1

İMAL USULLERİ 1 Prof. Dr. Hüseyin SÖNMEZ Bahar 2012 Üretim Yöntemleri Doğada bulunan nesneleri, istenilen özellik ve biçimdeki ürünlere dönüştürmeye üretim yöntemleri denir.

Bu derste döküm ve plastik şekil verme konuları işlenecek. İmal Usulleri 2’de ise talaşlı şekil verme, birleştirme ve toz metalurjisi konuları işlenecek. Döküm: Metallerin ergitilerek sıvı halde iken uygun kalıplara dökülmesi ve sonrasında soğutulması ile istenen şekle ulaşılması yöntemidir. Plastik Şekil Verme: Plastiklik özelliği olan malzemelere uygulanır. Talaşlı Şekil Verme: Metal işleme makinelerinde talaş kaldırarak ve yontarak istenen biçimin elde edilmesidir. Tornalama, frezeleme, vargelleme, planyalama, vb. Beş yöntem içinde en hassas yöntemdir. En hassas toleranslarda üretilir. Diğer üretim yöntemlerinden gelen parçalara son şeklini vermek için uygulanır. Birleştirme: İki veya daha çok malzemeyi, birbirine çözülemeyecek şekilde bağlayan yöntem. Perçinleme, lehimleme, yapıştırma, kaynak. Toz metalurjisi: Metal tozların içine bağlayıcı toz atarak, parça imalatını ifade eder. Cevher Kendinden metal çıkartılması mümkün ve verimli olan maddelerdir. Atın, gümüş, cıva, bakır gibi cevherler; O₂, Si(silisyum), S(kükürt) gibi elementlerle bileşik halinde bulunurlar.

Üretim yöntemleri

İç dönüşümler

Arıtma yöntemleri

Birleştirme

Isıl işlemler

Dış dönüşümler

Döküm

Plastik Ş. V.

Talaşlı Ş. V.

Toz metalurjisi

Üretim metalurjisi

2

Metalurji A)Üretim metalurjisi: Ham malzeme üretilir. 1.Hazırlama 2.Piro metalurji(izabe): Ateş kullanılarak, yüksek fırınlarda pik demir elde edilir. 3.Elektro metalurji: Elektrik enerjisi kullanarak metal elde edilir. 4.Hidro metalurji: Suyun enerjisi ile metal elde edilir. B)Fiziksel metalurji: Metallerin işlenmesi için yapılan çalışma ve işlemlere denir. 1.Metallerin fiziksel ve mekanik özellikleri 2.Metalografi: Metal ve alaşımların içyapılarını inceleme. 3.Metal teknolojisi: Fiziksel metalurjinin endüstrideki uygulaması. Buradan itibaren Makine Mühendisliği alanı başlar. 3.1.Metallere şekil verme[İmal usulleri]: a)Döküm, b)PŞV, c)TŞV, d)Birleştirme, e)Toz metalurjisi. 3.2.Isıl işlemler: Metallerin mekanik özelliklerini(sertlik, mukavemet vb.) geliştirmek amacıyla uygulanan işlemler. 3.3.Koruyucu kaplama işlemi: Parçayı havanın olumsuz etkilerinden korumak ve estetik görüntü vermek için krom, çinko, altın vb. malzeme ile kaplama. 3.4.Malzeme testleri: a)Fiziksel, b)Mekanik, c)Kimyasal.

DÖKÜM YÖNTEMİ Malzemelerin fiziksel durum değiştirmesinden faydalanarak yapılan şekil verme yöntemine döküm denir. Bir işlemde son şeklini verme yöntemidir. İlk dökümler, M. Ö. 11. yy.’da Çin’de silah yapımı için gerçekleştirilmiştir. M. Ö. 8. yy.’da Buda heykelleri dökülmüştür. Ham demire, domuza(pig) benzetildiği için “pik” denmiştir. 17. yy. ile beraber, çelik dökümler başlar. ↘Q Q↗ Katı → sıvı → katı

Malzeme, ısı girişi(↘Q) ile kalıplanır; ısı çıkışı(Q↗) ile son şeklini alır. Döküm yönteminin diğer 4 yönteme göre avantajları 1.Sınırsız malzeme serbestisi; her türlü malzemenin dökümü yapılabilir. 2.Özel alaşımlama imkanı; hurda kullanım rahatlığı ile, istenen karışımlar elde edilebilir. 3.Sınırsız biçim serbestisi; en karmaşık şekildeki parçalar bile uygun kalıplarla dökülebilir. 4.Sınırsız boyut serbestisi; çok büyük tezgah gövdeleri bile(100-150 ton gibi) dökülebilir. 5.Parça sayısına göre bir imal olanağının sağlanması; bir parçadan çok sayıda üretmek gerektiğinde, otomatik kalıplama sistemleri ile çok sayıda dökümü ardarda yapmak mümkündür. 6. Diğer yöntemlerden farklı olarak, sıvı fazda şekil verilir. 7.İçi kısmen veya tamamen boş veya çeşitli şekiller verilmiş parçaların tek işlemle elde edilmesi; diğer şekil verme işlemlerine çok az ya da hiç ihtiyaç duyulmaz.

3

Döküm yönteminin diğer 4 yönteme göre sınırlamaları 1.Yüzey hassasiyeti, yüzey kalitesi çok iyi değildir. 2.Boyutlarda tolerans yüksektir. 3.Çok düşük kalınlıklarda döküm mümkün değildir. Döküm sanayi ürünleri 1.Şekilsiz döküm; ingot, kütük, bloom, slab, takoz. 2.Şekilli parça döküm 2.1.Mamül parçalar; dökümden çıktığı gibi kullanılabilir. 2.2.Yarı mamül parçalar; işlenmeden veya başka bir parçayla birleştirilmeden kullanılamayan parçalar. Döküm alaşımları 1.Dökme demirler 2.Çelikler 3.Al alaşımlar 4.Zn alaşımlar 5.Mg alaşımlar 6.Cu alaşımlar 7.Ni-Cr alaşımlar 8.Özel alaşımlar Dökümhaneler Sipariş üzerine çalışan dökümhanelere döküm atelyeleri, seri üretime göre planlanmış büyük kurumlara ise döküm fabrikaları denir. Dökümhanenin yeri seçilirken dikkat edilenler

Ulaşımı kolay olmalı. Rüzgar almayan bir yer olmalı. Elektrik, su problemi olmayan bir bölge olmalı. Hammaddeye ulaşımı uygun olmalı.

Bir dökümhanede bulunması gerekenler 1.Hazırlama bölümü a)İş hazırlama ve resimhane; b)Modelhane; model ve maça sandığı hazırlanır. c)Kum hazırlama; kalıp ve maça için kum hazırlanır. d)Şarj hazırlama; ergitilecek maddeler sağlanır. 2.Kalıplama bölümü; uygun kalıplama yöntemi belirlenerek kalıplar oluşturulur. 3.Ergitme bölümü; ergitme fırınlarında ergitme işlemi yapılır. 4.Döküm bölümü; döküm gerçekleştirilir. 5.Kalıp bozma; kaba taneli yapı oluşmasın diye 700-900°C sıcaklıkta iken kalıplar bozulur. 6.Temizleme bölümü; yolluklar, maçalar çıkarılır, kum ve çapaklar temizlenir. 7. Son kontrol.

Üretimin her aşamasında, her işlemden sonra kalite kontrol yapılır.

4

K K

K K K K K K K K K K Bir dökümhanenin çalışma şeması Döküm Yöntemleri Kalıbın harcanıp harcanmamasına göre iki gruba ayrılır. A)Kalıbın tekrar kullanılamadığı döküm yöntemleri 1.Kum kalıba d. y. 2.Kabuk kalıba d. y.(shell mold casting) 3.Alçı kalıba d. y. 4.Hassas d. y.(investment casting) 5.Seramik kalıba d. y. B)Kalıbın tekrar kullanıldığı döküm yöntemleri 1.Metal kalıba d. y.(kokil kalıp) 2.Savurma d. y.(santrifüj döküm) 3.Basınçlı d. y. 4.Sürekli d. y. (continuous casting)

iş hazırlama ve resimhane

modelhane

kalıplama

döküm

temizleme

kalıp bozma

maça yapımı

kum hazırlama

şarj

ergitme

yönetim soyunma ve duş

sevk

son kontrol

laboratuar

5

A)Kalıbın tekrar kullanılamadığı döküm yöntemleri 1.Kum kalıba d. y. Her türlü metal ve alaşım dökülebilir. Az ya da çok sayıda döküm için uygundur. Kalıp için kullanılan silis kumunun maliyeti düşüktür ve tekrar tekrar kullanılabilir. En yaygın döküm yöntemidir. 2.Kabuk kalıba d. y. Talaşlı şekillendirmesi zor olan küçük parçalar içinİşleme maliyeti yüksek ya da imkansız olan parçalar için, sertliği yüksek parçalar için. 250°C- 350°C sıcaklıkta bağlayıcı reçine, kumun yüzeyine sürülünce belli bir kalınlıkta sert bir kabuksu tabaka, modelin şeklini alır. Kabuk oluştuktan sonra 400°C’de fırınlanır; kolay bozulmaz. 180 kg’a kadar parçalar içindir. Krank mili, tank palet parçaları, büyük valfler gibi talaşlı şekillendirmeye ihtiyaç duymayan parçalar için uygulanır. 3.Alçı kalıba d. y. Ergime sıcaklığı düşük olan kurşun, kalay, bizmut gibi malzemelerin dökümünde kullanılır. Kumun yerine kullanılan alçı çabuk yanar, gaz geçirgenliği sıfırdır. Kalıp yapılması, kalıpta değişiklik yapılması kolaydır. 4.Hassas d. y. Diğer döküm yöntemlerinden hiçbiriyle dökülemeyen çok karmaşık şekilli parçalar içindir. Kalıpta bölme yüzeyi yoktur, parafin mumundan model yapılır. Kalıp seramik çamurundandır; yüzeyi çok temiz çıkar. Döküm sonrasında talaşlı şekillendirmeye gerek kalmaz. Pahalı bir yöntemdir; kalıp ve model döküm sonrasında kullanılamaz hale gelir. Az sayıda parça için uygun değildir. Altın, gümüş, silah sanayinin küçük parçaları için, tekstil makinelerinin mekik parçaları için uygulanır. 5-25 kg’a kadar parçalar için uygundur. Boyut ve detay hassasiyeti yüksektir. 5.Seramik kalıba d. y. Kabuk kalıba döküm yönteminde olduğu gibi, modelin etrafını saracak kadar belli bir kalınlıkta seramik çamuru kullanılarak seramik yüzeyli kabuk kalıp elde edilir. B)Kalıbın tekrar kullanıldığı döküm yöntemleri 1.Metal kalıba d. y. Cr, W, V, Mo gibi elementleri içeren yüksek alaşımlı malzemelerden imal edilen, bölme yüzeyi düşey kalıplarla yapılır. Talaşlı şekillendirme ile imal edilen kalıplara ince detaylar verilebilir. Metal kalıp hızlı soğuduğu için, ince taneli yapı oluşur. Ergime derecesi 1000°C’nin altındaki malzemeler dökülebilir. İnce malzemeler de dökülebilir. Çok büyük parçalar için uygun değildir. Kalıp pahalı olduğu için, az sayıda parça için uygun değildir. 2.Savurma d. y. Buraya kadar anlatılan döküm yöntemlerinde, döküm işlemi yerçekimi ile yapılıyordu. Savurma döküm yönteminde ise, silindirik kokil kalıp içerisine sokulan; yine silindirik, dönen bir mekanizma ile, ergitilmiş malzeme, santrifüj etkisiyle kalıbın cidarına püskürtülür. Savrulan malzeme kalıbın çeperlerine yapışır; sert, ince taneli ve bir uçtan diğer uca eşit kalınlıkta boru elde edilir. Top namluları, motor gömlekleri, büyük pres kolonları, kalın çaplı içi boş gemi şaftları gibi parçalar dökülür. Eskiden kullanılan pik yağmur iniş boruları da bu yöntemle dökülüyordu. 3.Basınçlı d. y. Metal kalıba döküm ve savurma döküm yöntemlerinin birleşmiş halidir. Bölme yüzeyi düşey metal kalıplara sıvı halde basılan ergitilmiş malzeme katılaşana kadar, hidrostatik basınç uygulanmaya devam edilir. Kum kalıba döküm yönteminden sonra en çok kullanılan döküm yöntemidir. Al(d= 2.7 gr/cm³) ve Mg(d= 1.74 gr/cm³) gibi hafif metallerin dökümü için uygundur.

6

4.Sürekli d. y. Bir tarafından sıvı metal girişinin sağlandığı; silindirik, yassı ya da kare gibi şekillerin verildiği; sürekli olarak su ile soğutma sağlanan kalıp kullanılır. Soğutmanın etkisiyle, diğer taraftan katı halde malzeme alınır. Sürekli bir malzeme üretiminin olduğu hat üzerinde, istenen boylarda kesilen mamül kenara ayrılır; akış devam eder.

Döküm yönteminde malzemelerin davranışı Dökümde katılaşma aşaması daha önemlidir. Çünkü bir döküm parçası katılaşırken, mekanik özelliklerini kazanır. Katılaşma çabuk gerçekleşirse ince taneli yapı oluşur.

Saf malzemeler ve ötektik alaşımlar, sabit sıcaklıkta sıvılaşır ve sabit sıcaklıkta katılaşır.

Fe, allotropiktir.

Sanayide kullanılmak üzere dökülenler ise alaşımlı malzemelerdir.

7

Alaşımlı malzemeler belli bir sıcaklık aralığında sıvılaşır, belli bir sıcaklık aralığında katılaşır. Katılaşma aralığı ne kadar büyükse, o kadar problem var demektir. Alaşım oranları değiştikçe, aralık mesafesi de değişir. Bu aralık ne kadar darsa, döküm kabiliyeti de o oranda artar. Örneğin CuNi alaşımında, %80Cu-%20Ni alaşımı için döküm kabiliyeti daha yüksektir. Kendini çekme olayı Bütün metal ve alaşımlar ısıtıldığında genleşir, hacimleri büyür. Soğutulduklarında ise büzülürler, kendini çekerler. Grafit oranı %1.5 olan dökme demirler, Bi ve Cr hariçtir; bunlar büyürler. Malzemenin sıvı hacmi ile katı hacmi arasındaki hacim farkına kendini çekme, büzülme denir. Kendini çekme= Vsıvı – Vkatı

Ergimiş metal kalıba döküldükten sonra, tabaka tabaka katılaşma başlar. Kendini çekme boşluğu, parçanın en son katılaşan bölgesinde, şekilsiz bir boşluk şeklinde oluşur. Bu yüzden yolluk bu bölgeye konulur.

Vs: soğuma hızı Vs₁ < Vs₂ < Vs₃ Çizgisel kendini çekme; K= α t(%) K: kendini çekme katsayısı α: genleşme katsayısı

Kendini çekmeyi önleme çareleri 1.Modelin boyutlarının kendini çekme miktarı kadar büyük yapılması, 2.Kof bölgenin parça dışına alınması, 3.Ekzotermik malzeme kullanmak, 4.Soğutucu malzemeler kullanmak, 5.Yönlü katılaşma sağlamak, 6.Besleyiciler kullanmak, 7.Kalıbın erken açılması(önemsiz!), 1. Dış boyutlar %1 oranında büyütülür; delikler ise %1 oranında küçültülür.

Malzeme K. Ç. DDL 20 %1 (lamel grafitli DD)

8

2. Yolluk kısmı biraz daha yukarıda tutularak, kendini çekmenin iş parçasına ulaşmadan önce sona ermesi sağlanır.

3. Isı tutma özelliği olan ekzotermik malzeme ile, yolluk bölgesinde soğuma geciktirilir.

4. Cu, Al ya da çelik plakalar ile çıkıcı kullanılmadan, istenen bölge soğutulur.

5. Zp<Zg<Zb olması gerekir ki, kendini çekme olmasın. Bu sağlanırsa, besleyici ve geçiş kısmı vazifesini yapar. Burada mühim olan, katılaşma zamanının hesabıdır. Bunun için birçok çalışma mevcuttur. Zp: parçanın katılaşma zamanı Zg: geçiş bölgesinin katılaşma zamanı Zb: besleyicinin katılaşma zamanı

6. Tüm bu önlemler palyatiftir. Aslolan besleyiciler kullanmaktır. En etkili tedbir budur. Döküm görevi sırasında çıkıcı görevi gören ağız, döküm sonrasında açık besleyici görevi görür. Oluşan boşluk, açık besleyiciden inen sıvı metal ile doldurulur.

9

Açık besleyici ile boşluk ortadan kaldırılamadığı durumda, kör besleyici(atmosfer ile temas

etmeyen besleyici) kullanılır. Ergiyik maddenin kalıp boşluğuna gidişini sağlayan kanalların toplamına yolluk sistemi

denir. Yolluk inişi kıvrımlı olur. Çünkü sıvı metal, direkt olarak kum kalıba dökülürse kalıbı bozar. O yüzden, sıvı metal bölme yüzeyinden akış hızı düşürülerek verilir.

Hacmi, yüzey alanı büyük olan bölümler geç soğur. Gaz boşlukları, küresel bir yüzey verir; kendini çekme boşluğu ise tırtırlı bir yüzey verir.

Döküm şartları Vs= S Fq .((°C/dak.) G(r₀+c₀td) Vs: soğuma hızı S: alaşımın cinsine bağlı ısı iletim katsayısı(sabit) F: iş parçasının yüzey alanı(cm²) q: birim zamanda birim alandan çıkan ısı miktarı(kcal/cm²dak.) G: ağırlık(kg) r₀: malzemenin ergime ısısı (kcal/kg°C) c₀: katı durumdaki malzemenin ortalama özgül ısısı(kcal/kg°C) td: döküm sıcaklığı(°C) Vs= S F .( sabit döküm şartları için G(r₀+c₀) Vs= S q . değişken döküm şartları için td Döküm sıcaklığı Sıvı metalin kalıba döküldüğü andaki sıcaklık(td), ergime sıcaklığının(te) 50°C-350°C üzerindeki farklı bir sıcaklıktır. Döküm kabiliyeti iyi(akıcı) olan malzemelerde Δt değeri düşük tutulur. td= te + Δt Δt= 50°C-350°C Döküm kabiliyeti Sıvı metalin, kalıbı en küçük kesit ve profiline kadar tam doldurması, katılaşmada meydana gelebilen makro ve mikro boşlukların beslenebilmesi ve sıcak yırtılma eğiliminin az olmasına döküm kabiliyeti denir. Saf malzemelerin dökümü kolaydır, akıcıdır. Alaşım elemanı sayısı arttıkça, döküm kabiliyeti azalır. Sıcak yırtılma Soğurken malzemenin kuma, kumun da malzemeye yaptığı kuvvet nedeniyle parçada meydana gelen yırtılmaya sıcak yırtılma denir. Köşelere radyus verilerek engellenir. Döküm kabiliyetini ölçen deneyler 1)Döküm helisi deneyiMalzemenin spiral içerisinde gittiği mesafeye göre, döküm kabiliyeti ölçülür.

10

2)Vakum deneyi Vakumla sıvı metal çekilir. Soğuyup katılaştığı nokta belirlenir.

Modelhane Model ve maça sandığının yapıldığı bölümdür. Model Dökülmesi tasarlanan parçanın bir benzeri olan, boyutları kendini çekme ve işleme payı kadar büyük olan ve bazı fazlalıkları içeren kalıplama elemanına model denir. Modellerin yapıldığı malzemeler Modellerin hafif ve uzun ömürlü olması tercih edilir. Bu sayede maliyet ve enerji tüketimi düşer. Tarihteki ilk model malzemesi, sanat ürünleri için kullanılan balmumudur. 1.Ahşap 2.Metal 3.Plastik 4.Alçı 5.Poliüretan 6.Köpük 7.Mum 8.Cıva 1.Ahşap model: Kolay bulunuyor, kolay şekillendiriliyor. İlk kullanılan ağaç, çam olmuştur. Ömrü kısadır; en çok 1000 adet kalıplama yapılabilir. Mümkün olduğunca sert ve ucuz ağaç kullanılmalıdır. Çok ince detaylar verilemez. Az sayıda parça için ve elle kalıplama için uygundur. Pres gövdesi gibi çok büyük parçalarda uygundur. 2.Metal model: İlk metal model, DD’den yapılmıştır. Metal modeller sert, aşınma direnci yüksek, ama ağırdır. Otomatik kalıplama geliştikçe, metal döküm malzemeleri de gelişmektedir; çelik, paslanmaz çelik, bakır, pirinç, alüminyum gibi. Metal model, makine ile kalıplamanın kullanıldığı,

11

çok sayıda küçük parçanın dökümünde uygundur. 3.Plastik model: Esnek olduğundan çabuk bozulur, nadiren kullanılır. 4.Alçı model: Deneme dökümlerinde ve süs eşyası, biblo gibi nesnelerin dökümünde kullanılır. 5.Poliüretan model: Hafif ama pahalıdır. Köpük, mum ve cıva; harcanan kalıp kullanılan yöntemlerde tercih edilen model malzemeleridir. Modelin içerdiği farklılıklar

Kendini çekme payı kadar büyüktür. Talaşlı işleme payı kadar büyüktür. Maçabaşı çıkıntıları mevcuttur. Bölme yüzeyine dik olan kenarlara, 1°-3° koniklik verilir.

Model türleri 1.Serbest modeller 2.Levhalı modeller 3.Özel model ve model tertibatları 1.Serbest modeller: Büyük boyutlu ve az sayıda parça için tercih edilir. Modelde düzlemsel bir yüzey varsa ve modeli kalıbı bozmadan çıkarabiliyorsak, tek parçalı model kullanılır. Pratikte daha çok iki parçalı modeller kullanılır; ikiden çok parçalı modeller sıkıntı yaratır.

iki parçalı serbest model döküme hazır kalıp kesiti Kalıplama sırasında modelin kumdan sıyrılması mümkün değil ise; model iki parçaya ayrılarak, alt ve üst kısımlar geçmeli(pimli) olarak yapılır. Pimlerle birbirine göre konumları belirlenen bu iki kısmın birleşme yüzeyi, aynı zamanda kalıbın bölme yüzeyidir. 2.Levhalı modeller: Kalıplama makinelerinin kullanıldığı durumlarda ve çok sayıda küçük parçanın üretiminde kullanılır. Modelin üst ve alt kısımları, bölme yüzeyini oluşturacak şekilde bir model levhasına monte edilir. Çift taraflı levhalar orta sayıda parçanın imalatında, tek taraflı levhalar ise çok sayıda parçanın seri imalatında kullanılır.

12

3.Özel model ve model tertibatları a)Altlık ile kalıplama: Bölme yüzeyi düzgün olmayan serbest modellerin kalıplanması sırasında, kum, alçı veya ahşap altlıklardan yararlanılır. Kalıplama sırasında önce, ahşap altlık ve model üzerine kum konularak alt kalıp hazırlanır. Kalıp çevrilir ve altlık alınır, model kalır. Üst derece alt derecenin üzerine konulur, kum ile doldurulur ve üst derece hazırlanır.

b)Şablon(mastar) ile kalıplama: Dönel simetriye sahip parçaların kalıplanmasında, üç boyutlu modeller yerine şablonlardan yararlanılır. Model üretim masrafından da tasarruf edilir.

13

Model tasarımı Modelin çekme payının sayısal değeri; parçanın şekline, metalin türüne, döküm sıcaklığına ve kalıbın dökülen parçanın büzülmesine karşı gösterdiği dirence göre seçilmelidir. Modelciler, çekme paylarını model boyutlarına eklemek için, çekme payı cetvellerinden yararlanırlar.

bazı döküm malzemelerinin yaklaşık çekme payları

döküm malzemesi çekme payı(mm/m)

kır DD 10

beyaz DD 20

temper DD 15

basit karbonlu çelik 23

Mn çeliği 30

Al alaşımları 15

Cu alaşımları 17

Mg alaşımları 15

Pb 26

Zn 14

İşleme payı; kullanılan metale, parçanın şekline, büyüklüğüne ve işleme yöntemine bağlıdır. Mümkünse, işlenecek yüzeyler kalıbın alt kısımlarına getirilmelidir. Çünkü cüruf, oksit ve diğer katışkılar, döküm esnasında üst kısma yükseldiğinden alt kısımdaki yüzeyler daha temiz çıkar. Model renk kodları Sarı ; dökümden sonra işlenmeyecek yüzeyler. Kırmızı ; dökümden sonra işlenecek yüzeyler. Metalik ; serbest parçaların oturduğu yüzeyler. Siyah ; maça yuvaları. Yeşil ; modelin dayanımını artırmak için ilave takviye, kalıpta bıraktığı boşluk daha doldurulacak. Model malzemesini seçerken dikkat edilecek kriterler 1.Üretilecek parça sayısı, 2.İstenilen boyut hassasiyeti, 3.İstenilen yüzey hassasiyeti, 4.Parçanın büyüklüğü ve şekli, 5.Uygulanacak kalıplama yöntemi, 6.Maliyet. Koniklik ve radyuslar Model kalıptan kolay çıksın diye uygulanan koniklik, 150 mm’den büyük ölçülerde verilir. Model tasarımında, keskin köşe ve kenarlardan kaçınılır. Radyuslar da kullanılır; aksi halde buralarda sıcak yırtılmalar oluşur.

14

döküm malzemelerinin yaklaşık işleme payları

malzeme ve model

işleme payı(mm)

boyutlar(mm) delik yüzeyler üst yüzey

dökme demirler 0-150 3 3 5 150-300 3 3 6 300-500 5 4 6

500-900 6 5 6 900-1500 8 5 8 dökme çelikler

0-150 3 3 6 150-300 5 5 6 300-500 6 6 8

500-900 7 7 10 900-1500 8 7 13 demir dışı metaller

0-75 2 2 2 75-200 2 2 2 200-300 3 2 3

300-500 3 3 3 500-900 3 3 4 900-1500 4 4 5

Maça ve maça sandığı Döküm esnasında döküm parçasındaki boşlukları oluşturmak için yapılan kalıplama elemanına maça(iç kalıp) denir. Genellikle kumdan yapılır. Maçaların elde edilmesi için kullanılan kalıplama elemanına(maçaya şekil veren kalıba) maça sandığı denir. Maça sandığı metal ya da ahşaptan yapılır.

İki parçadan oluşan maça sandığının içine kum doldurulup, sıkıştırılır. Eskiden belli sıcaklıktaki fırınlarda ısıtılan maçalar, şimdi rezistanslı maça sandıkları kullanılarak sertleştirilirler. Ya da maçanın içine CO₂ gazı basılarak sertleşme sağlanır. Basınçlı dökümde maça metaldir; seramik kalıplamada ise seramik maça kullanılır. Kalıp malzemeleri 1.Kum; (kum k. d. y., kabuk k. d. y.) 2.Metal; (kokil k. d. y., basınçlı d. y., sürekli d. y., santrifüj d. y.) 3.Alçı; (alçı k. d. y.) 4.Seramik; (hassas k. d. y., seramik k. d. y.) 5.Kum + reçine; (kabuk k. d. y.)

15

1.Kum: Dünyada ve Türkiye’de en çok kullanılan döküm yöntemi, kum kalıba döküm yöntemidir. Maçası da kumdandır. 2.Metal: Metal kalıplar, Cr, Mo, W ve V’nun kullanıldığı yüksek alaşımlı sıcak iş takım çeliklerinden talaşlı şekil verme ile imal edilir. Bu 4 element kalıp çeliğine yüksek dayanım kazandırır. Ahşap kalıba göre yüzey kalitesi daha iyidir. 3.Alçı: Deneme amaçlı dökümlerde; aksesuar, süs eşyası gibi parçaların dökümünde kullanılır. Çabuk yanması, gaz geçirgenliğinin olmaması nedeniyle nadiren kullanılır. 4.Seramik: Refrakter özelliği yüksek olan bir malzemedir. Seramik çamurunun hazırlanması pahalı ve zordur. Yüzey kalitesi yüksektir. Yüksek alaşımlı çelik bile, seramik kalıpta dökülebilir. Seramik çeliğe göre daha rijittir, P. Ş. V. özelliği çok düşüktür, kırılgandır. Az sayıda parça için uygundur. Kalıp ancak bir kez kullanılır. Kuyumculukta, dişçilikte, silah sanayinde kullanılır. 5.Kum+reçine: Novalak reçine, heksametil tetramin gibi malzemelerin katılmasıyla elde edilir. Kalıp kumu Kalıp kumu; kum, kil, su, kömür tozu vd. lerinden oluşur. 1 ton malzeme dökülebilmesi için, 4-5 ton kalıp kumu gerekmektedir. Kum olarak, ülkemizde kolay bulunan silis kumu -silisoksit(SiO₂) tercih edilir. Kristalin yapıya sahip olan SiO₂, ucuzdur; yanma sıcaklığı 1770-1990°C’dir; genleşme katsayısı 1.7’dir.

Döküme hazır kalıbın kesiti Kum çeşitleri 1.Silis kumu 2.Zirkon 3.Kromit 4.Olivin

Kumun genleşme katsayısı önemlidir. Çünkü soğuma sırasında ergiyik kalıbı çekmeye çalışır. %2-35 oranında kil, kuma katılır. Kil, kum tanelerini su ile birbirine bağlar. Bentonit kili ve

kaalonit kili, kil çeşitleridir. Suyun oranı, %1.5-8’dir. Kömür tozu, gaz geçirgenliğini artırmak için kuma katılır. Modelin yüzeyine de, model kolay

çıksın diye kömür tozu atılabilir. Talaş, saman, dana kılı da, gaz geçirgenliği için kullanılabilir. Bu malzemeler çabuk yanar, kalıpta gözenekler yaratır, gaz çıkışını sağlar.

Kalıp kumlarının sınıflandırılması 1.Elde edilişine göre, 1.1.Doğal kalıp kumu; doğadan elde edildiği gibi kullanılan kum. 1.2.Sentetik kalıp kumu; saf silis kumuna kil, su, kömür tozu ve diğer maddelerin isteğimize göre ilave edilmesiyle elde edilir. Daha çok, bu kullanılır. 2.Kullanma durumuna göre, 2.1.Eski kum; daha önce kullanılmış kum. 2.2.Yeni kum; hiç kullanılmamış kum. 3.Kalıptaki bulunma yerine göre,

16

3.1.Model kumu; daha kaliteli, ince taneli. 3.2.Doldurma kumu; daha ucuz, iri taneli.

Pratikte buna uyulmaz; kum kademeli olarak dökülmez. Ancak doğrusu budur. Kalıp kumundan beklenen özellikler 1.Kolay şekil alabilmeli ve şeklini koruyabilmeli İnce taneli kum, model yüzeyini daha iyi sardığı için yüzey kalitesi daha yüksek olur. İstenen kum, mümkün olduğunca eşit büyüklükte, çatlaksız ve oval olandır. Elek analizi Bu test ile kum tanelerinin büyüklüğü ve dağılımı tespit edilir.

kum tane çapı(mm) adet elek no

1.5 4 1 1.0 – 1.5 6 2 0.6 – 1.0 10 3

0.3 – 0.6 20 4 0.2 – 0.3 30 5 0.1 – 0.2 60 6

0.06 – 0.1 100 7 <0.06 200 8

8 kat elekten oluşan bir düzeneğe deney kumu konur ve 5 dk. elenir. Her elekteki göz aralıkları farklı ve değişik çaptaki kum tanelerini tutacak şekildedir. Eleme işlemi sonrasında, elekteki kum miktarlarına göre tane büyüklüğü dağılım eğrisi elde edilir. Tane büyüklüğü dağılım aralığı, kumun kalitesini gösterir. Aralık daraldıkça daha homojen bir kum var demektir, kum kalitesi artıyor demektir. 2.Dayanım özelliği olmalı 2.1.Yaş basma dayanımı Sıvı metal, kalıp kumuna hidrostatik basınç uygular. Kumun bu basınca direnci, özellikle büyük kalıplarda önemlidir.

2.1.Yaş makaslama dayanımı Hacim arttıkça hidrostatik basınç da artar. Yaş basma ve yaş makaslama dayanımları, kil miktarının artmasıyla artar.

17

%kil ↗ → σb ↗ %kil ↗ → σm ↗ %kil ↗ → Gg ↗

2.3.Kuru eğme dayanımı Genellikle maçalara uygulanır.

2.4.Kuru çekme dayanımı

3.Gaz geçirgenliği özelliği olmalı Kalıp kumu gözenekli olmalı ki, gaz çıkışı sağlansın. %kil ↗ → Gg ↘

4.Sıcağa(ateşe) dayanıklılık özelliği olmalı Kalıp kumu, yüksek sıcaklıklarda özelliğini korumalıdır. Kumun ateşe dayanım testi ile bu özelliği incelenebilir. Bunun için, 100 gr saf silis kumu 900°C’ye ısıtılmış bir fırına konur, 1 saat beklenir. Isı 50°C artırılır, tekrar 1 saat beklenir. Bu işlem, kum dağılmaya başlayıncaya kadar devam ettirilir. Bu şekilde, kumun ateşe dayanım sıcaklığı belirlenir. 5.Dökümden sonra tekrar kullanılabilmeli 6.Sünek olmalı Sıcaklık karşısında sertleşip, çatlamamalı; çok sert ya da çok yumuşak olmamalı. 7.Maliyeti düşük olmalı, kolay bulunmalı

18

Kumla ilgili deneyler 1.Kil miktarı tayini deneyi 100 gr(m₀) kurutulmuş doğal kalıp kumu, iyice yıkanır, kurutulur. Yeni ağırlığı saptanır. %kil = m₀-m₁ (x 100 örnek: m₁ = 95 → %kil = %5 m₀ 2.Nem miktarı tayini deneyi 100 gr(m₀) nemli doğal kalıp kumu, fırında kurutulur. Tekrar tartılır ve m₁ bulunur. %nem = m₀-m₁ (x 100 örnek: m₁ = 93 → %nem = %7 m₀ 3.Kalıp sertliği tayini deneyi Brinell sertlik deneyinde kullanılan cihaza benzer bir cihazla yapılır. Uçtaki bilya, kalıp kumunda farklı yerlere batırılarak sertlik değeri okunur. 4.Maça sertliği tayini deneyi Kullanılan cihazın uç kısmında freze çakısına benzer bir uç vardır. Cihaz kuma batırılır; kumu kemirmeye başladığı andaki değer okunur. Bütün bu deneyler, dökümhanede bulunan kum laboratuarında yapılır. Kum laboratuarında bulunan malzemeler

3mm çapında numune eleği, Hassas laboratuar terazisi, Darbe aleti(numune hazırlama cihazı), Dayanım ölçen hidrolik üniversal cihaz, Gaz geçirgenliği cihazı, Eleklerle sarsma cihazı, Yıkama kapları, Karıştırıcı(numuneleri hazırlarken kullanılır), Etüv(elektrikli hassas fırın), Lup veya mikroskop, Kalıp sertliği ölçme cihazı, Maça sertliği ölçme cihazı.

19

Kalıp kumu hazırlama tesisi Bir dökümhanenin hedeflenen kapasiteye ulaşması, sistemli çalışmayla mümkündür. Örneğin, 80.000 ton/yıl kapasiteyle çalışan bir dökümhane-1 sene 260 işgünü olursa-, günde 300 ton döküyor demektir. 1 ton metal dökümü için 4-5 ton kum gerektiğinden, buradaki kum hazırlama tesisi, hiç durmadan çalışmak zorundadır. Yeni kumun sıcaklığı fırında alındıktan sonra, merdanelerden geçirilerek topakları kırılır. Elekten geçmeyen kumlar, tekrar ezici merdanelerden geçirilir. Eski kum ise, sarsma tezgahından ve merdanelerden geçirilir. Sonrasında manyetik ayırıcıda çapaklar ve metallerden ayrıştırılır. Elekten geçmeyen kumlar, yine aynı işleme tabi tutulur. Kalıplama bölümünden istenen karışım oranlarındaki malzemeler, karıştırıcı ve savurma tezgahlarından sonra kalıplama bölümüne gider. Bu karışımda, eski kum oranı yeni kuma göre daha çoktur. Kalıplar hazırlanır, döküm gerçekleşir. Kalıp bozma bölümünde kalıplar bozulup, parçalar alınır; kum tekrar eski kum bölümüne aktarılır. Ve bu döngü devam eder.

kurutma fırını

ezici merdane

manyetik ayırıcı

yeni kum

eski kum

yenikum

sarsma

ezici merdane

elek

elek

kil

kömür .tozu

su

eskikum

karıştırıcı

savurma

kalıplama

döküm kalıp bozma

20

Maça kumundan beklenen özellikler 1.Kalıp kumuna göre daha kaliteli olmalı Tamamı, yeni ve ince taneli kumdan olmalıdır. Çünkü maça, parçanın iç kısmını oluşturur. Döküm sonrasında parçanın iç kısmında oluşan hataları ortadan kaldırmak zor ve bazen de imkansızdır. Bu yüzden maça ile oluşturulan yüzeyler temiz olmalı, boşluklar hatasız çıkmalıdır. 2.Kolay şekil alabilmeli 3.Isıya dayanımı yüksek olmalı Maçanın kumu çok daha yüksek sıcaklıklara dayanıklı olmalıdır. Çünkü dökümde, maçanın tamamı sıvı metalin içinde kalır. 4.Gaz geçirgenliği yüksek olmalı Gaz çıkışı sadece maça başlarından sağlanır. Bazen gerekli durumlarda maça içine üzerinde delikler bulunan bir boru konur. 5.Yaş dayanımı olmalı Elle kalıplamada daha önemlidir. 6.Sıvı metalin basıncına dayanabilmeli 7.Kuru eğme ve kuru çekme dayanımı olmalı 8.Metalin kendini çekmesine uyumlu olmalı 9.Maçanın genleşmesi, parçanın genleşmesine uyumlu olmalı 10.Çok gaz oluşturmamalı 11.Dökümden sonra döküm parçasından kolay çıkarılabilmeli

Maça kumu; dayanım yönünden ve yanma yönünden, önemlidir. Maça kumu bağlayıcıları 1.Donma esnasında dayanım kazanan bağlayıcılar %12 su katılmış maça kumu, -18°C’de dondurulur. Dökümde donmuş olarak kullanılır. Ancak aşırı gaz çıkışına neden olur, nadiren kullanılır. 2.Oda sıcaklığında dayanım kazanan bağlayıcılar

sodyum silikat(cam suyu) çimento

%10-12 oranında çimento katılmış maça kumu, maça sandığı içinde 8-32 saat bekletilir, sonra dökümde kullanılır. Çıkarması zor olduğu için pek kullanılmaz.

sentetik-organik reçineler 3.Isıtılarak dayanım kazanan bağlayıcılar

hayvansal ve bitkisel yağlar Bezir yağı eskiden çok kullanılırdı. Döküm sıcaklığı düşük olan malzemelerde uygundur. Çok fazla kullanılmıyor.

reçineler sodyum silikat melas

Şeker pancarından elde edilir. Unlar

4.Ateş kili Dayanım yönünden ve yanma yönünden, son çare olarak, büyük parçalarda kullanılır. Sanayide kullanılan maça bağlayıcıları Sodyum silikat, melas ve reçinelerdir.

21

Dereceler İçerisinde kalıp kumunun sıkıştırılarak kalıbın meydana getirildiği çerçeveye, derece denir.

Derece yapılan malzemeler

ahşap; ideal değildir, esner. KDD; en rijididir, ancak ağırdır. DÇ; sac; çok kullanılır, hafiftir. hafif metaller; Al gibi.

Dereceler genellikle 4 köşe olur. Ancak parçanın şekline göre; soğumanın dengeli olabilmesi ve az kum kullanmak için farklı şekillerde dereceler kullanılır. Dairesel, çokgen ve özel dereceler. Kalıplama Modelin kumda bıraktığı boşluğa kalıp denir. Kumdan kalıp yapımına da kalıplama denir. Kalıplamada en önemli nokta kumun derece içinde sıkıştırılmasıdır. Kalıplama yöntemleri 1.El ile kalıplama 1.1.Derece ile kalıplama 1.1.1.Model ile kalıplama 1.1.2.Model plakasıyla kalıplama 1.1.3.Mastar ile kalıplama 1.1.3.1.Dökme mastar ile kalıplama 1.1.3.2.Sıyırma mastar ile kalıplama 1.1.3.3.Arda kalıplama 1.2.Yerde kalıplama 2.Makine ile kalıplama 2.1.Basma yöntemine göre çalışan makineler ile kalıplama 2.2.Sarsma yöntemine göre çalışan makineler ile kalıplama 2.3.Sarsma-basma yöntemine göre çalışan makineler ile kalıplama 2.4.Derecesiz otomatik kalıplama yöntemleri 2.4.1.Disamatik kalıplama yöntemi 2.4.2.Universal derecesiz otomatik kalıplama yöntemi 3.Fiziksel bağlayıcılı kalıplama 3.1.Vakum ile kalıplama yöntemi 3.2.Manyetik kalıplama yöntemi

22

Mastar ile kalıplama: Büyük parçalar için yapılabilir. Yerde kalıplama: Çok büyük parçalar için, zemine çukur kazılarak yapılır. Can ve mal güvenliği açısından, çok büyük hacimli dökümlerde emniyetlidir. Makine ile kalıplamanın avantajları Dökümhanelerde en çok zaman kaybı kalıplama bölümünde yaşanır. Bunu, sürekli gelişen makine ile kalıplama yöntemleri değiştirmeye başlamıştır ve birçok avantaj sağlamıştır.

Özellikle çok sayıda küçük parçanın, hızlı bir şekilde kalıplanıp seri üretilmesini sağlar. İşçilikten tasarruf sağlar. Zamandan tasarruf sağlar. Daha hassas kalıplar elde edilir. Daha kaliteli parçalar elde edilir.

Disamatik kalıplama yöntemi: Bir dökümhanenin kapasitesini belirleyen fırınlarının büyüklüğü değil, eldeki derece sayısıdır. Disamatik kalıplama makineleri ile dereceye bağımlılık ortadan kalkmıştır. Küçük ve seri üretim gerektiren parçalar için ideal olan bu yöntemde, sistematik bir şekilde çalışan otomatik tezgahlar geliştirilmiştir. Derecesiz, düşey bölme yüzeyli kalıpları 24 saat aralıksız üretebilen tezgah, konveyör bant ile bu kalıpları ileri doğru taşır. Bir yandan da sıvı metal kalıplara dökülür. Soğumaya başlayan kalıplar, bandın sonundan düşerek kumu –parçası ayrılır. İlk yatırım maliyeti yüksek olmasına rağmen aralıksız ve verimli çalışan bir yöntemdir. Vakum ile kalıplama: 12 tona kadar parça dökülebilir. Kil, kömür tozu kullanılmaz. Sadece 30°C’nin altında tutulmuş kum kullanılır. Kum hazırlama bölümü yoktur. –P(eksi basınç) kullanılarak, vakum ile kalıbın şekli hızlı bir şekilde oluşturulur. Kalıplamanın aşamaları

Dökülecek parçanın teknik resmi çizilir.

Malzeme cinsi, döküm sayısı, çekme payı ve işleme payı belirlenir.

Yeni boyutlar ortaya çıkar. Modelin kalıptan kolay çıkması için, eğim de hesaba katılır. Modelin teknik resmi çizilir.

23

Model, istenen malzemeden üretilir.

Bölme yüzeyinde, pim ve pim delikleri oluşturulur.

Maça sandığında maça hazırlanır.

Pimsiz model yarısı, dereceye yerleştirilir. Modelin üzeri, kömür tozu ile tozlanır. Kum dökülür, sıkıştırılır. Fazla kum sıyrılır. Gaz çıkışı için şişleme yapılır.

Alt derece ters çevrilir, üzerine üst derece konur. Üst model, pimleri oturacak şekilde alt modelin üstüne konur.

Üst modelin üzeri, kömür tozu ile tozlanır. Kum dökülür, sıkıştırılır, fazlası sıyrılır. Takımlarla çıkıcı ve yolluk oluşturulur. Gaz çıkışı için şişleme yapılır.

24

Üst derece kaldırılır. Alt ve üst modeller dikkatlice çıkarılır. Alt kalıpta hazne ve meme oluşturulur. Maça yerleştirilir. Üst derece tekrar alt derecenin üstüne konulur. Dereceler yanlardan saplamalarla sıkılarak, kalıp döküme hazır hale getirilir. Kalıpların ağırlaştırılması Ergimiş metal, suyun 8 katı basınç yaratır. Büyük parçaların dökümünde, kalıbın maruz kaldığı hidrostatik basınca karşı, kalıbın üzerine ağırlık konur.

P= γ h

P: hidrostatik basınç γ: yoğunluk h: yükseklik

Ga= (1.25-1.50) [ (f h γk) - (F H γd) ]

f: kalıbın yüzey alanı(dm²) h: yolluğun yüksekliği(dm)

γk : kalıp malzemesinin yoğunluğu (kg/dm³) F: derecenin yüzey alanı(dm²) H: derecenin yüksekliği(dm)

γd: sıvı metalin yoğunluğu (kg/dm³) Dökümde verim Dökümden sonra, çıkıcı ve yolluklar kesilmeden brüt ağırlık tespit edilir, parçanın bitmiş hali ile orantılanır. dv = n. p. a. (net ağ./ brüt ağ.) b. p. a.

25

Kalıplama örneği 1: 150 adet Malzeme: DD Çekme payı: %1

Parçanın teknik resmi

Modelin teknik resmi

Döküme hazır kalıbın kesit resmi

26

Kalıplama örneği 2: 100 adet Malzeme: DD Çekme payı: %1

Parçanın teknik resmi

Modelin teknik resmi

Döküme hazır kalıbın kesit resmi

27

Şarj bölümü Dökmek istediğimiz malzemenin hurdasının hazırlandığı bölüm. Ergitme fırınları ve takımı Dökümcülükte ergitme işlemi, ergitme fırınları ve ocaklarında gerçekleştirilir.

ergitilen malzemelere göre ergitme fırınları

yakıt cinsi yakıt şekli malzeme fırın

kömür topak halinde DD kupol ocağı

toz halinde DD alev ocağı briket halinde DD kupol ocağı

kok belirli büyüklükte (limon büy.)

DD kupol ocağı

demir olmayan malzemeler

pota ocağı

fuel-oil sıvı demir olmayan malzemeler

pota ocağı

demir çelik Siemens-Martin fırını

gaz sıvı demir olmayan malzemeler

pota ocağı

demir çelik Siemens-Martin fırını

elektrik demir olmayan malzemeler

pota fırını

elektrikli direnç fırını

her türlü metal indüksiyon fırını demir esaslı metaller

ark fırını

indüksiyon fırını

Ergitme ocakları 1.Kupol ocağı 1.1.Soğuk havalı 1.2.Sıcak havalı 1.3.Depolu 2.Alevli fırın 2.1.Tavalı fırın 2.2.Tamburlu fırın 3.Pota ocağı 4.Siemens-Martin fırını 5.Elektrikli fırın 5.1.Pota fırını 5.2.Direnç fırını 5.3.İndüksiyon fırını 5.3.1.Alçak frekans 5.3.2.Orta frekans 5.3.2.Yüksek frekans

28

5.4.Ark fırını 5.4.1.Vasıtalı 5.4.2.Vasıtasız 5.5.Elektron bombardıman fırını 1.Kupol ocağı Soba borusu gibi, çapları 0.7-2.5 m olan silindirik sactan imal edilir. Kalınlığı 10-15 mm olan sacın içine, ateş tuğlası döşenir. İmali ucuzdur. 1 kat mermer tozu, 1 kat metal ve 1 kat kömür fırına konur. Alttan ergiyen metal alındıkça, üstten kat kat şarj konulur. 1600°C sıcaklık elde edilir. Alttan verilen havanın şekline göre, soğuk havalı ve sıcak havalı türleri vardır. Kapasiteleri 15 ton/h’e kadar çıkan kupol ocakları vardır. Tok parçalar eritilebilir, talaşlı hurda kullanılmaz. Ocağın yanında ergimiş metalin bir depoda 1600°C’de tutulduğu türüne de, depolu kupol ocağı denir. Kömürden ötürü C oranı belirli bir değerin altına indirilemediğinden, çelik dökümü yapılamaz. 2.Alevli fırın Kömürün ısısı, ergitilecek metali yalayarak bacadan çıkar. Tamburlu türünde, malzemenin ısıtıldığı bölüm sürekli döner. 3.Pota ocağı Düşük kapasite, düşük ergime derecesi. Alttan ısıtılan potanın içindeki hurda erir. Kömür, fuel-oil veya gaz kullanılır. 4.Siemens-Martin fırını Fuel-oil veya gaz ile çalışan, hava üflemeli bir sistemdir. Yüksek alaşımlı çelik üretilen, pahalı bir fırındır. 5.Elektrikli fırın

Pota fırınlarında ve direnç fırınlarında rezistans ile ısıtılan potalarda, 800-1200°C ‘de demir olmayan metaller ergitilir.

İndüksiyon fırınlarında, transformatör kullanılır. Pota etrafındaki bakır bobinin manyetik alan etkisiyle, ısı elde edilir. 15 ton/h’e kadar çıkılabilir.

Ark fırınlarında, elektrotla ark oluşturularak ısı elde edilir. Saatte 75 tona kadar ergitme yapabilen, yüksek teknoloji gerektiren bir yöntemdir. Oldukça pahalı bir kurulumu olduğundan, 24 saat çalışmalıdır. Sürekli döküme uygundur.

Elektron bombardıman fırınlarında x ışınları kullanılır. Yüksek teknoloji gerektiren bu fırınlar, ülkemizde mevcut değildir. Nasa gibi kurumlarda kullanılıyor.

Fırın seçilirken dikkat edilecek hususlar 1.Ocağın kapasitesi, 2.Dökülecek en büyük parçanın ağırlığı, 3.Döküm parçasının şekli(karmaşık şekilli parçaların döküm sıcaklığı yüksektir; akıcılık da önemlidir), 4.Döküm parçasının kimyasal bileşimi, 5.Şarj malzemesinin temini ve bileşimi, 6.Yakıt veya güç fiyatları, 7.Yatırılacak sermaye miktarı, 8.İşçi temini ve imkanları, 9.Daha önceki tecrübeler. Potalar Sıvı metali fırından taşıyarak kalıba dökmeye yarayan eleman. 1.El potaları; 5-10 kg ergimiş metal için, 2.Çatallı potalar; 10-50 kg ergimiş metal için, 3.Vinçli potalar; çelik sactan, içi ateş tuğlası ile kaplanmıştır. Kalıba cüruftan arındırılmış sıvı metal dökmek amacıyla, tıkaçlı ve perdeli potalar kullanılır.

29

PLASTİK ŞEKİL VERME Malzemenin, plastiklik özelliğinden faydalanarak, kütlesinden hemen hemen hiçbir şey kaybetmeden belirli bir şekle sokulmasıyla ilgili yönteme plastik şekil verme denir. Kütle değişmez, ama hacim değişebilir. P. Ş. V.’ de malzeme, işlemin başında ve sonunda daima katı fazdadır. Talaş kaldırmadan, ergitmeden, normal veya teğetsel bir dış kuvvet uygulayarak şekil değiştirilir. Sürekli döküm yöntemi ile elde edilen ingot, slab, bloom ve biletten; sac, levha, çubuk, profil ve tel gibi yarı mamul üretmek için uygulanan P. Ş. V. ‘ye 1. dereceden P. Ş. V. denir. Bu yarı mamüllere son şeklini vermek için uygulanan P. Ş. V. ‘ye ise 2. dereceden P. Ş. V. denir. Çekme deneyinin önemi Uygulanması kolaydır. Deney sonucunda, malzemeye ait elastiklik sınırı, rezilyans, akma dayanımı, çekme dayanımı, tokluk, uzama değeri gibi mekanik özellikler elde edilir. Çekme deneyi sırasında 3 çeşit şekil değişikliği gözlenir. 1. Elastik(kaybolan) ş. d.: Çekme kuvveti ortadan kalktığında, şekil değiştirme de ortadan kalkar. Malzeme ilk haline döner. 2.Elastoplastik ş. d.: Çekme kuvveti ortadan kalktığında, malzeme ilk hali ile son hali arasında bir noktadadır. 3.Plastik(kalıcı) ş. d.: Çekme kuvveti ortadan kalktığında, malzeme son şeklini korur ve ilk şekline dönmez.

Lineer elastik şekil değiştirme Lineer olmayan elastik şekil değiştirme

Elastoplastik şekil değiştirme Plastik şekil değiştirme

30

K: kopma noktası C: max. çekme dayanımı A: akma dayanımı B: elastiklik sınırı Plastik şekil verme çeşitleri Uygulanan kuvvetin etki şekline ve uygulanan yöntemlere göre 3 şekildedir. 1.Vasıtasız basma ile şekil verme 2.Vasıtalı basma ile şekil verme 3.Bükme ve burma 1.Vasıtasız basma ile şekil verme a)Serbest dövme ve basma Dövme, hızlı ve darbe ile; basma ise, yavaş ve süreklidir. El ile veya şahmerdan, pres ya da özel dövme makineleri ile; sadece uzatma ve genişletme şeklinde imalat. Fıçılaşmayı engellemek amacıyla pres ile malzeme arası yağlanır.

Gerek donanım, gerekse eleman yönünden farklı bir yöntemdir. Az sayıda, özel, büyük parçalara şekil verilir. Seri üretim için uygun değildir. İyi bir içyapı ve yüksek bir dayanım özelliği kazandırır. Karmaşık şekilli parçalar dövülemez; basit şekilli parçalar için uygundur. Plastiklik özelliği yüksek olan malzemelere şekil verilir. Malzemeye sıcak halde şekil verilir. İşlem kaba olduğu için, işleme payları(toleranslar) da kabadır. Uzatma ve genişletme yapılır.

b)Düz haddeleme Merdaneler ile malzemeyi ezme ve yassılama yöntemidir. 2.Vasıtalı basma ile şekil verme Farklı kalıp ve mastarlarla malzemeye şekil verilir. a)Kalıpta dövme ve basma Çeşitli kalıplarla döverek şekil verme, delme(zımba ile), yığma(toplu iğne, cıvata, çivi imalatı), damgalama(metal para, altın imalatı)

Çok sayıda parça imalatı yapılabilir. Yüzey hassasiyeti daha yüksektir. İşçilik ve maliyet azalır.

31

b)Kalibreli haddeleme(kanallı merdanelerden geçirme) c)Ekstrüzyon(daha çok Al, Cu, Mg presle bir matristen geçirilir) d)Boru imali(dikişsiz boru imali) e)Tel çekme f)Kesme(keski ile) g)Derin çekme h)Yarma(keski ile) i)Sıvama 3.Bükme ve burma Büküm; bükme kalıplarında veya apkant preslerde yapılır(boru bükümü, silindir ve koni imali gibi). Burma; burarak şekil verilir(ferforje imalatı gibi). Dövme ve basma vasıtaları 1.Şahmerdanlar 1.1.Sürtünmeli 1.2.Kranklı 1.3.Silindir pistonlu 1.4.Buharlı 2.Presler 2.1.Mekanik presler 2.1.1.Kranklı 2.1.2.Eksantrik 2.1.3.Friksiyon 2.2.Hidrolik presler 3.Yatay dövme makineleri Hangisinin seçileceği, iş parçasının malzemesinin dövme kabiliyetine bağlıdır.

Karmaşık şekilli parçalar hidrolik preste, Büyük parçalar şahmerdanda, Az ve küçük parçalar hidrolik preste, Saclar hidrolik preste, şekillendirilir.

Şahmerdanlar Bir örs ve çekiç sistemiyle, iş parçasının dövülmesini sağlayan makinelerdir.

Vuruş şiddeti ayarlanabilmeli, Vuruş sayısı ayarlanabilmeli, Örs ve çekice, çeşitli dövme takım ve kalıpları bağlanabilmelidir.

Presler Hidrolik presler, mekanik preslere göre daha büyük tonajlar basar. Yüksek basınçlı akışkan sistemi ile çalışır. Yavaş çalışır, etkili basar. Haddeleme Birbirine zıt yönde dönen; merdane ya da yufkaç denilen silindirler arasından, plastiklik özelliği olan parçanın geçirilmesiyle uygulanan plastik şekil verme işlemidir.

Malzeme, sürtünme kuvvetinin etkisiyle merdanelerin arasından geçerken sürekli ezilir. Malzemenin kalınlığı azalır, boyu ve genişliği artar, düzgün bir yüzey çıkar. Haddeleme ile, sac, levha, bant, folyo, inşaat demiri, tren rayı, çelik profiller, dikişsiz çelik

boru imal edilir. Kalıpta dövmede en önemli eleman kalıp iken, haddelemede ise merdanedir. Soğuk haddelemede, merdane çapı düşük tutularak temas yüzeyi az olsun istenir.

Böylelikle ezme kuvveti artar.

32

yüzey/hacim ↗ → soğuk haddeleme hacim/yüzey ↗ → sıcak haddeleme

Merdanelerin kapma açısı 18-42° olmalıdır. KA > 42° → merdane malzemeyi kapamaz, iter. KA < 18° → malzemeyi az ezer, verim düşer.

Merdane tipleri 1.Düz merdane; yassı yüzeyler elde etmek için,

2.Kalibreli merdane, 2.1.Açık kalibreli; inşaat demiri imal etmek için,

2.2.Kapalı kalibreli; ray demiri gibi profiller imal etmek için,

3.Kademeli merdane; lama demiri üretimi için(dikdörtgen kesit), ancak pek kullanılmaz.

33

Ekstrüzyon Plastik özelliği olan billet(kütük) halindeki malzeme, belli bir matristen hidrolik presin baskısıyla geçirilerek, uzun profillere dönüştürülür. Sonrasında istenen boylarda kesilerek kullanıma hazır edilir. Al, Mg, Cu gibi malzemelerden pencere pervazları, duşakabin profilleri, sineklik profilleri vb. elde edilen bu işleme ekstrüzyon denir.

Plastik şekil verme mekanizmaları 1.Kayma mekanizması 2.İkiz teşekkülü 3.Sürünme 1.Kayma mekanizması Metalsel malzemeler bu 3 sistemden biriyle, en çok da(%99’u) kayarak şekil değiştirir. Kaymalar, malzemenin kafes yapısında en fazla atomun bulunduğu düzlemlerde-kayma düzlemlerinde-olur. Bu düzlemlerde atomların en sık dizildiği doğrultuya da, kayma doğrultusu ya da kayma yönü denir. Kayma düzlemi ve kayma doğrultusunun oluşturduğu sisteme kayma sistemi denir. Kayma sistemi ne kadar çok ise, o malzeme o kadar kolay şekil değiştirir. Kayma sistemi sayısı kym kafes sisteminde 24’tür, khm kafes sisteminde 12, sph kafes sisteminde ise sadece 6’dır.

Kayma düzlemleri bazen kümeleşerek devam ederler. Buna kayma bandı denir. 2.İkiz teşekkülü Malzemenin P. Ş. D. özelliği zayıfsa ve kayma mekanizması ile şekil değiştiremiyorsa, ikiz teşekkülü ile şekil değiştirebilir. Bu durumda kristal kafesin bir kısmı deforme olarak, kendisine bitişik deforme olmamış kısma bir ayna imajı oluşturur. Kaymada öteleme miktarı, yani atomların yer değiştirmesi, atomlar arası mesafenin katları kadardır. İkiz oluşumunda ise atomlar, atomlar arası mesafenin bir kesri kadar hareket ederler.

3.Sürünme Malzeme, en fazla plastik şekil değiştirmelidir. Ancak bu durumda, malzeme kullanılmaya devam eder. Taneler elastik, tane sınırları ise plastik şekil değiştirirler. Yüksek sıcaklıklarda belirli bir kullanımdan sonra, malzemenin tane sınırlarının dayanımı azalır, kalıcı şekil değiştirme başlar. Bu olaya sürünme denir.

Kritik kayma gerilmesi Kayma düzleminde kaymanın olabilmesi için gereken kayma gerilmesine kritik kayma gerilmesi denir. Teğetsel kuvvetle oluşur. En rahat kayma, 45° eğimli düzlemlerde gerçekleşir(max. kayma gerilmesi).

34

Kırılma Bir malzemenin tane dayanımı, tane sınırı dayanımından yüksekse, malzemede meydana gelen kırılma tane sınırlarında meydana gelir. P. Ö. iyi olmayan malzemelerde gerçekleşen bu kırılmaya gevrek kırılma denir. Bir malzemede tane sınırı dayanımı, tane dayanımından yüksekse, malzemede kırılma tanelerde meydana gelir. P. Ö. iyi olan malzemelerdeki bu kırılmaya ise sünek kırılma denir. Homojen olmayan malzemelerde de karışık kırılma meydana gelir.

İç gerilme Bir cismin üzerine uygulanan zorlama, gerilmeleri ortadan kaldırdığı halde, cisim bir gerilme sistemi taşıyorsa buna iç gerilme(kalıntı gerilme) denir. Soğuk şekillendirmede, malzeme kütlesinde her yer homojen olarak şekil değiştirmiyorsa; sıcak şekillendirmede ise, homojen olmayan soğumalar oluyorsa, iç gerilmeler oluşur. Bunlar, gerilme giderme tavlaması ile giderilir. Yeniden Kristalleşme (Yeniden billurlaşma) Metalsel malzemelerde kristal yapı vardır. Soğuk şekil değiştiren malzemelerin, hemen hemen bütün özellikleri kaybolur. P. Ö. ‘ni yeniden kazandırmak için malzemeye uygulanan ısıl işleme rekristalizasyon denir. Rekristalizasyon için soğuk şekillendirme derecesi, %10’un üzerinde olmalıdır. Bu değer %8-10 arasında ise, tane büyüklüğü max. olur. Tavlama süresi ve tavlama sıcaklığına da dikkat edilmelidir.

Tyb=̃ 0.4Te Soğuk şekil değiştirme Yeniden kristalleşme sıcaklığının altındaki bir sıcaklıkta yapılan şekil değiştirmeye, soğuk şekil değiştirme denir.

35

Soğuk şekil değiştirme derecesi

%z= F₀-F₁ (x 100 F₀ örnek: F₀ = 100 mm², F₁ = 90 mm² → %z = %10

Sıcak şekil değiştirme Şekil değiştirme, yeniden kristalleşme sıcaklığının üstündeki bir sıcaklıkta yapılıyor ise, sıcak şekil değiştirme adını alır. Sıcak şekil değiştirme sonucunda, rekristalizasyon nedeniyle malzemenin hiçbir özelliği değişmez. Sıcak tavlama ile, akma gerilmesi aşağıya çekilir. Böylelikle daha küçük kuvvetlerle, daha çabuk şekil değiştirmek mümkün hale gelir.

Plastiklik özelliği Plastiklik özelliği, kullanılan malzemenin yapısındaki bileşenlerin plastikliğine, miktarının oranına, kütlenin büyüklük ve miktarının dağılımına bağlıdır. Çelikle dökme demiri ayıran en önemli özellik, çeliğin plastiklik özelliği olmasıdır. Plastiklik özelliğini etkileyen faktörler 1.Bir malzemenin plastik olabilmesi için, bileşenlerinden en az birinin plastik olması şarttır. 2.Malzeme içerisinde bulunan ve plastik olmayan grafitler, cüruflar, metalsel bileşikler toplu halde bulunmamalıdır. 3.Malzemenin kafes yapısı önemlidir. Kym ve khm de kayma sistem sayısı ↗ → P. Ö. ↗ 4.Sıcaklık ↗ → P. Ö. ↗ 5.Dislokasyon yoğunluğu ↗ → P. Ö. ↗ 6.%C ↗ → P. Ö. ↘ 7.Segregasyon(boşluklar) ↗ → P. Ö. ↘ 8. Alaşımlar, saf malzemelere göre daha az P. Ö.’ne sahiptir.

Soğuk ve sıcak şekillendirmenin karşılaştırılması

soğuk şekillendirme sıcak şekillendirme

soğuk sertleşme, pekleşme aynı mekanik özellikler ortam sıcaklığında plastiklik özelliği olan malzemeler

şekil değiştirme direnci yüksek olan ve yüksek sıcaklıkta plastik olan malzemeler

aynı şekil değiştirme derecesi için daha fazla enerji

aynı şekil değiştirme derecesi için daha az enerji

küçük hacimdeki şekil değiştirmeler büyük hacimdeki şekil değiştirmeler ince kesitli mamüller için kalın kesitli mamüller için

gevrek bir içyapı elde edilir sıkı yapılı, sürekli lifli, dinamik soğumalara dayanıklı bir içyapı elde edilir

tufal oluşumu yok; hassas toleranslarda çalışma

tavlama ile, yüzeyde hızlı oksidasyon sonucu tufal oluşur; tolerans aralığı yüksektir

homojen olmayan şekil değiştirmelerden ötürü iç gerilmeler oluşur

homojen olmayan soğumalardan ötürü iç gerilmeler oluşur