İMAL DÖKÜM KUM KALIBA DÖKÜM KUM-MODEL-MAÇA BÖLÜM 5 KUM KALIBA DÖKÜM KUM-MODEL-MAÇA

KUM KALIP MALZEMELERİ ve KALIP ÖZELLİKLERİ Kum ve Kum Çeşitleri Kumun Tanımı: Kaya ve cürufların dağılması ve kırılması ile oluşan taneli parçacıklar kümesi, kum olarak adlandırılır. Kum, çapları 0,05 ile 2 mm arasında değişen küçük taneler, mineraller veya kaya içeren bir karışımdır. Kum Çeşitleri: Silis kumu SiO2 bileşimindedir ve doğada çok kolaylıkla bulunduğu için ucuzdur. Olivin kumu MgFe2SiO4 bileşimindedir. Silis kumuna oranla ısıl dayanımı daha yüksek, ısıl genleşmesi ise daha düşüktür. Özellikle yüksek alaşımlı çeliklerin dökümünde kullanılır.

Kromit kumu FeOCr2O3 bileşimindedir. Kimyasal kararlılığın ve ısıl etkilerin önemli olduğu yerlerde kullanılır. Zirkon kumu ZrO2SiO2 bileşimindedir. Dökümcülükte kullanılan en yüksek ısıl kararlılığa ve en düşük ısıl genleşmeye sahip olan kumdur. Özellikle kalın cidarlı ve yüksek alaşımlı çeliklerin dökümünde kullanılır. Sıvı metalin daha hızlı katılaşması için yüksek ısı iletkenliğine sahiptir. Katılaşmayı kontrol imkanı verir. DOĞAL KALIP KUMLARI Bu kumların kil oranı, doğal olarak ihtiva ettikleri kadardır. Bulundukları şekilde kullanılırlar, yalnız istenen özelliklerin sağlanması için su ilavesi yapılır. Doğal kalıp kumunun avantajı, nem miktarının uzun süre saklayabilmesidir. En büyük dezavantajı ise, özelliklerinin değişken oluşu, istendiği gibi sabit tutulmamasıdır. SENTETİK KALIP KUMLARI Sentetik olarak adlandırılan kumlar, doğadan, çok düşük oranda kil ihtiva eder şekilde çıkarılan kuma ve yıkanmış (bütün doğal kili giderilmiş) kuma bentonit gibi bir bağlayıcı ve su ilavesi ile elde edilen kumlardır.

Kum Özellikleri 1. Tane biçimi: Yuvarlak ve Köşeli olmak üzere iki çeşit olurlar. 2. Tane büyüklüğü: Kumlar farklı boyutlarda bulunmaktadır. Tane boyutları AFS numarası ile gruplandırılmaktadır. 3. Refrakterlik: Isıya dayanımıdır. Kum malzemesi türüne bağlıdır. Genel bir ortalama olarak 1 ton döküm için 4 – 5 ton kum gereklidir. BAĞLAYICILAR Kuma sonradan katılan veya kum içinde doğal olarak bulunan, kum taneciklerinin birbirine tutunmasını sağlayarak, kalıp malzemesine dayanım kazandıran malzemelerdir. Organik ve İnorganik olmak üzere iki ana çeşittir. Kalıp kumlarında en çok kullanılan inorganik bağlayıcılar killerdir. Bunların arasında en çok tercih edilen is bentonitlerdir. Bentonitler; dökümcülük açısından, içerdikleri değişebilen iyona göre 2 gruba ayrılırlar: 1. Na – Bentoniti 2. Ca – Bentoniti ( Ca kuru mukavemet iyi )

Hububat, dekstrin vb. bağlayıcılar da, özellikleri değiştirmek amacıyla kullanılır. Hububat bağlayıcılar daha ziyade buğday ve mısır unlarıdır. Mısır unu bağlayıcı, yaş ve kuru mukavemeti biraz arttırır. Buğday unu ise yaş mukavemete pek etkili olmamakta, buna karşılık kumun dağılabilme özelliğini yükseltmektedir. Dekstrin, hububat bağlayıcılara nazaran çok daha yüksek kuru mukavemet sağlar, ancak buna karşılık yaş mukavemette bir azalmaya sebep olur. (Dekstrin, Tahıl tanelerinden, mercimek, bezelye vb. bakla türleri veya patates gibi birtakım yumrulardan özel yöntemlerle çıkarılan una benzer bir madde. ) Reçine bağlayıcılar kalıplarda bağlayıcı olarak kullanılırlar. Reçine bağlı bir kum pişirildikten sonra çok sert bir yüzeye sahip olur, ancak en büyük dezavantajı, durduğu yerde hızla nem absorplamasıdır; bu sebepten reçine bağlı kalıp veya maçalar pişirildikten hemen sonra kullanılmalıdır. Melas, pancar veya sütün yan ürünüdür. Melas suyu kalıp yüzeyinde sert bir tabaka oluşturur.

KATKILAR Bazı maddelerin ilavesi ile doğal ve sentetik kalıp kumlarının özellikleri yükseltilebilir. Bağlayıcı değillerdir. -SİLİS TOZU: 200 meş’ten daha ince pulverize silis, %35 oranına kadar ilave edilerek kumun sıcak mukavemetini arttırır. -DEMİR OKSİT: İnce öğütülmüş hematit cevheri (Fe2O3), %0,25 den %1,60 a kadar sıcak mukavemeti arttırmak için kullanılır. -FUEL OİL: Serbest suyun yerini tutmak veya başka bir deyimle nem % sini azaltmak amacı ile bir miktar ilave edilebilir ve kumun kalıplanabilme kabiliyetini artırır. -PULVERİZE KÖMÜR: Kum tanelerinin döküm sıcaklığı ile birbirine kaynamasını önler. Zira kömür tozu kum tanecikleri arasında, yüksek sıcaklıkta, bir gaz perdesi meydana getirir. Bu suretle kumun dökümden sonra bir başka döküm için kullanılabilme özelliğini de artırmış olur. Ancak şart olarak pulverize kömür kalıp kumundan daha ince taneli olmalı ve %2.7 oranında ilave edilmelidir. -ODUN TALAŞI: Yüksek sıcaklıkta yanarak kalıp kumunun ısısal stabilitesini artırır. -GRAFİT: Dökümlerin yüzey kalitesini ve kumun kalıplanabilme kabiliyetini arttırmak amacı ile %0.2 den %2 ye kadar grafit ilavesi yapılabilir. -PERLİT: Genişlemiş bir Alüminyum silikat minerali olan perlit, kuma daha iyi bir ısısal stabilite sağlamak amacıyla düşük oranda (%0.5- %1.5) ilave edilebilir.

Kum Kalıp Özellikleri Kalıplama esnasında, döküm esnasında ve kalıp bozulması esnasında yerine getirmesi gereken özellikler şeklinde incelenebilir. Kalıplama esnasında: Kalıplama kumu modelin iç ve dış şekillerini kolayca doldurması, her kalıbın homojen sertlikte olması gerekir. Bu özelliği onun akışkanlığı ( yuvarlak tane? ), rutubet miktarı, kil miktarı ile belirlenir. Modelin kum kalıptan ayrılması aşamasında, dayanımı yeterli olmalıdır. Döküm esnasında: Eriyik metal akışına dayanımlı olmalıdır. Gaz geçirgenliği yeterli olmalıdır. Kalıp genleşme hataları oluşmamalıdır. Kalıp bozulması esnasında: Katılaşma sonrası kolay ve kısa sürede kalıp bozulabilmelidir.

Kum kalıp özellikleri ve kum kalıp malzemeleri ilişkileri Kalıp doldurma: Yuvarlak taneli ve ince taneli kumların akıcılığı daha iyidir. Kumların akıcılığını artıran bağlayıcı ve diğer katkılarda doldurma kabiliyetini olumlu etkiler. Yağlar vb. Dayanım: Kalıbın biçimini koruyabilme kabiliyetidir. Tane boyutu, tane şekli, bağlayıcı ve nem miktarı etkileyen değişkenlerdir. Geçirgenlik: Gaz geçirgenliği kalıp kumunun hava, gaz veya buharın geçişine imkan verme özelliğidir. Kalıp kumuna bu özelliği kazandıran, kum taneleri arasındaki boşluklardır. Kalıp kumunda geçirgenliği kontrol eden başlıca dört faktör: Kum tane inceliği, Tane şekli, Kullanılan bağlayıcı cinsi ve miktarı ( Bentonit’in Ateş kiline göre geçirgenliği fazladır. ) Nem miktarıdır. Sertlik: Kalıp sertliğinin artırılması, döküm yüzeyinin kalitesini ve boyut hassasiyetini olumlu yönde, geçirgenliğini ise olumsuz yönde etkiler. Sıkıştırma ve kumun özelliklerinden etkilenir. Genleşme: Döküm sırasında ısınan kum tanecikleri genleşir. Aşırı sıkışma sonucu kalıplarda çatlamalar görülebilir. Genleşmesi az ZİRKON kumu, sıkıştırma miktarı ve gözenek oluşturucu katkılar ile önlemler alınabilir.

Isıl kararlılık: Eriyik metale temas eden kalıp kumunun çatlamadan ve birbirine kaynamadan dayanabildiği sıcaklık özelliğidir. Büyük ölçüde kumun türüne bağlıdır. Yüzey kalitesi: Kum ne kadar ince taneli olursa, parçanın yüzey kalitesi o kadar iyi olur. Yüzey kalitesi geçirgenlikle ters orantılıdır.

Endüstriyel Modelleme Döküm yolu ile şekillendirilecek parçaların kalıplama sırasında döküm boşluğunu verecek şekilde işleme payı, koniklik, çekme payı gibi gerekli hesapları yapılmış modellerinin hazırlanma sürecine endüstriyel modelleme denir. Model Malzemesi olarak ağaç, metal, alçı, plastik, köpük , mum v.b. malzemeler yaygın olarak kullanılırlar. Model malzemesi seçiminde şu kriterler dikkate alınır: 1. Kolayca işlenebilmeli, şekillendirilebilmeli ve birleştirilebilmelidir. 2. Hafif olmalıdır. 3. Güçlü, sert ve dayanıklı olmalıdır. 4. Aşınmaya karşı dayanıklı olmalıdır. 5. Korozyona ve kimyasal reaksiyonlara dayanıklı olmalıdır. 6. Boyutsal kararlılık ve ısı ile nem değişimlerinden etkilenmemelidir 7. Ucuz ve bulunabilir olmalıdır. MODEL ÇEŞİTLERİ

1. Tek Parça (katı) Modeller Tek parçadan oluşur ve bağlantı, birleşme elemanları içermezler, ucuzdurlar, büyük ve basit döküm parçalarında kullanılırlar. Model ya alt dereceye yada üst dereceye yerleştirilerek kalıplanır. 2. Parçalı (bölünmüş) Modeller Karmaşık şekilli ürünler kalıplama zorlukları nedeni ile tek parça olarak dökülemezler (örneğin kalıptan model çıkarılamaz). Bölünmüş modelin üst ve alt kısımları kalıplamada üst ve alt derecelere konurlar. Modelin bölünme çizgisi kalıpta da ayırma çizgisi oluşturur. Modeldeki pimler bölünmüş modeli bir arada tutmak için kullanılırlar. 3. Kalıptan Sıyırmalı Modeller Kalıp kumuna gömüldükten sonra bazı modeller geri çıkarılamaz. Bu tür modeller genellikle kalıptan kolayca çıkarılabilsin diye bir veya daha fazla parçadan yapılır.

4. Levhaya Bağlı Modeller Model simetrisinden bölünerek bir levhaya iki taraflı sabitlenir. 5. Yolluklu Modeller 6. Şablon Modeller Çan gibi dönel simetriye sahip parçaların kalıplanmasında şablon modellerden yararlanılır. Kalıplar bir eksen etrafında döndürülen şablonlarla taranarak hazırlanır.

7. İskelet Modeller Çok büyük ölçülerdeki döküm parçaların modellerinin yapımında iskelet modeller kullanılır. Bu modellerde, modelin tamamı yapılmayıp, ana ölçülere sahip iskelet şeklinde model yapılır. Bu modeller, döküm parça modelinin bire bir iskeletini meydana getirir. Kalıplamada iskeletlerin arası kum ile doldurularak kalıba yapışmaması için yüzey ayırıcı serpilir. 8. Dereceli Modeller Dökümü çok sayıda istenen parçaların modelleri, düz bir plakaya bağlanır. Kullanılacak plakalar ağaçtan veya metalden yapılır. Plaka yüzeyine birden fazla model bağlanabilir. Diğer bir metot da dökümcü plak modeli denilen plakalar dökülmek sureti ile elde edilir. Modeller dökülen plakanın üzerindedir. Yapımı ucuz ve kolaydır.

MODEL ( KALIP BOŞLUĞU ) TASARIMI Çekme payı 2. İşleme payı 3. Koniklik Payı 4. Çarpılma Payı

Çekme payı İşleme payı

Koniklik payı Çarpılma payı Kenarları dik olan modeli kalıptan çıkarmak zordur. Hazırlanmış kum kalıba zarar vermeden modeli çıkarabilmek için dik olan yüzeylere belirli oranlarda koniklik verilir. Koniklik payı Çarpılma payı Geniş ve yassı levhalar, kubbeler gibi dökümlerde düzgün bir model kullanılması halinde, parçalar çarpılabilmektedir. Bu sebepten böyle hallerde modellerin uygun bir çarpıklıkta yapılması arzu edilen doğru döküm şeklinin elde edilmesini sağlamaktadır.

BESLEYİCİ - ÇIKICI Dökümde besleme; hatasız ve kaliteli bir döküm ürünü elde edilmesi ve ekonomik bir üretim sürecinin sağlanabilmesi için, günümüz dökümcüleri için çok önemli ve bu nedenle ilgi gösterilen bir konudur. Metaller ve alaşımları, soğuma ve katılaşma esnasında bir büzülmeye yani hacimsel olarak küçülmeye uğrarlar. Bu doğal olay hacimsel çekme olarak adlandırılır. Döküm yapılırken, katılaşan metalin hacimsel çekmesi ile meydana gelecek boşlukları doldurabilecek kadar sıvı metalin sistemde var olması gerekir. Söz konusu çekme ile oluşacak boşlukların, adeta bir kaynaktan sıvı metalle beslenmesine dökümün beslenmesi, bu sıvı metal kaynağına da besleyici adı verilir. Besleyici, esas döküm parçası katılaşana dek sıvı halde olmalı yani döküm parçasından daha sonra katılaşmalıdır.

Şekil de gösterildiği gibi, başlıca iki tip besleyici mevcuttur: Diğerinden çok daha etkili olan üst besleyici ve yan besleyici. Yan besleyicinin tabanındaki yarım küre besleyici ile dökümün birleştiği noktada erken katılaşmayı önler. Azami verimin alınabilmesi için yolluk girişinin yan besleyiciden yapılması da tavsiye edilir.

Caine metodu Besleyicinin daha geç katılaşacağı için A / V küçük olmalı. ( V / A ) büyük oluyor!

H = d yan besleyici Yüzey alanı hesabı zorluğu nedeniyle NRL yöntemi geliştirilmiştir.

YOLLUK Ergiyik maddenin kalıp boşluğuna gidişini sağlayan kanalların toplamına YOLLUK SİSTEMİ denir. Yolluk sistemleri, dökülen parçanın biçim ve boyutları ile alaşımına göre çeşitli şekillerde olurlar. Potadan dökülen ergiyik madde, yolluk sistemini meydana getiren düşey ve yatay kanallardan geçerek kalıp boşluğunu doldurur. Yolluk sistemini oluşturan elemanları gelişi güzel ölçülerle kalıplara bağlamak, dökülen işlerin sağlam çıkmasını şansa bırakmak demektir. İşler sağlam çıksa bile yolluk elemanlarının gereğinden büyük ya da eksik boyutlandırılması, verimliliğin düşmesine ve ekonomik kayıplara yol açacaktır. Bunu önlemek için belli ilkelere dayalı olarak hesaplamalar yapılır. Yolluk sisteminin amacı, sıvı metali, gerekli hızda sıcaklık kaybı olmadan, türbülanssız ve cürufsuz olarak kalıp içine göndermek ve dağıtmaktır. Çabuk oksitlenen metallerde oksitlenmeye engel olmak için daha az türbülansla akış istenir. Buna karşılık dökme demirde buna gerek olmamaktadır. Dolayısıyla yolluk seçimi, dökülen metal cinsine de bağlıdır.

İdeal bir yolluk sistemi şu fonksiyonları yerine getirmelidir: 1) Çok sıcak metale ihtiyaç göstermeden kalıbı çabuk doldurmalıdır. 2) Curuf, pislik, kum taneciklerinin, vs.’nin kalıp boşluğuna dolmasını önlemelidir. 3) Hava veya kalıp gazlarının akan sıvı metal içine girmesini önlemelidir (aspirasyonu önlemelidir). 4) Maça veya kalıptaki erozyonu önlemelidir. 5) Katılaşma için faydalı termal gradyanı temin etmeli ve döküm parçasındaki distorsiyonu minimuma indirmelidir. 6) Sıvı metali istenilen zaman aralıkları içerisinde kalıp boşluğuna doldurmalıdır. 7) Kolayca dökülebilmeyi sağlamalıdır. Araştırmalarda kullanılan ısıtılmış seramik kalıplar ile normal dökümlerde kullanılan soğuk kalıplarda yolluk dizaynı da değişmektedir. Yolluk dizaynında ana nokta, düşey ve yatay yolluklarda akış prensiplerini incelemektir. Bu prensipler yardımıyla yapılan hesaplar, döküm zamanının hesaplanmasına ve bundan daha önemli olarak gaz absorpsiyonu, cürufun döküme kaçması gibi sorunların önlenmesine yarayacaktır. Öncelikle akışkan akışı için hidroliğin ana prensipleri ve bunların yatay ve düşey yolluklara olan uygulamasını gözden geçirmek gerekir. Burada hidrolikten başlıca iki prensip alınmaktadır. Bunlar; Devamlılık kanunu (Law of continuity) ve Bernouille denklemleridir.

Yolluk Hesaplamaları Yolluk sistemlerinde hesaplama yapılırken parçanın hacmi hesaplandıktan sonra, memelerin hesaplamaları yapılmalıdır. Bulunan meme değerlerini belirli kat sayılarla çarparak cürufluk ve gidicilerin boyutları bulunur. Cürufluğun kesit alanı, memelerin kesitleri toplamından %20 büyük alınır.

MAÇALAR Maça kullanım yerleri örnekleri Döküm parçaların iç boşluklarını veya modelin kumdan sıyrılması sırasında bozulabilecek kalıp kısımlarını oluşturmak için kullanılan kalıp elemanları, maça olarak adlandırılır. Maça malzemeleri genellikle kum esaslı karışımlardır, ancak seramik, metal v.b. malzemelerden yapılmış maçalar da kullanılabilir. Maça kullanım yerleri örnekleri

Bir maçadan istenen özellikler: Maçalar tamamen sıcak sıvı metalin içine sokulmuş oldukları için aşınma, kırılma, termik şok ve metal sızmasına engel olacak özellikte olmalıdır. Dökümden sonra kolay dağılabilmelidir. Gaz geçirgenliği yeterli olmalı ve döküm sırasında mümkün olduğu kadar az gaz oluşturmalıdır. Çabuk pişmeli ve bu sırada biçimleri bozulmamalıdır. Yüzeyleri düzgün olmalıdır. Depolama sırasında özellikleri değişmemelidir. MAÇALARIN KALIP İÇİNDE YERLEŞTİRME ŞEKLİ Kum kalıpta maça boşluğu hazırlanmalıdır. Maça için hazırlanan yuvalar, maça ağırlığı ve sıvı metalin kaldırma kuvveti dikkate alınarak boyutlandırılmalıdır. Maçalar yerleştirildikten sonra kendi ağırlığı, sıvı metal akımı veya kalıbı dolduracak sıvı metalin uygulayacağı kaldırma kuvveti ile konumlarının değişmemesi için önlemler alınmalı ve gerektiğinde maça desteklerinden yararlanılmalıdır. Maça destekleri döküm sonrasında parçaya kaynayacağından dökülen metale yakın alaşımlardan üretilmelidir.

BÖLÜM 5 SONU