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