View
255
Download
0
Category
Preview:
DESCRIPTION
Sabit kalıba döküm ile ilgili mini tez formatında bir çalışma
Citation preview
SABİT KALIBA, VAKUMLU KALIBA VE
DÜŞÜK BASINÇLI KALIBA DÖKÜM
HazırlayanlarHüseyin ZENGİN
Muhammet Emre TURAN
Mayıs 2015
SABİT KALIBA, VAKUMLU KALIBA VE DÜŞÜK BASINÇLI KALIBA DÖKÜM
GirişSabit kalıba dökümde iki veya daha çok parçadan oluşan metal bir kalıp tekrarlı olarak
aynı şekildeki parçaların üretiminde kullanılır. Sıvı metal kalıp içine yerçekiminin etkisi
ile girdiğinden bu döküm metoduna "gravity (yerçekimi) döküm de denir. Ancak
yerçekimi etkisinin dışında düşük basınçlı ve vakumlu kalıba döküm yöntemleri de vardır.
Basit ve kolayca çıkarılabilir kalıplar genellikle metalden yapılır fakat daha karmaşık
yapılar kum veya alçıdan yapılmaktadır. Kum veya alçı kullanıldığında, bu yöntem "yarı-
sabit kalıba döküm" adını alır.
Sabit kalıba döküm, özellikle eşit duvar kalınlığındaki yüksek hacimli parçaların dökümü
için çok uygundur ancak oyuklu ve zor maçalama gerektiren parçalar için pek uygun
değildir. Bu döküm yöntemi ayrıca karmaşık yapılı parçaların dökümünde de kullanılır
fakat üretilecek olan parçaların sayısı, kalıp maliyetini karşılayacak çoklukta olmalıdır
çünkü bu kalıpların maliyeti oldukça yüksektir. Kum kalıba kıyasla sabit kalıba döküm,
daha düzenli, tek biçimli (uniform), daha yakın boyutsal toleranslı, daha iyi mekanik
özellikli ve mükemmel yüzey pürüzlüğüne sahip dökümlerin yapılmasını sağlar. Şekil-1
de sabit kalıba döküm yöntemiyle üretilmiş alüminyum parçalar görülmektedir.
Şekil-1: Sabit kalıba döküm yöntemiyle üretilmiş alüminyum parçalar
Sabit kalıba döküm aşağıda listelenen limitlere sahiptir:
Bütün alaşımlar sabit kalıba döküm için uygun değildir.
Yüksek kalıp maliyetleri yüzünden düşük ürün sayısına sahip üretimler için uygun
değildir.
Bazı şekiller, ayırma çizgilerinin yeri, iç oyukları ve döküm sonrası çıkarma
işlemlerinde zorluklar çıkardığı için sabit kalıba döküm yöntemine uygun değildir.
Kalıplar eriyik metal tarafından aşındırıldığı için kaplama işlemi gerekir.
Sabit Kalıp ile Dökülebilen MetallerSabit kalıba döküm yöntemi ile dökülebilen metaller; alüminyum, magnezyum, çinko ve
bakır alaşımları ve ötektoid üstü gri dökme demirlerdir. Dökümün büyüklüğü malzeme
türüne göre, parça konfigürasyonuna göre ve dökülecek parça sayısına göre değişir.
Dökülen metallerin türüne göre, dökülebilecekleri sayılar ve miktarlar Tablo-1 de
gösterilmiştir.
Alüminyum Alaşımları:
Yüksek üretim koşullarında, genellikle 70 kg ağırlığa kadar olan alüminyum dökümler
sabit kalıba döküm ile yapılabilir. Ancak daha büyük dökümler de yapılmıştır. Örneğin,
traşlanmış ağırlığı 354 kg olan bir alüminyum motor bloğu dört-kısımlı ve dikey ayırma
çizgisine sahip bir sabit kalıp içine dökülebilmiştir.
Magnezyum Alaşımları:
Büyük ve kompleks magnezyum parçalarının üretimi için sabit ve yarı-sabit kalıba döküm
yöntemi kullanılabilmektedir. Örneğin, 8 kg lık bir acil durum güç kaynağı gövdesi,
AZ91C magnezyum alaşımının yarı-sabit bir kalıba dökülmesi ile üretilmiştir. Diğer bir
uygulamada ise, 24 kg lık bir piston başı dökümü için AZ92A magnezyum alaşımı iki-
kısımlı bir sabit kalıba dökülmüştür.
Bakır Alaşımları:
9 kg dan ağır döküm parçaları için sabit kalıba döküm yöntemi şimdiye kadar pek
kullanılmamıştır.
Gri Dökme Demir:
13.6 kg dan ağır döküm parçalarında, sabit kalıba döküm yöntemi ile üretimi çok nadirdir
Tablo-1: Döküm malzemelerine göre dökülebilecek parça sayısı ve ağırlığı
Döküm Malzemesi Dökülebilecek Parça Sayısı Dökülebilecek Parça Ağırlığı
Alüminyum ve Alaşımı 100.000 13kg (çok parça sayısı için)
500kg (az parça sayısı için)
Bakır ve Alaşımı 5.000-20.000 10kg
Magnezyum ve Alaşım 20.000-100.000 25kg
Çinko ve Alaşımı 100.000 -
Kır Dökme Demir 5.000-20.000 12kg
Sabit Kalıba Döküm AygıtlarıManuel olarak kontrol edilen kalıplar Şekil 2a' da görüldüğü gibi kitap-tipi, menteşeli
kalıp düzenine sahiptir. Kalıp döndürmesine ihtiyaç duymadan kalıptan çıkarma işlemi
yapılan yüksek kirişli veya yüksek duvarlı dökümler için Şekil 2b' de görülen manuel
kalıplama kullanılabilir. Her iki türdeki aygıt için kalıp parçaları manuel olarak, kalıp
kelepçeleri çıkarıldıktan sonra ayırılabilir.
Yarı Otomatik Aygıtlar:
Yüksek hacimli üretimler için, manuel aygıtların yerini iki yollu havalı veya hidrolik
mekanizmalar almıştır. Bu üniteler her döngü için açılıp kapanma zamanları için
programlanabilir. Bu yüzden, bu operasyon, metali dökmek ve dökülmüş parçayı
çıkarmak dışında, otomatiktir denilebilir.
Şekil-3' de gösterilen aygıt otomatik kalıp, maça ve iç ayarlamaları yapan bileşenlerden
oluşmuştur. Tek manuel operasyon metali dökmek ve ayarlayıcıları yerleştirmektir. Daha
basit dökümler için bu aygıt tamamen otomatikleştirilebilir.
Şekil-2: (a) Sığ boşluklu dökümler için basit kitap-tipi kalıp, (b) Derin çukurlu, düz
ayrılan kalıp
Şekil-3: Otomatik sabit kalıba döküm aygıtı
Yatay Ayrılan ve Döndürülen Döküm Aygıtları:
Döküm aygıtlarındaki kalıp ayrılma düzeneği Şekil-2 ve Şekil-3' dekiler gibi dikey olarak
yapılır. Bu kalıp açma ve döküm parçasını çıkarma işlemleri için en çok tercih edilen
düzenek şeklidir Ancak bir çok döküm, en iyi yatay düzlemden ayrılan şekilde dökülür.
Bazı yatay ayrılma sistemi gerektiren dökümlerde, döndürme mekanizması (tilting) içeren
aygıtlar kullanılır. Bu yüzden, sıvı metal yatay düzlemde iken dökülür ve kalıp pozisyonu
dökümün çıkarılmasına izin verecek şekildeki konuma yani, dikey konuma getirilerek
parça çıkarılır.
Bazı dökümler kısmi olarak yatay düzlemde dökülür ve sonra metal dökme işlemi
tamamlanırken yavaşca döndürülür. Örneğin, bir fotokopi makinası çerçevesi üretiminde,
dikey düzlem ayrılmasına sahip bir kalıp düzeneğinde döküm, sıvı metalin uzun bir yol
düşmesini gerektirir ve böyle bir durum sıvı metalde kalıp içerindeyken sıçramalara ve
ciddi türbülanslara yol açar. Bunun sonucunda döküm parçası kabul edilemez bir hale
gelir. Bu uzun sıvı metal düşüşünü yok etmek için, kalıp, sıvı metalin içeride yatay
düzlem boyunca sıçaramadan akmasını ve gidere bütün kalıbı doldurmasını sağlayacak
şekilde bir dönme aygıtına yerleştirilir. Yatay düzlemde sıvı metal dökümüne başlanır ve
kalıp yavaşca 900 döndürülür. Dikey düzlem ayrılmasına sahip olan döküm bu halde
soğumaya bırakılır.
Döner Tablalar (Turntables):
Küçük veya hafif dökümler manuel olarak dökülebilir ve çıkarılabilir ama döküm
sıcaklığı ve döküm ağırlığı arttıkça manuel olarak kontrol etme zorlaşır. Bu durumlarda
döküm sistemi otomatikleştirilmelidir ve genellikle döküm makinesinin bir döner tablaya
monte edilmesi ile yapılır.
Sıkça kullanılan dönertabla sistemi Şekil-4' de şematik olarak gösterildiği gibi 12 döküm
aygıtına sahiptir ve bir turu 2 ile 7 dakika arasında tamamlar. Bu döküm prosesinde, sıvı
metalin dökümü, kalıp kaplama, maça ayarı, katılaşma ve dökümü çıkarma işlemleri
döküm aygıtının her bir çalışma bölgesini geçtiği zaman tamamlanmış olur. Bu tip döküm
düzeneklerinde maksimum döküm hızı elde edilmiş olur.
Şekil-4: 12 makineli otomatik sabit kalıba döküm sisteminin şematik gösterimi
Sabit Kalıba Döküm YöntemleriSabit kalıba döküm yöntemleri; metal (kokil) kalıba döküm, düşük basınçlı kalıba döküm,
vakumlu kalıba döküm, savurmalı döküm ve sürekli döküm olarak sınıflandırılır. Ancak
bu anlatımda diğer basınçlı döküm yöntemleri, savurmalı ve sürekli döküm
yöntemlerinden bahsedilmeyecektir.
Metal (Kokil) Kalıba Döküm:
Metal kalıba döküm erimiş metali çelikten yapılmış bir kalıba dökerek boşluğu doldurma
şeklinde yapılan bir işlemdir. Genellikle çok sayıda parça için kullanılır. Pahalı bir
yöntemdir. Kalıp tekrar tekrar kullanılabilir. Kalıp malzemesi özel çeliklerden ve dökme
demirlerden yapılır. Çıkan ürünün kalitesi kum kalıba döküm ürününden daha iyidir.
Metal kalıba döküm, Şekil-2 ve Şekil-3 de gösterilen otomatik veya yarı-otomatik tipte ve
karmaşık yapıya sahip kalıplara yapılabilir. Temel olarak basit bir metal kalıba döküm
yöntemi Şekil-5 de şematik olarak gösterilmektedir.
Şekil-5: Metal kalıba döküm yönteminin şematik gösterimi
Bu yöntemdeki işlem basamakları aşağıda sıralanmıştır.
Metal kalıp yüzeyleri ısıtılır ve yüzeylere yüzey ayırıcı madde uygulanır.
Kalıp parçaları, gerekli maçalar ve ayarlamalar yapıldıktan sonra birleştirilir ve
ayrılmaması için önlemler alınır.
Döküm yapılacak metal ergitilir, potaya alınır ve üzerindeki cüruflar temizlenir.
Sıvı metal, metal kalıba dökülür ve soğuma tamamlandıktan sonra son ürün alınır.
Katılaşma sırasındaki soğuma, kum kalıplardan daha hızlı olduğu için, iç yapı daha ince
tanelidir. Boyut hassasiyeti ±0,25 mm olup, parça yüzeyleri temizleme işlemi
gerektirmeyecek kadar yüksek kalitelidir. Metal kalıplarda kullanılan maçalar metal, kum
veya alçıdan yapılabilir. Kalıp üretiminde kalıp boşluğu ve diğer kanallar talaşlı imalat
yöntemiyle açılır. Kalıp malzemesi geçirgen olmadığından hava kanalları açılması
zorunludur. Kokil kalıp tasarımı büyük deneyim ister. Kalıp cidar kalınlıkları genellikle
18-50 mm arasında seçilir. Metal kalıpların cidar kalınlığının belirlenmesinde ısı-girdi ve
çıktılarının dikkate alınması gerekir. Çünkü bu yöntemin başarısı, kalıbın sürekli çalışma
sırasındaki sıcaklığına bağlıdır ve gerektiğinde kalıp soğutulabilir. Ayrıca döküm
başlangıcında metalin kalıba sorunsuz dolması için bir çok kez kalıp ön ısıtılır.
Kalıcı kalıpların malzemesi metal dışında refrakter özelliği daha iyi olan malzemeler de
olabilir. Bu sayede daha yüksek döküm sıcaklıkları kullanılabilir. Buna örnek grafit
kalıplardır. Bu kalıplar aluminyum, magnezyum gibi alaşımlardan az sayıda parça için
tercih edilirler. Ancak çok çabuk aşındıklarından sadece özel uygulamalarda kullanılırlar.
Döküm sıcaklığı arttıkça kalıp ömrü azalır.
Döküm sonrasında mümkünse parça tam soğuma beklenmeden hemen çıkarılır ve böylece
parçanın oda sıcaklığına kadar serbestçe büzülmesi sağlanır.
Metal kaloba dökm yönteminin üstünlükleri şöyledir:
İnce taneli iç yapı sayesinde mekanik özellikleri daha iyidir.
Hassas boyut toleransları sağlanabilir.
Parçanın yüzey kalitesi iyi olup, temizleme masrafları düşüktür.
Seri üretim için ekonomiktir
Yöntemin sınırlı oldukları noktalar şunlardır:
Metal kalıp yatırım gerektirdiğinden ancak seri üretimde ekonomiktir.
Bu yöntemle her malzeme dökülemez.
Parça çıkarılırken kalıptan çıkarma güçlüğü olabilecek parçalar için kalıbın
bozulduğu kum kalıp daha uygundur.
Sadece küçük parçaların üretimi için uygundur.
Düşük Basınçlı Kalıba Döküm:
Dar kalıp boşlukları içeren sabit kalıplara metalin yerçekimi yardımıyla dolması güçtür.
Bu durumda alçak basınçlı döküm yönteminden yararlanılır. Bu döküm yönteminde Şekil-
6 da görüldüğü gibi kalıp, sıkıca kapatılmış hava geçirmeyen ve sıvı metal içeren bir
haznenin üstündeki döküm aygıtına yerleştirilir. Kalıptan, sıvı metal bulunan haznenin
içine doldurucu görevi gören bir boru iner. Hazne içine verilen hava basıncı sıvı metale
kuvvet uygular ve kalıpla bağlantıda olan borudan doğru kalıbın içine dolar. Boru içindeki
metal besleyici görevi görür ve bu durum bu dökümü çekici kılan bir avantajdır.
Şekil-6: Düşük basınçlı döküm yönteminin iki farklı şematik gösterimi
Düşük basınçlı döküm otomasyona çok uygundur ve genellikle geleneksel sabit kalıba
döküm metodlarından (gravite döküm) daha düşük kalıp sıcaklıklarında ve daha kısa süre
içinde gerçekleşir. Hızlı soğuma dökümü yapılan metalde daha küçük tane yapısı ve daha
düşük dentritler arası mesafe sağlayarak mekanik özellikleri de geliştirir. Bu yöntemin
diğer avantajı ise hazneden kalıba dolan sıvı metalin atmosfere açık sıvı metale göre daha
temiz olmasıdır. Bu sayede gaz gözenekleri ve oksitlenme en aza indirilirken, mekanik
özellikler iyileşir.
Vakumlu Kalıba Döküm:
Bu döküm yöntemi, yukarıda bahsedilen düşük basınçlı döküm yöntemine çok benzerdir.
Tek farkı, vakumun kalıp ile bağlantılı olan bir boşluktan uygulanması ile sıvı metalin
itilmesi yerine çekilmesidir. Şekil-7 de gösterildiği gibi kalıp içi pompa yardımıyla ile
vakumlanıyor.
Şekil-7: Vakumlu kalıba döküm yöntemi şematik gösterimi
Bu yöntem ile mükemmel mekanik özelliklerde ve düşük kalıp sıcaklıklarında
yapıldığından yüksek üretim hızlarında dökümler yapılabiliyor. Düşük basınçlı dökümde
olduğu gibi, kalıp ile sıvı metal haznesi arasındaki doldurucu boşluk besleyici görevi
görmektedir ve metal akışı çok iyi sağlanabilmektedir. Bu proses de aynı şekilde
otomasyona çok uygun olup, yüksek miktarda ve yüksek kalitede dökümlerin üretimini
uygun maliyetlerde yapabilmektedir. Ancak bu yöntemde, küçük ve basit parçaların
dökümü için daha çok uygundur çünkü karmaşık yapılı kalıpların dizaynını yaparken
vakumun bütün kalıp içerisinde etkin kılmak için ustalık gerekir.
Kalıp DizaynıSeri üretimde kullanılabilecek bir basit sabit kalıp için, Şekil 2(a) daki menteşeli sabit
kalıp mekanizması örnek gösterilebilir. Burada iki kalıp parçası birbirine pimler ile
hizalanarak sabitlenir. Her bir kalıp parçasındaki boşluklar dökümü yapılan parçanın
şeklini belirler. Döküm işlemi, kalıp boşluğu, hava çıkışına izin vermesi için delinir.
Operasyon sırasında kalıp parçaları sıkıca kapatılır ve yolluk sistemi ve kalıp boşluğu sıvı
metal ile doldurulur. Katılaşmadan sonra kalıp açılır, maçalar çıkarılır ve döküm parçası
manuel olarak çıkarılır.
Şekil 2(a) daki kalıp dikey ayrılmaya sahip tek düzlemli bir kalıptır. Bu tip kalıplar aynı
zamanda yatay ayrılmaya da sahip olabilir ve birden fazla düzleme sahip olabilir. Şekil-8
alt yolluk sistemine sahip 4 boşluklu sabit kalıbını şematik olarak göstermektedir.
Şekil-8: Alt yolluklu 4 kalıp boşluklu sabit kalıp
Şekil-9 da yukarıda şematik olarak gösterilen 4 boşluklu kalıbın pratikte uygulanmış bir
örneğini göstermektedir. Kompresör gövdesi parçalarının daha seri olarak üretilmesi için
bu 4 boşluklu kalıp tasarlanmıştır. Son çıkan ürün üzerinde gidici, besleyici ve yolluk
sistemleri daha net görülebilmektedir.
Şekil-9: Kompresör gövdesi parçaların 4 kalıp boşluklu sabit kalıp ile üretimi
Oyuklu ve zor maçalama (undercut) gerektiren parçaların kalıplarının dizaynı da zordur
ve zorluk arttıkça maliyet de artmaktadır. Bu kalıpların dizaynında harcanabilir maçaların
kullanımı metal maçaların kullanımından daha kolaydır. Ancak bazı kalıplama
sistemlerinde çelik maçalar kullanılabilmektedir.
Döküm parçası içinde ince alanlarla çevrilmiş izole olmuş ağır kısımlardan kaçınılmalıdır.
İnce derin kaburgalardan da kaçınılmalıdır çünkü bunlar yetersiz dökümlere ve döküm
sıçramalarına neden olur. Yalnızca basit sabit kalıp döküm parçaları herhangi bir mekanik
yardımı olmadan kalıptan çıkarılabilir. Çoğu döküm parçalar iyi bir şekilde dağıtılmış
çıkarıcı pinler yardımıyla veya kalıbın bir yarısının hidrolik veya mekanik bir sistemle
ayrılmasından sonra diğer parçadaki maçaların çıkarılmasından sonra çıkarılırlar.
Kalıp başına yapılabilecek döküm sayısı, kalıp dizaynında çok önemli bir husustur. Temel
hedef kalıp başına düşük maliyette kabul edilebilir seviyede dayanıklı olabilen optimum
sayıda kalıp boşluklarına sahip olmaktır. Çok küçük ve çok ince dökümler haricinde, kalıp
başına dökülecek metalin ağırlığı arttıkça, makineni döngü zamanı artar fakat bu artış
direkt olarak orantılı değildir. Maximum kalıp boşluğu sayısına sahip bir kalıp daha az
olan bir kalıptan tek bir dökümde daha fazla parça üretecektir. Boşluk sayısına
bakmaksızın, katılaşma süreleri aynıdır. Hatalı ürün sayısı kalıp boşluk sayısı arttıkça
artabilir ama bu durum çok sayıda yapılan dökümün sağladığı faydalardan daha önemli
değildir.
Kalıcı kalıp dizaynında, parça istenen yönlenmede ayarlanır ve kalıp bunun etrafını
metalin akışına, metal sızmasını önleyici sarmalara ve maçalar ve pimlerin
yerleştirilmesine yeteri kadar yer verecek şekilde sarar. Kalıbın arka kısmının hatlarını
belirlemek de önemlidir böylece gerekli ölçülendirmeler verilerek eşit sıcaklık dağılımı ve
ısı yayınımı sağlanabilir. Sıcaklık stabillitesi de ince duvarlı dökümler için kalıp
dizaynında göz önünde bulundurulması gereken bir noktadır. İnce duvarlı dökümler
sıcaklık değişimine duyarlıdır ve yanlış metal akışına sebep olabilirler.
Kalıplar kapatıldıktan sonra gaz çıkışına rahatlıkla izin verebilecek delikler de göz önünde
bulundurulması gereken bir noktadır, dizayn sırasında delik büyüklüğü ve hangi
noktalarda olması gerektiği bilinmelidir.
Yolluk SistemleriSabit kalıba dökümde yolluklama üstte, yandan veya alttan yapılabilir. Tek veya çoklu
yolluklamalarda kullanılabilir.
Üst Yolluklama:
Bu düzenekte gidici ve besleyici genellikle aynıdır. İnce kesitler yolluktan en uzak kısıma
yerleştirilir böylece yönlü katılaşma yolluğa doğru olur. Döktükten sonra yolluk besleyici
görevi görür. Besleyicideki metal en son katılaşır böylece dökümü devamlı sıvı metalle
besleyebilir. Şekil 10 (a) da üst yolluk sistemli bir kalıp dizaynı görülmektedir. Üst yolluk
sistemi daha hızlı döküm hızlarını, daha az metal akışkanlık gereksinimini ve istenen
sıcaklık gradyantını sağlar. Bunlar istenen özellikler olsa da, döküm sırasında sıçramalara
ve kalıp erozyonuna sebep olabilirler. Ayrıca metal oksidasyonu bu sistemlerde daha sık
olur.
a) b) c)
Şekil-10: a) üst, b) alt ve c) yan yolluk sistemleri
Yan Yolluklama:
Özellikle alüminyum dökümlerinde sıkca kullanılır. Bu yolluk sisteminde besleyici Şekil-
10 (c) de görüldüğü gibi dökümün en üst kısmında bulunmaktadır. Giriş kısmı döküm
boyunun yaklaşık %90 ı kadar uzunlukta, döküm parçasının yan tarafında bulunur böylece
giriş kısmındaki ve besleyicideki metal kalıp içindeki metalden daha sıcak kalır. İnce
kısımlar giriş ve besleyiciden daha uzağa yerleştirilir. Katılaşma yönü kalıp boşluğundan
girişe ve besleyiciye doğru olur böylece çekme gözenekleri minimize edilir.
Sabit kalıpların yolluk sistemleri kum kalıplardakinden daha esnektir . Yolluk sistemleri
metalin kalıbı yeteri hızda doldurmasını sağlayarak türbülansı minimum seviyeye
getirmelidir. Alüminyum ve magnezyum için türbülansı yok etmek çok önemlidir çünkü
türbülans aşırı miktarda oksit oluşumuna yol açar. Genellikle aluminyum ve magnezyum
dökümleri dikey konumda yada dikey konumdan yatay konuma geçerek dökümler yapılır.
Bu metod ile içerideki hava çıkartılarak oksitlenme de önlenebilir.
Alt Yolluklama:
Alt yolluk sistemi doğru dizayn edilmezse, döküm sırasında en son kalan sıvı metal (en
sıcak metal) dökümün en alt kısmında olacaktır. Bu durum gravite beslemesini ve
kademeli katılaşmayı önleyecek ve döküm parçasında çekme gözeneklerine sebep
olacaktır. Bu durum, kalın dökümler için çok iyi dizayn edilmiş alt yolluklu sistemlerde
dahi sıkça görülebilmektedir. Sabit kalıba dökümlerde alt yolluklu sistemler genellikle
ince parçaların dökümünde kullanılır.
Düşük basınçlı dökümler ve vakumlu dökümler, alt yolluk sistemlerin en sık kullanıldığı
döküm metodlarıdır. Bunun sebebi ise bu döküm yöntemlerinde metal bir basınç ile kalıp
içine çekilmektedir. Basınç farkı sıvı metalin kalıp içine katılaşma sırasında da
beslenmesini sağlamaktadır.
Yolluk sistemleri genellikle aşırı oksit oluşumunu önleyici dizaynları gerektirir ve cam
fiber, metaller ve sermaiklerin yolluk sistemlerinde kullanılması ve Şekil-11 de görülen
yolluk altındaki tuzaklar ile cüruf karışması ve oksit oluşumu azaltılabilir.
Şekil-11: Cüruf tutucu ve ayırıcılı yolluk sistemleri
MaçalarSabit kalıplarda kullanılan maçalar gri dökme demir, çelik, kum veya alçıdan yapılabilir.
Metal maçalar haraket ettiriebilir veya sabit olabilir. Sabit maçalar kalıp ayrılma
düzlemine dik olmalıdır böylece döküm parçasının çıkmasına izin verebilmektedir. Ayrıca
dizayn sırasında çıkarma sırasında mümkün olduğu kadar az sorun çıkarabilecek şekilde
yapılmalıdır. Kalıp ayrılma düzlemine dikey olmayan metal maçalar hareket ettirilebilir
olmalıdır böylece kalıp açılmadan çıkarılabilirler.
Kum veya alçı maçalar sabit kalıpta kullanıldığında, işlemin adı yarı sabit kalıplama
olarak geçer. Kum veya alçı maçalar harcanabilirdir ve daha karmaşık yapılı maçalar
yapılarak metal kalıbın içine yerleştirilebilir.
Şekil 12 de iki farklı geçiş yolunun sabit kalıptaki maçalama işlemini limitli hale getirdiği
gösterilmektedir. Şekil 12(a) daki sistem metal maçalar kullanılarak kolaylıkla üretilebilir.
Fakat Şekil 12(b) deki eğimli kısımlı parça kum veya alçı maçalar kullanılmasını
gerektirmektedir.
Şekil-12: İki farklı maçalama metodu gerektiren boşluk türleri a) metal maçalar
kullanıldığında b) kum veya alçı maçalar kullanıldığında
Kalıp ve Maça Malzemelerinin Seçimi
Kalıcı kalıplar ve maçaların seçimi için seçilecek malzemeleri etkileyen 4 temel factor
vardır.
- Dökümü yapılacak metalin döküm sıcaklığı
- Dökümün boyutu
- Birim kalıp başına yapılacak döküm sayısı
- Kalıp malzemesinin fiyatı
Bu değişkenler baz alınarak aşağıdaki tablolarda bazı tavsiyelerde bulunulmuştur.
Tablo 2: Tavsiye edilen kalıp malzemeleri
Döküm Alaşımı
Döküm Sayısı
1000 10000 100000
Küçük Dökümler için ( maksimum boyut 25 mm ya da 1 inç)
Çinko Gri dökme demir,
1020 çeliği
Gri dökme demir,
1020 çeliği
Gri dökme demir,
1020 çeliği
Aluminyum,
Magnezyum
Gri dökme demir,
1020 çeliği
Gri dökme demir,
1020 çeliği
AISI H14 eklemeli
gri dökme demir,
1020 çeliği
Bakır Gri dökme demir Gri dökme demir Alaşımlı dökme
demir
Orta Ölçekli ve büyük dökümler için ( maksimum boyut 915 mm. )
Çinko Gri dökme demir;
AISI H11
Gri dökme demir;
AISI H11
Gri dökme demir;
AISI H11
Aluminyum,
Magnezyum
Gri dökme demir Gri dökme demir Gri dökme demir;
AISI H11 ya da H14
Bakır Alaşımlı dökme demir
Alaşımlı dökme demir
Alaşımlı dökme demir
Tablo 3: Maçalar için tavsiye edilen malzemeler (< 76 mm çapında)
Döküm alaşımı Tavsiye edilen maça malzemeleri
Çinko Kum, Alçı, Gri dökme demir, 1020 çeliği
Aluminyum, Magnezyum 1010 ya da 1020 çeliği, kum, alçı, çelik,
H11 kalıp çeliği, karbon
Bakır Kum, 1020 çeliği, gri dökme demir, alçı,
grafit
Tablo 4: Maçalar için tavsiye edilen malzemeler ( > 76 mm çapında)
Döküm alaşımı Belirtilen döküm sayısına gore malzeme
1000 10000 100000
Çinko Gri dökme demir,
1020 çeliği
Gri dökme demir,
1020 çeliği
Gri dökme demir,
1020 çeliği
Aluminyum, Magnezyum Gri dökme demir,
kum, alçı, 1020
çeliği takviye
edilmiş gri
dökme demir
Gri dökme demir,
kum, alçı, 1020
çeliği takviye
edilmiş gri
dökme demir
Gri dökme demir,
1020 çeliği
takviye edilmiş
gri dökme demir,
kalıp çeliği
Bakır Kum Kum -
Tablo 2’ de belirtildiği gibi gri dökme demir en yaygın kullanılan kalıp malzemesidir.
Aluminyum ve grafit kalıplar küçük ölçekte aluminyum ve magnezyum dökümleri için
bazene kullanılan kalıplardır. Grafit kalıplar ise bazen bakır alaşımlarının dökümünde
kullanılır. Aluminyum ve magnezyum döküm alaşımlarında, kalıp başına 100000 ya da
daha fazla döküm eldesi yaygın değildir. Ayrıca bakır alaşımları daha fazla döküm
sıcaklığı gerektirdiğinden kalıp ömürleri daha kısadır.
Kalıp ilaveleri: Kalıplara aynı malzemelerden ya da farklı malzemelerden kısmen ya da
tamamen ilavelerin yapılması kalıp ömrünün daha uzun olmasını sağlamaktadır. Ayrıca
işlenebilirliği de kolaylaştırmak amaçlı yapılmaktadır. İlaveler aynı zamanda tahliyede,
havalandırmada, boşlukların ya da kalıpların sıcaklık kısımlarında ve soğutucu ince
uçlarında kullanılır.
Tablo 3 ve 4’te boyutlarına göre ve performansları baz alınarak tercih edilebilecek maça
malzemeleri verilmiştir. Bu malzemeler;
- Kum (Yağ ile bağlanmış ya da reçine ile, kabuk, karbon dioksit silikat)
- Alçı
- Grafit ve karbon
Kalıp ÖmrüKalıp ömrü 100 ile 250000 arasında farklılık gösterebilen döküm kapasitesine sahip
kalıpların dayanım süresi olarak adlandırılır. Örneğin aluminyum piston için kalıplar
tamirinden once 250000 döküm yapabilmektedir. 250000’den fazla dökümlerde
kullanılması için ciddi tamir ve bakım gerektirir. Gerekli bakımlar ve tamirat yapıldıktan
sonra bu kalıplar 3.5 milyon döküme kadar kullanılabilir. Ayrıca piston kalıplar, kolay
dizaynı ve tasarımı ile birlikte, silindirik ısı kalıpları gibi iç maçalar ve dış ilave
malzemeler gerektiren kalıplardan daha uzun ömürlü ve dayanıklıdır. Kalıplar genellikle
dökme demirlerden yapılır. Dökme demirler erimiş aluminyumun tepkisine normal
çeliklere göre daha dirençlidir. Ancak dökme demirden yapılan kalıpları onarmak çeliğe
göre daha maliyetli ve daha zordur. Çeliğin kaynaklanabilirliği ve tamiratı bakımı daha
kolaydır. O yüzden yüksek üretim işlemi gerektiren dökümlerde çelik kalıplar yaygın
olarak kullanılır.
Kalıbın ömrünü etkileyen değişkenler;
- Döküm Sıcaklığı
- Dökümün Ağırlığı
Döküm Ağırlığı arttıkça kalıbın ömrü azalır
- Dökümün Şekli
Kalıbın farklı bölgelerinde sıcaklıklar farklıdır. Farklı bölgeler arasındaki sıcaklık
farkı arttıkça kalıp ömrü azalır.
- Soğuma Metodları
Suda soğutma havada soğutmadan daha etkilidir. Fakat suda soğutma işlemi
yapıldığında kalıp ömründe azalma olur
- Isı döngüsü
Kalıbın sıcaklığının uniform sıcaklıklarda korunması kalıp ömrünü maksimum
seviyede yüksek tutar.
- Kalıbın ön ısıtılması
Elektrikli ısıtıcılar ile çalışma sıcaklığında yapılır. Kalıp ömrünü arttırır. Dökümde
meydana gelecek termal şoklar kalıp kırılmasında en temel faktördür.
- Kalıbın kaplanması
Metalin kalıp yüzeyiyle temasını engeller. Böylece kalıp ömrünü arttırır.
- Kalıp malzemesi
Tablo 2’de önerilen malzemeler tercih edilebilir.
- Depolama
- Temizlik
- Yolluk
- Kalıp işlem metodu
- Dökümün son kullanımı
Kalıp Dizaynının Etkisi:
Yukardaki faktörlere ek olarak kullanılan kalıpların dizaynı kalıp ömrünü etkileyen
önemli parametrelerden biridir. Kalıp duvarının kalınlığı ısıtma ve soğutma esnasında
aşırı gerilmelerin oluşumuna neden olabilmekte ve bu da kalıpların erken hasara
uğramasına neden olmaktadır. Dökümde meydana gelen büzülmelerden dolayı, genellikle
kalıbın dışı iç kısma göre daha az tasarım(draft) gerektirir. 5° draft arzu edilir fakat bunun
2° si dışarısı için and 3° si ise iç kalıp yüzeyi için kullanılır. Düşük draft açıları döküm
sayısını azaltır. Draft açısının aluminyum alaşımlı dökümde kullanılan kalıplarda ve
maçalardaki etkisi Şekil 13’te gösterilmiştir.
Şekil 13. Draft açısının etkisi
Kalıp KaplamalarıKalıp kaplama işlemi kalıpların ve maçaların yüzeyine uygulanan işlemlerdir. Ergimiş
metal ile kalıp yüzeyi arasında bariyer oluşturarak döküm işleminin daha sağlıklı olması
sağlanır.
Kalıp kaplamaların amaçları;
- Ergimiş metalin erken donmasını önlemek
- Dökümün katılaşmasının hızını ve yönünü kontrol etmek
- Kalıp malzemelerindeki termal şoku minimize etmek
- Ergimiş metalin kalıba yapışmasını önlemek
- Kalıp boşluğu içinde sıkışan havayı boşaltmak
Kalıp kaplamalar iki türlüdür. Bunlar izolasyon ve yağlamadır. Bazı kaplamalar bu iki
fonksiyonu da içerir. İyi izolasyonlu kaplamalar yeterli bir suyun içerisinde bir parça
sodium silikat ve iki parça colloidal kaolinden yapılabilir. Yağlayıcı kaplamalar ise uygun
bir bariyer olarak genellikle grafitleri içerir.
15 çeşit kalıp kaplama malzemesi, Tablo 5’te listelenmiştir.
Tablo 5: Kalıcı kalıplar için kaplamaların kompoziyonları
Kaplama
Numarası
Kompoziyonu (%Ağırlık)
Sodyum
Silikat
Yalıtkanlar Yağlayıcılar BA
Toz
kireç
Ateş
Kili
Metal
Oksit
Toprak Sabun
taşı
Talk Mika Gra
fit
1 2 … 4 … … … … … 1 …
2 8 … 4 … … … … … … …
3 .. 7 … … … … … … … 7
4(a) 12 9 … … … … … … … …
5 5 11 … 2 … … 5 … … …
6 9 … 4 … … 14 … … … …
7 11 … … 17 … … … … … …
8 … … 4 … … 23 … 5 … …
9 7 … 1 … … 23 … 2 … …
10 23 … … … … … 20 … … …
11 30 … … … 5 … 10 … … …
12 18 … … … 41 … … … … …
13 8 … … 60 … … … … … …
14 7 … … … … … 62 … … …
15 20 53 … … … … … … … …
BA : Borik Asit
(a) : Aşınma direnci için %2 Silisyum karbür içerir.
Kalıp ömrünü uzatmak için yapılacak olan kaplama paslanmaz olmalı, kalıba iyi
yapışmalı ve çıkarması kolay olmalıdır. Erimiş metalin, kalıp yüzeyiyle temas etmesini
önlemelidir.
Kalıp SıcaklığıEğer kalıp sıcaklığı çok yüksek ise, aşırı parlama görülür ve bu da nihai dökümü ve
üretilecek olan malzemenin mekanik özelliklerini olumsuz etkileyebilir. Eğer kalıp
sıcaklığı çok düşük ise, döküm süreksizliği ve yetersiz döküm görülür dolayısıyla yeterli
besleme olmaz. Bu durum malzemelerde çekmeye büzülmelere ve sıcak yırtılmalara
neden olur.
Kalıp sıcaklığıyla ilgili değişkenler;
- Döküm sıcaklığı
Yüksek döküm sıcaklığı kalıp sıcaklığınında yüksek olması anlamına gelmektedir.
- Döngü sıklığı
Daha hızlı çalışma döngüsü kalıbın daha sıcak olmasına olanak sağlar
- Döküm Ağırlığı
Erimiş metalin ağırlığı arttıkça kalıp sıcaklığıda artmaktadır.
- Döküm şekli
İzole edilmiş ağır ve karmaşık parçalar, maçalı cepler ve keskin köşeler, sadece
kalıp sıcaklığını arttırmaz aynı zamanda istenmeyen termal gradyenlere neden
olur.
- Döküm duvarı kalınlığı
Döküm duvarı kalınlığı arttıkça kalıp sıcaklığıda yükselir.
- Kalıp duvar kalınlığı
Kalıp duvar kalınlığının artması kalıp sıcaklığının azalmasına neden olmaktadır.
- Kalıp kaplamalarının kalınlığı
Kalıp kaplamalarının kalınlığı arttıkça kalıp sıcaklığı azalmaktadır.
Döküm işlemi, kalıp kaplama, soğutucu ve soğutucu olmayan parçalar kalıp sıcaklığında
önemli etkiye sahiptir. Kaplama kalınlığını optimum seviyede muhafaza etmek oldukça
zordur. Üretim esnasında ise kalıp kaplama kalınlığı ölçülememektedir. Ancak kaplama
kalınlığı kontrolü için en yaygın yöntemlerden biri periyodik muayene yöntemidir. Belirli
süreçlerde gerekli kontrollerin yapılmasıyla mümkün olabilir. Düzensiz kaplama kalınlığı,
boyutsal doğruluk kaybını ve uygunsuz yüzey kalitesini yansıtmaktadır.
Kalıbın ön ısıtılması : Bir çok döküm işleminde, üretim işleminden once kalıplar uygun
bir sıcaklığa kadar ısıtılır. Bu işlemin temel amacı üretimde meydana gelebilecek hata
paylarını azaltmaktır.
Kalıplar doğrudan aleve maruz kalarak ısıtılabilir. Ancak bu yöntem, şiddetli ve ısı
dağılımının uniform olmamasından dolayı kalıpların zarar görmesine neden olabilir. Bu
dezavantaja rağmen yine de alevle ısıtma yöntemi kullanılabiktedir. Özelleştirilmiş
ısıtıcılar kalıplar için yapılır. Kalıp yüzeyinin ön ısıtmaya tabii tutulması, termal
gradyenlerin çok küçük boyutlarda kalmasını sağlamaktadır. Fakat büyük kalıplar için bu
işlem ne yazık ki pratik bir yöntem değildir.
Kalıp sıcaklığının kontrolü:
Kurulu bir proseste, kalıp sıcaklığının kontrolü, yardımcı soğutucu veya ısıtıcılarla ve
kaplama kalınlığının kontrolüyle mümkün olmaktadır. Yardımcı soğutucular için
genellikle hava ya da suda soğutma işlemleri kullanılır. Su daha etkili bir yöntemdir fakat
su akış hızını sürekli ayarlayıp kontrol altında tutmak gerekir.
Eğer su ya da diğer sıvılar kullanıldığında, kesinlikle dökümü yapılan metalle temas
etmemelidir. Aksi takdirde bir alevlenme ve patlama görülebilir. Metal sıcaklığı
yükseldikçe buhar patlamasının şiddetide artar. Kontrolü sağlanmış kalınlığın kalıp
kaplaması ince ve ağır kesitler arasındaki katılaşma hızını eşitleyebilmektedir. Soğutucu
ve soğutucu olmayan parçalar katılaşma hızını ayarlamak için kullanılır. Böylelikle
donma olayı ince kesitten orta kesite ordan kalın kesite ve en son besleme yerine kadar
hızlı ve kontrollü bir şekilde ilerler. Soğutucular kalıptaki katılaşmayı hızlandırır.
Soğutucu hava jetlerinin kalıba zıt yönde yönlenmesiyle işlem gerçekleştrilir. (Şekil 14)
Soğutucular termal iletkenliği arttırmak için belirli alanlarda kalıp kaplamalarının bir
kısmını ya da tamamını çıkarmak için de kullanılabilir. Ayrıca soğutucular üretim hızını
arttırmada metalin dayanımını geliştirmede ve mekanik özellikleri iyileştirmede
kullanılabilir.
Isıtıcılar ise belirli bölgelerde soğumayı yavaşlatır. Kalıcı kalıbın ısı kaybını azaltır.
Şekil 14. Çeşitli kalınlıklardaki döküm kesitlerinde soğuma hızını eşitlemek için
kullanılan soğtucu ve alevle ıstılmış ısıtıcılar
Döküm SıcaklığıKalıcı kalıba dökümde, dökümü yapılacak metalin döküm işlemi nispeten düşük sıcaklık
aralığında yapılır. Bu aralık, dökümü yapılacak metalin komposizyonuna, döküm
duvarının kalınlığına, döküm boyutuna ve ağırlığına, kalıbın kaplamasına ve kalıbın
soğuma hızına bağlıdır.
Düşük Döküm Sıcaklıkları: Eğer döküm sıcaklığı optimum seviyeden daha düşük ise,
kalıp boşluğu doldurulamaz, bağlayıcılar bağlanamaz. Dökümün son parçasından önce
gateler ve yükselticiler katılaşacak, ince kesitler daha önceden katılaşmış olacaktır. Düşük
döküm sıcaklıkları, döküm hatalarıyla, porozitelerle, düşük döküm detaylarıyla ve döküm
süreksizliğiyle sonuçlanacaktır. Bu döküm süreksizliklerini önlemek içinde döküm
sıcaklığını bir miktar arttırmak gerekecektir.
Yüksek Döküm Sıcaklıkları: Yüksek döküm sıcaklıkların dökümde çekmelere ve kalıp
çarpılmalarına, yamulmalarına sebep olmaktadır. Bu çarpılmalar, boyutsal doğruluğun
kaybına yol açmaktadır. Yüksek döküm sıcaklıkları aynı zamanda katılaşma zamanını
azaltır ve her zaman kalıp ömrünü olumsuz yönde etkileyerek kalıp ömrünün azaltır.
Metallere özgü döküm sıcaklıkları: Aluminyum alaşımları için genellikle döküm sıcaklık
aralıkları 675’den 790 °C (1250 to 1450 °F) ‘ye kadardır. İnce duvarlı dökümler daha
yüksek sıcaklıklarda (845 °C ) dökülebilir. Döküm sıcaklığı da döküm esnasında ±8 °C
(±15 °F) sıcaklık aralığında korunmalıdır. Eğer döküm sıcaklığı korunamazsa, soğutma
düzeneği maksimum sıcaklığa göre ayarlanmak zorundadır. İç kalıp soğuması, kalıp
duvarlarına gömülü olan manyetik dalgalarla çalıştırılan termocouple lar vasıtasıyla
kontrol edilir.
Magnezyum alaşımları için normal döküm sıcaklık aralığı 705 ile 790 °C (1300 to 1450
°F) aralığındadır. İnce duvarlı dökümler 790 °C’ye yakın sıcaklıklarda kalın duvarlı
dökümler ise 705 °C’ye yakın sıcaklıklarda dökülür. Döküm sıcaklığı da döküm esnasında
±8 °C (±15 °F) sıcaklık aralığında kontrol altında tutulmalıdır.
Bakır alaşımları alaşıma bağlı olarak 980 ile 1230 °C (1800 ile 2250 °F) aralığında
dökülür. Döküm sıcaklığı da döküm esnasında ±15 °C (±25 °F) sıcaklık aralığında kontrol
altında tutulmalıdır.
Gri dökme demirlerin akışkanlığı oldukça iyidir. 1275 ile 1355 °C (2325 ile 2475 °F)
döküm sıcaklıklarında dökülmesi gerekir. Fakat bu biraz zordur. Aşırı döküm sıcaklıkları
alevlenmelere, kalıpta sızıntılara ve hasarlara yol açabilmektedir.
Boyutsal DoğrulukKalıcı kalıba dökümde boyutsal doğruluk, kısa vadeli ve uzun vadeli değişkenlerden
etkilenir.
Kısa vadeli değişkenler;
- Kalıp elemanlarının bozulmasıyla ya da kalıp yüzeyindeki yabancı malzemelerin
neden olduğu kalıp kapanma değişkenleri,
- Kalıp kaplamalarının kalınlığının değişkenliği,
- Kalıptaki sıcaklık dağılımın değişkenliği,
- Döküm kaldırma, temizleme sıcaklığının değişkenliği.
Uzun vadeli değişkenler;
- Gerilme gevşemesinden, ilerlemesinden ve sürünmeden kaynaklı aşamalı ve
ilerlemeli kalıp bozuklukları
- Temizlik kaynaklı, kalıp yüzeylerinin aşamalı aşınmaları
Boyutsal değişkenler soğuma ve ısıtma hızlarını kontrol altında tutarak minimize
edilebilir.
Kalıp dizaynı: Hem kalıp kalınlığı hem de destekleyici nervürlerin dizaynı, çalışma
sıcaklıklarında kalıp çarpılmalarının derecesini etkiler.
İnce kalıpların arkasındaki destekleyici nervürler kalıp yüzeyini konkav bir hale getirecek
şekilde yamultur. Bu dizayn hatası döküm boyutlarını 1.6 mm (1/16 in.) ye kadar
değiştirebilir.
Aşınma hızı: Bir çok kalıp ve maça bileşenlerinin boyutları nispeten uniform oranda
değişir. Bu yüzden yeniden üretimde ve çalışmalarda boyutların tahmini mümkündür.
Dökümün tolerans değerlerinde korunması için, aşınma direnci baz alınarak kalıp
malzeme bileşenlerinin seçilmesi gereklidir.
Yüzey PürüzlülüğüKalıcı kalıpta dökümde yüzey pürüzlülüğü aşağıdaki parametrelere bağlıdır.
- Kalıp boşluklarının yüzeyi
Dökümün yüzey pürüzlülüğü, kalıp boşluğunun yüzey pürüzlülüğünden daha iyi
olmayacaktır. Isı kontrolleri ve diğer hatalar döküm yüzeyinde yeniden
üretilemeyecektir.
- Kalıp kaplaması
Aşırı kalın kaplamalar ve düzensiz kaplamalar döküm pürüzlülüğünü olumsuz
etkileyecektir.
- Kalıp dizaynı
Döküm yüzeylerinin çatlamasını ve hasar görmesini önlemek için yeterli bir draft
yani taslak sağlanmak zorundadır.
- Kapı tasarımı ve boyutu
Bu faktörler, erimiş metalin akışının hızını ve düzgünlüğünü etkilediği için döküm
yüzeyinin pürüzlülüğünde de önemli bir etkiye sahiptir.
- Havalandırma
Kalıp boşluklarındaki sıkışmış havanın tahliye edilmesi, tamamen dolum işleminin
ve düzgün bir yüzeyin sağlanması için önemlidir
- Kalıp sıcaklığı
- Döküm tasarımı
Yüzey pürüzlülüğü, geniş düz alanlarda, kesitin ciddi değişimlerinden,
karmaşıklıktan olumsuz yönde etkilenir.
Kaynaklar[1] West, C. E., and T. E. Grubach. "Permanent mold casting." ASM
Handbook. 15 (1988): 275-285.
[2] Kim, Chung-Whee. "Permanent Mold Casting." Modeling for Casting and
Solidification Processing (2001): 373.
[3] Kalpakjian, Serope, Steven R. Schmid, and Chi-Wah Kok. Manufacturing
processes for engineering materials. Pearson-Prentice Hall, 2008.
[4] Çavuşoğlu, Ergin N. Döküm teknolojisi. İTÜ, 1992.
[5] Aran, Ahmet. Metal döküm teknolojisi. İTÜ, 1989.
[6] Totten, George E., Kiyoshi Funatani, and Lin Xie, eds. Handbook of
metallurgical process design. CRC press, 2006.
Recommended