarak olgunluk seviyesine ula şaca ğı öngörülmektedir. E ğer bu teknoloji yurdumuzda kullanılmaya etkin olarak ba şlanırsa özellikle otomotiv, gemi, demiryolu ve makine ekipmanları üretiminde özellikle dı ş pazarlara yönelik yeni bir ekonomik geli şme sa ğlanabilecektir. Dolu kalıba döküm teknolojisi dünya için A.B.D dı şında çok yeni bir döküm teknolojisidir. Ülkemizde de yeni yeni dolu kalıba döküm çalı şmaları ba şlamı ştır fakat bu dökümler prototip olarak yapılmaktadır , seri olarak üretim için bu döküm yönteminin teknolojisinin çok iyi anla şılması gerekir. Sonuçta bu yöntemin yurdumuzda etkin ve verimli kullanımı ile beraber özellikle otomotiv, denizcilik, demiryolu ve makine ekipmanlarının üretiminde özellikle dı ş pazarlara yönelik bir pazar geli şmesi sağlanacaktır. Bu sayede Tayvan, Çin ve Hindistan gibi ülkelere kar şı yeni bir alanda rekabet şansı yaratılacaktır. Bu döküm teknolojisinin sağlayabilece ği avantajları sonuç olarak şu ba şlıklar altında toplayabiliriz, a) Dolu kalıba döküm teknolojisinin Türkiye'de gerçekle ştirilmesi ; uluslararası döküm sanayisi pazarında ülkemizin rekabet şansını artıracaktır, b) Ürün kalitesinde artı ş sağlanacaktır, c)Yatırım ve i şletme maliyetlerinde ciddi azalmalar olacaktır, d) Yöntem ile otomotiv, gemi, gıda, kimya ve petrol sanayisinde kullanılan döküm parçaların süratle en kaliteli olarak kullanıcıya tedarik edilmesi gerçekle ştirilecektir. 89 89 KAYNAKLAR Askeland D. R., Tsai H. L., Fu J., "Mold Filling in Thin-Section Castings Produced by the EPC Process", AFS Transactions, Vol 103, April 23-26, 817-828, 1995 ASM Handbook, Vol. 15, Casting, 9* Edition, 1988 Austin T. E., "Tooling for Lost Foam Casting", AFS Proceedings International Conference on Lost Foam Showcasing the Process", Birmingham, October 27-29, 57-61, 1998 Bates E. Charles, Griffın John, Littleton H., " Expendable Pattern Casting Volume 1: Process Manual", AFS Publication, De ş Plaines, 1994 Campbell J., "Castings", Butterworth-Heinemann Ltd., Oxford, 1995 Dudenhofer R. A., "Coatings for Lost Foam Casting Production-Use and Control in the Foundry", AFS Proceedings International Conference on Lost Foam Showcasing the Process", Birmingham, October 27-29, 82-95, 1998 Easwaran J., AFS Transactions, 95-83, 647-649, Des Plaines , 1995 Eidson M., "Improvements in Lost Foam Casting Technology At Mueller Company" AFS Proceedings International Conference on Lost Foam - Showcasing the Process", Birmingham, October 27-29, 199-207, 1998 Fata Aluminum, "Company Profile Lost Foam Technology ", 44, Turin, Italy Herrin M.," Successes in Pecision Lost Foam Casting at Willard Industries", AFS Proceedings International Conference on Lost Foam - Showcasing the Process", Birmingham, October 27-29, 102-111, 1998 Hunter H., " 1997 Market Survey of Lost Foam Foundries", AFS Proceedings International Conference on Lost Foam - Showcasing the Process", Birmingham, October 27-29, 2-50, 1998 Lessiter M. J., " A Look Back at the 20 Century - Lost Foam Casting", Modern Casting, Vol. 90, Number 11, 54-55, 2000 90 90 Littleton H., Bates C. E., "Recent Advances in Understanding And Controlling The Lost Foam Casting Process", AFS Proceedings International Conference on Lost Foam Showcasing the Process", Birmingham, October 27-29, 169-198, 1998 Littleton H.E, Miller B., Sheldon D., Bates C.E., AFS Transactions, 96-124, 335-346, De ş Plaines, 1996 Monroe R. W., "Expendable Pattern Casting", American Foundrymen's Society, Inc., Des Plaines, 1992 Petitbon E.U., "Successful Results From Lost Foam Castings", AFS Proceedings International Conference on Lost Foam Showcasing the Process", Birmingham, October 27-29, 133-164, 1998 Ramsay C. W., Askeland D. R., Lavvrence M. D., "Some Observations and Principles for Gating of Lost Foam Castings", AFS Transactions, Vol 106, May 10-13, 349-356, 1998 S.Lessiter M. J.," A Look Back at the 20th Century - Lost Foam Casting", Modern Casting, Vol. 90, Number 11,54-55,2000 Smith B. V., Biederman S., "Examining Lost Foam's White Side", Vol. 90, Number 8, 30-34, 2000 Warner M. H., Miller B. A., Littleton H. E., "Pattern Pyrolysis Defect Reduction in Lost Foam Castings", AFS Transactions, Vol 106, May 10-13,777-785, 1998 İnternet Kaynakları [1] www.petkim.com.tr 91 91 ÖZGEÇM İŞ Do ğum tarihi 30.04.1978 Do ğum yeri Adana Lise 1993-1997 Özel Bilfen Koleji Lisans 1998-2002 Yıldız Teknik Üniversitesi Kimya-Metalurji Fak. Metalurji ve Malzeme Mühendisli ği Bölümü Yüksek Lisans 2003-2006 Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Metalurji ve MalzemeMüh. Anabilim Dalı, Malzeme Programı Çalı ştı ğı Kurumlar 2003- 2005 YTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Ara ştırma Görevlisi 2005-Devam ediyor Houghton Kimya A. Ş. Marmara Bölge Satı ş Sorumlusu 92 92