Döküm Kalıp HASSAS - DOKUM - INVESTMENT - CASTING HASSAS DÖKÜM (INVESTMENT CASTING) İnvestment döküm yönteminde, harcanan bir modelin etraf,oda sıcaklığında sertleşen bir refrakter çamurla sarılarak hazırlanan bir kalıp kullanılır. Genellikle balmumu veya plastikten hazırlanan model daha sonra ergitilerek veya yakılarak kalıp boşluğu medyana getirilir.Bu nedenle investment döküm yöntemine “Lost Wax” veya “Harcanan Balmumu Yöntemi” denir. HASSAS DÖKÜM (INVESTMENT CASTING) Bu yöntemde kalıp harcanan tiptendir. İnvestment döküm yönteminde,model,kalıp ve gereğinde kullanılan seramik maçalar,harcanan tiptendir. Bir başka ifadeyle tekrar kullanılamazlar. HASSAS DÖKÜM YÖNTEMİNİN A V ANTAJLARI 1-Konvensyonel döküm yöntemleri ve makine ile işleme yolundan imali zor veya bazen imkansız olan kompleks şekilli parçaların kitle üretimi bu yöntemle mümkün olmaktadır. 2-Diğer döküm yöntemlerine nazaran daha yüksek boyutsal hassasiyet,daha düzgün yüzey ve ince detay kısımların daha hassas elde edilmesi imkanını verir. 3-Yöntem ergitilip dökülebilen bütün metallere uygulanabilir. 4- 25 kg dan 400 kg’ a varan dökümler yapılır. 5-İnvestment döküm yoluyla elde edilen parçaların hemen hemen hiç ilave işlem gerek tirmemesi “Kolay işlenebilir metal seçimi” faktörünü ortadan kaldırmaktadır. 6-Bu yöntem ile, tane boyutu,gren yönlenmesi ve yönlenmiş katılaşma gibi metalurjik faktörler yakından kontrol edilebilmekte ve bu sayede mekanik özellikler de kontrol altın-da tutulabilmektedir. 7-Vakum veya koruyucu atmosfer altında dökülmesi gerekli olan metal veya alaşımlara da bu yöntem kolaylıkla uygulanabilmektedir. 8-İnvestment döküm yönteminde tek parça kalıp kullanıldığından ayırma yüzeyi veya “mala işlem yüzeyi”yoktur ve parça üzerinde olduğu gibi,bu yüzeyin izi bulunmaz. 1-Bu yöntemle üretilecek parça boyutu ve ağırlığı,gerek fiziksel gerekse ekonomik nedenlerle ve de kullanılacak teçhizatın kapasitesi ile sınırlanmıştır.Genel olarak yöntem,en avantajlı şekilde ağırlığı 5kg’ı geçmeyen parçalar için uygulanır. 2-Daha büyük döküm parçaları için (5-5kg) başlangıçtaki teçhizat maliyeti oldukça yüksektir. HASSAS DÖKÜM YÖNTEMİNİN DEZA V ANTAJLARI HASSAS DÖKÜM YÖNTEMİNİN SINIFLANDIRMASI Kalıp hazırlama şekli açısından iki farklı investment döküm yöntemi vardır. 1- Kabuk “investment” yöntemi (shell İnvestment- Seramik Kabuklu) 2- Dereceli “İnvestment”yöntemi (Solid Investment- Flask İnvestment yöntemi) Bu yöntemler,model hazırlama tekniği açısından tamamen aynıdırlar.Kabuk investment yönteminin farklı yanı,modellerin hemen her zaman her bir ön kaplama işlemine tabi tutulmasıdır. Dereceli investment yönteminde ise modeller ön kaplama işlemine tabi tutulabilir veya hiç ön kaplama yapılmayabilir. SERAMİK KABUK HASSAS DÖKÜM YÖNTEMİ Balmumu Enjeksiyonu Model Ağacı Kabuk Yapımı Balmumu Boşaltılması Döküm Bitmiş Parçalar Kesme Kalıbın Kırılması SERAMİK KABUK INVESTMENT YÖNTEMİ Seramik kabuk investment yöntemi öncelikle,karbon çelikleri ve alaşımlı çelikler, paslanmaz çelikler, ısıya dirençli alaşımlar ve diğer ergitme dereceleri 1100ºC’nin üstünde olan alaşımların dökümünde kullanılır. Yöntemin işlem sırası; Parça üretimi; üretilecek parçanın mum modellerinin mum enjeksyon preslerinde imalatı için kalıpların hazırlanması ile başlamaktadır. Kalıplar duralüminyum veya çelik malzeme kullanılarak yapılmaktadır. Hazırlanan metal kalıplara manual veya yarı otomatik mum enjeksiyon preslerinde tek tek siperiş adedi kadar mum basılır. Kullanılan presler yatay veya dikey olarak 300- 200 psi basınç kapasiteli, her 20-40 saniyede bir baskı yapan preslerdir. SERAMİK KABUK INVESTMENT YÖNTEMİ Oluşturulan mum modeller havya veya benzeri bir ısıtıcıyla eritilerek,çubuk şeklinde farklı ölçülerdeki mum yolluklara parçanın geometrisine göre, belli sayıda bağlanır,ve dökümün yapılacağı kafa kısmının yapıştırılmasıyla salkımlar oluşturulur. Mum malzeme 70- 90ºC arasında olabilen ergime sıcaklığına sahip olabilmeli, ve seramik kabuğu çatlatmaması için düşük ısıl genleşme özelliğine sahip bir malzeme olmalıdır SERAMİK KABUK INVESTMENT YÖNTEMİ Salkımlar seramik malzemeyle kaplanarak döküm yapılacak kabuklar oluşturulur.Bu işlem özel olarak hazırlanmış,seramik banyolarına mum salkımın daldırılmasıdır. Bu işlem yeterli kabuk kalınlığı elde edilinceye kadar tekrar ettirilir.Başlangıçtaki kaplamaya “Ön kaplama” adı verilir.Genellikle çok ince öğütülmüş tanelerden oluşan bir çamur kullanılır, bu suretle düzgün yüzey elde edilir.Ön kaplamanın düzgünlüğü ,döküm yüzeyinin düzgünlüğünü tayin eder. Bundan sonraki kaplamalarda refrakter tane iriliği giderek artar. SERAMİK KABUK INVESTMENT YÖNTEMİ Yapılan kaplamaları sayısı, kabuktan beklenen kalınlığa bağlıdır. Dökülen parçanın şekline, ağırlığına ve kullanılan seramik ve bağlayıcı cinsine bağlı olmak kaydıyla kabuk kalınlığı genel olarak 0,50-1,50 cm, arası değişir. Ancak optimum kalıp geçirgenliğini sağlayabilmek ve kaplama işleminin süresi ve masrafını azaltmak için, kalınlığın düşük limitlerinde çalışılması tercih edilir. SERAMİK KABUK INVESTMENT YÖNTEMİ Kabuk investment yönteminde brefrakter malzeme olarak, düşük termal genleşmesi nedeniyle, geniş oranda “Ergimiş silika” kullanılır .Ergimiş silika özellikle demir esaslı dökümler ile kobalt esaslı alaşımların dökümü için uygun bir malzeme olmaktadır. Ergimiş silika 1650ºC’ a kadar döküm sıcaklıklarına dayanıklılık gösterir. SERAMİK KABUK INVESTMENT YÖNTEMİ Zirkonyum, seramik kabuk investment yönteminde en çok kulanılan refrakter malzemedir. Zirkon’un tercih nedenleri, iyi yüzey kalitesi,düşük fiyatı,yüksek sıcaklıkta stabil oluşu, iyi refrakter özelliği,metal sızmasına karşı direnci ve hava veya vakum altında döküme uygun oluşudur. Ancak zirkon kabukların,silika kabuklara nazaran nispeten yüksek ısı iletkenliği özel dikkat gerektirir .Termal şoklara direncinin az oluşu nedeniyle alümina daha az kullanılır. SERAMİK KABUK INVESTMENT YÖNTEMİ Dış cidarı sert seramik kaplı parça bir fırına sokularak modelin eriyip dışarı akması sağlanır. Seramik malzeme ise yüksek sıcaklığa dayanıklı olduğundan şeklini muhafaza eder. Bu sırada mum modelin akarak çıkmayan kısımları da tamamıyla buharlaşır. Ardından fırın sıcaklığı yükseltilerek belli bir süre içinde seramik kabuk pişirilerek sinterlenir ve sonraki döküm işlemlerine dayanacak şekilde mukavemetinin artması sağlanır. İşlem 7 bar basınç, ve 200ºC’sıcaklıkta 20-15 dk süreyle gerçekleşir SERAMİK KABUK INVESTMENT YÖNTEMİ Kalan son mum kalıntılarını uzaklaştırmak ve seramiğe mukavemet kazandırmak için yaklaşık 1050 ºC de 1 saat sinterleme yapılır SERAMİK KABUK INVESTMENT YÖNTEMİ Mum salkımdan kalan boşluğa (daha önce bırakılmış bulunan bir ağızdan) ergimiş halde metal dökülür. Döküm sırasında seramik kabuğun çatlamasını ve hızlı katılaşmayı önlemek için seramik sıcaklığı yaklaşık 850 - 900 ºC deyken döküm işlemi gerçekleştirilir. SERAMİK KABUK INVESTMENT YÖNTEMİ Döküm sonrası seramik kabuk pnömatik kırıcı ile titreşim yapılarak kırılır SERAMİK KABUK INVESTMENT YÖNTEMİ Parçalar,dairesel bir taş motoruyla yolluklarından kesilerek salkımından ayrılır. Ardından gerekli çapak alma, temizleme ve yüzey parlatma işlemleri yapılır. Son olarak ise kalite kontrol işlemleri yapılır. Dökümde boyutsal çekme veya çarpılmalar varsa bunu kompanse edecek şekilde mum modeller tekrar tasarlanıp üretilebilir SERAMİK KABUK INVESTMENT YÖNTEMİ ENDÜSTRİYEL ÖRNEKLER Tekstil, otomotiv, inşaat, tarım, tıp, makine sektörü için investment yöntemiyle ince cidarlı ve toleransı sınırlı parçalar üretilebilir. DERECELİ INVESTMENT YÖNTEMİ Dereceli investmet yöntemi uygulamada demir esaslı ve demir dışı alaşımlar için olmak üzere ikiye ayrılır. Demir esaslılarda ve döküm sıcaklığı yüksek olan demir dışı alaşımlarda kalıp malzemesinin 1100ºC’a kadar bozulmadan dayanabilmesi gereklidir. Dereceli investment yönteminde demir dışı alaşımlar için modelde ön kaplamaya ihtiyaç olmamakla beraber, demir esaslılarda ön kaplama yapmak standart uygulama haline gelmiştir. Ön kaplama ince taneli refrakter çamurla yapılır;bunun üzerine yapılacak kaplama daha iri tanelidir(>150 mesh) DERECELİ INVESTMENT YÖNTEMİ Ön kaplama ve sonraki dolgu ve destek kaplamalar başlıca iki bileşenden oluşurlar (refrakter malzeme ve bağlayıcı). Refrakter malzemenin esasını ince silis kumu teşkil eder,geri kalan ise alüminyumoksit ve silikatlardır. En çok kullanılan bağlayıcı etil silikattır. Bağlayıcı olarak “monomagnezyum fosfat, ve magnezyum oksit de kulanılabilir. Dereceli investment yönteminin kademeleri: 1- Modeller havya veya benzeri bir alet yardımıyla yumuşatılarak, yine mum malzemeden yapılmış model ağacına bağlanırlar. DERECELİ INVESTMENT YÖNTEMİ KADEMELERİ DERECELİ INVESTMENT YÖNTEMİ 2- Silindirik bir gömlek (fanus) model ağacı etrafına geçirilir 3- Gömlek ile model ağacı arasındaki tüm boşluklara alçı/seramik karışımı dökülür DERECELİ INVESTMENT YÖNTEMİ Karışım fırında kurutulur, daha sonra kalıp ters çevrilip içindeki mum modelin eriyip akması sağlanır. Balmumu modelin ergitilip kalıptan çıkarılması safhasında,kalıbın kırılmasının önlenmesinde pratik olarak iki yöntem mevcuttur: a) Kabuğa dıştan bir basınç uygulayarak içerden balmumunun genleşmesi sonucu oluşan basıncı karşılamak. b) Çok hızlı olarak, model ile kabuk arasında ince bir tabakayı ergitmek ve geri kalan (henüz ergimemiş) balmumunun genleşebileceği bir boşluk meydana getirmek. DERECELİ INVESTMENT YÖNTEMİ DERECELİ INVESTMENT YÖNTEMİ 4- Sıcak kalıp ergitilmiş metal ile doldurulur.Vakum veya merkezkaç kuvvetiyle döküm kolaylaştırılabilir. Döküm sonrası fanus vakum ortamının sağlandığı fırından çıkartılır 5- Basınçlı su ile seramik temizlenir. Fanus çevresindeki delikler su ve seramik (alçı) dolgunun eritilmesini kolaylaştırmaktadır. Temizlik esnasında çevreye su ve diğer artıklar sıçramaması için bu işlem özel bir kabinin içinde yapılır DERECELİ INVESTMENT YÖNTEMİ DERECELİ INVESTMENT YÖNTEMİ 6- Döküm ağacından koparılan parçalar malzeme giriş çapakları temizlenerek döküm sonrası kullanıma hazır hale getirilirler. Şekilde yüzük dökümlerin bulunduğu bir hassas döküm ağacı görülmektedir. Mücevher imalatçıları hassas fanus döküm tekniğini yaygın bir şekilde kullanmaktadırlar INVESTMENT YÖNTEMİ INVESTMENT YÖNTEMİ INVESTMENT YÖNTEMİ İNVESTMENT KALIBIN ÖN ISITILMASI İnvestment kalıpların döküme geçmeden önce genellikle ısıtılması gerekir.Bunun amaçı: a) Balmumu veya plastik modelden geri kalmış olabilecek artıkları gidermek. b) Kalıbın çok ince kesitlerin de sıvı metal ile kolay dolabilmesini sağlamak. c) Çıkıcıların boyunu küçültmek. d) Sıcak yırtılma eğilimini azaltmaktır. Ancak yüksek ön ısıtma sıcaklığının göz önünde tutulması gereken,üç önemli dezavantajı mevcuttur. a) Özellikle kalın kesitlerde çekilme boşluğu oluşması imkanı daha çok olur. b) Daha yavaş soğuma bazı alaşımların mekanik özelliklerini negatif yönde etkiler. c) Daha çok gaz porozitesine neden olur. Termal şokun bir problem oluşturmayacağı mümkün olan en düşük sıcaklık uygulanabilir. HASSAS DÖKÜMDE MODELLER Balmumu modellerin yanında, plastik modellerde investment kalıplamada çok kullanılır. Plastik modellerin üretimi iki yoldan gerçekleştirilir,bu yollardan hangisinin seçileceği dağa ziyade üretilecek model sayısına bağlıdır. Az sayıda model için plastik parçaların şekillendirilmesi veya birbirine monte edilmesi yoluyla model meydana getirilir. Model sayısının çok olduğu durumda ise, yarı plastik bir malzemenin metal kalıba enjeksiyonu ile modeller elde edilir. Plastik model üretiminde en çok kullanılan malzeme ”polystren” dir. Plastik model malzemesinden beklenen özellikler; a) Uygun mukavemet b) Kalıplamaya veya işlenmeye uygun olmakdır. c) Kalıp içinde artık bırakmadan yanabilme özelliğine sahip olamaktır. Belirli bir döküm kalitesini elde etmek için investment karışımının ve model malzemesinin stablil olması,ayrıca aşağıda belirtilen genleşme ve çekilme karekteris tiklerinin iyi bilinmesi gerekir. a) Model malzemesindeki çekilme b) Modeldeki çekilme ve katılaşma sırasında oluşan maksimum çekilmenin yönü c) Metalin katılaşmadan sonraki,oda sıcaklığına kadar olan büzülmesi d) Ön ısıtma safhasında kalıptaki genleşme e) Sıvı metal içine doldurulduğunda kalıptaki genleşme HASSAS DÖKÜMDE MODELLER Bazı İnvestment dökümler dizayn gereği çok kompleks iç boşlukları vardır. Kompleks şekilli boşlukların model ile sağlanamadığı durumlarda çözünen balmumu maçalar (geçici model) yöntemi uygulanır. HASSAS DÖKÜMDE MAÇALAR Çözünen ve çözünmeyen balmumunun kullanıldığı bir modelin kesiti HASSAS DÖKÜMDE MAÇALAR ENDÜSTRİYEL ÖRNEKLER ORTEZ ORTEZİN KİLİT KISMI 3 PARÇALI KİLİT MODEL YAPIMI ENJEKSİYON CİHAZI KALIP BASILAN MODELLER SALKIM YAPIMI HA VYA İLE MODELLERİN YAPIŞTIRILMASI YAPILAN SALKIM KABUK KALIP YAPIMI 1. SERAMİK BANYOLARI 2. ZİRKON YAĞMURU 5. YAPILAN KABUK KALIP 3. OTOKLA V 4. DÖKÜM BOŞLUĞU DÖKÜM İNDÜKSİYON OCAĞI ISITMA FIRINI DÖKÜLMÜŞ KALIP SON İŞLEMLER DARBELİ KIRICI AYIRMA İŞLEMİ KUMLAMA ANALİZ VE TESTLER ? ÇENTİK DARBE DENEYİ ( İZOD DARBE DENEYİ ) 1. NUMUNENİN KIRILMA YÜZEYİ 1. DARBE NUMUNESİ 2. DARBE NUMUNESİ 2. NUMUNENİN KIRILMA YÜZEYİ 75 Joule 45 Joule ANALİZ VE TESTLER ? ÇEKME DENEYİ GERİLME – GERİNİM DİYAGRAMI ÇEKME SONRASI VE ÖNCESİ NUMUNE ÇEKME CİHAZI KOPMA UZAMASI % 36 PARÇADAKİ ÇATLAK PARÇADAKİ ÇARPILMALAR ÜRETİLEN PARÇALAR