1

EUT 231 ÜRETİM YÖNTEMLERİ

Doç.Dr. Murat VURAL İTÜ Makina Fakültesi

2EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

METAL DÖKÜMÜNÜN ESASLARI

1. Döküm Teknolojisine Genel Bakış2. Isıtma ve Dökme3. Katılaşma ve Soğuma

EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

3EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Katılaştırma Yöntemleri

Başlangıç malzemesi, ya bir sıvıdır ya da yüksek derecede plastikleştirilmiştir ve malzemenin katılaştırılması sayesinde bir parça oluşturulurKatılaştırma yöntemleri, işlenen mühendislik malzemesine göre sınıflandırılabilir:

MetallerSeramikler, özel camlarPolimerler ve polimer matrisli karma malzemeler(PMC’ler)

4EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Şekil 10.1 Katılaştırma yöntemlerinin sınıflandırılması

Katılaştırma yöntemleri

Metallerin dökümü

Cam işleme

Polimer ve PMC’lerin imalatı

Bozulabilir kalıba döküm

Kalıcı kalıba döküm

Ekstrüzyon ve ilgili yöntemler

Enjeksiyonla kalıplama

Diğer kalıplama yöntemleri

PMC’ler için özel yöntemler

Kum döküm

Diğer döküm yöntemleri

5EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Döküm

Erimiş metalin, kalıp boşluğunda katılaşacağı kalıba, yerçekimi veya başka bir kuvvetle aktığı yöntemDöküm terimi yöntemle üretilen parçalar için de kullanılmaktadırDökümdeki adımlar görece olarak basittir: 1. Metalin eritilmesi2. Kalıba dökülmesi3. Katılaşmaya bırakılması

6EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Dökümün Sınırları ve Üstünlükleri

Karmaşık parça geometrileri oluşturulabilirHem iç hem de dış şekiller oluşturulabilirBazı döküm yöntemleri net şekil’dir; bazıları ise net şekle yakın’dır.Çok büyük parçaları üretebilirBazı döküm yöntemleri seri üretime uygundur

7EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Dökümün Zayıflıkları

Farklı döküm yöntemlerinin farklı zayıflıkları vardır: Mekanik özelliklerde sınırlamalarBazı yöntemlerde düşük boyutsal doğruluk ve yüzey kalitesi; örn. Kum dökümSıcak erimiş metaller nedeniyle çalışanlara işgüvenliği sorunlarıÇevre sorunları

8EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Dökümle Yapılabilen Parçalar

Büyük parçalarOtomotiv araçları için motor blokları ve silindir kafaları, ağaç yakma fırınları, makina gövdeleri, vagon tekerlekleri, borular, büyük heykeller,pompa gövdeleri

Küçük parçalarDiş kaplamaları, mücevher, küçük heykeller, kızartma tavaları

Demir esaslı ve demir dışı tüm metal türleri dökülebilir

9EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Döküm Teknolojisine Genel Bakış

Döküm genellikle dökümhane’de yapılırDökümhane = kalıpların yapılması, erimiş metalin

eldesi ve taşınması, döküm işleminin yapılması ve bitmiş dökümlerin temizlenmesi için donatılan fabrikaDöküm işini yapan işçiler dökümcü olarak adlandırılır

10EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Dökümde Kalıp

Geometrisi parça şeklini belirleyen boşluklar içerirKalıp boşluğunun gerçek boyut ve şekli, katılaşma ve soğuma sırasında metalin büzülmesine izin vermek üzere hafifçe daha büyük olmalıdırKalıplar, kum, alçı, seramik ve metal olmak üzere değişik malzemelerden yapılır

11EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Açık Kalıplar ve Kapalı Kalıplar

Şekil 10.2 İki kalıp türü: (a) sadece istenen parçanın şeklindeki bir kapolan açık kalıp; ve (b) kalıp geometrisinin daha karmaşık olduğu ve kalıp boşluğuna giden bir yolluk sistemi (geçiş yolları) gerektiren kalıp geometrisinin olduğu kapalı kalıp

12EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Döküm Yöntemlerinin İki Kategorisi

1. Bozulabilir kalıp yöntemleri – dökümü çıkarmak için dağıtılması gereken bir kalıp kullanır

Kalıp malzemeleri: kum, alçı ve benzer malzemeler, ayrıca bağlayıcılar

2. Kalıcı kalıp yöntemleri – çok sayıda döküm üretmek için tekrar tekrar kullanılabilecek bir kalıcıkalıp kullanır

Metalden (veya, nadiren) seramik bir refraktermalzemeden yapılır

13EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Üstünlükleri ve Eksiklikleri

Bozulabilir kalıp yöntemleriyle daha kesin geometriler oluşturulabilirKalıcı kalıp yöntemlerindeki parça şekilleri, kalıbın açılması gerektiğinden sınırlıdırKalıcı kalıp yöntemleri, yüksek üretim işlemlerinde daha ekonomiktir

14EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Kum Döküm Kalıbı

Şekil 10.2 (b) Kum döküm kalıbı.

15EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Kum Döküm Kalıp Terimleri

Kalıp iki yarıdan oluşur: Üst derece = kalıbın üst yarısıAlt derece = alt yarısı

Kalıp yarıları, derece denen bir kutunun içindedirİki yarı, ayırma yüzeyinde birbirinden ayrılır

16EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Kalıp Boşluğunun Oluşturulması

Kalıp boşluğu, parçanın şekline sahip olan bir model çevresinde kumun sıkıştırılmasıyla oluşturulurModel çıkarıldığında, sıkıştırılmış kumda kalan boşluk, dökme parçanın istenen şekline sahiptirModel, katılaşma ve soğuma sırasında metalin büzülmesine izin vermek üzere genellikle daha büyük yapılırKalıp kumu nemlidir ve şeklini koruması için bir bağlayıcı içerir

17EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Kalıp Boşluğunda Bir Maça Kullanımı

Kalıp boşluğu, dökülecek parçanın dış yüzeyini oluştururEk olarak parçanın iç geometrisini belirleyecek şekilde, kalıp boşluğunun içine yerleştirilen bir maça tarafından belirlenen iç yüzeylere de sahip olabilirKum dökümde maçalar genellikle kumdan yapılır

18EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Yolluk Sistemi

Erimiş metalin kalıp dışından kalıp boşluğuna doğru aktığı kanalMetalin içinde akarak yatay yolluğa ulaştığı bir düşey yolluk içerirDüşey yolluğun üstünde, genellikle sıçramayı en aza indirecek ve metalin düşey yolluğa türbülanssız girmesini sağlayacak bir döküm ağzıbulunur

19EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Besleyici

Katılaşma sırasında parçanın büzülmesini karşılamak üzere bir sıvı metal orijini olan, kalıp içindeki depoBesleyicinin fonksiyonunu yerine getirebilmesi için, esas dökümden sonra katılaşacak şekilde tasarlanmalıdır

20EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Metalin Isıtılması

Isıtma fırınları, metali döküme yeterli sıcaklığa ulaşacak şekilde eritmede kullanılırGerekli ısı aşağıdakilerin toplamından oluşur: 1. Sıcaklığı erime sıcaklığına yükseltecek ısı2. Katıyı sıvıya dönüştürecek eritme ısısı3. Erimiş metali döküme uygun sıcaklığa

yükseltecek ısı

21EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Erimiş Metalin Dökülmesi

Bu aşamada başarılı olmak için, katılaşmadan önce metalin kalıbın tüm bölgelerine, en önemlisi de kalıp boşluğuna akması gerekir Başarıyı belirleyen faktörler

Döküm sıcaklığıDöküm hızıTürbülans

22EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Sıvı Metalin Akıcılık Testi (Spiral Döküm Testi)

Döküm ağzı

Düşey yolluk

Katılaşmadan önceki akış sınırı

Spiral kalıp

Şekil 10.3 Sıvı metalin akıcılığının belirlenmesi için uygulanan spiral kalıba döküm testi

23EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Metalin Katılaşması

Erimiş metalin tekrar katı hale dönüşümüKatılaşma, metalin durumuna bağlı olarak değişir

Saf bir element, veyaBir alaşım

24EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Saf Metalin Soğuma Eğrisi

Saf bir metal katılaşma sıcaklığına eşit bir sabit sıcaklıkta katılaşır (erime sıcaklığıyla aynıdır)

Şekil 10.4 Saf bir metalin katılaşma sırasındaki soğuma eğrisi.

25EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Saf Metallerin Katılaşması

Kalıp cidarının soğuma eylemi (chilling) sırasında, dökümden hemen sonra ara yüzeyde ince bir katımetal filmi oluşurKatılaşma sürerken film kalınlığı, erimiş metalin çevresinde bir kabuk oluşturacak şekilde artarKatılaşma hızı, kalıba ısı transferine ve ayrıca metalin ısıl özelliklerine bağlıdır

26EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Şekil 10.5. Kalıp cidarı yakınında rastgele yönlenmiş ince taneleri ve dökümün merkezine doğru yönlenmiş büyük kolonsal taneleri gösteren, saf bir metalin dökümündeki karakteristik tane yapısı

27EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Alaşımların KatılaşmasıÇoğu alaşım, sabit bir sıcaklık yerine bir sıcaklık aralığında katılaşır

Şekil 10.6 (a) Bir bakır-nikel alaşım sisteminin faz diyagramı; ve(b) döküm sırasında % 50 Ni - % 50 Cu bileşimindeki bir alaşımın soğuma eğrisi

28EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Şekil 10.7 Döküm merkezinde alaşım elemanlarının segregasyonunugösteren, bir alaşım dökümündeki karakteristik tane yapısı.

29EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Katılaşma Süresi

Katılaşma belirli bir süre alırToplam katılaşma süresi TTS = dökümden sonra katılaşma için gerekli süredirTTS aralarındaki ilişki Chvorinov Kuralı olarak bilinen, dökümün boyut ve şekline bağlıdır

burada TTS = toplam katılaşma süresi; V = dökümün hacmi; A = dökümün yüzey alanı; n = üstel sayı (tipik değeri = 2); ve Cm kalıp sabiti.

n

mTSAVCT ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

30EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Chvorinov's Kuralındaki Kalıp Sabiti

Cm kalıp sabiti aşağıdakilere bağlıdır: Kalıp malzemesiDöküm metalinin ısıl özellikleriErime sıcaklığına oranla döküm sıcaklığı

Belirli bir döküm işlemi için Cm değeri, parça şekli çok farklı olsa bile, aynı kalıp malzemesi, metal ve döküm sıcaklığı kullanılan önceki deneysel verilere dayanabilir

31EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Chvorinov's Kuralının Anlamı

Daha yüksek bir hacim/yüzey oranına sahip bir döküm, düşük oranlı olana göre daha yavaş soğur

Erimiş metali kalıp boşluğuna beslemek için, besleyicinin TTS değerinin ana dökümün TTSdeğerinden daha büyük olması gerekir

Besleyici ve dökümün kalıp sabitleri birbirine eşit olacağından, ana dökümün önce katılaşması için, besleyicinin daha büyük hacim/yüzey oranına sahip olacak şekilde tasarlanması gerekir Bu tasarım, büzülmenin etkilerini en aza indirir

32EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Katılaşma ve Soğumadaki Büzülme

Şekil 10.8 Silindirik bir dökümün katılaşma ve soğuma sırasındaki büzülmesi: (0) erimiş metalin dökümden hemen sonraki seviyesi; (1) soğuma sırasında sıvının kendini çekmesinin neden olduğu küçülme (boyutsal küçülmeler, anlaşılabilirliği arttırmak için abartılmıştır).

33EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Katılaşma ve Soğumadaki Büzülme

Şekil 10.8 (2) Katılaşma büzülmesinin neden olduğu büzülme boşluğunun oluşumu ve yükseklikteki azalma; (3) katı metalin soğuması sırasında ısıl kendini çekme (büzülme) nedeniyle yükseklik ve çaptaki ek küçülme(boyutsal küçülmeler, anlaşılabilirliği arttırmak için abartılmıştır).

34EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Katılaşma Büzülmesi

Katı faz sıvı fazdan daha yüksek yoğunluğa sahip olduğundan, hemen tüm metallerde meydana gelirBöylece, katılaşma, birim metal ağırlığı başına hacimde bir küçülmeye neden olurİstisna: Yüksek C içerikli dökme demir

Katılaşmanın son aşamasındaki grafitleşme, faz dönüşümüyle ilgili hacimsel azalmanın aksine, genleşmeye neden olur

35EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Büzülme Toleransı

Model yapımcıları, kalıp boşluğunun ölçüsünübüyük yaparak katılaşma büzülmesi ve ısıl küçülmeyi hesaba katarlarKalıbın son döküm boyutuna göre daha büyük yapılma miktarı, model büzülme toleransı olarak adlandırılırDöküm boyutları, lineer olarak belirtilir; böylece toleranslar buna göre belirlenir

36EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Yönlenmiş Katılaşma

Büzülmenin zararlı etkilerini en aza indirmek için, sıvı metalden en uzak döküm bölgelerinin ilk önce katılaşması ve katılaşmanın bu bölgelerden besleyici(ler)e doğru ilerlemesi istenir

Böylece, büzülme boşluklarının önlenmesi için erimiş metal sürekli olarak besleyiciden çekilebilirYönlenmiş katılaşma terimi, katılaşma kavramınıve bunu kontrol edildiği yöntemleri kapsar

37EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Yönlenmiş Katılaşmanın Eldesi

İstenen yönlenmiş katılaşma, dökümün kendisini, kalıbı yönlenmesini ve bunu besleyen besleyici sistemini tasarlamak için Chvorinov kuralınıkullanarak başarılır. Dökümün küçük V/A oranına sahip kesitlerinin besleyiciden uzağa yerleştirilmesiyle, katılaşma ilk olarak bu bölgelerde başlar ve dökümün diğer bölgeleri için sıvı metalin önü açık kalır.Soğutucular - dökümün belirli bölgelerinde hızlıkatılaşmayı sağlayan iç ve dış ısı emiciler

38EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Dış Soğutucular

Şekil 10.9 (a) Dökümün kalın kesitlerindeki erimiş metalin hızlıkatılaşmasını desteklemek için dış soğutucu; ve (b) dışsoğutucunun kullanılmaması durumundaki muhtemel sonuç.

Dışsoğutucular

Kum kalıp

39EU

T 23

1 Ü

retim

Yön

tem

leri

–D

oç.D

r. M

urat

Vur

al (İ

TÜM

akin

aFa

külte

si)

Besleyici Tasarımı

Besleyici, dökümden ayrılan ve sonraki dökümleri yapmak için yeniden eritilen bir atık metaldirBir işlemde atık miktarını en aza indirmek için, besleyicideki metal hacminin en düşük değerde olması istenirBesleyici geometrisi genelde, V/A oranını en büyük yapacak şekilde seçildiğinden, bu durum besleyici hacminin mümkün olan en düşük değere indirilmesini sağlar