İmal Usulleri üretim yöntemleri 1 EUT 231 ÜRET İM YÖNTEMLER İ Doç.Dr. Murat VURAL İTÜ Makina Fakültesi 2 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) METAL DÖKÜMÜNÜN ESASLARI 1. Döküm Teknolojisine Genel Bakı ş 2. Isıtma ve Dökme 3. Katıla şma ve So ğuma EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) 3 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Katıla ştırma Yöntemleri Ba şlangıç malzemesi, ya bir sıvıdır ya da yüksek derecede plastikle ştirilmi ştir ve malzemenin katıla ştırılması sayesinde bir parça olu şturulur Katıla ştırma yöntemleri, i şlenen mühendislik malzemesine göre sınıflandırılabilir: Metaller Seramikler, özel camlar Polimerler ve polimer matrisli karma malzemeler (PMC’ler) 4 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Şekil 10.1 Katıla ştırma yöntemlerinin sınıflandırılması Katıla ştırma yöntemleri Metallerin dökümü Cam i şleme Polimer ve PMC’ lerin imalatı Bozulabilir kalıba döküm Kalıcı kalıba döküm Ekstrüzyon ve ilgili yöntemler Enjeksiyonla kalıplama Di ğer kalıplama yöntemleri PMC’ler için özel yöntemler Kum döküm Di ğer döküm yöntemleri5 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Döküm Erimi ş metalin, kalıp bo şlu ğunda katıla şaca ğı kalıba, yerçekimi veya ba şka bir kuvvetle aktı ğı yöntem Döküm terimi yöntemle üretilen parçalar için de kullanılmaktadır Dökümdeki adımlar görece olarak basittir: 1. Metalin eritilmesi 2. Kalıba dökülmesi 3. Katıla şmaya bırakılması 6 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Dökümün Sınırları ve Üstünlükleri Karma şık parça geometrileri olu şturulabilir Hem iç hem de dışş ekiller olu şturulabilir Bazı döküm yöntemleri net şekil’dir; bazıları ise net şekle yakın’dır. Çok büyük parçaları üretebilir Bazı döküm yöntemleri seri üretime uygundur 7 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Dökümün Zayıflıkları Farklı döküm yöntemlerinin farklı zayıflıkları vardır: Mekanik özelliklerde sınırlamalar Bazı yöntemlerde dü şük boyutsal do ğruluk ve yüzey kalitesi; örn. Kum döküm Sıcak erimi ş metaller nedeniyle çalı şanlara i ş güvenli ği sorunları Çevre sorunları 8 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Dökümle Yapılabilen Parçalar Büyük parçalar Otomotiv araçları için motor blokları ve silindir kafaları, a ğaç yakma fırınları, makina gövdeleri, vagon tekerlekleri, borular, büyük heykeller, pompa gövdeleri Küçük parçalar Di ş kaplamaları, mücevher, küçük heykeller, kızartma tavaları Demir esaslı ve demir dı şı tüm metal türleri dökülebilir9 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Döküm Teknolojisine Genel Bakı ş Döküm genellikle dökümhane’de yapılır Dökümhane = kalıpların yapılması, erimi ş metalin eldesi ve ta şınması, döküm i şleminin yapılması ve bitmi ş dökümlerin temizlenmesi için donatılan fabrika Döküm i şini yapan i şçiler dökümcü olarak adlandırılır 10 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Dökümde Kalıp Geometrisi parça şeklini belirleyen bo şluklar içerir Kalıp bo şlu ğunun gerçek boyut ve şekli, katıla şma ve so ğuma sırasında metalin büzülmesine izin vermek üzere hafifçe daha büyük olmalıdır Kalıplar, kum, alçı, seramik ve metal olmak üzere de ği şik malzemelerden yapılır 11 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Açık Kalıplar ve Kapalı Kalıplar Şekil 10.2 İki kalıp türü: (a) sadece istenen parçanın şeklindeki bir kap olan açık kalıp; ve (b) kalıp geometrisinin daha karma şık oldu ğu ve kalıp bo şlu ğuna giden bir yolluk sistemi (geçi ş yolları) gerektiren kalıp geometrisinin oldu ğu kapalı kalıp 12 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Döküm Yöntemlerinin İki Kategorisi 1. Bozulabilir kalıp yöntemleri – dökümü çıkarmak için da ğıtılması gereken bir kalıp kullanır Kalıp malzemeleri: kum, alçı ve benzer malzemeler, ayrıca ba ğlayıcılar 2. Kalıcı kalıp yöntemleri – çok sayıda döküm üretmek için tekrar tekrar kullanılabilecek bir kalıcı kalıp kullanır Metalden (veya, nadiren) seramik bir refrakter malzemeden yapılır13 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Üstünlükleri ve Eksiklikleri Bozulabilir kalıp yöntemleriyle daha kesin geometriler olu şturulabilir Kalıcı kalıp yöntemlerindeki parça şekilleri, kalıbın açılması gerekti ğinden sınırlıdır Kalıcı kalıp yöntemleri, yüksek üretim i şlemlerinde daha ekonomiktir 14 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Kum Döküm Kalıbı Şekil 10.2 (b) Kum döküm kalıbı. 15 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Kum Döküm Kalıp Terimleri Kalıp iki yarıdan olu şur: Üst derece = kalıbın üst yarısı Alt derece = alt yarısı Kalıp yarıları, derece denen bir kutunun içindedir İki yarı, ayırma yüzeyinde birbirinden ayrılır 16 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Kalıp Bo şlu ğunun Olu şturulması Kalıp bo şlu ğu, parçanın şekline sahip olan bir model çevresinde kumun sıkı ştırılmasıyla olu şturulur Model çıkarıldı ğında, sıkı ştırılmı ş kumda kalan bo şluk, dökme parçanın istenen şekline sahiptir Model, katıla şma ve soğuma sırasında metalin büzülmesine izin vermek üzere genellikle daha büyük yapılır Kalıp kumu nemlidir ve şeklini koruması için bir ba ğlayıcı içerir17 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Kalıp Bo şlu ğunda Bir Maça Kullanımı Kalıp bo şlu ğu, dökülecek parçanın dı ş yüzeyini olu şturur Ek olarak parçanın iç geometrisini belirleyecek şekilde, kalıp bo şlu ğunun içine yerle ştirilen bir maça tarafından belirlenen iç yüzeylere de sahip olabilir Kum dökümde maçalar genellikle kumdan yapılır 18 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Yolluk Sistemi Erimi ş metalin kalıp dı şından kalıp bo şlu ğuna do ğru aktı ğı kanal Metalin içinde akarak yatay yollu ğa ula ştı ğı bir dü şey yolluk içerir Dü şey yollu ğun üstünde, genellikle sıçramayı en aza indirecek ve metalin dü şey yollu ğa türbülanssız girmesini sa ğlayacak bir döküm a ğzı bulunur 19 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Besleyici Katıla şma sırasında parçanın büzülmesini kar şılamak üzere bir sıvı metal orijini olan, kalıp içindeki depo Besleyicinin fonksiyonunu yerine getirebilmesi için, esas dökümden sonra katıla şacak şekilde tasarlanmalıdır 20 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Metalin Isıtılması Isıtma fırınları, metali döküme yeterli sıcaklı ğa ula şacak şekilde eritmede kullanılır Gerekli ısı a şa ğıdakilerin toplamından olu şur: 1. Sıcaklı ğı erime sıcaklı ğına yükseltecek ısı 2. Katıyı sıvıya dönü ştürecek eritme ısısı 3. Erimi ş metali döküme uygun sıcaklı ğa yükseltecek ısı21 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Erimi ş Metalin Dökülmesi Bu a şamada ba şarılı olmak için, katıla şmadan önce metalin kalıbın tüm bölgelerine, en önemlisi de kalıp bo şlu ğuna akması gerekir Ba şarıyı belirleyen faktörler Döküm sıcaklı ğı Döküm hızı Türbülans 22 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Sıvı Metalin Akıcılık Testi (Spiral Döküm Testi) Döküm a ğzı Dü şey yolluk Katıla şmadan önceki akı ş sınırı Spiral kalıp Şekil 10.3 Sıvı metalin akıcılı ğının belirlenmesi için uygulanan spiral kalıba döküm testi 23 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Metalin Katıla şması Erimi ş metalin tekrar katı hale dönü şümü Katıla şma, metalin durumuna ba ğlı olarak de ği şir Saf bir element, veya Bir ala şım 24 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Saf Metalin So ğuma E ğrisi Saf bir metal katıla şma sıcaklı ğına e şit bir sabit sıcaklıkta katıla şır (erime sıcaklı ğıyla aynıdır) Şekil 10.4 Saf bir metalin katıla şma sırasındaki so ğuma e ğrisi.25 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Saf Metallerin Katıla şması Kalıp cidarının so ğuma eylemi (chilling) sırasında, dökümden hemen sonra ara yüzeyde ince bir katı metal filmi olu şur Katıla şma sürerken film kalınlı ğı, erimi ş metalin çevresinde bir kabuk olu şturacak şekilde artar Katıla şma hızı, kalıba ısı transferine ve ayrıca metalin ısıl özelliklerine ba ğlıdır 26 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Şekil 10.5. Kalıp cidarı yakınında rastgele yönlenmi ş ince taneleri ve dökümün merkezine do ğru yönlenmi ş büyük kolonsal taneleri gösteren, saf bir metalin dökümündeki karakteristik tane yapısı 27 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Ala şımların Katıla şması Ço ğu ala şım, sabit bir sıcaklık yerine bir sıcaklık aralı ğında katıla şır Şekil 10.6 (a) Bir bakır-nikel ala şım sisteminin faz diyagramı; ve (b) döküm sırasında % 50 Ni - % 50 Cu bile şimindeki bir ala şımın so ğuma e ğrisi 28 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Şekil 10.7 Döküm merkezinde ala şım elemanlarının segregasyonunu gösteren, bir ala şım dökümündeki karakteristik tane yapısı.29 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Katıla şma Süresi Katıla şma belirli bir süre alır Toplam katıla şma süresi T TS = dökümden sonra katıla şma için gerekli süredir T TS aralarındaki ili şki Chvorinov Kuralı olarak bilinen, dökümün boyut ve şekline ba ğlıdır burada T TS = toplam katıla şma süresi; V = dökümün hacmi; A = dökümün yüzey alanı; n = üstel sayı (tipik de ğeri = 2); ve C m kalıp sabiti. n m TS A V C T ? ? ? ? ? ? = 30 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Chvorinov's Kuralındaki Kalıp Sabiti C m kalıp sabiti a şa ğıdakilere ba ğlıdır: Kalıp malzemesi Döküm metalinin ısıl özellikleri Erime sıcaklı ğına oranla döküm sıcaklı ğı Belirli bir döküm i şlemi için C m de ğeri, parça şekli çok farklı olsa bile, aynı kalıp malzemesi, metal ve döküm sıcaklı ğı kullanılan önceki deneysel verilere dayanabilir 31 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Chvorinov's Kuralının Anlamı Daha yüksek bir hacim/yüzey oranına sahip bir döküm, dü şük oranlı olana göre daha yava ş so ğur Erimi ş metali kalıp bo şlu ğuna beslemek için, besleyicinin T TS de ğerinin ana dökümün T TS de ğerinden daha büyük olması gerekir Besleyici ve dökümün kalıp sabitleri birbirine e şit olaca ğından, ana dökümün önce katıla şması için, besleyicinin daha büyük hacim/yüzey oranına sahip olacak şekilde tasarlanması gerekir Bu tasarım, büzülmenin etkilerini en aza indirir 32 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Katıla şma ve So ğumadaki Büzülme Şekil 10.8 Silindirik bir dökümün katıla şma ve so ğuma sırasındaki büzülmesi: (0) erimi ş metalin dökümden hemen sonraki seviyesi; (1) so ğuma sırasında sıvının kendini çekmesinin neden oldu ğu küçülme (boyutsal küçülmeler, anla şılabilirli ği arttırmak için abartılmı ştır).33 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Katıla şma ve So ğumadaki Büzülme Şekil 10.8 (2) Katıla şma büzülmesinin neden oldu ğu büzülme bo şlu ğunun olu şumu ve yükseklikteki azalma; (3) katı metalin so ğuması sırasında ısıl kendini çekme (büzülme) nedeniyle yükseklik ve çaptaki ek küçülme (boyutsal küçülmeler, anla şılabilirli ği arttırmak için abartılmı ştır). 34 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Katıla şma Büzülmesi Katı faz sıvı fazdan daha yüksek yo ğunlu ğa sahip oldu ğundan, hemen tüm metallerde meydana gelir Böylece, katıla şma, birim metal a ğırlı ğı ba şına hacimde bir küçülmeye neden olur İstisna: Yüksek C içerikli dökme demir Katıla şmanın son a şamasındaki grafitle şme, faz dönü şümüyle ilgili hacimsel azalmanın aksine, genle şmeye neden olur 35 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Büzülme Toleransı Model yapımcıları, kalıp bo şlu ğunun ölçüsünü büyük yaparak katıla şma büzülmesi ve ısıl küçülmeyi hesaba katarlar Kalıbın son döküm boyutuna göre daha büyük yapılma miktarı, model büzülme toleransı olarak adlandırılır Döküm boyutları, lineer olarak belirtilir; böylece toleranslar buna göre belirlenir 36 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Yönlenmi ş Katıla şma Büzülmenin zararlı etkilerini en aza indirmek için, sıvı metalden en uzak döküm bölgelerinin ilk önce katıla şması ve katıla şmanın bu bölgelerden besleyici(ler)e do ğru ilerlemesi istenir Böylece, büzülme bo şluklarının önlenmesi için erimi ş metal sürekli olarak besleyiciden çekilebilir Yönlenmi ş katıla şma terimi, katıla şma kavramını ve bunu kontrol edildi ği yöntemleri kapsar37 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Yönlenmi ş Katıla şmanın Eldesi İstenen yönlenmi ş katıla şma, dökümün kendisini, kalıbı yönlenmesini ve bunu besleyen besleyici sistemini tasarlamak için Chvorinov kuralını kullanarak ba şarılır. Dökümün küçük V/A oranına sahip kesitlerinin besleyiciden uza ğa yerleştirilmesiyle, katıla şma ilk olarak bu bölgelerde ba şlar ve dökümün di ğer bölgeleri için sıvı metalin önü açık kalır. So ğutucular - dökümün belirli bölgelerinde hızlı katıla şmayı sa ğlayan iç ve dı ş ısı emiciler 38 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Dı ş So ğutucular Şekil 10.9 (a) Dökümün kalın kesitlerindeki erimi ş metalin hızlı katıla şmasını desteklemek için dı ş so ğutucu; ve (b) dı ş so ğutucunun kullanılmaması durumundaki muhtemel sonuç. Dı ş so ğutucular Kum kalıp 39 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural ( İTÜ Makina Fakültesi) Besleyici Tasarımı Besleyici, dökümden ayrılan ve sonraki dökümleri yapmak için yeniden eritilen bir atık metaldir Bir i şlemde atık miktarını en aza indirmek için, besleyicideki metal hacminin en dü şük de ğerde olması istenir Besleyici geometrisi genelde, V/A oranını en büyük yapacak şekilde seçildi ğinden, bu durum besleyici hacminin mümkün olan en dü şük de ğere indirilmesini sa ğlar