METAL ENJEKSĠYON YÖNTEMĠ ĠLE ÜRETĠLEN ...tez.sdu.edu.tr/Tezler/TF02538.pdfYolluk kanal tipleri...
Transcript of METAL ENJEKSĠYON YÖNTEMĠ ĠLE ÜRETĠLEN ...tez.sdu.edu.tr/Tezler/TF02538.pdfYolluk kanal tipleri...
T.C.
SÜLEYMAN DEMĠREL ÜNĠVERSĠTESĠ
FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
METAL ENJEKSĠYON YÖNTEMĠ ĠLE ÜRETĠLEN
ALÜMĠNYUM MALZEMELERĠN MEKANĠK
ÖZELLĠKLERĠNĠN ĠNCELENMESĠ
Soner DURAN
DanıĢman
Doç. Dr. Adnan ÇALIK
YÜKSEK LĠSANS TEZĠ
MAKĠNE EĞĠTĠMĠ ANABĠLĠM DALI
ISPARTA – 2014
©2014 [Soner DURAN]
i
ĠÇĠNDEKĠLER
Sayfa
ĠÇĠNDEKĠLER ............................................................................................................. Ġ
ÖZET.......................................................................................................................... ĠĠĠ
ABSTRACT ............................................................................................................... ĠV
TEġEKKÜR ................................................................................................................ V
ġEKĠLLER DĠZĠNĠ .................................................................................................... VĠ
ÇĠZELGELER DĠZĠNĠ ............................................................................................. VĠĠ
SĠMGELER VE KISALTMALAR DĠZĠNĠ ............................................................ VĠĠĠ
1.GĠRĠġ ........................................................................................................................ 1
1.1. Yüksek Basınçlı Döküm AlaĢımları .................................................................. 2
1.2. DüĢük Basınçlı Döküm AlaĢımları ................................................................... 2
2. BASINÇLI DÖKÜM VE ALAġIMLARI ............................................................... 4
2.1. Basınçlı Dökümde BaĢarı ġartları ..................................................................... 4
2.1.1 Makine ......................................................................................................... 4
2.1.1.1. Sıcak kamaralı döküm makinesi .......................................................... 4
2.1.1.2. Soğuk kamaralı döküm makinesi ......................................................... 5
2.1.2. Kalıp ........................................................................................................... 7
2.1.3. AlaĢım ......................................................................................................... 8
2.2. Hatalı Dökümün Parça Üzerine Etkileri ............................................................ 9
2.3. Basınçlı Döküm AlaĢımları ............................................................................... 9
2.3.1. Yüksek basınçlı döküm alaĢımları ............................................................ 10
2.3.1.1. Alüminyum esaslı alaĢımlar ve metalürjisi ........................................ 10
2.3.1.2. Magnezyum esaslı alaĢımlar ve metalürjisi ....................................... 11
2.3.1.3. Pirinç esaslı alaĢımlar ve metalürjisi ................................................. 11
2.3.2. DüĢük basınçlı döküm alaĢımları ............................................................. 12
2.3.2.1. Çinko basınçlı döküm alaĢımları ....................................................... 12
2.3.2.2. Kalay basınçlı döküm alaĢımları........................................................ 12
2.3.2.3. KurĢun basınçlı döküm alaĢımları ..................................................... 12
3. BASINÇLI DÖKÜM KALIPLARI ....................................................................... 14
3.1. Kalıp Üretim Prosesi ....................................................................................... 15
3.1.1 Kalıp tasarımı ve üretim adımları .............................................................. 15
3.1.2. Kalıp tasarımı ........................................................................................... 16
3.1.3. Malzeme seçimi ve çelik temini ............................................................... 16
3.1.4. Kaba iĢleme .............................................................................................. 16
3.1.5. Isıl iĢlem ................................................................................................... 16
3.1.6. Hassas iĢleme ............................................................................................ 17
3.1.7. Deneme baskı ........................................................................................... 17
3.1.8. Kumlama .................................................................................................. 17
3.1.9. Gerilim giderme ve oksidasyon ................................................................ 17
3.1.10. Üretim ..................................................................................................... 18
3.1.11. Kumlama gerilim giderme ve oksidasyon .............................................. 18
3.2. Kalıplar Ġçin TalaĢlı Ġmalat .............................................................................. 18
3.2.1. Takım çeliklerinde iĢlenebilirliği etkileyen ana etkenler .......................... 19
3.2.2. Kalıpların taĢlanması ................................................................................ 19
3.3.Kalıp Konstrüksüyonu Genel Prensipleri ......................................................... 20
3.3.1. Yolluk sistemleri ....................................................................................... 21
3.3.2. Soğutma sistemleri ................................................................................... 27
3.3.3. Havalandırma sistemleri ........................................................................... 28
3.3 .4. Ġticiler ...................................................................................................... 31
ii
4. BASINÇLI DÖKÜMDE KALĠTEYĠ ETKĠLEYEN PARAMETRELER............. 34
4.1. Basınçlı Dökümde Kullanılan Alüminyumun Özellikleri ............................... 34
4.1.1. Kimyasal Özellikleri ................................................................................. 34
4.1.2. Atom Yapısı Ve Kristal Kafesi .................................................................. 34
4.1.3. Mekanik Özellikleri ................................................................................. 38
4.1.4. Alüminyumun Kimyasal Özellikleri ......................................................... 39
4.2. Basınçlı Döküm Makinelerinin Döküm Kalitesine Etkileri ............................ 41
4.3. Basınçlı Dökümde Kullanılan AlaĢımların Döküm Kalitesine Etkileri .......... 43
4.3.1. Metal alaĢımın gizli ergime ısısı ve özgül ısısı ......................................... 44
4.3.2. AlaĢımın ısı iletme katsayısı ..................................................................... 45
4.3.3. AlaĢımın katılaĢma noktası ....................................................................... 45
4.3.4. Sıvı metalin temizlenmesi ........................................................................ 45
4.3.5. Gaz giderme iĢlemi ................................................................................... 46
4.3.6. Sıvı metalin sıcaklığı ................................................................................ 48
4.4. Basınçlı Döküm Kalıplarının Döküm Kalitesine Etkileri ............................... 50
4.4.1. Basınçlı döküm kalıplarında yolluk sistemlerinin kaliteye etkileri .......... 51
4.4.2. Basınçlı döküm kalıplarında soğutma sistemlerinin kaliteye etkileri ....... 52
4.4.3. Basınçlı döküm kalıplarında havalandırma sistemlerinin kaliteye
etkileri ................................................................................................................. 54
4.4.4. Basınçlı döküm kalıplarında diğer parametrelerin kaliteye etkileri ......... 55
5. DENEYSEL ÇALIġMALAR ................................................................................ 56
5.1.ÇalıĢmanın Amacı ............................................................................................ 56
5.2. Numunelerin Üretilmesi .................................................................................. 57
5.3. Deneyde Kullanılan Malzemeler Makineler ................................................... 58
5.4. Çekme Deneyi ................................................................................................. 64
5.5. Sertlik Ölçümleri ............................................................................................. 64
5.6. Mikro Yapı Ġncelemeleri .................................................................................. 65
6. DENEY SONUÇLARI .......................................................................................... 66
6.1. Çekme Deneyi Sonuçları ................................................................................. 66
6.2. Sertlik Ölçme Deneyi Sonuçları ...................................................................... 67
6.3. Mikroyapı Ġnceleme Sonuçları ........................................................................ 67
7. SONUÇ VE ÖNERĠLER ....................................................................................... 74
KAYNAKÇA ............................................................................................................. 76
ÖZGEÇMĠġ ............................................................................................................... 78
iii
ÖZET
Yüksek Lisans Tezi
METAL ENJEKSĠYON YÖNTEMĠ ĠLE ÜRETĠLEN ALÜMĠNYUM
MALZEMELERĠN MEKANĠK ÖZELLĠKLERĠNĠN ĠNCELENMESĠ
Soner DURAN
Süleyman Demirel Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü
Makina Eğitimi Ana Bilim Dalı
DanıĢman: Doç. Dr. Adnan ÇALIK
Bu tez çalıĢmasında Basınçlı döküm yöntemlerinden biri olan Metal Enjeksiyon
Yöntemi Ġle Üretilen Alüminyum Malzemelerin Mekanik Özellikleri incelendi.
Bunun için farklı enjeksiyon basınçlarında alınan numunelerin mekanik özellikleri,
mikro fotoğrafları ve metalürjik yapısı incelendi.
Deneylerin yapılacağı numunelerin üretimine geçtiğimizde üç farklı numune için
üçer adet farklı değerlerde basınç ve soğutma sürelerinde baskılar alınmıĢtır. Ġlk
numune için 300 MPa ikinci numune için 500 Mpa ve üçüncü numune için 700 MPa
basınç ve 30 s, 38 s ve 43 s soğutma süresi uygulanarak numuneler üretilmiĢtir.
Enjeksiyon basıncı 300 MPa‟dan 500 MPa‟la çıkarıldığında akma mukavemeti 3,2
MPa artmıĢ, 700 MPa‟a çıktığında ise 3,9 MPa daha artmıĢtır. Çekme mukavemeti
ise 300 MPa basınçta 272,4 MPa, 500 MPa basınçta 301,1 MPa ve 700 MPa basınçta
270,1 MPa‟ değerleri verdiği gözlemlenmiĢtir.
Sonuç olarak enjeksiyon basıncı miktarı artırılarak alınan numune özellikleri
incelendiğinde gözeneklilik miktarında önemli ölçüde azalmaların olduğu
görülmüĢtür. Basınç miktarı arttıkça akma mukavemeti çok az miktarda artmıĢtır,
ancak belli bir basınçtan sonra çekme mukavemeti azalmaktadır. Üretilen
numunelerin 100 g yükte 10 saniye sürede alınan mikro sertlikleri incelendiğinde
enjeksiyon basıncının artmasıyla sertlik miktarında çok az bir artıĢ miktarı olduğu ve
enjeksiyon basıncının sertlik üzerinde çok fazla bir etkisinin olmadığı sonucuna
varılmıĢtır. Elde edilen sayısal sonuçlar çizelgeler halinde deney sonuçları
bölümünde verilmiĢtir.
Anahtar Kelimeler: Metal enjeksiyon yöntemi, Alüminyum enjeksiyon, Basınçlı
döküm, Kalıp tasarım.
2014, 78 sayfa
iv
ABSTRACT
M.Sc. Thesis
EXAMINATION OF MECHANICAL PROPERTĠES OF ALUMINIUM
COMPONENTS PRODUCED BY THE METAL INJECTION METHOD
Soner DURAN
Süleyman Demirel University
Graduate School of Appliedand Natural Sciences
Department of MechanicalEducationDepartment
Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Adnan ÇALIK
In this study, mechanical properties of aluminum materials produced by metal
injection method, one of die casting procedures, were examined. Therefore,
mechanical properties, micro-photos and metallurgic structure of samples taken
under different injection pressure were analyzed.
When samples to be tested were started to produce, three different values of pressure
and cooling periods were chosen for three different samples. Each sample was
produced by applying pressure in the values of 300MPa, 500 kg/cm² and 700 MPa.
Cooling periods for each sample is 30 h, 38 h and 43 h respectively.
When samples to be tested were started to produce, three different values of pressure
and cooling periods were chosen for three different samples. Each sample was
produced by applying pressure in the values of 300MPa, 500 kg/cm² and 700 MPa.
Cooling periods for each sample is 30 h, 38 h and 43 h respectively.
When injection pressure was raised from 300MPa to 500MPa, yield strength
increased 3.2 Mpa
and when it was raised to 700MPa, it increased 3.9 MPa more. Tensile strength was
seen to give the results of 272.4 MPa under 300 MPa pressure; 301.1 MPa under
500MPa and 270.1 MPa under 700 MPa pressure.
Consequently, when sample properties were examined by increasing the amount of
injection pressure, significant decreases were realized in porosity amount. When
pressure amount was increased, yield strength increased in a small amount however,
tensile strength decreased after a certain amount of pressure. When micro-rigidities
of produced samples taken under 100 gram load and in the period of 10 seconds were
examined, it was found out that the amount of rigidity had a very little increase after
increasing injection pressure and it did not have a significant effect on the rigidity.
Numerical results obtained from the experiments were given in “experiment results”
part
Key Words: Metal injection method, aluminum injection, die casting, mould design.
2014, 78pages
v
TEġEKKÜR
Bu araĢtırmamda beni yönlendiren ve her aĢamasında desteğini esirgemeyen değerli
danıĢmanım Doç. Dr. Adnan ÇALIK hocama teĢekkürlerimi sunarım. Yüksek Lisans
eğitimim sırasında kıymetli bilgilerinden faydalandığım sayın Prof.Dr. Nazım UÇAR
hocama, çalıĢmama görüĢ ve önerileri ile katkıda bulunan Sayın Yrd. Doç. Dr. Serdar
KARAKAġ hocama ve bu alandaki çakıĢmalarını benimle paylaĢan Sayın Yrd. Doç.
Dr. Murat KORU hocama çok teĢekkür ederim.
2691-YL-11Numaralı proje ile tezimi maddi olarak destekleyen Süleyman Demirel
Üniversitesi Bilimsel AraĢtırma Projeleri Yönetim Birimi BaĢkanlığı‟na teĢekkür
ederim.
Tezimin numune imalat aĢamasındaki desteklerinden dolayı TOROS AYDINLATMA
LTD.ġTĠ‟ne teĢekkür ederim.
Tezimin her aĢamasında beni yalnız bırakmayan sevgili eĢim Canan Günel Duran‟a
ve biricik oğlum Çağan Umut‟a sevgi ve saygılarımı sunarım.
Soner DURAN
ISPARTA, 2014
vi
ġEKĠLLER DĠZĠNĠ
Sayfa
ġekil 2.1. Sıcak kamaralı metal enjeksiyon makinesi Ģematik gösterimi................ 5
ġekil 2.2. Soğuk kamaralı metal enjeksiyon makinesinin Ģematik gösterimi.......... 6
Sekil 3.1. Kalıp tasarımı ve kalıp üretim süreci....................................................... 15
ġekil 3.2. ÇeĢitli kalıplara göre yolluk giriĢleri....................................................... 22
ġekil 3.3. Yolluk kanal tipleri A ElveriĢli B ElveriĢsiz........................................... 23
ġekil 3.4. ÇeĢitli yolluk kanal tipleri....................................................................... 24
ġekil 3.5. Yolluk giriĢ kesiti.................................................................................... 25
ġekil 3.6. Soğutma kanallarına örnek kalıp kesiti................................................... 28
ġekil 3.7. Yönleri değiĢik hava boĢaltım kanalları.................................................. 30
ġekil 3.8. Hava BoĢaltım Kanalı Hava Cebi Dizaynı.............................................. 31
ġekil 3.9. Ġtici Pimlerin Konumları.......................................................................... 32
ġekil 4.1. Periyodik cetvel....................................................................................... 39
ġekil 4.2. Sludge teĢekkülü (500X)......................................................................... 44
ġekil 4.3. Yapıda oksit teĢekkülü (50X).................................................................. 46
ġekil 4.4. Alüminyum Ġçerisindeki Hidrojen Çözünürlüğü..................................... 47
ġekil 4.5. Malzemenin yapısındaki gaz çözünürlüğü.............................................. 48
ġekil 4.6. Mikro yapının sıcaklığa bağlı değiĢimi a) 6100C b)6850C c)7500C ..... 49
ġekil 4.7. Malzemenin Kalitesini Etkileyen Faktörler............................................. 49
ġekil 4.8. Malzemenin Ergitilmesinde Kaliteyi Etkileyen Faktörler....................... 50
ġekil 4.9. Basınçlı Döküm Kalıplarında Kaliteyi Etkileyen Faktörler.................... 51
ġekil 4.10.Uygun olmayan yolluk tasarımı sonucu ürünün tam elde
edilememesi…………………………………………………………... 52
ġekil 4.11. Bölgesel soğutma sonucu oluĢan porozite ve yüzeysel hatalar............. 53
ġekil 4.12. YanlıĢ konumlandırma sonucu üründe yaĢanan havalandırma sorunu. 54
ġekil 5.1. Gaz giderme tableti................................................................................. 58
ġekil 5.2. Metal pres metal enjeksiyon makinesi.................................................... 59
ġekil 5.3. Üç eksen cnc makinesi............................................................................ 60
ġekil 5.4. Kalıptan çıkarılmıĢ ürün......................................................................... 61
ġekil 5.5. Metal enjeksiyon kalıbı ve ürün.............................................................. 61
ġekil 5.6. Metal enjeksiyon kalıbı ve ürün.............................................................. 62
ġekil 5.7. Etial 160 külçe alüminyum...................................................................... 63
ġekil 5.8. Potadaki erimiĢ külçe alüminyum........................................................... 63
ġekil 5.9. Çekme deneyi numunesi.......................................................................... 64
ġekil 6.1.ġekil a, b, c ve d „de metal enjeksiyon yöntemi ile elde edilen
numunelerin optik mikro yapı resimleri ile mikro sertliklerini
gösteren fotoğraflar……..………………………………………........... 68
ġekil 6.2. Metal enjeksiyon yöntemi ile elde edilen numunelerin elektron
mikroskobundan elde edilen EDX faz analiz pikleri.............................. 70
ġekil 6.3. Basınçlı döküm ile üretilen ürünlerin metalurjik yapısı………….......... 71
ġekil 6.4. Metal enjeksiyon yöntemi ile elde edilen numunelerin XRD faz
AnalizDesenleri………………………………………………….......... 73
vii
ÇĠZELGELER DĠZĠNĠ
Sayfa
Çizelge 3.1. AlaĢımlara göre kanal hesaplama çizelgesi......................................... 23
Çizelge 3.2. Parça et kalınlığına göre katılaĢma süreleri......................................... 27
Çizelge 3.3. Hava boĢaltım kanallarının derinliği................................................... 30
Çizelge 4.1. TavlanmıĢ katı metalin 20 ºC deki yoğunluğu……………………… 35
Çizelge 4.2. Alüminyumun yoğunluğunun ergime noktası üzerindeki
sıcaklıkla bağıntısı…………………………………………………... 35
Çizelge 4.3. Artan sıcaklık dereceleri ile elektriksel direncin değiĢimi.................. 36
Çizelge 4.4. Artan sıcaklık derecesi ile alüminyum ergime noktasının değiĢimi.... 37
Çizelge 4.5. Artan sıcaklık ile ısıl iletkenliğin değiĢimi.......................................... 37
Çizelge 4.4. Artan sıcaklık derecesiyle α ısı iletim katsayısının değiĢimi.............. 37
Çizelge 4.7. DeğiĢen alüminyum yüzdesi ile sertlik arasındaki iliĢki..................... 38
Çizelge 4.8. Alüminyumun elektron yapısı............................................................. 39
Çizelge 5.1. Etial 160 alüminyum alaĢımının kimyasal bileĢimi (%)..................... 62
Çizelge 6.1. Çekme deneyi değerleri....................................................................... 66
Çizelge 6.2. Numunelerden elde edilen mikro sertlik değerleri.............................. 67
viii
SĠMGELER VE KISALTMALAR DĠZĠNĠ
A Alan (m2)
Aa Yolluk kesit alanı (m2)
Ac Hazne silindir kesit alanı (m2)
Af BoĢluk yüzey alanı (m2)
Ag Gerçek temas alanı (m2)
Ak Enjeksiyon silindir kesit alanı (m2)
Ap Projeksiyon döküm alanı (m2)
B belli bir metal-kalıp malzemesi ve kalıp sıcaklığı için bir sabittir.
c Özgül ısı (J/kgK)
Df AkıĢkanın çapı (m)
Fo Kalıp Açılma kuvveti (kN)
Fs Mengene kilitleme kuvveti (kN)
fs KatılaĢan metal miktarı %
h Döküm-kalıp ara yüzey ısı transfer katsayısı (kW/m2K)
h* Modelleme ile elde edilen ara yüzey ısı transfer katsayısı (kW/m2K)
hf Soğutma veya ısıtma sistemi akıĢkanının ısı transfer katsayısı (W/m2K)
hinit BaĢlangıçtaki ısı transfer katsayısı (W/m2K)
hmax Maksimum döküm duvar kalınlığı (m)
k Isıl iletkenlik katsayısı (W/mK)
ka Havanın ısı iletim katsayısı (W/mK)
kf AkıĢkanın ısı iletim katsayısı (W/mK)
kgaz BoĢluktaki gazın ısı iletim katsayısı (W/mK)
k1,k2 Birbirine temas eden iki malzemenin ısı iletim katsayısı (W/mK)
L Ergime gizli ısısı (J/kg)
Lg Yüzeyler arası mesafe (mm)
m Düğüm noktası
mc Döküm kütlesi (kg)
n Silindir ve küre geometri için bir sabit
P Basınç
p Zaman adımı
Pe Kalıp içi basınç
Ph Bir saatlik üretimdeki çevrim oranı
Pm Maksimum basınç (Bar)
Pr Prandalt sayısı
Re Reynold sayısı
"Rt,c Termal temas direnci m2K/W
Rz Yüzey pürüzlülük değeri (μm)
r Döküm yarıçapı, uzaklık mesafe (m)
S KatılaĢan metal kalınlığı (m)
T Sıcaklık (K)
TC Döküm yüzey sıcaklığı (K)
Te Ġtici sıcaklığı (K)
Tf KatılaĢma sıcaklığı (K)
Ti Enjeksiyon edilme sıcaklığı (K)
Tir EĢdeğer enjeksiyon sıcaklığı (K)
TM Kalıp yüzey sıcaklığı (K)
To Oda sıcaklığı (K)
t Zaman (s)
ix
tc Soğutma zamanı (s)
t′c Nominal soğutma zamanı (s)
tf Toplam katılaĢma zamanı (s)
t1 Kalıp doldurma zamanı (ms)
t2 Kalıp doldurma zamanı (ms)
t3 Kalıp doldurma zamanı (ms)
Va Yolluk kesitindeki hız (m/s)
V1 1.faz hızı (m/s)
V2 2.faz hızı (m/s)
Vs Zamana bağlı katılaĢan hacim (m3)
Q Birim zamanda geçen ısı miktarı (W)
Qr Kalıbın çalıĢması için gerekli termal yük (W)
Qc Her döküm çevrimi için ısı içeriği (W)
q Isı akısı (MW/m2)
q′′′ Üretilen ısı (W/m3)
ρ Yoğunluk (kg/m3)
r Mesafe (m)
β Soğutma faktörü
α Isıl yayılım katsayısı (m2/s)
δag Hava boĢluk geniĢliği (μm)
1
1.GĠRĠġ
Dökümcülük; insanlığın gereksinimleri ergonomik ve görsel ihtiyaçları
doğrultusunda metallere yeniden Ģekil verme iĢlemidir. “Dökümcülük, hem bir
zanaat hem de sanattır”. Dökümcülük insanlığın taĢ madenciliğinden metal
madenciliğine geçtiği Neolitik Çağ‟da baĢlar. Ġlk aletler, bakır, tunç ve demirden bu
çağda yapılmıĢtır. “Ġlk döküm teknolojisi, eritilmiĢ sıvı bakırın, genellikle balçıktan
yapılmıĢ bir kalıp içine akıtılıĢı esasına dayanmıĢtır”. Ġlk döküm uygulamalarından
günümüzün döküm uygulamalarına bu temel ilke değiĢmemiĢtir. Dün olduğu gibi
bugünde dökümü yapılacak metal eritilmekte, eritilmiĢ metal bir kalıba
akıtılmaktadır. DeğiĢen yalnızca teknolojidir (Dikici, 2008).
Kum kalıba döküm en eski üretim yöntemlerinden biridir. Günümüzde de hala
uygulanmaktadır. Bu yöntemde her parça için ayrı bir kalıp yapmak gerekmektedir.
19. Yüzyılda iki parçalı, menteĢeler ile birbirine bağlı mekanik olarak açılıp kapanan
metal kalıplara döküm yöntemi geliĢtirildi. 1849 da Sturges, 1852 de Barr,
Dusenburyig ve benzeri kimseler elle çalıĢan makinelerin patentlerini aldılar. Daha
sonra Ottmar Mergenthaler‟in Linotip makinesini geliĢtirdi (Doehler, 1974).
Günümüzde kalıp sıcaklığı, basınç ve basma hızı gibi döküme etki eden
değiĢkenlerde önemli geliĢmeler olmuĢtur. Daha da önemlisi bu iĢleri yapmak için en
az üç dört kiĢi çalıĢmasına rağmen Ģu andaki sistemlerde bir kiĢi birden fazla
makineyi kontrol edebilir durumdadır. Böylece çok kısa zamanda daha fazla parçanın
dökümü sağlanmaktadır.
BaĢarılı bir basınçlı döküm olması için makine, kalıp ve alaĢım en temel unsurdur.
Gerekli unsurlar göz ardı edilerek yapılan üretimde çekme ve gaz boĢlukları,
tabakalaĢma, çekme çatlamaları, gözeneklilik, akıĢ çizgileri, pullanma, sert noktalar,
yüzey çöküntüleri gibi istenmeyen durumlar gözlenebilir ve üretimin reddedilmesine
sebebiyet verir.
2
1.1. Yüksek Basınçlı Döküm AlaĢımları
Yüksek basınçlı döküm alaĢımları üçe ayrılır.
-Alüminyum, Magnezyum ve Pirinç Basınçlı Döküm AlaĢımları
1.2. DüĢük Basınçlı Döküm AlaĢımları
DüĢük basınçlı döküm alaĢımları üçe ayrılır.
Çinko, Kalay ve KurĢun Basınçlı Döküm AlaĢımları (Dikici, 2008.).
Dökümcülükte kullanılan kalıplar; bazı iĢ parçalarını ya da kullandığımız bazı
ürünleri imalat resimlerindeki ölçülerine göre, özdeĢ olarak üretmek için, yapılan
aparatlar olarak tanımlanabilir. Kalıpların yapımında farklı özelliklerde çelikler
kullanılmaktadır.
Çelikler bazı durumlara göre sınıflandırılırlar:
Kullanım Alanlarına Göre
Üretim Yöntemlerine Göre
AlaĢım Durumlarına Göre
Ana Katkı Maddelerine Göre
Dokusal Durum ve Metalografik Yapılarına Göre
Kalite Durumlarına Göre
Fiziksel ve Kimyasal Özelliklerine Göre
SertleĢtirme Ortamlarına Göre (Dikici, 2008).
Yapılacak olan kalıba göre bu çeliklerden uygun olanı seçilir. Kalıpların belli baĢlı
kısımları Ģu Ģekildedir; hareketli kısım ve sabit kısımdan meydana gelmektedir.
Hareketli kısımda bir itici mekanizması bulunmaktadır. Her iki tarafta da çekirdek
dediğimiz üretilecek parçanın negatifinin bulunduğu bölgeler vardır ve bu çekirdek
hamil dediğimiz blok içerisine yerleĢtirilir. Fakat bazen de çekirdekler kalıbın
hamilini oluĢtururlar yani çekirdekleri gömmek için baĢka bir çelik blok kullanılmaz.
Hareketli ve sabit kısımlarda plakalar vardır. Hareketli kısımda itici sisteminin
çalıĢması için belli bir strok bırakılır ve bu arada itici plakası ileri geri hareket eder.
3
Ġtici plakalarına bağlı iticiler vardır. Bu iticileri çapları ve Ģekilleri farklı olabilir.
Sabit tarafta sıvı metalin giriĢini sağlayacak kovan dediğimiz giriĢ bölümü vardır.
Buradan erimiĢ metal büyük bir piston basıncı ile içeri püskürtülür. Ve bir müddet
bekledikten sonra kalıp içersine gönderilen metal donarak kalıp açıldıktan sonra
iticiler tarafından kalıptan dıĢarı itilir. Bir kalıbın unsurları ve çalıĢma prensibi genel
hatları ile bu Ģekildedir.
Ürettiğimiz ürünün kalitesini etkileyen en önemli unsurlardan bir tanesi kalıptır.
Ayrıca bir basınçlı döküm parçasının kalitesi; basınçlı döküm makinesine, sıvı
metalin özelliklerine, sıvı metalin kalıba giriĢ, katılaĢma, çıkarılma yöntemlerine ve
kalıbın tasarımına bağlıdır. Döküm sırasında sıvı metalin kimyasal tepkimeye
girmesi, parçanın içerisinde gaz oluĢması ya da kalıptaki bu gazın dıĢarı atılamaması
sonucunda eksik basım olması, katılaĢma ve soğuma sonucu çekme ve çatlama
yapması, bazı elementlerin yapıda istenmeyen bileĢikler oluĢturması gibi pek çok
etken kaliteli döküm parçası elde etmenin zorluklarını göstermektedir.
Dökümü yapılacak olan malzemelerin kalitesine doğrudan etki eden etkenler
aĢağıdaki gibi sıralanabilir.
Basınçlı döküm makinelerinin etkileri
Basınçlı dökümde kullanılan alaĢımların etkileri
Basınçlı döküm kalıplarının etkileri
Basınçlı döküm kalıplarında yolluk sistemlerinin etkileri
Basınçlı döküm kalıplarında soğutma sistemlerinin etkileri
Basınçlı döküm kalıplarında havalandırma sistemlerinin etkileri
4
2. BASINÇLI DÖKÜM VE ALAġIMLARI
DüĢük sıcaklıklarda ergitilebilen metal veya metal alaĢımı, üretilecek parça
boĢluğunun olduğu kalıp içerisine yüksek basınç ile püskürtüldükten sonra
katılaĢtırmak sureti ile istediğimiz ürünü elde etme yöntemine „basınçlı döküm‟ denir
(MEB, 2011).
Basınçlı dökümü diğer döküm yöntemlerinden ayıran en önemli durum karmaĢık
Ģekilli parçaların daha mukavemetli ve çok daha seri bir Ģekilde imal edilmesidir.
2.1. Basınçlı Dökümde BaĢarı ġartları
Basınçlı dökümde baĢarı Ģartları üç ana unsura bağlıdır. Sağlamlık ve ekonomik
olarak döküm parçalarının üretilebilmeleri için bu üç unsuru Ģu Ģekilde
sıralayabiliriz;
a) Yüksek basınca dayanıklı iyi bir döküm mekanizması.
b) Ġyi tasarlanmıĢ ve iyi bir iĢçilikle imal edilmiĢ bir kalıp.
c) Uygun ve kaliteli alaĢım.
Bu üç etken birlikte var olmak zorundadır. Bunlardan biri uygunsuz ise dökülen
parçanın kaliteli olması beklenemez (Çiğdemoğlu, 1972).
2.1.1 Makine
Basınçlı döküm makinesinin görevi kalıbın hareketli ve sabit kısımlarını tam
ekseninde sağlam olarak tutarak, ergimiĢ metali kalıba yüksek basınç altında
göndermek ve bir müddet bekleyerek parçanın içeride katılaĢmasını ve Ģeklini tam
olarak almasının ardından kalıbı açarak parçaların kalıptan iticiler vasıtası ile
çıkarılmasını sağlamaktır.
Metal enjeksiyon makineleri genel olarak aynıdır, fakat enjeksiyon kısımları
bakımından iki farklı durum vardır (Doehler, 1974).
2.1.1.1. Sıcak kamaralı döküm makinesi
Sıcak kamaralı basınçlı döküm makineleri ġekil 2.1.‟de gösterilmektedir. Bu
makineler ergime sıcaklığı 327 °C olan kurĢun, 420 °C olan çinko, 232 °C olan kalay
5
gibi ergime sıcaklıkları düĢük metallerin üretilmesinde kullanılır. Bu sistemde, çok
küçük ve hassas parçaların dökümü yapılabilir. Sıcak kamaralı döküm yöntemi ile
üretim sonucunda ± 0.05 mm hassasiyet elde sağlanabilir. Üretim sırasında 80 bar‟a
kadar basınçla çalıĢıldığından üretilmiĢ parçaların üzerinden talaĢ alma iĢlemine
gerek duyulmaz (Çiğdemoğlu, 1972; Rundman,2002;Vinarcik, 2003).
1 2 3 4 5 6 7 8 910 11 12
18 17 16 15 14 ERĞĠK 13 ALEV
ġekil 2.1. Sıcak kamaralı metal enjeksiyon makinesi Ģematik gösterimi
(Doehler, 1974).
1-Mengene Açma Kapama Silindiri 2-Gövde 3-Ana Mil 4-Kollar 5-Mengene
Hareketli Tabla 6-Kılavuz Kolonlar 7-Ön Plâka 8-Enjeksiyon Memesi 9-Deve Boynu
10-Enjeksiyon Silindiri 11-Piston Kolu 12-Piston 13-Pota 14-Fırın 15-Enjeksiyon
Kalıbı Sabit Yarımı 6-Enjeksiyon Kalıbı Hareketli Yarımı 17-Kroshed 18-ġasi
(Doehler, 1974).
2.1.1.2. Soğuk kamaralı döküm makinesi
Soğuk kamaralı döküm yönteminde, ergime sıcaklığı 665 °C olan alüminyum, 649
°C olan magnezyum, 1083 °C olan bakır gibi, ergime sıcaklıkları yüksek metallerin
üretilmesinde kullanılır. Bu enjeksiyon makinesinin en büyük avantajı ergitilmiĢ olan
metalin silindir-piston ünitesini etkilememesidir. Çünkü metal ayrı bir fırın içerisinde
ergitilerek otomasyon ile çalıĢan bir kepçe yardımıyla yetecek kadar buradan alınarak
hazneye dökülür. Bu iĢlemin hemen arkasından piston sıvı metali 100–250 bar‟a
6
kadar yükselebilen basınçlarla kalıp boĢluğuna iter. Kalıp boĢluğunu dolduran metal
bir müddet bekledikten sonra katılaĢan ürün açılan kalıptan iticiler yardımı ile alınır.
Bu tip makinelerde (ġekil 2.2.)enjeksiyon sistemini oluĢturan silindir ve piston
ünitesi yatay konumda çalıĢacak Ģekilde yerleĢtirilmiĢtir (Vinarcik, 2003).
Sabit Plaka Kalıp BoĢluğu Hareketli Plaka
Hidrolik Silindir Piston Hazne Sabit Kalıp Hareketli kalıp Ġtici Plaka
ġekil 2.2. Soğuk kamaralı metalenjeksiyon makinesinin Ģematik gösterimi
(Vinarcik, 2003)
Bu makinelerde ergitilmiĢ metalin, enjeksiyon sistemini yüksek sıcaklık nedeniyle
etkilememesi için silindir içerisine açılan soğutucu kanallar sayesinde silindirin
soğuması sağlanır. Bu sayede enjeksiyon sonrasında sistemin çalıĢma performansının
olumsuz etkilenmesi önlenmektedir (Doehler, 1974; Rundman, 2002; Vinarcik,
2003).
Alüminyum, magnezyum ve bakır alaĢımlarının yüksek ergime noktasına sahip
olmaları ve çelikten yapılan silindir ve pistonun bu alaĢımlar ile uzun süre etkileĢim
halinde olması alaĢımın karakteristiğini değiĢtirdiği ve piston ile silindirin ömrünü
azalttığı bir gerçektir. Soğuk kamaralı makinede alaĢımın özelliği değiĢmez, çünkü
a- Metal piston ve silindirle kısa süre temas halindedir.
Kepçe
7
b- Piston ve silindir madene nazaran oldukça soğuktur.
Hidrolik olarak çalıĢan makinelerdeki enjeksiyon basıncı mekanik olarak çalıĢanlara
göre çok daha yüksektir. Enjeksiyon basıncı, makinenin kapama kuvvetini yenip
kalıbın hareketli ve sabit kısmını birbirinden ayırmamalıdır. Enjeksiyon basıncı
erimiĢ metali giriĢ kanalından ve yolluklardan donmadan geçmesini sağlayacak
büyüklükte olmalıdır. Bu durum sağlandığında dökülen parçanın yoğunluğu ve diğer
halleri tatmin edici olur (Doehler, 1974).
2.1.2. Kalıp
Basit bir parçaya ait kalıp, iki çelik bloktan meydanda gelir. Bunlara hareketli taraf
ve sabit taraf denilmektedir. Her iki kalıpta da parçanın bir kısmına ait boĢluk vardır.
Bu bloklar makineye bağlanır. Kalıbın sabit tarafı, metalin enjeksiyon edildiği tarafa
bağlanır ve bu yüzden sabit taraf denilir. Diğeri ise hareketli taraftır ve üzerinde itici
plakaları, iticileri, destek takozlarını taĢır. Kalıpların birleĢme yüzeyi (dökülecek
parçanın en büyük ve en uygun kesitinden geçer ve parçanın mala ya da ayırma
yüzeyi adını alır.) çok iyi iĢlenmiĢ ve birbirine tamamen alıĢtırılmıĢ olması gerekir.
Kalıplar kapandıktan sonra erimiĢ metal kalıp içerisine yüksek basınç ve hızda
enjekte edilir. Enjeksiyon sonrası kısa bir süre metalin donması için beklenir ve
hareketli grup geri çıkarak kalıp birbirinden ayrılmıĢ olur. Kalıp açıldığında kalıbın
iki yarısı arasındaki mesafe parçanın rahatça çıkabileceği Ģekilde olmalıdır. Ġtici
plakası kalıbın kapanma yönünde ileri giderek parçanın kalıptan ayrılmasını sağlar
ve parça çıkarılmıĢ olur. Ġtici pimlerin kalıp içerisindeki pozisyonları parçayı kalıptan
en iyi ve en az pim ile bozmadan çıkaracak Ģekilde olmalıdır. Ancak itici pimlerin
izleri mutlaka parça üzerinde çıkar. Bir önemli nokta da, kalıp açıldığında parçanın
hareketli kalıp üzerinde kalması sağlanmalıdır. Böylece dökülecek parçanın Ģeklini
veren maçalar, iticiler ve bütün hareketli kısımların hareketli tarafa bağlanması
gerekir (Doehler, 1974).
ErgimiĢ metalin kalıba giriĢ kısmından sonra parçanın değiĢik noktalarından metalin
giriĢine kadar olan kısma ana yolluk denir. Eğer kalıp çok gözlü ise yani birden fazla
parça dökümü yapılacaksa, her parçaya ana yolluktan ayrılan kanallara “yolluk”
denir (Doehler, 1974).
8
Kalıpta baĢka bir önemli kısım da hava çıkıĢ kanallarıdır. Hava çıkıĢ kanalları, kalıp
içerisinde meydana gelecek havanın dıĢarı atılmasını sağlamaktır. Kalıp içerisindeki
hava dıĢarıya atılamaz ise parçada eksik basım ya da gözenek meydana gelir. ÇeĢitli
havalandırma metotları vardır. Hava çıkıĢ kanallarının yerleri ve kesitleri dökülecek
parçanın ölçüsü, Ģekli ve kesitinin büyüklüğüne bağlıdır (Doehler, 1974).
Bunların yanında kalıbın yapıldığı çelikte çok önem taĢımaktadır.
1-Döküm malzemesi kalıp içerisine çok yüksek basınç altında enjekte edilince
meydana gelecek büyük darbe ve mekanik Ģoku karĢılayabilecek nitelikte olmalıdır.
2-Kalıp içerisine enjekte edilen malzeme yüksek sıcaklıktadır. Kalıp malzemesinin
aynı zamanda enjeksiyonda meydana gelecek termal Ģoka da dayanıklı olmak
zorunluluğu vardır (Doehler, 1974).
2.1.3. AlaĢım
Basınçlı döküm parçaları esasını altı maden oluĢturmaktadır. Bunlar:
a) Kalay b) KurĢun c) Çinko d)Bakır e) Alüminyum f) Magnezyumdur.
Bunlardan çinko, alüminyum ve magnezyum alaĢımları günümüzde endüstride
kullanılan basınçlı döküm ürünlerinin büyük bir kısmını oluĢturur. Çinko alaĢımları
düzgün yüzey vermesi, ekonomik oluĢu, döküm ve iĢleme rahatlığı sebebi ile
otomotiv sanayinde, elektrik alet ve avadanlıklarında, büro makinelerinde sıklıkla
kullanılır. Günümüz otomobillerin de kromla kaplanmıĢ parçaların çoğu çinko
alaĢımından basınçlı döküm yolu ile elde edilmiĢtir (Doehler, 1974).
Alüminyum ve alaĢımlarının fiyatının gittikçe düĢmesi nedeni ile kullanım sahası
gün geçtikçe artmaktadır. Alüminyum çinkoya göre daha hafif, ölçü stabilitesi daha
iyi, elektrik iletkenliği daha yüksek, korozyona karĢı daha dayanıklıdır. Magnezyum
alaĢımları da birçok yerde hafifliği nedeni ile özellikle tercih edilir (Doehler, 1974).
Her alaĢımın bileĢimi basınçlı döküm için tavsiye edilen optimum sınırlar dahilinde
olmalıdır veya üretilmiĢ parçanın mekaniksel özellikleri istenilen Ģartları
sağlamalıdır. Standart basınçlı döküm alaĢımlarının özellikleri ASTM tarafından
belirtilmiĢtir ve birçok imalatçılar bunları kullanmaktadır (Doehler, 1974).
Basınçlı döküm fabrikalarında imalatın baĢladığı yer olan dökümhane en önemli
bölümdür. Döküm kısmının devamlı uygun sıcaklık, temiz maden ve en uygun yan
hizmetlerle beslenmesi halinde iyi kalite ve ekonomik parçalar elde edilmiĢ olur
(Doehler, 1974).
9
Külçe, ingot veya herhangi bir formda alınan malzemede çekme, çatlak, pürüzlülük,
okside durumu ile yüzeylerin genel durumu mutlaka dikkate alınmalıdır. Ġngotlarda
aĢırı çekmeden dolayı iç boĢluklar ve çatlaklar meydana gelir. Bunun sebebi ise
normalden fazla sıcaklıklarda dökülmüĢ olmasıdır. Yüksek sıcaklıkta döküm çok
hızlı bir katılaĢma göstereceğinden yüzeyler oldukça pürüzlüdür. Oksidasyon ise
depolamanın uygun koĢullarda yapılmadığını gösterir. Kaliteli ve ekonomik bir ürün
elde edebilmek için çok fazla unsurun duruma etkisi vardır (Doehler, 1974).
2.2. Hatalı Dökümün Parça Üzerine Etkileri
Dökümün çabuk katılaĢması yüksek dayanımlı ve ince taneli bir yapı oluĢturur. Kalın
kesitlerde bu etki merkeze doğru azalır. Metalin hızlı soğutulması ince kesitlerin
vaktinden önce katılaĢmasına sebep olur. Parçada ani yön değiĢmeleri varsa
katılaĢma olayı yüksek iç gerilmelere yol açar. Ġç gerilmeler çok yüksek oldukları
takdirde çekmeden dolayı çatlamalara, mekanik zorlanmalara maruz kaldığında veya
yüksek sıcaklıklarda çalıĢtırıldığında Ģekil bozulmalarına sebep olur. Ġç gerilmeler
parça için olumsuz bir durumdur. NormalleĢtirme iĢlemleri iç gerilmeleri azaltmasına
rağmen mekanik özelliklerde zayıflamaya sebep olabilir. Ġç gerilmelerin Ģiddeti
metalin esneklik modülüne ve çekmedeki hacim değiĢikliğine de bağlıdır. Bir döküm
parçasında çekme boĢlukları, gaz boĢlukları, tabakalaĢma, çekme çatlamaları,
gözeneklilik, akıĢ çizgileri, pullanma, sert noktalar, yüzey çöküntüleri oluĢabilir
(Çiğdemoğlu, 1972).
2.3. Basınçlı Döküm AlaĢımları
Basınçlı döküm alaĢımlarının özelliklerinin geliĢtirilmesi, üretilen parçaların
kullanım alanlarının daha da artmasını sağlar. Herhangi bir alaĢımın kullanım alanı
için baĢka bir alaĢım uygun olmayabilir. Örneğin, sürekli temas hâlinde olunan bir
yerde estetik ve görünüme, kaplanabilme özelliği vb. özelliklere önem verilirken,
kuvvet iletiminde kullanılan bir diĢlide önemli olan malzemenin mukavemetidir.
Konstrüktör bu bağlamda malzemeleri iyi tanımalıdır ve basınçlı döküm alaĢımları
hakkında bilgi sahibi olmalıdır (MEB, 2011).
10
Kum kalıba dökümü yapılan her metal ve alaĢım basınçlı döküme uygun değildir.
Çünkü basınçlı dökümün kendine özgü bazı özellikleri vardır. Bu özelliklerden
bazıları aĢağıdaki gibidir:
KatılaĢma olayının belli bir sıcaklıkta oluĢması gerekir. Bu nedenle kurĢun
(Pb) ve kalay (Sn) hariç, ötektik alaĢımlar ve saf metaller basınçlı döküme
pek elveriĢli değildir.
Sıcak tutma haznesinde hiçbir kristal ayrıĢımı olmamalıdır.
Keskin ve ince hatların iyi olması için alaĢımın yeterli bir akıcılığı olmalıdır.
Hızlı soğumaya rağmen çöküntü ve iç boĢluklar meydana getirmemelidir.
Kalıp içindeki engellere rağmen çatlama ve gerginlikler olmamalı.
(MEB, 2011).
2.3.1. Yüksek basınçlı döküm alaĢımları
Yüksek basınçlı döküm alaĢımları; alüminyum esaslı basınçlı döküm alaĢımları,
magnezyum esaslı basınçlı döküm alaĢımları ve bakır esaslı basınçlı döküm
alaĢımları olarak üçe ayrılır.(Doehler, 1974).
2.3.1.1. Alüminyum esaslı alaĢımlar ve metalürjisi
Alüminyumun en belirgin özelliği hafifliğidir. Hafifliği nedeni ile de kullanım alanı
gittikçe artmaktadır. Tüm basınçlı dökümlerin yaklaĢık % 30 kadarını alüminyum
alaĢımları oluĢturmaktadır. Alüminyum alaĢımları ağırlıklarının az olması, akma
sınırının çok iyi olması, termik iletkenliğinin, elektrik iletkenliğinin ve yüzey
parlaklığının iyi olması, fiyatının ekonomik olması, son iĢlem maliyetinin az olması
nedeni ile tercih edilir. Bu özelliklerden üreteceği parçaya uygun olanını bulmak
içinkonstrüktör çinko, alüminyum, magnezyum, bakır, kalay ve kurĢun esaslı
alaĢımlardan seçim yapması gerekmektedir (Çiğdemoğlu, 1972).
“%5 Si ve %8 Mg‟lu olanlarının dıĢındaki bütün alaĢımlarda demirin en çok %1,3
olduğu görülmektedir. Bazı Ģartnamelerde, özellikle ASTM‟de maksimum %2 demir
gösterilmektedir. Bu yüksek demir yüzdesi daha çok deveboynu tipi döküm
makineleri için belirtilir. Bu makinelerde alaĢımın demir kapması kolay kontrol
11
edilemez. Fakat deveboynu makinelerinin yerini almıĢ olan soğuk kamara tipi
makinelerde %2,0 demir ne istenir ne de zorunludur. %2 mertebesinde demir
özellikle yüksek silisyum yüzdelerinde gevreklik yapar, Ģok direncini düĢürür.
Malzemenin iĢlenebilme özelliğini zayıflatır” (Çiğdemoğlu, 1972).
Öte yandan %1,0ın altında demirli alaĢım kalıp iç yüzeylerine yapıĢtığından döküm
güçlükleri çıkarabilir. Soğuk kamara tipi makinelerde en iyi sonuçları veren optimum
demir miktarı %1,0-1,3 tür. % 5 silisyumlu ve %8 magnezyumlu alaĢımlar da kalıp iç
yüzeylerine yapıĢtıklarından bunlarda demirin %1,3‟ten yüksek olması gerekir
(Çiğdemoğlu, 1972).
2.3.1.2. Magnezyum esaslı alaĢımlar ve metalürjisi
En önemli karakteristiği hafifliğidir. Portatif yazı makinesi, büro makinelerinin
muhafaza ve gövdeleri, fotoğraf makineleri, optik aletler, portatif aletler ve benzeri
avadanlık parçaları, küçük taĢıma ve paketleme makineleri, parçaları magnezyumdan
basınçlı döküm yoluyla üretilmektedir. Isı iletkenliği yüksek, enerji absorbsiyon
kalitesi iyi, makinelerde iĢlenmesi yüksek hızlarda ekonomik olarak yapılabilir ve bu
özelliği diğer basınçlı döküm alaĢımlarına oranla daha üstündür. Elastiklik
modülünün düĢük olmasına rağmen alüminyum ve çeliğe nispette oldukça iyi rijitlik
gösterir. “Dayanım-ağırlık oranları yüksektir, kolay iĢlenebilir, kıvılcım çıkarmaz
magnetik değildir ve çok durumlarda stabilitesi iyidir” (Doehler, 1974).
Birçok elementin alaĢım yapmadan dökümü magnezyuma göre çok düĢük özellikler
gösterir. Ancak istenen özellikleri alabilmek için diğer elementlerle alaĢım yapılır.
Alüminyum, çinko ve manganez en çok kullanılan alaĢım elementleridir(Doehler,
1974).
2.3.1.3. Pirinç esaslı alaĢımlar ve metalürjisi
“Belli baĢlı özellikleri; yüksek mukavemet, sağlamlık, korozyon ve aĢınmaya karĢı
dayanım isteyen parça yapımında özellikle hassasiyet isteyen, Ģekli karıĢık ve
ekonomik olması istenen iĢlerde pirinç alaĢımlarının basınçlı dökümleri yaygın
olarak kullanılır. Otomobil diĢlileri, vites diĢli değiĢtirme çatalları, fren parçaları, Ģok
12
amortisör parçaları, çeĢitli endüstriyel birleĢtirme parçaları, ev ve mutfak eĢyaları
gibi yerlerde kullanılır.”(Doehler, 1974).
2.3.2. DüĢük basınçlı döküm alaĢımları
Doehler (1974), düĢük basınçlı döküm alaĢımları, çinko esaslı, kalay esaslı ve kurĢun
esaslı basınçlı döküm alaĢımları olarak üçe ayırmaktadır (Doehler, 1974).
2.3.2.1. Çinko basınçlı döküm alaĢımları
Bütün basınçlı dökümlerde yaklaĢık olarak % 55-60 oranında tercih edilir. Süratli
dökümü dolayısıyla ve ekonomik olması nedeni ile tercih edilir. DüĢük döküm
sıcaklığından dolayı bu alaĢımlarda yakıt fiyatı, kalıp fiyatı ve kalıp iĢletme
maliyetleri düĢüktür. Mekanik özellikleri iyi, iĢlenebilme ve bitirme iĢleri
ekonomiktir (Doehler, 1974).
2.3.2.2. Kalay basınçlı döküm alaĢımları
Kalay alaĢımlarından basınçlı döküm yolu ile üretilen parçalar daha çok korozyon
dayanımı isteyen sodalı su, avadanlıklarında, süt makinelerinde, diĢ operasyonlarında
kullanılan aletlerde ve tıbbi operasyon aletlerinde daha çok kullanılmaktadır
(Doehler, 1974).
2.3.2.3. KurĢun basınçlı döküm alaĢımları
Genellikle düĢük maliyet ve korozyona dayanımı istenen, sertlik ve diğer mekanik
özelliklerin önemli olmadığı yerlerde tercih edilir. “Basınçlı döküm yolu ile üretilen
parçalar; kuvvetli mineral asitlerine dayanıklılık isteyen yangın söndürme aleti
parçaları, batarya ve kimyasal aparatlar vb. yerlerde kullanılır.”
Basınçlı döküm parçasının tasarımındaki en önemli unsurlardan biri de en iyi
kalitedeki parçayı verecek en ekonomik döküm alaĢımını bulmaktır. Bu nedenle
alaĢımın seçiminde dikkat edilmesi gereken özellikler Ģunlardır:
1-Dayanım ve sertlik gibi mekanik özellikler
2- Isıl iĢlemlerin özelliklere etkileri ve boyutsal kararlılık
13
3- AlaĢımın basınçlı döküm metoduna uygunluğu, dökülebilirliği ve akıcılığı
4-DüĢük ve yüksek sıcaklıklardaki dayanımı
5-Cilalama, parlatma, kaplama, boyanma ve diğer yüzey bitirme iĢlemlerine
uygunluğu
6-Korozyon direnci
7-Ağırlığı ve maliyeti (MEB, 2011).
14
3. BASINÇLI DÖKÜM KALIPLARI
Kaliteli ve sorunsuz bir basınçlı döküm uygulaması için ilk olarak kalıp çok iyi
tasarlanmıĢ olmalıdır. Kalıp iĢlemeye geçmeden önce seçilen çeliklerin uygun çeĢit
ve kalitede olması gerekmektedir. Sonrasında kalıbın iĢlenmesi tecrübeli kiĢilerce
yapılmalı. Tasarımda gözden kaçmıĢ bazı dikkat edilmesi gereken yerler kalıp iĢleme
sırasında uygun hale getirmelidir (Aslan, 2007).
Basınçlı döküm kalıpları, her biri dökülecek parçanın geometrisine göre iĢlenmiĢ iki
kalıp yarımından meydana gelir. Makinenin hareketli levhasında yer alan kısmına
ejektör kalıbı ya da hareketli kalıp, makineye monte edilen sabit levhaya bağlı kalıp
bloğuna sabit kalıp veya kaplama kalıbı denir. Kaplama ve ejektör kalıplarının her
ikisinin de yüzeyi döküm kalitesi açısından çok düzgün iĢlenmiĢ olması
gerekmektedir. Aynı Ģekilde sıvı metalin dıĢarıya basınç nedeniyle kaçmaması için
yüzeylerinin birbirine tam bir uygunluk sağlayacak Ģekilde birleĢmesi gerekir (Aslan,
2007).
ErgimiĢ metal kalıp boĢluğuna, sabit kalıp yarımında bulunan besleme kovanı ve
dağıtıcı vasıtasıyla basınçlı bir Ģekilde püskürtülür. Hareketli kalıp yarımı içinde ise
dökülen parçanın Ģekline bağlı olacak sayıda yolluklar veya kanallar vardır. Birim
zamanda yüksek bir üretim için dökümün kalıptan çabuk çıkarılması gerekir, bu iĢ
genellikle bir ejektör plakasına monte edilmiĢ pimlerle sağlanır. Parçanın iç oyuk
kısımlarını elde etmek için hareketli kalıp yarımı içine yerleĢtirilmiĢ sabit ve
hareketli maçalar kullanılır. Kalıp içindeki yerleĢme yönü kalıp hareket yönüne
paralel olmayan maçalar ise hareketli maçalar adını alır. Maçalar çok ince ve derin
deliklerin yapılmasında kullanılamazlar (Aslan, 2007).
Metal kalıba basıldığında kalıp boĢluğu içerisindeki gazların çıkması için gaz çıkıĢ
kanalları bırakılır. Kalıbın yapıldığı malzeme, basınçlı döküm tekniğinin baĢarısını
büyük oranda etkiler. Sıvı metal kalıp içine basınç altında beslendiğinden kalıp
malzemesi yüksek darbe ve mekanik Ģoklara dayanıklı olmalıdır (Aslan, 2007).
15
3.1. Kalıp Üretim Prosesi
Kalıp yapımında tasarımdan sonra seçilen kalıp malzemesi, dik iĢlem merkezleri ve
cam programları yardımı ile iĢlenir ve üretime hazır hale getirilir.
3.1.1 Kalıp tasarımı ve üretim adımları
Kalıp tasarımı ve üretim süreci ġekil 3.1.‟de gösterilmektedir.
KALIP TASARIMI
MALZEME SEÇĠMĠ VE ÇELĠK TEMĠNĠ
KABA ĠġLEME
ISIL ĠġLEM
HASSAS ĠġLEME
DENEME BASKI
KUMLAMA
GERĠLĠM GĠDERME + OKSĠDASYON
Sekil 3.1. Kalıp tasarımı ve kalıp üretim süreci(Ġlter, 2008).
ÜRETĠM
KUMLAMA + GERĠLĠM GĠDERME + OKSĠDASYON
16
3.1.2. Kalıp tasarımı
Bir kalıp tasarımı yapılırken çeĢitli ilkelere dikkat etmek gerekmektedir. Kalıplar,
genel tasarım ilkelerine göre ani kesit değiĢimlerinden kaçınarak, mümkün oldukça
keskin köĢeler bırakmadan, düzgün bir Ģekilde iĢlenerek, iĢleme esnasında
çarpılmalara izin vermeden, kalıp ayrım yüzeyinin parçanın en uygun yerinden
geçirerek ve en önemlisi de yolluğun parçanın dolumu için en ideal yerinden ve en
uygun yolluk kesiti oluĢturularak yapılmalıdır. Soğutma kanalları, kalıp yüzeyinden
en az 25 mm ve köĢelerden de 50 mm derinde olmalıdır. Çelik kalınlığı en az 50 mm
olmalıdır ve gravür derinliği çelik kalınlığının en fazla 1/3 „ü kadar olmalıdır. Yolluk
gravür duvarında en az 50 mm uzakta olmalıdır (Ġlter, 2008).
3.1.3. Malzeme seçimi ve çelik temini
Kalıbın çalıĢma Ģartlarına, plastik yada metal enjeksiyon kalıbı oluĢuna göre uygun
takım çeliği seçilir.
3.1.4. Kaba iĢleme
Çekirdekler ve maçalar, net ölçülerine 3-4 mm ofsetli olacak Ģekilde kabaca iĢlenir.
Isıl iĢlemde yüksek soğuma hızları ile sertleĢtirme yapılırsa çeliğin tokluğu artacak
ancak çarpılma da artacaktır. Bu yüzden çarpılma payı için yeterli iĢleme payı
bırakılmalıdır. Gereğinde fazla çarpılma payı bırakmak da sertleĢtirme iĢleminden
sonra talaĢ alma iĢlemini zorlaĢtıracağından gereksiz yere iĢleme süresini uzatır ve
takım sarfiyatına sebep olur (Ġlter, 2008).
3.1.5. Isıl iĢlem
“Metal enjeksiyon kalıplarının ısıl iĢlemi için NADCA 207-2003 standartları esas
alınır. Soğuma hızı, kalıp merkezinde en az 27 °C/dk olmalıdır. Nihai sertlik, +/- 1
HRC toleransında belirlenmelidir. ĠĢleme payı daha az bırakılmak isteniyorsa, kaba
iĢlemeden sonra gerilim giderme yapılmalı ve daha sonra da en az 1 mm iĢleme payı
bırakılarak kalıp ısıl iĢleme verilmelidir. Ancak bu durumda soğutma hızı standardın
altında kalabilir.” (Ġlter, 2008).
17
3.1.6. Hassas iĢleme
Bu aĢamada kalıbın son ölçüsüne getirilmesi hedeflenir. Kalıp ısıl iĢlemden sonra
orta kaba dediğimiz talaĢ alma iĢlemi uygulanır. Bu iĢlemde kalıp net ölçüye
getirilmez iĢlenecek figüre göre 0,2 ile 0,4 kadar pay bırakılır. Bu aĢamada erozyon
ile alınması gereken bölgeler var ise alınır. En sonunda finish iĢlemi dediğimiz son
paso olarak talaĢ alınır ve talaĢ kaldırma iĢlemi tamamlanır. Erozyonun yol açtığı
pürüzlü mat yüzey gaz taĢı ve zımparalar ile parlatılır. TaĢlama iĢlemleri tamamlanır
ve kalıp alıĢtırma iĢlemlerine geçilir. Bu aĢamada kalıp birbiri ile rahat çalıĢacak
Ģekilde birbirine alıĢtırılarak kalıbın tam kapanması sağlanır. Duruma göre
oksidasyon ve nitrasyon iĢlemleri uygulanabilir (Ġlter, 2008).
3.1.7. Deneme baskı
Deneme baskısı yapılarak parça onayı alınır. Bu aĢamada kalıp yolluk, itici veya gaz
çıkıĢlarında uygunsuz durumlar gözlemlenir gerekirse tekrar bu kısımlar uygun hale
getirilir. Deneme baskısındaki tüm pres tonajı, hızı vs. ile, sıvı metal, kalıp sıcaklığı
vb. parametreler raporlanır. Ġlk baskılarda kalıp sıcaklığının tam olmasına piston
hızının düĢük tutulmasına, metal sıcaklığının gereğinden fazla olmamasına özen
gösterilir. Tüm parametrelerin kayıt edilmesi gerekmektedir (Ġlter, 2008).
3.1.8. Kumlama
Eğer parça yüzeyinde gerekiyorsa seri üretime geçmeden önce kalıbın yüzeyinde iyi
yağ tutabilmesi için kalıp yüzeyi kumlanabilir. Böylece özellikle kalıp devreye alma
sırasındaki yapıĢma/sıvanma azalır. Kumlamada kullanılan malzeme kalıp ile
reaksiyona girmemesine özen gösterilmelidir (Ġlter, 2008).
3.1.9. Gerilim giderme ve oksidasyon
Üretime geçmeden önce iĢleme ve deneme baskılarda oluĢmuĢ olan gerilimlerin
giderilmesi için kalıba bir gerilim giderme tavlaması gerekmektedir. Kalıp
yüzeyindeki yapıĢmaları daha da azaltabilmek için aynı anda oksidasyon da
yapılarak kalıp yüzeyi oksitlenmelidir. Kesinlikle, parlak yüzey ile imalata
18
girilmemelidir. Pim ve küçük maçalar ise nitrürleme yapılabilir. Metalin yüzeye
yapıĢmasının engellenememesi durumunda nitrürleme yapılabilir. Yüzeye sertlik
kazandırılır (Ġlter, 2008).
3.1.10. Üretim
Üretime baĢlamadan önce aĢağıdaki belli baĢlı durumları kontrol etmek gerekir:
Kalıp sıcaklığı 160 °C – 220 °C arasında olmalı.
ġaloma ile ısıtma yapılıyorsa alev çekirdeğe ve parça yüzeyini oluĢturan boĢluğa
direkt temas ettirilmemeli.
Kalıp yüzeyi spreylemesi yeterli miktarda yapılmalı
Sıvı metal sıcaklığı 700 °C – 720 °C‟ yi aĢmamalı, bu seviyelerin altında da
olmamalı.
Pres basınçları gerektiği kadar olmalı, mengene açıklığı iyi ayarlanmalıdır
(Ġlter, 2008).
3.1.11. Kumlama gerilim giderme ve oksidasyon
Ġlk 5.000, 10.000 ve 20.000 adet baskıdan sonra kalıplara düzenli bir biçimde
kumlama ile temizlik yapılır ve mevcut kılcal çatlakların kapanması sağlanır.
Ardından da oksidasyon ile aynı anda gerilim giderme yapılarak kalıpta biriken
gerilimler giderilir. 20.000 baskıdan sonra ihtiyaç duyuldukça bu iĢlem
tekrarlanabilir (Ġlter, 2008).
3.2. Kalıplar Ġçin TalaĢlı Ġmalat
Kalıp üretiminin en önemli aĢaması talaĢlı imalattır. Kalıp maliyetleri üzerine yapılan
çalıĢmalar, kalıp üretim maliyetinin en az yarısının talaĢlı iĢlemeden kaynaklandığını
göstermiĢtir. Üretilecek parça karmaĢıklaĢtıkça, talaĢlı imalat giderek daha da önemli
hale gelirken, iĢlenen takım çeliğinin de iĢlenebilirlik özelliği önem kazanır. Yüksek
tokluk ve yüksek parlatılabilirlik özellikleri istenen yeni takım çelikleri
geliĢtirilirken, bu çeliklerin aĢırı temiz içyapısı nedeniyle iĢlenebilirlikleri de
düĢmektedir. Temiz çelik üretilirken iĢlenebilirlik açısından da bir optimum
19
yakalanmaya çalıĢılmalıdır. ĠĢlenebilirlik verilen malzemenin kesme takımları ile
iĢlenmesi sırasında göstermiĢ olduğu kolaylığa denir(Ġlter, 2008).
3.2.1. Takım çeliklerinde iĢlenebilirliği etkileyen ana etkenler
• Çeliğin kimyasal kompozisyonu
• Malzemenin sertliği
• Mikro yapı
• Malzeme içerisindeki kalıntıların miktarı
• Malzeme içerisinde arta kalan gerilimler.
Kimyasal kompozisyonun iĢlenebilirlik yönünden çok etkilidir. Genel olarak bir
çeliğin alaĢım oranı yükseldikçe iĢlenebilirliğinin de zorlaĢtığı söylenebilir. Diğer
yandan kükürt (S) çelik içinde genellikle sülfür (MnS) olarak bulunur. Çelik
içerisindeki MnS yumuĢak bir yapıya sahip olup kısa talaĢ oluĢumunu sağlar ve
yağlayıcı bir etki yaparak, aĢınmayı azaltır (Ġlter, 2008).
TalaĢ kaldırma yöntemlerinden bazıları aĢağıdaki gibidir;
• Erozyon ( EDM ) ile iĢleme
• Dalma Erozyon
• Tel Erezyon
3.2.2. Kalıpların taĢlanması
TaĢlama taĢı, adından da anlaĢılacağı gibi küçük kum parçacıklarının özel bir reçine
ile birleĢiminden oluĢur. Bağlayıcı maddeden oluĢan bir matrisin içinde bulunan ve
gözeneklerle birbirlerinden ayrılmıĢ aĢındırıcı parçacıklardan oluĢur. Ölçüsel
hassasiyeti sağlamak için bu iĢlem yapılır. AĢındırıcı parçacıklar, kesici noktalar
olarak görev yapar, bağlayıcı madde de tanelerin bir arada durmasını, gözenekler ise
soğutucunun taĢın içerisine nüfuz etmesini ve oluĢan talaĢın ayrılmasını sağlar.
Takım çeliklerinin taĢlanması diğer iĢlemler gibi dikkat isteyen bir iĢçiliktir. Doğru
bir taĢ seçimi, doğru taĢlama hızı çok önemli etkenlerdir (Ġlter, 2008). Bu nedenle;
• TaĢlanacak bölgede titreĢim ve sarsıntı olmamalıdır.
• Bol soğutucu mutlaka kullanılmalıdır. Aksi halde parçanın fazla ısınmasından
çarpılmalar meydana gelir ve taĢ patlayabilir.
• TaĢlamadan sonra gerilimlerin giderilmesi için meneviĢ iĢlemi yapılmalıdır.
20
TaĢlamadan sonra keskin köĢeli bölgeler tesviye edilmelidir.
TaĢlama çatlamasını ve yüzey yanmalarını engellemek için taĢlama esnasında
aĢırı paso verilmemelidir.
MeneviĢlenmemiĢ malzeme taĢlanmamalıdır.
Malzeme cinsine, ısıl iĢlem görüp görmemesine ve yapılacak taĢlama
iĢleminin türüne göre doğru taĢ seçilmelidir.
Ġyi bilenmiĢ ve salgısız, dengeli taĢ kullanılmalıdır. Ve taĢlama makinesi
terazide olmalıdır.
TaĢlama esnasında yanlıĢ taĢ seçimi, soğutucunun yeterince verilmemesi, pasonun
büyüklüğü, yüksek basınç vb. nedenlerden dolayı, taĢlanan yüzeyde yanma,
yumuĢama ve hatta taĢlanan yüzeyde çatlamalar oluĢabilir. TaĢlama çatlakları,
taĢlama yönüne daima dik yönde ortaya çıkar ve bu özelliğinden kolayca ayırt
edilebilir (Ġlter, 2008).
3.3.Kalıp Konstrüksüyonu Genel Prensipleri
Kalıp yapımında kalıp tipi ile iliĢkili olmayan belli temel kurallar vardır ve bunlar
konstrüksiyon için çok önemlidir. Bu kurallardan birisi, gerilim yığılmalarının
giderilmesi, diğeri ise en uygun çekme miktarlarının belirlenmesidir. Kalıp
çeliklerinin çoğu çarpılmaya karĢı dayanıklılıkları düĢük ve çentik etkisine karĢı
hassastırlar. Kalıp konstrüksiyonunda ve yapımında gerilim yükselmesi meydana
getirecek faktörlerin ortadan kaldırılmasına çalıĢılmalıdır. Kalıp konstrüksiyonunda
meydana gelmesi mümkün olan dört tip gerilme tipi söz konusudur (Doehler, 1974):
Kalıbın kapanması ve kilitlenmesinde meydana gelen mekanik gerilmeler.
Döküm yapılırken enjeksiyon Ģoku sonucu ortaya çıkan mekanik gerilmeler.
ErimiĢ madenle karĢılaĢan kalıpta meydana gelen termal Ģok sonucu ortaya
çıkan gerilmeler.
Soğutma suyu ile, ani karĢılaĢan sıcak kalıpta termal Ģokun ortaya koyduğu
gerilmeler.
Kalıbın ayrım yüzeyi düzlemsel ise meydana gelen basılma gerilmeleri zararsızdır.
Fakat ayırma yüzeyi V Ģeklinde ise keskin iç birleĢme doğrusunda çok yüksek
21
gerilim yığınımı olabilir. Bu da güzel bir kavislendirme ile zararsız hale getirilebilir.
Mekanik Ģok gerilmeleri enjeksiyon basıncı ve hızına bağlı olarak değiĢir. Yüksek
çarpma gerilmeleri, büyük kilitleme basıncını ve uygun maça kilitlerini gerektirir. Bu
tip gerilmeler daha çok kalıp boĢluğunda meydana gelir. Çünkü kalıp boĢluğunu
dökülecek parçanın konstrüksüyonuna uygun Ģekillendirmek zorunlu olduğundan
gerilme yığılımları meydana gelecek noktalarda önleyici iĢlemler yapılabilir. Ancak
dikkatli bir soğutma sistemi ve müsaade edilebilen iç kavislerin kullanılması
gerilmeleri küçültmek için bir yöntem olarak düĢünülebilir (Doehler, 1974).
Isısal Ģok gerilmeler oldukça sıcak ergimiĢ madenle oldukça soğuk kalıp yüzeyine
ani olarak değmesi sonucu ortaya çıkar. Isısal yarılma ve çatlamalara neden olur. Bu
durum genellikle çekme parçaların keskin kenar ve köĢelerinde veya kalıp içerisinde
ilave parçaların civarında, döküm parçanın en kalın olduğu yerlerde görülür. Kalıbın
keskin köĢeleri çok ısınır ve çevrelediği yüzeylerde oldukça büyük gerilmeler
meydana getirirler. Örneğin kalıbın itici pim delikleri kalıpta meydana gelecek
çatlakların kaynağı olabilir (Doehler, 1974).
Kalıba kare veya dikdörtgen kesitli bir parça ilave edilecek olursa çatlamalar
bunların köĢelerinden doğabilir. Bu tip gerilme yığılımı ortaya çıkaran noktaların
kaldırılması oldukça zordur. Ancak iç köĢe kavislerinin kullanılması oldukça iyi
sonuç verir (Doehler, 1974).
Su kanalları ile kalıp yüzeyi arasında uygun bir malzeme kalınlığı bırakılmalıdır. Bu
kalınlık pratikte 18-20 mm üzerinde alınır. Su kanalları geliĢigüzel yapılacak olursa
kalıbın mekanik dayanımı düĢer. Eğer kalıba iki delik delinerek su kanalı meydana
getirmek zorunluluğu varsa keskin köĢenin minimum olmasına özen gösterilmelidir.
V tipi su kanalları kullanmak tehlikelidir. Özellikle sıcak madenle sarılacak
maçalarda bu tip kanallar, önlenmesi mümkün olmayan zararlar verirler (Doehler,
1974).
3.3.1. Yolluk sistemleri
“Yolluk, yolluk burcundan gelen ergimiĢ metali kalıp boĢluklarına ileten kanallardır.
Ġdeal döküm yolluğu yolluk kanalları ve yolluk giriĢi, döküm parçası üzerinde
olabildiğince az iz bırakmalı, hızlı bir akıĢla içeri giren sıvı metalin düzenli ve eĢit
22
bir biçimde kalıp boĢluğunda yol almasını ve metalin kalıp boĢluğunu olabildiğince
iyi doldurmasını sağlamalıdır. Bu durum ile ilgili örnek tasarımlar ġekil 3.2.‟de
gösterilmektedir. Metal, yolluk aracılığıyla yolluk kanallarından geçerek kalıp
boĢluğuna akar. Yolluk burcundan giren eriyik alaĢım; dağıtıcılar ile diĢi kalıba
ulaĢtırılır. Basınçlı döküm kalıplarında dağıtıcılar genellikle kalıp iticisi bulunan
kısma açılır. Derinlikleri 4, 5 mm‟den 8 mm‟ye kadar değiĢir. GeniĢlikleri ise iĢ
parçasının ağırlığına ve dıĢ biçimine göre tayin edilirler. Basınçlı döküm kalıplarında
giriĢlerin yani dağıtıcı memelerinin geniĢ aralıklı tiplerinde ölçü 1,25 mm
üzerindedir. Ġnce aralıklar ise 0,625 mm civarındadır. Çok büyük parçaların meme
aralığı 2,25 mm veya daha fazla aralıkla yapılır. Ġnce giriĢlerle iyi yüzey kalitesi elde
edilir, artık kısımların ve yüzeyin düzeltilmesi kolay olur, fakat yoğun bir döküm
yapılamaz. Büyük giriĢlerle daha yoğun ve kusursuz bir döküm yapılır. Fakat artık
kısımların kırılması ve yüzeyin düzeltilmesi daha güç olur. GiriĢlerin büyüklüğü ve
biçimi eriyik alaĢımın buhar gibi püskürmeden bir akım sağlayacak Ģekilde
olmalıdır.” (Aslan, 2007).
a- Ayırma beslemeli kalıp b- Uç beslemeli kalıp
b- Yandan beslemeli kalıp c- Yastık beslemeli kalıp
ġekil 3.2. ÇeĢitli kalıplara göre yolluk giriĢleri (KarataĢ ve Kahraman 2003)
Maça
GiriĢ kanalı
Maça
GiriĢ kanalı
Dağıtıcı kanalı
Maça
0,75
Dağıtıcı kanalı
GiriĢ kanalı GiriĢ kanalı
Dağıtıcı kanalı
Dağıtıcı kanalı
23
“Yolluk kanalları, bir kalıp yarısında ya da iki kalıp yarısında birden bulunabilir.
ġekil 3.3‟de elveriĢli ve elveriĢsiz kanal tipleri gösterilmektedir. Yolluk kanal
büyüklüğü hesaplamaları Çizelge 3.1.‟de gösterilmektedir. Akıntı sırasında kayıp
oluĢumunu engellemek için, keskin yön değiĢimleri tercih edilmemelidir. Yolluk ve
bağlantı kanalları, gerektiğinden daha büyük yapılmamalıdır. Aksi takdirde kalıp
plakasının bu bölümünde gereksiz sıcaklık kaybı ve aĢırı ısı birikmesi meydana gelir.
Kesit alanı aĢağı yukarı yolluk giriĢi alanından 2-3 kat daha büyük olmalıdır. Yolluk
kanallarının derinliği, döküm parçasının et kalınlığı x 1,5 olarak saptanabilir. Akıntı
hızı çinko alaĢımlarında 15m/s alüminyum alaĢımlarında 10m/s magnezyum
alaĢımlarında 20 m/s değerleri altına düĢmemelidir” (Aslan, 2007).
ġekil 3.3. Yolluk kanal tipleri A ElveriĢli B ElveriĢsiz (Uludağ, 2000)
Çizelge3.1. AlaĢımlara göre kanal hesaplama çizelgesi
AlaĢım Tipi H b
Çinko AlaĢımları için 1 4
Alüminyum AlaĢımları için 1 3
Magnezyum AlaĢımları için 1 2
Bakır AlaĢımları için 1 5
“Bu alan güvenilir Ģekilde hesaplanana kadar minimum boyutta çalıĢılması büyük
önem taĢımaktadır. Bu durumda yolluk, yolluk kanallarının yeniden ergitilmesiyle
oluĢacak hammadde ve enerji kayıpları azalır, kalıba daha az ısı verilir. Ayrıca bir
yolluk kanalının büyütülmesi küçültülmesinden daha kolaydır. Genel kural olarak,
b
r=0,2.h
A
B
h
24
yolluk kanalları olabildiğince kısa olmalıdır; ancak soğuk baskıların önlenmesi için
kalıbın belirli bölümlerinin ısıtılması gerekiyorsa kör bir yolluk kanalı kullanılabilir.”
ġekil 3.4.‟de çeĢitli yolluk kanal tipleri gösterilmektedir (Uludağ, 2000).
ġekil 3.4.ÇeĢitli yolluk kanal tipleri (Uludağ, 2000)
T-biçimli bir yolluk kanalıyla akıĢkan metal maksimum hızda girer, oysa kenarlardan
içeri giren metal buna kıyasla daha yavaĢtır. Ayrıca, metal akıĢının kenarlara
yönlendirilmesinin sağlanması amacıyla yolluk kanalında adalar bırakılabilir. Küçük
parçaların üretiminde maksimum hız elde edilebilmesi için yuvarlak kesitli bir yolluk
kanalı uygun olabilir (Uludağ, 2000).
Ofset yolluk kanalları, metalin boĢluğun bir ucundan diğerine yönlendirilmesinin
gerekli olduğu durumlarda kullanılmaktadır. Sıcaklık dengesinin karĢılanması için
boĢluğun karĢıt ucunun çevresinde beslemeler olması gerekmektedir (Uludağ, 2000).
Yolluk kanallarının doğru hesaplanması ve kalıba iĢlenmesi koĢuluyla fan tipi yolluk,
yolluk giriĢine doğru sabit bir hızla metalin akmasını sağlar. Metal en az direnci
gösteren yolu izleyecektir, bu Ģekilde en büyük dirence sahip olan yolluk giriĢi en
son dolan olacaktır (Uludağ, 2000).
Kör Yolluk (A) T Yolluk (B)
Fan yolluk (C) Ofset yolluk (D)
25
Yolluk giriĢi; Kalıp boĢluğunun eksiksiz dolmasını sağlamalı, metali mümkün
olduğunca tek bir yol halinde keskin olmayan yön değiĢimleriyle kalıp boĢluğuna
yönlendirmeli ve kalıp boĢluğunda bulunan havayı hava ceplerinden dıĢarı atılmasını
sağlamalıdır. Bunların yanı sıra, kalıp çekirdeğine sıvı metalin zarar verici Ģekilde
çarpmasını engellemeli, kalıbın sıcaklığını değiĢtirecek Ģekilde olmamalı, basit
Ģekilde döküm parçasından ayrılabilmeli ve döküm parçasının dıĢ görünümünü
bozmamalıdır. Yolluk giriĢinin çabuk dolması istendiğinden, geniĢliği olabildiğince
küçük tutulmalıdır (Uludağ, 2000).
ġekil 3.5.‟de yolluk giriĢ kesiti gösterilmektedir. Yolluk giriĢi genellikle kalın kesitli
kısımlara konulur fakat bazı durumlarda döküm parçasının ince cidarlı bir noktasına
da yerleĢtirilebilir. Kalın kesitten verilen metal kalıp boĢluğunun sonuna ulaĢtığında
epey soğumuĢ olur. Ġnce cidarlı kesitten verilen metal kalıp boĢluğuna az fakat sıcak
akar. Ġlk önce döküm parçasının kalın cidarlı bölümü doldurulmak zorundadır.
Buradan taĢan sıvı metal, ince cidarlı bölümleri dolduracaktır. Ġmalat sırasında,
yolluk giriĢi kesiti büyüdükçe, kalın cidarlı döküm parçalarında porozite oluĢumunun
azaldığı tespit edilmiĢtir (Uludağ, 2000).
A B
ġekil 3.5. Yolluk giriĢ kesiti (Uludağ, 2000) Normal Hızlarda B Yüksek Hızlarda
Kullanılan Konstrüksion (Uludağ, 2000).
a
a
20-30°
30-60° 45-60°
26
Yolluk boyutlarının belirlenmesi; Döküm basıncı ve yolluk giriĢi kesitinin Ģekli,
metalin kalıp boĢluğuna girme kesitini, hızını ve açısını belirler. Yolluk giriĢinin
kesiti belli durumlara göre belirlenir. Sıvı metalin ve kalıbın sıcakları ile oynayarak
parçanın bazı özellikleri değiĢtirilebilse de temel özellikleri yolluk giriĢi ve basınç
belirlemektedir. Formüller ve nomogramlardan hesaplanan değerler genellikle çok
farklı çıkmaktadır. Bazı hesap yöntemlerinde metalin katı faza geçmesi için gerekli
olan süre ana değiĢken olarak alınmaktadır.
f.u = V / t ya da (3.1)
f = V/(t.f) olarak verilmiĢtir. Bu denklem (3.2)
V = (2gP/g)0,5 (3.3)
denklemi ile bağlanırsa yolluk giriĢ kesiti (f) bulunur. “Yolluk giriĢ kesiti sıvı metalin
akıĢı esnasında açık kalmak zorunda olduğundan, kalıp dolum süresinin yolluk giriĢi
kalınlığının yarısının donması için geçen süreden daha uzun olamayacağı kabul
edilebilir. Bir parçanın katı faza geçme süresi parçanın et kalınlığının karesi ile
orantılıdır. Kalıba basılan metalin katılaĢma aralığı küçüldükçe süre azalır. F.W.
Reanvin A.B.D.'deki Basınçlı Döküm Mühendisleri Birliği adına yaptığı deneyler
sonucunda çizelge 3,2'deki bilgileri açıklamıĢtır. Parça için maksimum katılaĢma
süresi çizelge 3,2'den yararlanılarak bulunabilir. Kalıbın dolma süresi ile maksimum
katılaĢma süresinden yararlanılarak yolluk giriĢi kesiti aĢağıda verilen formülden
hesaplanabilir”(Uludağ, 2000).
F=O.a1.V(t-t2)/[G.c.ν.(t-t1)] (cm²) (3.4)
f=o.a1.(t-t2)/[ν.c.γ.(t-t1)] (3.5)
f yolluk cm²
t döküm sıcaklığı ºC
t1 katı faza geçiĢ sıcaklığı ºC
t2 kalıbın sıcaklığı ºC
a1 ısı çevrim sabiti cal/cm²sºC
V kalıp boĢluğunun hacmi cm³
ν ergimiĢ metalin kalıp boĢluğuna giriĢ hızı cm/s
O kalıp boĢluğu ve yolluğun yüzölçümü cm²
P döküm basıncı kp/cm²
C alaĢımın spesifik ısısı cal/pºC
27
Γ özgül ağırlık p/cm³
G döküm parçasının ağırlığı P
Bu formülle belirlenen yolluk kesiti kalın cidarlı parçalar için çok uygundur.
Çizelge 3.2. de Parça et kalınlığına göre katılaĢma süreleri verilmiĢtir.
Çizelge 3.2. Parça et kalınlığına göre katılaĢma süreleri (Uludağ, 2000)
Et Kalınlığı (mm) KatılaĢma süresi (s)
0,27 0,008
1 0,017
1,27 0,028
1,52 0,039
1,77 0,048
2,03 0,064
2,54 0,100
3,81 0,236
5,80 0,410
10,16 1,700
“Enjeksiyon presinin özelliklerine göre de yolluk giriĢ kesitleri değiĢiklikler
gösterebilir. En çok rastlanan yolluk giriĢ kesitleri çinko alaĢımları için 0,4-1,8mm,
alüminyum alaĢımları için 0,5-2mm, bakır alaĢımları için 0,8-2,5mm dir. Yolluk
giriĢinin döküm parçanın Ģekline göre tavsiye edilen geniĢlikleri tek çekirdekli basit
döküm parçalarında et kalınlığının 2/3 ü, büyük çekirdekli zor döküm parçalarında et
kalınlığının 1/2 - 2/3 ü, çok çekirdekli zor döküm parçalarında et kalınlığının 1/2 si
kadardır” (Uludağ, 2000).
3.3.2. Soğutma sistemleri
Bir kalıbın her noktası döküm esnasında eĢit olarak ısınmaz. Kalıp sıcaklığını
istenilen sıcaklıkta tutmak için kalıp içinde açılmıĢ kanallarda su veya baĢka sıvılar
dolaĢtırılır (ġekil 7.5.). Bu kanal ve deliklere soğutma kanalları ve bu sisteme
soğutma devresi denilir. “Soğutma suyunun sıcaklığı, bu kanallardan geçtikçe artar,
bundan dolayı baskıda eĢit soğuma sağlamak için, kalıbın sıcak bölgelerine soğuk
28
sıvı, parçanın soğuk kısımlarına sıcak (ısıtılmıĢ) sıvı giriĢi sağlamak gereklidir.
Bununla beraber ideal soğutma sistemini bulmak zordur ve tasarımcılar gereksiz
pahalı baskıya engel olabilmek için, çeĢitli soğutma devreleri planlarlar” (Uludağ,
2000).
ġekil 3.6. Soğutma kanallarına örnek kalıp kesiti (KarataĢ ve Kahraman 2003)
Genellikle en basit sistem, kalıbın boydan boya delinmesiyle sağlanan soğutma
sistemidir. Fakat bu sistem baskılar için en etkin metot değildir. Soğutma kanalını
matkapla açarken bunun mümkün olduğunca kalıp boĢluğuna yakın olmasına dikkat
edilmelidir (16 mm‟den daha kısa mesafede). Kalıp plakasında çok sayıda delik
mevcuttur, örneğin; itici pim delikleri vb. Soğutma kanalının diğer deliklere
emniyetli olarak ne kadar yakın açılacağı delinecek soğutma kanalının uzunluğuna
büyük ölçüde bağlıdır. Derin delikler delerken delme iĢlemi çoğunlukla istenilen
delme ekseninden kaçık delinerek sapma meydana gelir. Bu nedenle diğer deliklere
patlama riski olabilir. Soğutma kanalı herhangi bir deliğe en az 4-5 mm uzaklıkta
olmalıdır. En iyi soğutma devresini yakalamak için, tasarım esnasında bunu mümkün
olduğunca erken planlamak gerekir. Diğer kalıp parçaları, bundan sonra bu soğutma
devresine göre yerleĢtirilir. Örneğin, Ġtici pimler, burçlar vb (Uludağ, 2000).
3.3.3. Havalandırma sistemleri
Metalden açığa çıkan gazların basınçlı döküm parçasının içinde kalmasını
engellemek amacıyla hava çıkıĢ kanal ve cepleri dizayn edilir. Basınçlı döküm
kalıplarında hava ve gazlar gerektiği gibi boĢaltılmazsa, döküm parçasında poroziteli
GiriĢ
ÇıkıĢ
ÇıkıĢ
GiriĢ
ÇıkıĢ
GiriĢ
GiriĢ
GiriĢ
ÇıkıĢ
ÇıkıĢ
GiriĢ
ÇıkıĢ
GiriĢ ÇıkıĢ ÇıkıĢ GiriĢ
ALT KALIP
Tapalar
ÜST KALIP
29
bir oluĢum gözlenebilir. Normal koĢullarda gözenekler, yüzeyin altında
bulunduklarından genellikle görülemezler (Uludağ 2000).
Hava boĢaltımı, kalıp ayrım yüzeyine iĢlenen hava çıkıĢ kanalları ile gerçekleĢtirilir.
Hava boĢaltım kanalları, çoğunlukla hareketli kalıbın yan taraflarında, yolluk
giriĢinin yanında ve karĢısında ya da akıĢa bağlı olarak belirlenen baĢka bir bölgeye
yapılabilir. “Sıvı metal, kesinlikle havanın önüne geçmemelidir. Sıvı metalin,
havanın önüne geçmesi tehlikesi, akıĢ hızı büyüdükçe ve metalin viskozitesi
küçüldükçe artar. Bir kalıp içinde farklı cidar kalınlıklarının bulunduğu durumlarda
her geçiĢte, kalıp ayrımına bir hava boĢaltım kanalı yerleĢtirilmelidir. Kalıp
boĢluğundaki gazlar içeri dolan sıvı metal tarafından çok kısa süre içinde itilmelidir.
Hava boĢaltım kanallarını tam tamına hesaplamak çok zordur. Bernoulli'nin formülü
sadece yaklaĢık 100 m/s'lik gaz akıĢ hızları için geçerlidir.Basınçlı dökümde ise ses
hızındaki akıĢ hızları için formüllere ihtiyaç duyulmaktadır. BoĢaltılması gereken
gazların toplamının (V), kalıp boĢluğu içindeki hava hacmi (V1) ile dökümde oluĢan
gazların hacminden (V2) meydana geldiğini söyleyebiliriz.”(Uludağ, 2000).
V1 Ģu formülle hesaplanabilir:
V=(Vf(1-β.t)).Pat/PG (3.6)
Pat Normal atmosfer basıncı
Pg Spesifik döküm basıncı
Vf Dökümsistemi ve kalıp boĢluğu hacmi
β Isıl iĢleme değeri
t Havanın getirildiği ortam sıcaklığı
Dökümde oluĢan gaz hacminin hesaplanması için Ģu formül kullanılabilir:
V2=GV.OG.Pat/PG (3.7)
GV Birim kalıp yüzeyinde yağlama , yanma sonucu oluĢan gaz miktarı
OG yolluk sistemi dahil döküm parçasının yüzeyi
Hava çıkıĢı için olması gereken kesit, izin verilen akıĢ hızı (200-400 m/s)
varsayılarak hesaplanabilir. Hava boĢaltımı yetersiz kaldığında, kanalların daha derin
değil, daha geniĢ tutulması veya ek kanallarla desteklenmesi gerekir. ġekil 3.7.‟de
gösterilen hava çıkıĢ kanallarının her zaman yolluk giriĢi yanına yerleĢtirilmesi
tavsiye edilir. Yolluk giriĢi kesiti yüksekliği küçültülerek ve yolluk giriĢi geniĢliği
uzatılarak, havaya ek olarak çıkma yolları sağlanmalıdır. Hava çıkıĢ kanallarının
açıkta ve rahat temizlenebilir olması gerekir (Uludağ, 2000).
30
ġekil 3.7. Yönleri değiĢik hava boĢaltım kanalları (Uludağ, 2000).
Hava çıkıĢını iyileĢtirmek için, kalıp içindeki kalıp elemanlarından da
yararlanılabilir. Ġtici pimlerinin üzerlerinin çizilmesi buralardan da hava çıkıĢı
sağlanabilir. Kalıp üzerindeki kritik noktalara iyi bir biçimde hava boĢaltımı için 0,3-
0,8 mm çaplı delikler açılabilir. En ideal hava boĢaltım elemanı, çekirdek ve kalıp
boĢluğuna yerleĢtirilen seramik ya da sinter metal filtrelerdir (Uludağ, 2000).
Hava kanallarının yerleĢtirilmesi iĢi iyi bir deneyim ister. Hava kanalları yetersiz ise,
iĢlevini yapamaz. Genellikle uygun gaz çıkıĢ kanallarının yerlerinin tespiti ancak
denemeler sonucunda ortaya çıkmaktadır. Kalıp plakalarının arasındaki hava
boĢaltım kanallarının derinliği 0,05-0,12 mm, geniĢliği 10-20 mm olmalıdır
(Uludağ, 2000).
Çizelge 3.3 Hava boĢaltım kanallarının derinliği
AlaĢım Tipi Kanal Derinliği (mm)
KurĢun AlaĢımları 0,05-0,10
Alüminyum AlaĢımları 0,10-0,12
Magnezyum AlaĢımları 0,10-0,15
Bakır AlaĢımları 0,10-0,20
“Çizelge3.3‟de gösterilen hava çıkıĢ kanallarının derinliği 0,15 mm' den daha derin
olmamalıdır. Bakır alaĢımların dökümünde, yukarıdaki değerlerin iki katı alınabilir.
Bu derinlik değerleri, kalıp boĢluğundan 20-30 mm uzaklığa kadar olan bolüm için
geçerlidir. Daha uzakta olan noktalar için kanal derinliği yaklaĢık % 50 oranında
arttırılabilir.” (Uludağ, 2000).
31
Kalıbın havası, hava çıkıĢ kanallarına uygun aparatlar aracılığıyla vakumlanabilir.
Kalıp daha hızlı bir Ģekilde dolar, hava direnci ortadan kalkar ve sıvı metal kolayca
boĢaltım kanallarına dolar. Hava cebinin derinliği, yaklaĢık döküm yolluğunun
derinliği kadar olmalıdır. Cep derinliği yolluk derinliğinin 3-4 katına kadar
çıkarılabilir. Genellikle hava ceplerine dıĢarı açılan hava çıkıĢ kanalları açmak
gerekir (Uludağ, 2000).
Kalıplarda yolluk, yolluk giriĢinin, döküm parçasının ve hava ceplerinin kalıptan
çıkıĢı kırılmadan bütün halde olmalıdır. Hava cepleri tüm kalıp geniĢliği boyunca
uzatılmamalıdır. ġekil 3.8‟dehava boĢaltım kanalı ve hava cebi dizaynını
görmekteyiz. Hava cebinin kalıptan çıkmasını sağlamak için altına itici pim
konulmalıdır (Uludağ, 2000).
ġekil 3.8. Hava BoĢaltım Kanalı ve Hava Cebi Dizaynı (Uludağ, 2000)
a)Döküm Parçası b)Hava Cebi c)Ġtici Pimd) Çekirdek
3.3 .4. Ġticiler
Basınçlı döküm kalıplarında en önemli öğelerden biri parçayı kalıp içinden
çıkarılabilecek sistemin tasarlanmasıdır. Bunun için itici sisteminden
yararlanılır.ġekil3.9.‟da itici pimlerin konumlarını görmekteyiz. Ġtici sisteminin
0,2-0,5 3-5 0,1-0,3
20-25
d a b c
Hava cebi geniĢliğinin
1/2-1/4‟ü kadar
5-10
a b c
Yolluk giriĢi geniĢliğine eĢit
32
görevi, kalıp açıldıktan sonra parçanın kalıptan dıĢarı çıkarılmasını sağlamaktır. Ġtici
sistemi genellikle kalıbın hareketli kısmına yerleĢtirilir (Aslan, 2007).
ġekil 3.9. Ġtici Pimlerin Konumları (KarataĢ ve Kahraman, 2003)
DeğiĢik türde itici sistemleri vardır. Ġtici mekanizmasının seçimi bazı faktörlere
bağlıdır.
Örneğin;
a) Parçanın tasarımına
b) Parçanın estetik görünüĢüne
c) Üretimin ihtiyaçlarına
Bir itici sisteminin genel özellikleri aĢağıdaki gibidir;
Zarar vermeden parçayı kalıptan çıkarabilmeli.
Parça üzerinde görünür izler mümkün olduğu kadar az olmalı.
Birden çok parçayı kalıptan çıkarırken parçalar üzerinde dengeli bir kuvvet
dağılımı sağlamalı.
Ġtici piminin istenen konuma ayarlanabilmesine imkân vermeli.
Ġtici sistemi ile soğutma sistemi koordineli bir Ģekilde çalıĢmalı (Aslan, 2007).
Yukarıdaki özelliklerden en önemlisi iticinin kalıba ve parçaya zarar vermeden
parçayı kalıptan dıĢarı atmasıdır. Parçada deformasyon oluĢturmamak için kuvvet
dağılımını da dengeli Ģekilde sağlamaları gerekir. Ġtici tasarımı yapılırken kalıp içine
Ayrım
çizgisi
Maça Pimi ĠĢ Parçası Maça Pimi
33
yerleĢtirilecek soğutma kanalları gibi diğer fonksiyonel elemanlarında dikkate
alınması gerekir (Aslan, 2007).
Ġtici sistemi mekanik olarak hareket ettirilir. Sistemin geri dönüĢü yay veya kalıp
kapandığında geri itici dediğimiz pimler sayesinde olur. Bazı durumlarda itici
plakasını hareket ettirmek için hidrolik veya pnömatik pistonların kullanıldığı da
görülmektedir. Elektrikli itici sistemleri genelde eksantrik bir silindire sahip olup itici
plakasının geri dönüĢünü sağlamak için bir yay kullanılır (Aslan, 2007).
34
4. BASINÇLI DÖKÜMDE KALĠTEYĠ ETKĠLEYEN PARAMETRELER
Üretimi yapılan ürünün kalitesi birçok faktöre bağlıdır. Üretimde istenilen kalitenin
alınması, ancak belirli bir sistem dahilinde çalıĢılarak sağlanabilir. Bir basınçlı
döküm parçasının kalitesi; basınçlı döküm makinesine, sıvı metalin özelliklerine sıvı
metalin kalıba giriĢ, katılaĢma, çıkarılma yöntemlerine ve kalıbın tasarımına bağlıdır.
Kaliteli döküm için bu ve buna benzer çok fazla faktör kontrol altında tutulmalıdır.
Döküm iĢleminde sıvı metalin kimyasal tepkimelere uğraması, gaz oluĢması,
katılaĢma ve soğuma sonucu çekinti ve çatlama yapması, bazı elementlerin yapıda
istenmeyen bileĢikler oluĢturması ve yapıda yer alması gibi pek çok etken kaliteli
döküm parçası üretiminin güçlüklerini ortaya koymaktadır (Aslan, 2007).
4.1. Basınçlı Dökümde Kullanılan Alüminyumun Özellikleri
4.1.1. Kimyasal Özellikleri
“Alüminyum, yumuĢak ve hafif bir metal olup mat gümüĢümsü renktedir. Bu renk,
havaya maruz kaldığında üzerinde oluĢan ince oksit tabakasından ileri gelir.
Alüminyum, zehirleyici ve manyetik değildir. Kıvılcım çıkarmaz. Saf alüminyumun
çekme dayanımı yaklaĢık 49 Megapaskal (MPa) iken alaĢımlandırıldığında bu değer
700 MPa'la çıkar. Yoğunluğu, çeliğin veya bakırın yaklaĢık üçte biri kadardır.
Kolaylıkla dövülebilir, makinede iĢlenebilir ve dökülebilir. Çok üstün korozyon
özelliklerine sahip olması, üzerinde oluĢan oksit tabakasının koruyucu
olmasındandır. Elektrik iletkenliği %64,94 IACS‟dir (saf Al, 2 °C'de)” (Yılmaz,
2003).
4.1.2. Atom Yapısı Ve Kristal Kafesi
“Alüminyum, simgesi Al‟dır. GümüĢ renkte sünek bir metaldir. Yüzey merkezli
kübik kristal yapıya sahiptir.Doğada genellikle boksit cevheri halinde bulunur ve
oksidasyona karĢı üstün direnci ile tanınır. Bu direncin temelinde pasivasyon özelliği
yatar. Endüstrinin pek çok kolunda milyonlarca farklı ürünün yapımında
kullanılmakta olup dünya ekonomisi içinde çok önemli bir yeri vardır.
Alüminyumdan üretilmiĢ yapısal bileĢenler uzay ve havacılık sanayi için
35
vazgeçilmezdir. Hafiflik ve yüksek dayanım özellikleri gerektiren taĢımacılık ve
inĢaat sanayinde geniĢ kullanım alanı bulur.” (Vikipedi, 2012).
Alüminyumun; yoğunluk, kaynama noktası, elektriksel iletkenliği, ergime noktası,
ısıl iletkenlik, ısıl genleĢme ve yüzey gerilimi ve viskozite özelliklerini aĢağıdaki
Ģekilde özetlemektedir;(Yılmaz, 2003)
AĢağıda Çizelge 4.1‟de tavlanmıĢ katı metalin 20 ºC deki yoğunluklarını
görmekteyiz.
Çizelge 4.1. TavlanmıĢ katı metalin 20 ºC deki yoğunluğu
Al, % 99,25 99,40 99,75
d, g/cm³ 2,727 2,706 2,703
%99,971 Al, % 0,003 Si, %0,0012 Fe ve %0,014 Cu ihtiva eden daha saf bir
numunenin 20ºc „deki yoğunluğu 2,6996 g/cm³ değerindedir. % 99,996 Al, %0,0020
Si, %0,001 Cu, herbiri %0,0003 Na, Ca ve Mg, %0,001 Fe‟li bir metal için aynı
sıcaklıkta ise 2,6989 g/cm³‟dür.
Yeni alüminyum üretim tesislerinde özellikle %99,75 Al‟lu bir metal
kazanılmaktadır. Çizelge 4.2‟de böyle bir metalin yoğunluğunun ergime noktası
üzerindeki sıcaklıkla bağıntısı görülmektedir.”
Çizelge 4.2.Alüminyumun yoğunluğunun ergime noktası üzerindeki sıcaklıkla
bağıntısı
Sıcaklık Yoğunluk
ºC g/cm³
658,7 2,382
700 2,371
800 2,343
900 2,316
950 2,303
1000 2,289
1100 2,262
36
“Bu değerler lineer denklem
Dt =2,382 - 0,000273 (t-659)
Ġle ifade edilebilir, buna göre elektroliz Ģartlarında alüminyumun yoğunluğu
(t=950 ºC de)
D950= 2,382 – 0,000273 (950 – 659) = 2,303 g/cm³ „dür.”
Kaynama noktası
Atmosfer basıncında 2500 ºC lik bir kaynama noktası vardır.
“Saf alüminyumun oda sıcaklığındaki iletkenliği, aynı sıcaklıktaki bakırın
iletkenliğinin %64,94‟üne eĢittir. Çizelge 4.3‟de artan sıcaklık dereceleri ile
elektriksel direncin değiĢimi gösterilmektedir. -223 ºC‟nin altındaki sıcaklıklarda
alüminyumun elektriksel direnci, yine aynı sıcaklıklardaki saf bakır ve gümüĢün
direncinden çok daha düĢüktür. -270ºC ler civarında ise alüminyum süper iletken
haline gelir.
Çizelge 4.3. Artan sıcaklık dereceleri ile elektriksel direncin değiĢimi.
Sıcaklık (ºC) 20 100 200 300 400
Elektriksel direnç(µΩ) 2,67 3,55 4,78 5,99 7,30
Termik, hidrolik ya da nükleer enerji gibi çeĢitli enerjilerden yararlanılarak üretilen
elektrik enerjisinin uzun mesafelere iletimi ve dağıtımında yakın zamana kadar
uygun özellikleri nedeni iletken malzeme olarak bakır kullanılmıĢtır. Günümüzde
bakırın yerini alüminyum almaya baĢlamıĢtır. Bunun nedenlerinden biri, alüminyum
bakıra göre daha hafiftir ve alüminyum yoğunluğu bakırın yoğunluğunun yaklaĢık%
30‟u kadardır. Özellikle hava hattı direk konstrüksiyonlarında hafiflik çok büyük
önem kazanmaktadır. Çünkü ağır iletkenler, ağır direk yapılarına ihtiyaç duyarlar.
Ayrıca alüminyumun tercih edilmesinin bir diğer sebebi ise bakıra nazaran daha ucuz
olmasıdır. Bakır yerine, eĢdeğeri olan alüminyum iletkenin tercih edilmesi, Ģirketlere
en az % 50 ekonomi sağlar.”(Beljajew, 1974).
37
“Alüminyumun saflık derecesi arttıkça ergime derecesi de yükselir. Katı halden sıvı
hale geçerken metal hacmi büyür. %99,65 alüminyum içeren metalde bu büyüme %
6,26 civarında iken % 99,75 alüminyum içeren metalde ise % 6,60 büyüme
gözlemlenir.”Artan sıcaklık derecesi ile alüminyum ergime noktasının değiĢimi
Çizelge 4.4.‟de verilmektedir.
Çizelge 4.4. Artan sıcaklık derecesi ile alüminyum ergime noktasının değiĢimi
Sıcaklık (ºC) 657 658 658,7 659,8 660,24 660,32
%Al 99,2 99,5 99,6 99,97 99,996 100
“Alüminyumun saflık derecesi büyüdükçe, ısıl iletkenliğide buna paralel olarak artar.
Çizelge 4.5‟de artan sıcaklık ile ısıl iletkenliğin değiĢimi değerleri verilmiĢtir.
Örnek olarak %99,498 alüminyum içeren bir metal için 200 ºC‟de 0,5 cal/cm.s. ºC,
%99,70 alüminyumlu bir metal içinse 0,531 cal/cm.s ºC‟dir.
Fakat alüminyum sıcaklığının artıĢı ile ısıl iletkenliği arasında kesin bir Ģey söylemek
zordur. Çünkü belli bir sıcaklığa kadar ısıl iletkenlik katsayısı artıĢ gösterirken, diğer
sıcaklıklarda iniĢ çıkıĢlar göstermektedir.”
Çizelge 4.5. Artan sıcaklık ile ısıl iletkenliğin değiĢimi
Sıcaklık (ºC) -270 -263 -173 0 200 600 727 1227
Isıl iletkenlik
(W/mºK)
2100 23500 302 236 238 214 93 107
“Saf alüminyumun ısıl genleĢme katsayıları; artan sıcaklıkla birlikte yükselme
gösterir. Çizelge 4.6.‟da artan sıcaklık derecesiyle α ısı iletim katsayısının değiĢimi
değerleri gösterilmektedir.
Isıl genleĢme katsayıları izotropik yönden bağımsız olarak saf alüminyum için
verilmiĢtir.
Çizelge 4.6. Artan sıcaklık derecesiyle α ısı iletim katsayısının değiĢimi
Sıcaklık (ºC) 0-100 100 200 300 400
a10-6
K 23,5 23,9 24,3 25,3 26,49
38
Ayrıca alüminyumun lineer genleĢmesi de artan saflık derecesi ile biraz daha
büyür.%99,952 lik çok saf alüminyum için 20ºC den 600 ºC ye kadar olan sıcaklık
diliminde lineer ısı genleĢmesi denklemi;
L1=L0[1 + (22,58 t † 0,000989 t² ) x 10-6
]
ġeklinde alınabilir. Bu denklemde L0baĢlangıç boyu, L1ise t ºC deki uzunluktur.”
Yüzey gerilimi ve viskozite; Alüminyum 920-955 ºC elektroliz sıcaklığında, yeterli
derecede akıĢkan haldedir. Bu durumda metalin karıĢması ve difüzyonu için uygun
Ģartlar mevcuttur. Metalin saflığı ile viskozite orantılıdır. Yüzey gerilimi ise artan
sıcaklıkla ters orantılıdır.
4.1.3. Mekanik Özellikleri
“Mekanik özellikler büyük ölçüde saflık derecesine bağlıdır. Yüksek saflıktaki
alüminyum teknik saflıktaki metale göre çok daha yumuĢak ve plastiktir. Ayrıca
mekanik mukavemeti de çok daha düĢüktür.”
Alüminyumun elastiklik modülü; “%99,25 alüminyum ihtiva eden bir metalin
elastiklik modülü 71000 N/mm²‟dir. Diğer metaller ile karĢılaĢtırmak gerekirse,
alüminyumun elastiklik modülü çeliğinkinin sadece 1/3‟ü kadardır.
Alüminyumun sertliği; “Alüminyumun saflığı arttıkça, alaĢımın sertliği düĢer.
Çizelge 4.7.‟de DeğiĢen alüminyum yüzdesi ile sertlik arasındaki iliĢki değerleri
verilmiĢtir.
Çizelge 4.7. DeğiĢen alüminyum yüzdesi ile sertlik arasındaki iliĢki
% Alüminyum 99,2 99,5 99,8 99,9
Brinell sertliği (kg/mm²) 24-54 21-48 19-41 15-28
Tabloda da görüldüğü gibi Brinell sertliği çok geniĢ aralıklarda verilebilir.
Bunun nedeni farklı ısıl iĢlemlerle metalin sertlik derecesinin
değiĢtirilebilmesidir.”(Beljajew vd., 1974).
39
Alüminyumun çekme mukavemeti; saflık derecesi arttıkça azalır. Yüksek saflıktaki
alüminyumda kopma anındaki kesit daralması ise (>%99,9) en fazladır.
Alüminyumun yüzdesi arttıkça, numune daha sünek hale gelmektedir.
Saf alüminyumun çekme dayanım değeri, alüminyum soğuk haddeleme ile elde
edilmiĢ ise 110-130 N/mm², tavlama iĢlemi görmüĢ ise 35-60 N/mm² aralığındadır
(Beljajew vd., 1974).
4.1.4. Alüminyumun Kimyasal Özellikleri
ġekil 4.1‟de görülen Periyodik Cetvelde 3. Grupta bulunur. Atom numarası 13, atom
çapı 0,86 Aº, atom ağırlığı 26,97‟dir.
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
ġekil 4.1. Periyodik cetvel
Çizelge 4.8.Alüminyumun elektron yapısı
Atom numarası
13
K L M
1s 2s 2p 3s 3p 3d
2 2 6 2 1 -
40
Çizelge 4.8 Nötr alüminyum atomunun elektron yapısı 1s yörüngesinde iki elektronla
(1s²) doymuĢ K-seviyesi ve 2s yörüngesinde iki elektronla doymuĢ L seviyesi ile
karakterize edilmiĢtir. (2s² 2p6). Atomun dıĢ M seviyesinde üç elektron bulunur ikisi
3s (3s²) ve biri 3p yörüngesindedir (Beljajew vd., 1974).
Alüminyumun oksidasyonu; “Alüminyum ticari metaller içinde en reaktif metal
olmasına rağmen, oksitleyen çevrede kararlıdır. Bu kararlığını, yüzeyinde oluĢan
alüminyum oksit kabuğuna borçludur. Kuru oksijende yüzey tabakası, sıcaklığın bir
fonksiyonu olan bir limit kalınlığa ulaĢır. Oda sıcaklığında bu kalınlık 2,5-3 mm‟dir.
Film tabakasının kalınlığı mevcut su buharının da bir fonksiyonudur. Oda
sıcaklığında ve % 100 lük bir bağıl nemde kuru oksijen içinde iki kat daha fazla oksit
bulunur. Ġki durumda da aynı oran kuralları uygulanır. Ġlk film tabakası genellikle
ıslak çevrede oluĢur. Metal yüzeyine yakın, sürekli oksit tabakası, katı gaz ara
fazında hidroksitlenmiĢ film tabakasına dönüĢür. Daha yüksek sıcaklıklarda ve
alüminyum alaĢımlarında (özellikle magnezyum ve bakır içerenlerde), daha karmaĢık
film yapıları geliĢir. Ayrıca oksit oluĢumu basit zaman kanunları ile açıklanabilecek
kadar uzun süreli değildir.” (Yılmaz, 2003).
Sulu çözeltiler ile reaksiyonu; “% 99,95‟ten daha fazla saflığa sahip alüminyum
parçaları birçok aside karĢı dirençlidirler ve ancak sulu ortamlarda çözülürler. Bu
yüzden alüminyum, nitrik asit, yoğun sülfürik asit, organik asitler ve birçok ayıracı
depolamakta kullanılır. Diğer taraftan oksit film tabakası alkali (bazik) çözeltilerde
çözünür, korozyon hızlıdır ve sonuç olarak çözülebilir alkali metal alümina ve
hidrojen üretir. Alüminyum amfoteriktir. Çözülebilir tuzları oluĢturmak ve hidrojen
çıkarmak için, mineral asitleri ile reaksiyona girebilir. ErimiĢ alüminyumun su ile
temas etmesi patlayıcı reaksiyona sebebiyet verebilir. Reaksiyonun iĢleyiĢ
mekanizması tam olarak anlaĢılamamaktadır.” (Yılmaz, 2003).
Yüksek sıcaklıklardaki reaksiyonu; “ErimiĢ alüminyum, oksijen içeren birçok
bileĢiği indirger. Bu reaksiyonlar, bazı metal ve alaĢımların termik reaksiyonlar ile
üretiminde kullanılırlar. Burada alüminyum oksidi üretmek için metal oksitle
alüminyum reaksiyona girer ve metal açığa çıkar. Alüminyum özellikle camlarda
bulunan silikatları indirger. Reaksiyon alüminyumun erime noktasının altında
baĢlayabilir.” (Yılmaz, 2003).
41
Korozyon dayanımı; “Hava ile temas eden alüminyum yüzeyi üzerinde oluĢan sabit
bir oksit tabakası sebebiyle alüminyum ve alaĢımları genellikle atmosfer etkilerine
karĢı büyük bir mukavemet gösterirler. Bu tabaka çok ince ve renksizdir. Oksit
tabakasını anotlaĢtırma, eloksal yöntemi olarak bilinen elektrolitik bir metot yardımı
ile kalınlaĢtırarak daha yüksek bir koruma elde edilebilir. Bu metodun en basit Ģekli,
iĢleme tabi tutulacak metali, zayıf kromik veya sülfürik asit çözeltisi içeren bir tank
içinde anot haline getirmekten ibarettir. Elektrik akımının geçmesi ile açığa çıkan
oksijen, yüzey metali ile birleĢir ve sabit bir oksijen tabakası oluĢur. Metal
bölgesinde oluĢan bu anot tabakası, bazı boya malzemeleri ile birleĢme ve dekoratif
amaçlara uygun renkli bir cilanın elde edilmesini sağlar.” (Yılmaz, 2003).
Alüminyum ve gazlar; “Hidrojenin katı ve erimiĢ alüminyumdaki çözünürlüğü
oldukça fazladır. ErimiĢ alüminyum, karbon monoksit ve karbondioksit ile çabuk
reaksiyona girer. Ayrıca atmosferdeki su buharı ile absorbe edilen suyla ve hidroksit
tabakasındaki suyla da reaksiyona girer. Katı alüminyum atmosferdeki nemle
reaksiyona girerek oksitleri ve hidrojeni oluĢturur. Hidrojen erimiĢ alüminyumda katı
alüminyumdakine oranla daha iyi çözünür. Gaz sıcaklıkla belirlenen bir oranda
metalden dıĢarı yayılır. Diğer taraftan alüminyumun su buharıyla olan reaksiyonu
katı-gaz ara fazında yüksek bir aktiviteye yol açtığında konsantrasyon gradyeni
tersine döndürülebilir. Sonuç olarak gaz çıkıĢı oranı artırılır ve hidrojenin yüksek bir
bölümü metalde alıkonulur” (Yılmaz, 2003).
4.2. Basınçlı Döküm Makinelerinin Döküm Kalitesine Etkileri
“Basınçlı döküm prosesinde enjeksiyon hızı ve basınç parametrelerinin zamana göre
ayarlamaları döküm kalitesinde en etkin rolü oynar. Bu parametreler kalıp tasarımı
sırasında alaĢıma göre dikkatle incelenerek belirlenmelidir. Enjeksiyon hızı ve basınç
parametreleri her parça için farklılık gösterir.” Bu nedenle en uygun değerleri
yakalayabilmek için ilk baskılarda deneme baskılar yapılarak değerler optimum
seviyeye getirilir (Aslan, 2007).
“Modern basınçlı döküm makinelerinde enjeksiyon sistemi hakimdir. Birinci fazda
yavaĢ akan metal kapıya gelir, ikinci fazda ise metal kalıp boĢluğuna kısa bir
zamanda ve yüksek enjeksiyon hızında itilir. Üçüncü fazda döküm yüksek basınçla
42
takviye edilir. Basınçlı döküm makinelerinde dökümün kalitesini etkileyen en önemli
faktörleri Ģöyle sıralayabiliriz:
Enjeksiyon basıncı ve döküm basıncı değerleri,
Operasyon Süreleri,
Dökümden önce kalıbın kapanmasını ve kilitli kalmasını sağlayan kapama basıncı
her zaman enjeksiyon basıncından yüksek olmalıdır. Aksi takdirde enjeksiyon basıncı
kapama basıncını yenerek enjeksiyon iĢlemi sırasında kalıbın açılmasına neden olur.
Enjeksiyon sırasında ergimiĢ metal kalıp ayrılma düzlemine sızsa bile kalıp
boĢluğundaki basınç düĢecektir. Döküm basıncının düĢmesi aĢağıdaki sorunları
ortaya çıkararak döküm kalitesinin düĢmesine neden olur. Döküm basıncının düĢük
olması çeĢitli yüzey bozukluklarına (çiçeklenme, lekelenme, çöküntü, süngerimsi
bölgelere) neden olur (Aslan, 2007).
Döküm basıncının düĢmesi sıvı metalin kalıp boĢluğuna tam olarak dolmasını
engelleyerek kofluk problemine neden olur. Ürün tam olarak elde edilemez,
eksiklikler ve boyutta sapmalar gözlenir,
DüĢük döküm basıncı üründe soğuk kaynama bölgelerinin oluĢmasına neden
olur,
Dökülen parçada akıĢ çizgileri meydana gelir,
Seçilecek uygun bir döküm basıncı ile bu problemlerin üstesinden gelinerek parçada
kaliteyi olumsuz etkilemesinin önüne geçilebilir. Spesifik döküm basıncı aĢağıdaki
formülle hesaplanabilir.”
Spesifik döküm basıncı =
(Aslan, 2007). (4.1)
Basınçlı döküm makinelerinde üründe kaliteyi etkileyen bir diğer önemli
parametrede operasyon süreleridir. Metalin boĢluğa dolma zamanı, sıvı metalin kalıp
boĢluğuna itilmesi için gerekli zamandır. BoĢluğa dolma zamanı, metalin boĢluktaki
katılaĢma zamanına eĢit veya daha kısa olmalıdır ve bu zaman aralığı dökümün kalıp
duvarlarının kalınlığına ve katılaĢma modülüne bağlı olarak değiĢir. Takviye zamanı,
kalıp boĢluğu dolduktan sonra üçüncü enjeksiyon fazının son basıncı sağlanana kadar
olan zamanda gerekli zamandır. Kalıp boĢluğu dolduktan sonra darbe hızıyla
meydana gelen basınç metalin takviyesi için ve iyi bir döküm kalitesi için son derece
gereklidir (Aslan, 2007).
(Kapama Silindirinin hacmi)²
(Plunger Çapı)²
43
“Operasyon sürelerinin uygun olmaması aĢağıdaki problemlerin oluĢmasına ve
döküm kalitesinin düĢmesine neden olur:
Basınçlı dökümde kalıp açma ve kapama zamanının gerekenden fazla olması
durumunda ürünün kalıba ve maçaya yapıĢma sorunu ortaya çıkar,
Kalıp açma ve kapama süresinin uzun olması üründe çekme boĢluklarının
meydana gelmesine neden olur.
Kalıp açma ve kapama süresinin kısa olması durumunda ürün tam oluĢmadan
kalıp açılır. Ürünün ölçülerinde sapmalar, boyutsal değiĢimler ve kaçıklıklar
ortaya çıkarak istenen kalite elde edilemez.
Kalıbın erken açılmasıyla oluĢan bir diğer sorun ise ürün tam katılaĢmadığı için
parça yüzeyinde itici izleri meydana gelir. Basınçlı dökümde operasyon süreleri
dikkatli belirlenmelidir, süre kısa ya da uzun olmamalıdır” (Aslan, 2007).
4.3. Basınçlı Dökümde Kullanılan AlaĢımların Döküm Kalitesine Etkileri
Kullanılan alaĢımın kimyasal bileĢimi ürünün kalitesini etkileyen ana faktörlerden
birisidir. AlaĢımın bileĢiminin standart değerlerde olmaması durumunda ürün
kalıptan ayrılırken bölgesel yapıĢmalar meydana gelir. Bu durumda parça
deformasyona uğrayarak çıkar. Özellikle alüminyum alaĢımlarının çok az miktarda
Fe içermesi gerekmektedir. AlaĢımın gerek ortamdan gerekse pota ve kalıptan
etkileĢimle Fe oranının artmaması sağlanmalıdır. Alüminyum alaĢımlarında
kullanılan hammaddeden ya da prosesten kaynaklanan, yapıda olumsuz etkilere
neden olan istenmeyen oluĢumlar meydana gelebilir. Ġnklüzyon olarak
tanımlayabileceğimiz bu oluĢumları, yapıdaki olumsuz etkenler oluĢturur ve ürünün
kalitesini olumsuz etki yapar. AlaĢımın bileĢiminin istenen değerlerde olmaması
durumunda ayrıcaġekil4.2‟de gösterilen „sludge olarak tanımlanan ve alaĢıma göre
sertliği oldukça yüksek olan Fe-Mn-Cr içeren bileĢikler oluĢabilir. Geometrik köĢeli
bir forma sahip olan bu tip yapının mümkün olduğunca alaĢımda olmaması istenir.
Yapıda az miktarda varsa bile bunun homojen olarak dağılması bir araya
toplanmaması tercih edilir (Aslan, 2007).
44
ġekil 4.2. Sludge teĢekkülü (500X) (Aslan, 2007)
Basınçlı dökümde kullanılan alaĢımların kaliteye etkilerini alt faktörleri Ģu Ģekilde
sıralanabilir (Aslan, 2007):
1. Metal alaĢımın gizli ergime ısısı ve özgül ısısı
2. AlaĢımın ısı iletme katsayısı
3. AlaĢımın katılaĢma noktası
4. Sıvı metalin temizlenmesi
5. Gaz giderme iĢlemi
6. Sıvı metalin sıcaklığı
4.3.1. Metal alaĢımın gizli ergime ısısı ve özgül ısısı
“Gizli ergime ve özgül ısı, alaĢımların kalıba dolma hızını oldukça etkilerler. Örneğin
çinko ve alüminyumda, çinkonun gizli ergime ısısı 23.8kcal/kg, alüminyumunki ise
93.5kcal /kg'dır. Bununla birlikte çinko ve alüminyumun özgül ısıları 0,163 kcal/cm3
ve 0,26 kCal/cm3'dir. Buna göre çinko alüminyumdan 1,6 kez daha hızlı olarak
kalıba dolmaktadır. Yani alaĢımın kalıba dolma hızını belirleyen parametrelerden
45
gizli ergime ısısı ve özgül ısı değerlerinin düĢük olması alaĢımın kalıba hacmen daha
hızlı girmesini sağlar.” (Aslan, 2007).
4.3.2. AlaĢımın ısı iletme katsayısı
Isıl iletkenliği de alaĢımın kalıba dolma hızını belirleyen diğer bir önemli faktördür.
Örneğin x alaĢımının iletkenlik faktörü 0.37 ve y ve z alaĢımlarının ısıl iletkenlik
faktörleri 0.27'dir ve x alaĢımı diğer iki alaĢımdan 1.37 kez daha büyük bir
enjeksiyon hızı ile dökülmelidir (Aslan, 2007).
4.3.3. AlaĢımın katılaĢma noktası
AlaĢımların katılaĢma sıcaklığı da gizli ergime ısısı ve ısıl iletkenlik faktörleri gibi
enjeksiyon hızını etkiler. Sıvı metal kalıba gönderilirken, kalıbın tam olarak dolması
sağlanmadan, kalıptaki kısım asla katılaĢmamalıdır. Bunu sağlayabilmek için
alaĢımın ergime sıcaklığının üzerindeki döküm sıcaklığının korunması gerekir. Bu
faktör kalıp sıcaklığına da bağlı olarak enjeksiyon hızını etkiler (Aslan, 2007).
4.3.4. Sıvı metalin temizlenmesi
Alüminyum alaĢımlarında gerek kullanılan hammaddeden gerekse süreçten
kaynaklanan, yapıda olumsuz etkilere neden olan istenmeyen yabancı bileĢikler ve
maddeler meydana gelebilir. Ġnklüzyon olarak tanımlayabileceğimiz bu durumlar,
yapıda olumsuz etkiler oluĢturur ve ürünün kalitesini olumsuz etkilerler.
Örneğin atmosfer ile temas halinde bulunan gerek sıvı ve gerekse katı alüminyum
oksitlenerek yüzeyde bir oksit tabakası oluĢturabilir. Artan sıcaklıkla beraber oksit
oluĢumu artar. Sıvı metalde oksit oluĢumu daha kolay olup bünyede daha fazla Al2O3
meydana gelir. Ayrıca yapıda bulunan magnezyum, sodyum, kalsiyum, berilyum ve
titanyum gibi elementler de oksit oluĢumuna neden olan faktörlerdir (Aslan, 2007).
46
ġekil 4.3. Yapıda oksit teĢekkülü (50X) (Aslan, 2007)
ġekil 4.3.‟de gösterilen sıvı metal yüzeyinde oluĢan oksit tabakasıyapıya hidrojen
difüze olmasına engel olması gibi avantajı yanında, sıvı metalin bünyesine girerek,
talaĢlı imalat iĢlemi sırasında problem yaratabilen inklüzyonlar oluĢturur. Ayrıca
poroziteye ve mikro çatlaklara sebebiyet vermektedir. Ürün kalitesini olumsuz yönde
etkileyen bu oluĢumları yapıdan uzaklaĢtırmak amacıyla temizleme tabletleri
kullanılabilir. Hekzakloretan içeren bu tabletler 680-700°C sıcaklıktaki sıvı metalle
reaksiyona girerek klor gazı meydana getirmekte ve oluĢan klor habbecikleri yukarı
doğru hareketleri sırasında yapıda mevcut inklüzyonları yüzeye doğru süpürerek
cüruf oluĢumunu sağlayarak sıvı metalin temizlenmesini sağlarlar (Aslan, 2007).
4.3.5. Gaz giderme iĢlemi
Alüminyum ve alaĢımları eriyik halinde hidrojen absorbe etme özelliğine sahiptir.
ġekil 4.4.‟de gösterilen grafikte alüminyum içerisinde hidrojen çözünürlüğünün
sıcaklığa bağlı olarak değiĢimi verilmiĢtir. Grafikte görüldüğü gibi alüminyum
içerisindeki hidrojen çözünürlüğü artan sıcaklıkla beraber exponansiyel olarak
47
artmaktadır. Artan silisyum ve bakır miktarına bağlı olarak hidrojen çözünürlüğü
azalmaktadır (Aslan, 2007).
500 700 900
ġekil 4.4. Alüminyum içerisindeki hidrojen çözünürlüğü (Aslan, 2007)
Alüminyum alaĢımlarında gaz boĢluğuna neden olan birçok hidrojen kaynağı
mevcuttur. Fırın ortamı, Ģarj edilen malzeme, nemli ekipmanlar ve malzemeler,
alaĢım ile kalıp arasındaki reaksiyonlar baĢlıca hidrojen oluĢumuna neden olan
durumlardır. Su buharının indirgenmesi temel bir hidrojen kaynağıdır.
3H2 + 2Al 6H + Al2O3
Metalin içerdiği hidrojen yani gaz boĢluğu miktarı mekanik özellikleri olumsuz
yönde etkilemektedir. Hidrojenin olumsuz etkisini önlemek için gaz alma tabletleri
kullanılabilir. Hekzakloretan içeren bu tabletler alüminyum alaĢımlarının
dökümünden önce gazının giderilmesi amacıyla kullanılır. Sıvı metal miktarının %
0.2-0.3' ü civarındaki tablet bir çan yardımı ile sıvı metal içeren potaya daldırılır ve
reaksiyon bitene kadar sıvı metal içerisinde tutulur. Bu iĢlem sırasında dikkat
edilecek en önemli husus çanın kuru olması ve ısıya dayanıklı bir boya ile
2.0
1.0
0.0
HIDROJEN m1/100
SICAKLIK ºC
48
kaplanmasıdır. ġekil 4.5.‟de gaz giderme iĢlemine tabi tutulmuĢ ve tutulmamıĢ iki
adet numunenin mikro yapısı görülmektedir (Aslan, 2007).
a b
ġekil 4.5. Malzemenin yapısındaki gaz çözünürlüğü (Aslan, 2007)
a) Gaz giderme iĢlemine tabi tutulmuĢ yapı (100X)
b) Gaz giderme iĢlemi tatbik edilmemiĢ yapı (100X)
4.3.6. Sıvı metalin sıcaklığı
AlaĢımın döküm sıcaklığı dökümün kalitesini direkt olarak etkilemektedir. ġekil
4.6.‟da mikroyapının sıcaklığa bağlı değiĢimi görülmektedir. Döküm sıcaklığı
dökümü yapılan alaĢıma, parçanın boyutuna, kesit kalınlığına ve ağırlığına bağlı
olarak değiĢir.
Sıvı alaĢımın sıcaklığı gereğinden düĢük olursa alaĢımın akıcılığı azalır parçada
kaynamama ya da porozite gibi durumlar ortaya çıkmaktadır. Sıvı metal sıcaklığı
yüksek olursa parçanın kalıba yapıĢması sorunu ortaya çıkar ve bütün bu durumlar
ürünün kalitesini olumsuz yönde etkiler (Aslan, 2007).
49
a b c
ġekil 4.6. Mikroyapının sıcaklığa bağlı değiĢimi a) 6100Cb)6850C c)7500C
(Aslan, 2007)
ġekil 4.7.‟da Malzemenin kalitesini etkileyen faktörler ve ġekil 4.8.‟de malzemenin
ergitilmesinde kaliteyi etkileyen faktörler gösterilmektedir.
MALZEME
YARDIMCI MALZEME HAMMADDE
Gaz gidericiler Temizleme grubu Alındığı kaynak Stoklama
Isı Ġletkenliği Nem
ġekil Viskozite AkıĢkanlığı Hurda kullanımı
BileĢimi Nem Ergitme ve Özgül ısı AlaĢımın türü
Ġnort gaz üfleme Eritme sıcaklığı Döküm sıcaklığı
Miktarı Yoğunluk KatılaĢma sıcaklığı
Vakum uygulamaları Koku
Örtü yapıcı kullanımı Sağlığa etkisi
Yüzey gerilimi
ġekil 4.7. Malzemenin kalitesini etkileyen faktörler(Aslan, 2007).
50
ERGĠTME
DÖKÜM POTASI ERGĠTME OCAĞI
Malzeme ÇalıĢma Ģekli
Bakım ve temizliği Otomatizasyon
Dublex kullanım olanağı Fırın kontrolü
Termal Ģok dayanımı Fırın astarı ve uygulanması
AlaĢımla etkileĢimi Curuf alma
ġarj Ģekli Fırın
Sıcaklık kontrolü Hareketli ġarj
Kullanım ömrü Bakım ve temizliği
Kapasitesi Yakıt BileĢim kontrolü
Sıcaklık kontrolü
Çevre etkileĢimi
ġekil 4.8. Malzemenin ergitilmesinde kaliteyi etkileyen faktörler(Aslan, 2007).
4.4. Basınçlı Döküm Kalıplarının Döküm Kalitesine Etkileri
Kalıp dizaynı ürün kalitesinde son derece önemli bir faktördür. Doğru bir kalıp
tasarımı, sorunsuz iyi bir iĢçilik ürünün kalitesi ve enjeksiyon esnasında üretim hızı
ve rahat bir çalıĢma sağlamayı doğrudan etkiler. Bu Ģartların sağlanması ilk olarak
tecrübeli bir ekip çalıĢması ile gerçekleĢir (Aslan, 2007).
Basınçlı döküm kalıplarında kaliteyi etkileyen faktörler ġekil 4.9‟da verilmiĢtir.
Tasarım yapılırken keskin köĢeler gerilim yükseltici noktalar olarak değerlendirilir.
Keskin köĢe ve kenarlar çekme çatlaklarının meydana gelmesine neden olur. Ani
kesit daralmaları da mümkün derecede azaltılarak parçanın olumsuz etkilenmesinin
önüne geçilmelidir. Kalıp ve maça dizaynı uygun olmalıdır. Uygun olmayan kalıp
maça dizaynı parçanın kalıba ve maçaya yapıĢmasına neden olur. Basınçlı dökümde
maçaların çekileceği zaman iyi tayin edilmelidir. Maçaların geç çekilmesi lekelenme,
çiçeklenme, pullanma gibi yüzey bozukluklarına neden olur. Maçaların erken
çekilmesi durumunda ise katılaĢma tam sağlanmayacağı için üründe sapmalar, eksen
kaçıklıkları gibi sorunlarla karĢılaĢılır (Aslan, 2007).
51
s
ġekil 4.9. Basınçlı döküm kalıplarında kaliteyi etkileyen faktörler(Aslan, 2007).
4.4.1. Basınçlı döküm kalıplarında yolluk sistemlerinin kaliteye etkileri
Basınçlı dökümde yolluk tasarımı çok önemlidir. Uygun olmayan yolluk
tasarımından kaynaklanan hatalı üretim ġekil 9.10‟da gösterilmektedir. Yolluk
dizaynında mümkün oldukça tek giriĢ kullanılmalıdır. Yolluk giriĢi sıvı metalin karĢı
cidara çarpıp dağılmayacak Ģekilde düĢünülmelidir. Yolluk giriĢinin kesiti, döküm
yolluğu kesitinden büyük olmamalıdır, aksi halde içeride hava girdapları oluĢur. Gaz
cepleri kalıp boĢluğu dolumundan sonra dolmalıdır (Aslan, 2007).
Ġnce yolluk giriĢi, et kalınlığı ince döküm parçalarında yüksek akıĢ hızları sağlamak
için kullanılır. Büyük hacimli parçalarda yolluk giriĢi, parçanın ortasına
yerleĢtirilmelidir. AkıĢ hızı çok yükseğe olmamalıdır, yoksa laminar bir akıntı elde
edilemez; bu koĢul kalıp boĢluğunun katılaĢmadan önce dolmuĢ olması gerektiği
koĢuluna ters düĢmemektedir. Büyük yüzeyli, çok sayıda ince bölümlü döküm
parçaları, birden fazla yolluk giriĢiyle dökülmelidir. Bu arada da her bir yolluk giriĢi
ekseni büyük yüzeyin orta noktasında birleĢmelidir. Birden fazla yolluk giriĢinin
kullanıldığı durumlarda, sıvı metalin yolluk giriĢinden akmaya baĢlaması,
Döküm makinası kalıp
iliĢkisi
*Makinaya uygunluk
*Kalıp değiĢtirme
Kalıp sıcaklığı
*Sıvı metal sıcaklığı
*Kalıp sıc. Ölçülmesi
*Kalıp malzemesi
ısıl iletkenliği
*Ön ısıtma
Kalıp ısıl iĢlemi
*Sertlik
*Yapı
*Boyut
Kalıp malzemesi
*Isıl iletkenlik
*Tokluk
*Termal Ģok dayanımı
*Erozyon özelliği
K A L I P
Kalıp tasarımı
* Döküm sistemi
*Hareketli kalıp elm.
*Kalıp tasarımı
*Vakum uygulaması
Kalıp yüzeyi
*Rodaj
*Polisaj
*Kaplama
Kalıp yağlama
*Uygulama mik.
*Yağın cinsi ve
miktarı
*Kalıp yüzey sıc.
*Film oluĢturma
52
gerektiğinde tek tek döküm yolluklarının küçültülmesiyle kontrol edilebilir (Aslan,
2007).
Yolluk sistemlerinde dizayn aĢamasında uygun olmayan yolluk çapları belirlenirse
metal akıĢ hızında sorun olur. DüĢük metal akıĢ hızı, kalıp boĢluğunun dolmasında
eksiklikler (kofluk) meydana getirir. Yüksek metal akıĢ hızı ise üründe akıĢ
çizgilerine, çiçeksi görünüme ve yüzey bozukluklarına neden olur. Küçük yüzeylerin
büyük yolluklarla doldurulması önlenmeli kalıp boĢluğunun dolmasına uygun metal
akıĢ hızına göre dizayn yapılmalıdır. Uygun olmayan yolluk dizaynı kalıpta çekme
boĢluklarına neden olur. Ayrıca yolluk dizaynının yanlıĢlığı döküm parçasında
katlanma ve tabakalaĢma gibi istenmeyen durumların ortaya çıkmasına ve kalitesiz
ürünlerin üretilmesine neden olur. Yolluk sistemlerinde sıvı metal hızı 55m/s ‟yi
geçmeyecek Ģekilde yolluk tasarımları yapılmalıdır. Sıvı metal hızı 55m/s ‟yi geçerse
yolluk ve kalıp boĢluklarında erozyonlar görülür (Aslan, 2007).
ġekil 4.10 Uygun olmayan yolluk tasarımı sonucu ürünün tam elde edilememesi
(Aslan, 2007).
4.4.2. Basınçlı döküm kalıplarında soğutma sistemlerinin kaliteye etkileri
Soğutma sistemleri basınçlı dökümde en önemli unsurlardan biridir. Basınçlı döküm
soğutma sistemleri uygun Ģekilde dizayn edilmez, uygun akıĢ hızları ve soğutma
sıvısı sıcaklıkları seçilmezse aĢağıdaki sorunlarla karĢılaĢılır ve bunlar kaliteyi
olumsuz yönde etkilerler. Kalıp soğutulması sırasında soğutma suyunun akıĢ hızının
53
uygun değerlerde olması gerekir. AkıĢ hızı uygun seçilmezse dökülen parçada soğuk
kaynama hataları görülür ve parçanın kalitesi istenilen düzeyde olmaz (Aslan, 2007).
Kalıp cidarının hızlı soğutulması da basınçlı dökümde kaliteyi etkilemektedir. DüĢük
kalıp sıcaklığı ya da kalıp cidarının hızlı soğutulması sonucunda dökülen parçada
yüzey bozuklukları ve lekelenmeler meydana gelebilir. ġekil 4.11‟degösterildiği gibi
Basınçlı dökümde kalıbın soğuk olması poroziteye deneden olur. Basınçlı döküm
kalıpları soğutulurken bölgesel soğutulmalardan kaçınılmalıdır. Bölgesel soğutmalar
kalıpta kaliteyi düĢürerek çöküntü ve süngerimsi bölgeler gibi yüzey bozuklarına
neden olur. Bu hataların oluĢmaması için kalıp devri daiminin düzgün ayarlanması
gerekir (Aslan, 2007).
ġekil 4.11. Bölgesel soğutma sonucu oluĢan porozite ve yüzeysel hatalar
Basınçlı dökümde kalıp sıcaklığı düĢük olursa kalıbın dolmasında eksiklikler
(kofluk) meydana gelir.
Basınçlı döküm kalıp sıcaklığının yüksek olması durumunda ise dökülen
parça kalıp ve maçaya yapıĢır.
Basınçlı döküm kalıplarında kalıbın ısı dengesi uygun Ģekilde ayarlanmalıdır.
YanlıĢ ısı dengesi, parçanın ölçüsünde sapmalar meydana getirir ve kalitesiz
ürünlerin ortaya çıkmasına neden olur.
Basınçlı döküm kalıplarının homojen soğutulmaması durumunda özellikle
yuvarlatılmıĢ kenarlarda soğuk kaynama hatası meydana gelir ve parçanın
kalitesini olumsuz yönde etkiler (Aslan, 2007).
54
4.4.3. Basınçlı döküm kalıplarında havalandırma sistemlerinin kaliteye etkileri
Basınçlı döküm kalıplarında havalandırma sistemlerinin de kaliteye etkileri büyüktür.
ġekil 4.12 de yanlıĢ konumlandırmadan kaynaklanan problem gösterilmektedir.
Havalandırma sistemleri uygun Ģekilde dizayn edilmez uygun yerlere
yerleĢtirilmezse çeĢitli sorunlarla karĢılaĢılır ve kaliteyi olumsuz yönde etkilerler.
Basınçlı döküm kalıplarında havalandırma kanallarının uygun yerlere
yerleĢtirilmemesi üründe poroziteye neden olur. Havalandırma kanallarının çapları
yeterli ölçülerde olmalı ve havanın kalıp içerisinde sıkıĢması önleyecek Ģekilde
uygun yerlere kanallar açılmalıdır. YanlıĢ gaz alma ve havalandırma ayrıca üründe
leke, çiçeklenme, çöküntü ve süngerimsi bölge gibi yüzey bozukluklarına neden olur.
Gaz alma iĢlemlerinde kullanılan hapların miktarı, kullanım Ģekli ve zamanı dikkatli
ayarlanmalıdır. Basınçlı döküm kalıplarında kullanılan yağlayıcılar dikkatli
seçilmelidir. Gaz oluĢturmayacak yağlayıcılar tercih edilmelidir (Aslan, 2007).
ġekil 4.12 YanlıĢ konumlandırma sonucu üründe yaĢanan havalandırma sorunu
(Aslan, 2007)
55
4.4.4. Basınçlı döküm kalıplarında diğer parametrelerin kaliteye etkileri
Basınçlı döküm kalıplarında itici tasarımları ve konumları da kaliteyi etkileyen
parametrelerden birisidir. Ġticilerin kalıptaki dizaynı uygun olmalıdır. Ürün üzerinde
itici izlerinin oluĢmamasına dikkat edilmelidir. Ġtici izlerinin oluĢmasına engel
olunamıyorsa bile parçanın estetik açıdan önemli yüzeylerinde olmamasına dikkat
edilmeli diğer yüzeylere iticiler konumlandırılmalıdır. Ġticilerin uçları olabildiğince
yuvarlatılmalı, sivri olmamasına dikkat edilmelidir. Kalıptaki sıvı metal katılaĢmadan
açma mekanizmasının ve itici pimlerin harekete geçmesi önlenmelidir. Parçayı
kalıptan çıkarırken kuvvet dengeli bir Ģekilde çıkmasını sağlamalıdır, aksi takdirde
parçada yamulmalar, parçalanmalar meydana gelebilir. Basınçlı dökümde kalıbı
uygun Ģekilde yağlamakta çok önemlidir. Basınçlı döküm kalıbının uygunsuz Ģekilde
yağlanması sonucunda ürünün maçaya veya kalıba yapıĢması sorunu ortaya çıkar.
Yağlamanın fazla yapılması ise özellikle kalın kesitli döküm parçalarında yüzeye
yakın bölgelerde porozitenin oluĢmasına neden olur. Kalıp boĢlukları tam olarak
doldurulamaz çekme boĢlukları oluĢabilir. Ayrıca yine fazla yağlama sonucu çeĢitli
yüzey bozuklukları oluĢabilir. Üründe akıĢ çizgileri, çiçeksi görünüm, pullanma gibi
istenmeyen durumlar meydana gelebilir. Parça yüzeyinde çatlamalar oluĢur. Kalıp
yüzeyleri düzgün bir Ģekilde parlatılmazsa basınçlı dökümle üretilen ürünlerin
yüzeylerinde porozite (boĢluk) meydana gelir. Yüzeylerde istenmeyen girinti çıkıntı
ve çöküntüler meydana gelerek ürünün kalitesini düĢürür (Aslan, 2007).
Basınçlı dökümde kalıp temizliklerinin de kaliteye etkileri vardır. Dökümden önce
kalıbın gereği gibi temizlenmemesi durumunda döküm parçasında porozite meydana
gelir. Kalıp boĢluğunun dolmasında eksikliklerle (kofluk) karĢılaĢılır. Kalıp kirliliği
dökümde akıĢ çizgileri, çiçeksi görünüm, pullanma, çöküntü gibi çeĢitli yüzey
bozukluklarına da neden olabilir” (Aslan, 2007).
56
5. DENEYSEL ÇALIġMALAR
5.1.ÇalıĢmanın Amacı
Farklı ürünlere aitkalıplarda değiĢik basınç ve çalıĢma değerlerinde üretilen ürünlerin
mekanik değerlerinin karĢılaĢtırılması yapılmıĢtır. Ayrıca basınçlı döküm teknlojisi,
basınçlı döküm makineleri, kalıplar ve döküm alaĢımları hakkında bilgiler
verilmiĢtir. Bununla birlikte üretilecek ürünün daha kaliteli ve seri bir Ģekilde
üretimini sağlamak için dikkat edilmesi gereken hususlar üzerinde durulmuĢtur.
Basınçlı döküm yöntemi ile üretilen ürünlerin yüksek kalitede üretimini sağlamak
için çok fazla değiĢmeyen önemli hususlar dıĢında,her zaman belli değerlerde üretim
Ģartları ile üretmek yanlıĢ bir uygulama olacaktır. Basınçlı dökümde değiĢkenlik
gösteren faktörler kalıp tasarımı, ürünün Ģekli, ürünün et kalınlığı, yolluk tasarımı,
soğutma sistemi, kalıp göz sayısı gibi unsurları sıralamak mümkündür.
Çok fazla değiĢiklik göstermeyen hususların baĢlıcaları hemen hemen her kalıpta, her
üretimde değiĢmez kaidelerdir. Bunlar alüminyum külçesinin kalitesi, potadaki
alüminyum sıcaklığı, gaz giderme iĢlemi, sıcak iĢ takım çeliği kullanma gereği,
kalıbın çalıĢması sırasında yağlanması gibi hususlardır.
Ürünün özelliğine göre basınç değerleri değiĢtirilebilir, malzemenin et kalınlığı
değiĢtirilebilir, soğutma iĢlemi ve süresi ayarlanabilir, alüminyum miktarı
değiĢtirilebilir, kalıp üzerinde gaz çıkıĢları farklılıklar gösterebilir, yolluk giriĢ
çıkıĢları değiĢtirilebilir ve alüminyum içerisindeki silisyum miktarı değiĢtirilebilir.
Daha önceki çalıĢmalarda basınçlı döküm kalıpçılığı, basınçlı döküm kalıpları,
basınçlı döküm alaĢımları üzerine çalıĢmalar yapılmıĢtır. Bu çalıĢmada ise farklı
basınçlarda üretilen ürünlerden elde edilen mekanik değerlerin ve metalografik
içyapılarının karĢılaĢtırması yapılmıĢtır. Tüm bu uygulamalar Süleyman Demirel
Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Ġmalat Mühendisliği laboratuarların da ve
atölyelerinde ve Organize Sanayi bölgesinde bulunan, sokak ve cadde aydınlatma
armatürleri üretimi yapan, Toros Aydınlatma Ltd. ġti firmasında yapılmıĢtır.
57
5.2. Numunelerin Üretilmesi
Ġlk olarak enjeksiyonu yapılacak ürünler için külçe alüminyum alaĢımları potada
ergitildi. ErgimiĢ alüminyumun sıcaklığı yaklaĢık700 ºC‟ye çıkartıldı. Bu sırada
oluĢacak üründe gözenekli bir yapının oluĢmaması ve özellikle hidrojen olmak üzere
bütün gazların yapıyı terk etmesi için ergimiĢ alüminyum banyosunun dibine ġekil
10.1‟de görülen ve en popüler gaz alma tableti olarak adlandırılan heksakloretan
(C2Cl6) daldırılarak üzerine bir müddet bastırıldı. Bu esnada tüm gazlar yukarıya
doğru hava kabarcıkları halinde çıkarak yapıyı terk etmesi sağlandı.Aynı zamanda
yapıdaki atık malzemeler dediğimiz cüruflar da diplerden bu hava kabarcıkları ile
birlikte yüzeye çıkarılması sağlandı. Operatör yüzeye çıkan bu cürufları dikkatli bir
Ģekilde delikli bir kepçe yardımı ile temizledi. Böylece curuf ve atık maddelerin
yapıya karıĢması ve ürün üzerinde zayıf bölgelerin oluĢması engellenmiĢ oldu.
Daha sonra kalıp metal enjeksiyon makinesine vinç ile kaldırılarak sıkıca bağlandı.
Kalıp çekirdeği Ģaloma ile 250-300 ºC‟ ye kadar ısıtıldı. Burada Ģalomanın devamlı
aynı yere tutulmaması gerekmektedir. Sürekli olarak Ģaloma kalıp yüzeyinde
gezdirilmelidir. Aksi taktirde yüzeyde nitrasyon ya da oksidasyon uygulamaları varsa
bu yapıların bozulmasına ve kalıp yüzey sertliğinin yok olmasına sebebiyet
verilebilir. Kalıp ısıtılmadan 700 ºC‟ deki alaĢım malzemesini çok yüksek
basınçlarda kalıba püskürtülmesi durumunda ani sıcak değiĢiminden dolayı kalıp
yüzeyinde kılcal çatlaklar oluĢabilmektedir. Ayrıca soğuk kalıba doğrudan temas
eden alaĢım malzemesinde yüzey gerilmeleri oluĢur, çökelmeler meydana gelebilir.
Bu durumların oluĢmasını engellemek için kalıp, ilk enjeksiyonu yapılmadan önce
ısıtıldı.
Kalıp yeteri sıcaklığa ulaĢtıktan sonra kalıp çekirdekleri, dar bölgeler, çukurlar yağ-
su karıĢımı püskürtülerek iyice yağlandı ve enjeksiyona hazır hale getirilmiĢ oldu.
Ġlk olarak eksik baskı olmaması için püskürtülecek alaĢım miktarı ayarlanmaya
çalıĢıldı. Bu durum deneme baskıları yapılarak sağlandı. Kilitleme kuvveti ayarlamak
için mengene sıkma mesafesi ayarlandı. DeğiĢik basınç ve bekletme sürelerinde
deneme üretimler yapıldıktan sonra numuneler için 300, 500 ve 700 MPa basınç
değerleri seçildi. Bekleme süreleri ise 30 s, 38 s, ve 43 s olarak ayarlandı.
58
ġekil 5.1. Gaz giderme tableti
5.3. Deneyde Kullanılan Malzemeler Makineler
Metal Pres metal enjeksiyon makinesi
Kalıpların bağlanarak üretimin gerçekleĢtirildiği metal enjeksiyon makinesi resmi
(ġekil 10.2.) ve teknik özellikleri aĢağıda belirtildiği gibidir.
Kilitleme kuvveti 1100 kN
Enjeksiyon kuvveti 900 kN
Maksimum parça ağırlığı 26 kg.
Gezer plaka hareketi 1000 mm.
Kalıp yüksekliği 300mm –1100mmmax.
Plaka ölçüleri 1600x1600 mm.
Kolonlar arası mesafe 1000x1000 mm.
Kolon çapı 200 mm.
Motor gücü 60 kW.
Ağırlığı 52000 kg.
59
ġekil 5.2. Metal pres metal enjeksiyon makinesi
3 Eksen CNC dik iĢlem merkezi
Ürünlerin kalıplarının, bazı yardımcı makine ve aparatların iĢlendiği CNC dik iĢlem
merkezinin resmi (ġekil 10.3.) ve teknik özellikleri aĢağıda belirtildiği gibidir.
Tabla boyutları: 1120x600 mm
X hareket mesafesi: 1020 mm
Y hareket mesafesi: 600 mm
Z hareket mesafesi: 600 mm
ĠĢ mili tipi ve devri: BT40 8.000 d/d (10.000 d/d) - BBT40-12.000- 15.000 d/d
Tabla yükü: 800 kg.
BoĢtaki hızları y/y/z: 30 / 30 / 24 m/d.
Makinenin ağırlığı: 6500 kg.
Makinenin boyutları: 2580x3065x2730 mm
60
ġekil 5.3. Üç eksen CNC makinesi
ġekil 5.4. ġekil 5.5. ve ġekil 5.6.‟da görülen çeĢitli ürünlere ait farklı metal
enjeksiyon kalıpları. Isıl iĢlem görmüĢ kalıp çekirdekleri 1.2344 SAE sıcak iĢ takım
çeliğinden yapılmıĢ 55 HRC sertliktedir. Kalıp hamilleri Ç1730 ve Ck 45 imalat
çeliğidir, metal enjeksiyona uygun kolon, burç, itici gibi kalıp elemanları
kullanılmıĢtır. Kalıbın yaklaĢık ağırlığı 850-900 kg ve altı gözlü bir kalıptır. Çıkan
ürünün yolluklar dahil toplam ağırlığı yaklaĢık 1800 gramdır. Tek bir ürünün net
ağırlığı 180-200 g‟dır.
61
ġekil 5.4. Kalıptan çıkarılmıĢ ürün
ġekil 5.5. Metal enjeksiyon kalıbı ve ürün
62
ġekil 5.6. Metal enjeksiyon kalıbı ve ürün
Külçe alüminyum:Etial160 kullanılmıĢtır.Etial160 alüminyum alaĢımının kimyasal
bileĢimi Çizelge 5.1‟de gösterilmektedir.
Çizelge 5.1. Etıal160 alüminyum alaĢımının kimyasal bileĢimi (ağ.%)
Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Cr Ni Pb Sn Al
9,43 0,75 2,70 0,32 0,29 1,06 0,02 0,01 0,07 0,12 0,03 85,15
ġekil5.7‟ de Etial160 külçe alüminyum resmi ve ġekil 10.8.‟de potadaki erimiĢ
külçe alüminyum resmi verilmiĢtir.
63
ġekil 5.7. Etial 160 külçe alüminyum
ġekil 5.8. Potadaki erimiĢ külçe alüminyum
64
5.4. Çekme Deneyi
Çekme deneyi Lloyd Instruments T50 K model ve oda sıcaklığında 0,1mm/dk sabit
ilerleme hızında, 250 kN çekme kapasiteli deney cihazında yapıldı. Malzemeler TS
138 EN 10002-1 standardına göre hazırlanmıĢtır. Çekme deneyi numuneleri TS 138
EN 10002 standardına uygun ölçülerde aĢağıdaki ġekil 5.9‟ da görüldüğü gibi
iĢlenmiĢtir. Numuneler gerekli çapak alma ve temizleme iĢlemlerinden sonra deneye
hazır hale getirilmiĢtir. Çekme deneyinde üç adet numunenin denemesi yapılarak
ortalaması alınmıĢtır.ġekil 5.9‟daki gibi hazırlanan üç adet numune,enjeksiyon
basınçları ve süreleri değiĢtirilerek farklı basınç Ģartlarında üretilmiĢtir.
ġekil 5.9. Çekme deneyi numunesi
5.5. Sertlik Ölçümleri
Sertlik ölçümleri Brinell skalasında ölçüm yapan en fazla 250 kg yük uygulama
kapasitesine sahip Wolpert marka sertlik ölçüm cihazında yapılmıĢtır. Çizelge 11.2‟
de metal enjeksiyon yöntemi ile elde edilen numunelerin 100 g yükte 10 saniye
sürede alınan mikro sertlikleri verilmiĢtir. Deneyler her bir numuneden en az 3 farklı
bölgeden ölçüm alarak yapılmıĢtır. Her bir malzemenin sertlik değeri bu ölçümlerden
alınan değerlerin ortalaması alınarak belirlenmiĢtir.
65
5.6. Mikro Yapı Ġncelemeleri
Mekanik deneyler için üretilen numuneler metalografik inceleme için 240, 320, 500,
1000 ve 1200 mesh‟lik zımpara kağıtları ile zımparalandıktan sonra 10 mikronluk
alüminyum oksit pasta ile parlatılmıĢtır. Parlatma iĢleminden sonra numuneler su ile
yıkanmıĢ ve yüzeyler alkolle temizlenmiĢtir.
66
6. DENEY SONUÇLARI
6.1. Çekme Deneyi Sonuçları
Çekme deneyinde her değer için üçer adet numunenin deneyi yapılarak ortalaması
alınmıĢtır. Enjeksiyon basınçları ve sürelerine bağlı olarak elde edilen çekme deneyi
sonuçları Çizelge 6.1‟de verilmiĢtir.
Çizelge 6.1. Çekme deneyi sonuçları
Numune
kodu
Enjeksiyon
Basıncı
(MPa)
Bekleme
süresi (sn)
σakma
(MPa)
σÇekme
(MPa)
Birim
Uzama
ε (%)
1 300 30 182,1 272,4 4,8
2 500 38 185,3 301,1 4,9
3 700 43 189,2 270,1 5,3
Kalıp ayarları, sıcaklığı, mengene sıkma kuvveti, yağlama iĢlemi ve basılacak
malzeme miktarı ayarlandıktan sonra deneme baskılarda alınarak kalıp çalıĢma
koĢullarına getirilmiĢtir. Daha sonra düĢük basınçlarda ve farklı soğuma sürelerinde
baskılar alınarak malzemeler incelendiğinde düĢük basınçlarda gözenekli ürünlerin
oluĢtuğunu veya eksik baskılı ürünlerin oluĢtuğu görülmüĢtür.
Deneylerin yapılacağı numunelerin üretimine geçtiğimizde üç farklı numune için
üçer adet farklı değerlerde basınç ve soğutma sürelerinde baskılar alınmıĢtır. Ġlk
numune için 300 MPa ikinci numune için 500 Mpa ve üçüncü numune için 700 MPa
basınç ve 30 s, 38 s ve 43 s soğutma süresi uygulanarak numuneler üretilmiĢtir.
Enjeksiyon basıncı 300 MPa den 500 MPa„la çıkarıldığında akma mukavemeti3,2
MPa artmıĢ, 700 MPa‟a çıktığında ise 3,9 MPa daha artmıĢtır. Çekme mukavemeti
ise 300 MPa basınçta 272,4 MPa, 500 MPa basınçta 301,1 MPa ve 700 MPa basınçta
270,1 MPa değerleri verdiği gözlemlenmiĢtir.
67
Basınçlı pres dökümle yapılan numunelere uygulanan enjeksiyon basıncı
enyüksek700MPa‟dır. En yüksek basınç değerinde gözenek miktarının en düĢük
değerde olduğu görülmüĢtür (%0,2). Basınç miktarı arttıkça gözeneklilik azalmıĢtır.
Basınç miktarı arttıkça akma mukavemeti çok az miktarda artmıĢtır. Yalnız belli bir
basınçtan sonra çekme mukavemeti azalmaktadır. Bunun nedeni; uygulanan yüksek
basınç nedeni ile gözeneklerin azalması ile mukavemet kazanan mamul, belli bir
basınç değerinden sonra daha aĢırı sıkı ve gevrek bir yapıya sahip olur ve kırılganlık
artmıĢ olur.
6.2. Sertlik Ölçme Deneyi Sonuçları
Çizelge 6.2‟demetal enjeksiyon yöntemi ile elde edilen numunelerin 100 g yükte 10
saniye sürede alınan mikro sertlikleri verilmiĢtir.
Enjeksiyon basıncının artmasıyla sertlik miktarında çok az bir artıĢ miktarı
görülmüĢtür. Enjeksiyon basıncının sertlik üzerinde çok fazla bir etkisi olmadığı
sonucuna varılmıĢtır.
Çizelge 6.2. Numunelerden elde edilen mikro yapı sertlikleri
Numuneler Numunenin
yüzey sertliği
(HV0,1)
Numunenin
yüzeyaltı sertliği
(HV0,1)
Numunenin
merkezinden
alınansertliği
(HV0,1)
1 103 100 100
2 111 105 98
3 104 99 100
6.3. Mikroyapı Ġnceleme Sonuçları
Basınçlı pres dökümle yapılan numunelere uygulanan enjeksiyon basıncı
enyüksek700 MPa‟dır. En yüksek basınç değerinde en düĢük gözeneklilik elde
edilmiĢtir. Basınçlı döküm malzemeleri incelendiğinde çıkan sonuçlara bakılarak
basıncın artması ile gözenek miktarında azalmalar gözlenmiĢtir. Bu durum parçanın
çekme mukavemetini artırmıĢtır. Sertlik üzerinde önemli ölçüde bir değiĢiklik
68
olmamıĢtır. ġekil 6.1‟de verilen a, b, c ve d Ģekillerinde metal enjeksiyon yöntemi ile
elde edilen numunelerin optik mikrofotoğrafları verilmiĢtir.
(a)
(b)
ġekil 6.1. ġekil a, b, c ve d „de metal enjeksiyon yöntemi ile elde edilen numunelerin
optik mikrofotoğrafları
Ġnklüzyon Sertlik izleri
100 µm
100 µm
69
(c)
(d)
ġekil 11.1 (devam)
ġekil 6.2‟de metal enjeksiyon yöntemi ile elde edilen numunelerin elektron
mikroskobundan elde edilen EDX faz analiz piklerini gösteren Ģekil verilmiĢtir.
Sertlik izleri
Sertlik izleri
200 µm
200 µm
70
20
.72
1°
28
.45
9°
36
.82
4°
37
.97
8°
38
.52
0°
41
.93
7°
42
.62
3°
44
.78
1°
47
.30
2°
47
.93
9°
56
.10
2°
65
.16
0°
78
.31
9°
82
.50
0°
82
.72
4°
88
.17
8°
0
500
1000
1500
2000
2500
I(C
ounts
)
20 30 40 50 60 70 80 90
00-004-0787> Aluminum - Al
00-027-1402> Sil icon - Si
00-025-0012> Khaty rk ite - CuAl2
Two-Theta (deg)
[SDU-D.raw] SDU-D, SCAN: 20.0/90.0/0.02/0.59999(sec), Cu(40kV,40mA), I(max)=2742, 06/22/11 10:17a <2T(0)=-0.02>
ġekil 6.2.Metal enjeksiyon yöntemi ile elde edilen numunelerin elektron
mikroskobundan elde edilen EDX faz analiz pikleri
71
(a)
(b)
ġekil 6.3. Basınçlı döküm ile üretilen ürünlerin metalurjik yapısı
200 µm
300 µm
72
(c)
(d)
ġekil 6.3. (devam)
100 µm
50 µm
73
(a)
(b)
ġekil 6.4.Metalenjeksiyon yöntemi ile elde edilen numunelerin elektron
mikroskobundan elde edilen EDX faz analiz desenleri.
(a) ġekil 11.3‟teki koyu renkli tanecikler, (b) ġekil 11.3‟teki açık renkli
bölgeler
74
7. SONUÇ VE ÖNERĠLER
Basınçlı dökümde döküm parçasından istenilen özellikleri sağlayan minimum
kesitler tercih edilir. Bunun nedeni, metal miktarının daha az olmasının dıĢında,
döküm enjeksiyon ve soğutma sürelerinin azalması ve üretim hızının artıĢıdır. Ayrıca
ince kesitler daha az gözenekli ve kalın kesitlere nazaran daha mukavemetlidir.
Bunun en önemli nedeni soğuma hızının daha yüksek olmasıdır. Ġnce kesitlerde
yüzey daha düzgündür. Ancak parça kesiti, beslenemeyecek veya enjekte
edilemeyecek kadar da ince olmamalıdır. Kesit kalınlıkları mümkün olduğunca
üniform olmalıdır. Kesit kalınlıklarındaki ani farklılıklar baĢlıca sıcak nokta ve
çekilme boĢluğu gibi hatalara sebebiyet verebilir. Kesit kalınlığının artması ince kesit
kalınlıklarına nazaran soğumanın daha yavaĢ olacağı anlamına gelir. Bu bölgeler
daha soğumadan kalıp açılacağından sertleĢme olmadan kalıptan çıkacaktır. Bu
durumda bu bölgelerde sıcak nokta çöküntüleri meydana gelebilir. Bir baĢka problem
de çekilme boĢluklarının oluĢmasıdır. ġöyle ki; Ani kesit farklarının olduğu yerlerde
soğuma ve katılaĢma hızları da çok farklıdır. Sıcak malzemenin hacmi daha fazladır
ve soğuma oldukça hacimde küçülmeler olacaktır. Ve kesit kalınlığının büyük olduğu
bölgede çekme miktarı fazla olacağından ani daralma bölgelerinde malzeme
boĢlukları görülebilir.
Döküm parçalarında meydana gelen istenmeyen durumlar Ģu Ģekilde olabilir;
tabakalaĢma, çekme hataları, akıĢ çizgileri, pullanma, sert noktalar ve yüzey
çöküntüleri gibi. Dökümün hızlı soğuması yüksek dayanımlı ve ince taneli bir yapı
meydana getirirken gereğinden hızlı soğutulması da ince kesitlerin daha önce
katılaĢmasına sebep olur.
Parçada ani yön değiĢimleri yüksek iç gerilmelere yol açar ancak iç gerilmeler
normalizasyon tavı yapılarak azaltılabilse de mekanik özelliklerde zayıflamalara
neden olabilir.
TabakalaĢma; bileĢenleri farklı katmanların oluĢması ile meydana gelen durumdur.
Parçanın dıĢ yüzeyi düĢük sıcaklıklarda donan, iç yüzeyi ise yüksek sıcaklıklar donan
bileĢenler bakımından zengindir. TabakalaĢma Ģiddeti, kesit kalınlığına ve soğuma
hızına bağlı olarak değiĢir.
75
Dökümün katılaĢması esnasında meydana gelen iç gerilmeler çekme çatlaklarına
neden olabilir. Metal, maçalarla uzun süre temasta kaldığı durumlarda çatlamalar
meydana gelebilir.
Gözeneklilik, sıvı metal yüzeyinde oluĢan oksit tabakası ve gazların döküm
esnasında metal bünyesine karıĢtıkları takdirde oluĢur. Ayrıca maçalardan veya kalıp
içerisindeki gres yağların metal ile temas etmesinden de gözeneklilik oluĢabilir.
Üründe çizgilerin meydana gelmesinin nedeni, ayrı yollardan gelen akıĢkan
malzemeler birbirleri ile karĢılaĢtıklarında kaynayamayacak kadar soğumuĢ
olabilirler bu durumda yüzeyde ince çizgiler oluĢabilir. Kalıp sıcaklığını arttırarak bu
sorun giderilebilir.
Pullanma, kalıp içerisinde bulunan, kısmı olarak soğumuĢ veya donmuĢ metal ile
sıcak olarak gönderilen metalin çok zayıf bir Ģekilde bağlanması sonucu kolayca
soyulabilen pul pul parçalar meydana gelebilir.
Yüzey çöküntülerinin oluĢma sebebi; kalıp Ģiddetli termik Ģok veya bölgesel
ısınmalara maruz kaldığında malzemede yüzey çöküntüleri oluĢabilir. Bölgesel
ısınmalarda sıcak nokta yakınındaki metal katılaĢmaz, ancak bunun üzerine gelen
metal sıcak noktaya daha uzak olduğundan katılaĢır. Sıcak bölgedeki metal katılaĢıp
çekildiğinde hacmi küçülerek bir çöküntü oluĢturabilir.
Basınçlı döküm yolu ile imal edilen ürünlerin kalitesini etkileyen durumların yanısıra
basınç değiĢikliklerinde çekme, sertlik ve mikro yapıda meydana gelen değiĢiklikler
incelemiĢ oldu.
Sonuç olarak, düĢük basınçlarda ve farklı soğuma sürelerinde baskılar alınarak
malzemeler incelendiğinde düĢük basınçlarda gözenekli ürünlerin oluĢtuğu veya
eksik baskılı ürünlerin oluĢtuğu görülmüĢtür. Enjeksiyon basıncı arttığında
malzemenin akma değeri de artmaktadır. Çekme değeri ise belli bir süre arttıktan
sonra düĢüĢ göstermektedir. Bu durumun nedeni gereğinden fazla basınca maruz
kalan malzemenin malzeme sertliği artması aynı zamanda da kırılganlığının
artmasıdır. Malzeme kalitesinde bu değerler ile birlikte daha önce bahsi geçen diğer
unsurlarında etkisi görüldüğü gibi oldukça fazladır.
76
KAYNAKÇA
Anonim. 2010. Basınçlı Döküm. Ġnternet sitesi. http://www.belgeler.com/blg/1iab/11-
basinli-dkm. EriĢim tarihi, 02.07.2012
Aslan, O. B., 2007. Basınçlı Dökümde Kaliteyi Etkileyen Faktörlerin AraĢtırılması.
Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 84s,
Ġstanbul.
ASM International Hand Book Committee, 1970, Metals Handbook
(ForgingandCasting), 8th Edition, Materials Park, 1056s, Ohio.
Beljajew, A. I.,Firsanowa, L. A., Rapoport, M. B., & Sezer, M. (1974). Alüminyum
Metalürjisi. Türkiye Makine Mühendisleri Odası Yayınları, 336s, Ankara.
Çiğdemoğlu, M., 1972, Basınçlı Döküm 1. Makine Mühendisleri Odası
Yayınları No,77, 142s, Ankara.
Dikici, B.,2008. Malzeme Teknolojisi. Ġnternet sitesi.
http://burakdikici.com/wpcontent/uploads/dosyalar/MalzTek1-Sunu1.pdf.
EriĢim Tarihi: 10.05.2010
Doehler, H.H., 1974. Basınçlı Döküm. Çev. Bayvas, M.ġ., Mesleki ve Teknik
Öğretim Kitapları, Etüd Ve Programlama Dairesi Yayınları No,80, Erkek
Teknik Yüksek Öğretmen Okulu Matbaası, 514s, Ankara.
Ġlter, Ö., 2008. Alüminyum Enjeksiyon Döküm Kalıplarında Sıvı Metal-Kalıp
EtkileĢimine Yüzey ĠĢlemlerinin Ekisi. Ġstanbul Teknik Üniversitesi, Fen
Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 84s, Ġstanbul.
KarataĢ Ç., Kahraman E., 2003. Basınçlı Metal Döküm Makine ve Kalıpları. Kalıp
Dünyası Dergisi,19, 114-120.
Kurt, H., 2002. Kalıpçılık Tekniği ve Tasarımı: Kesme kalıpları, Birsen Yayınevi,
77
214s. Ġstanbul.
MEB, 2011. Basınçlı Döküm 521MMI288. internet sitesi.
http://megep.meb.gov.tr/mte_program_modul/modul_pdf/521MMI288.pdf
EriĢim Tarihi: 18.06.2011.
MSG.,2005. Çelik Nedir? internet sitesi.
http://www.makineihtisas.com/cEL%C4%B0K-NED%C4%B0R--.aspx.
EriĢim tarihi: 12.05.2010
Pulutkan B., 1997. Basınçlı Döküm Yöntemiyle Üretimde Ohtea ve Haa
Teknikleri Uygulaması ile Ürün ve Proses Optimizasyonu. Ġstanbul Teknik
Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 84s, Ġstanbul
Quantum., 2005. Kalıp Malzemeleri ve Isıl ĠĢlemi, Quantum Takım Sanayi, 216s.
Ġstanbul
Rundman, K.B., 2002. Metal Casting Reference BookFor My4130. Dept. of
Materials Science And Engineering Michigan Technical University.
internet sitesi. http://www.mse.mtu.edu/classes/my4130/MY4130text.Pdf.
EriĢim Tarihi: 11.09.2011
Uludağ Ġ., 2000. Basınçlı Döküm Kalıplarında Yolluk Dizaynı ve Havalandırmaya
Etkisinin AraĢtırılması, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü,
Yüksek Lisans Tezi, 85s, Ġstanbul
Vikipedi.,2012. Alüminyum. Ġnternet sitesi.
http://tr.wikipedia.org/wiki/Al%C3%BCminyum.EriĢim Tarihi: 11.09.2012
Vinarcik, J.E., 2003. High Integrity Die casting Processes. John Wiley&Sons, 223s,
New York.
Yılmaz, C. 2003. Al-Si AlaĢımı Dökümlerinde Kalıp Türü ve Basınç DeğiĢiminin
Mekanik Özelliklere Etkilerinin AraĢtırılması Fırat Üniversitesi, Fen
Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 81s, Elazığ.
78
ÖZGEÇMĠġ
Adı Soyadı : Soner DURAN
Doğum Yeri ve Yılı : Isparta 1981
Medeni Hali : Evli
Yabancı Dili : Ġngilizce
Eğitim Durumu
Lise : Çerkezköy Çok Programlı Lisesi
Ön Lisans : AKÜ, Bolvadin MYO, Makine Resim Konstrüksiyon
Lisans : Marmara Üniversitesi, Tasarım ve Konstrüksiyon Öğretmenliği
Mesleki Deneyim
Isparta mensucat 2006-2008
Pilot koltuk/Bursa 2008-2009
Toros aydınlatma/Isparta 2009-2011
Öztürk endüstriyel/Manisa Mart-Temmuz 2011
Uğur Derin Dondurucu/Aydın 2011-2014