Erkan
Kahraman
Yrd. Doç. Dr. Çetin Karataş
Gazi Üniv. Teknik Eğitim Fak. Makine Böl.
Mayıs 2005
ÖZET
Alüminyum, kalay,
kurşun, bakır, inko gibi hafif alaşımların kaliteli, hassas aynı zamanda seri bir
şekilde üretebilmek için basınçlı döküm yöntemi tercih edilmektedir. Basınçlı
pres dökümde; üretilecek malzemenin alaşımı, mekanik özellikleri göz önüne
alınarak parçanın kalıplanması sıcak ve soğuk kamaralı olarak iki yöntem ile
yapılmaktadır. Üretilecek malzemenin cinsine göre seçilecek yöntemin
belirlenmesinde aynı zamanda üretimin istenilen kalitede ve hassasiyette
yapılabilmesi için kalıp yapımında kullanılan kalıp malzemelerinin, parçanın
çıkarılmasında kullanılan iticilerin, kalıplanan malzemenin soğutulması için
kullanılan soğutma kanallarının, kalıp içerisindeki havanın tahliyesi için
gerekli olan havalandırma kanallarının, dağıtıcıların seçimi için gerekli olan
etmenler açıklanmıştır.
1- GİRİŞ
Basınçlı döküm klasik
döküm yöntemi ile makine hacim kalıpçılığının birleştirildiği bir sistemdir.
Benzer sistemlerden farklılıklar sunan basınçlı döküm yöntemi bir çok malzeme
üretiminde tek bir metal kalıp kullanılarak sıvı metalin kalıp içerisine basınç
altında basılması ile gerçekleşir. Basınçlı dökümde kaliteyi yakalaya bilmek ve
aynı zamanda kalıbın kısa sürede yıpranmasını önlemek için üretilecek
malzemenin alaşımı, biçimi v.b. özellikleri göz önünde bulunarak kalıbın
tasarlanması gerekmektedir. Tasarımın yanı sıra kalıba uygun basınçlı döküm
makinesi de belirlenmelidir.
2- BASINÇLI DÖKÜM
Basınçlı Döküm; düşük
sıcaklıkta ergime ve metal kalıplar içerisinde kalıplana bilme özelliği olup da
demir ve çelik olmayan metal ve metal alaşımlarının yüksek basınç altında biçimlendirilmesine
"Basınçlı Döküm " denilmektedir (1).
Basınçlı dökümle bisiklet parçaları, atal bıçak takımları, saatler, klimalar,
kül tablaları, el aletleri, motorlar, kilitler, makaralar, valfler, traktör
parçaları, tren parçaları, elektrik aletleri, dürbünler, hava freni donanımı,
savaş gereçleri, roket parçaları v.b. gibi yapımı özen gerektiren önemli
parçalar üretilebilmektedir (Şekil 1) (2).
Şekil 1. Yukarıda basınçlı dökümde üretilmiş olan bilgisayar, bisiklet, motor
ve motosiklet sektöründe kullanılan parçalardan örnekler verilmiştir.
Basınçlı Döküm Yöntemleri ve Makineleri
Basınçlı döküm
makinesinin fonksiyonu kalıbın iki parçasının tam ekseninde ve sağlam olarak
tutmak, yeterli miktarda erimiş madeni kalıba basınç altında göndermek ve
kalıbın iki parçasını açıp kapatarak dökülmüş parçanın kalıptan çıkarılmasını
sağlamaktadır. Kalıp, içine dökülecek parça oyulmuş, maça itici ve benzeri
parçalar eklenmiş, basınçlı döküm makinesi tablalarına aynı eksende monte
edilmiş iki çelik bloktan meydana gelir (3).
Basınçlı döküm
makineleri, metal basma sisteminin farklı oluşuna göre "sıcak
kamaralı" ve "soğuk kamaralı" makineler olarak başlıca iki ana
guruba ayrılır. Basınçlı döküm makinesi seçimi dökülecek malzemenin
özeliklerine ve yapısına göre seçilmektedir (4).
1- Sıcak Kamaralı
Döküm Yöntemi;
Sıcak kamaralı
basınçlı döküm makinelerinde ergime sıcaklığı
a-) Pistonlu makineler
sıcak kamaralı makineler;
Şekil 2'de görünen
pistonlu makinelerda; Fırın içerisine pik bir pota yerleştirilir. Bu potaya
monte edilen silindir ergimiş alaşımın içine gömülür. Silindir içindeki piston
bir levye ve eksantrik mekanizma ile yatay yönde çalıştırılır. Ergimiş metal
bir delikten geçerek yer çekimi etkisi silindiri doldurur. Çalıştırma levyesi
çekildiğinde piston kolu pim çevresinde dönerek pistonu silindir içinde hareket
ettirir. Pistonun ileri hareketi önce silindirde metal giriş deliğini kapatır,
sonra da silindirdeki metali kalıba basar (4).
Bu sistem ile yaklaşık olarak 20 kg/cm²'yi aşan basınçlara erişmek mümkün
olabilmektedir. Ayrıca sıvı metal en kısa sürede ve en az ısı kaybı ile enjekte
edilebilmektedir (2).
Şekil 2. l-Kapama silindiri, 2-Gövde, 3-Ana mil 4-Kollar, 5-Kayar plaka,
6-Kılavuzlar, 7-Ön plâka, 8-Meme 9-Deve boynu 10- Baskı silindiri 11-Piston
kolu, 12-Piston, 13-Pota, 14-Fırın, 15-Kapak kalıbı, 16-İtici kalıp,
17-Kroshed, 18-Şasi.
b-) Basınçlı hava ile
çalışan sıcak kamaralı makineler;
Şekil 3. Basınçlı hava ile çalışan makinenin basit görünüşü
Şekil 3'de basınçlı
hava ile çalışan döküm makinelerinde metal basma sistemi için tipik bir örnek
verilmektedir. Bu makine görünüş itibari ile kaz boynunu andırdığı için kaz
boynu tipide denilebilir. Hareket kolunun yardımı ile hareket koluna bağlı
bulunan kaz boynunun sıvı metal içerisine daldırılması sağlanır. Sıvı metal
içerisine daldırılan kaz boynu içerisine doldurma kanalından ergitilmiş metal
dolar daha sonra hareket kolu yardımıyla kaz boynu sıvı metali kalıba basacak
şekilde kilitlenir sonra sıvı metal, kaz boynundan kalıba yüksek basınçlı bir
hava ile doldurulur. Bu tip makinelerda kalıba sıvı metalin doldurma işlemi
yaklaşık 35 kg/cm² basıncındaki hava ile gerçekleşmektedir. Burada depo
içindeki sıvı metal ergime noktasının oldukça üstünde bir sıcaklıkta tutulur.
2-Soğuk Kamaralı Döküm
Yöntemi;
Soğuk kamaralı döküm
yönteminde ergime sıcaklığı 665 °C olan alüminyum, 649 °C olan magnezyum, 1083
°C olan bakır gibi ergime sıcaklıkları yüksek olan malzemelerin kalıplanmasında
kullanılmaktadır.
Bu presin en büyük
avantajı eritilmiş olan metalın silindir- piston ünitesini etkilememesidir.
Çünkü metal ayrı bir fırın içerisinde eritilerek kalıp içerisine basılmaktadır
(6). Soğuk kamaralı döküm makineleri, alışma konumlarına göre iki çeşittir.
a-) Yatay soğuk
kamaralı döküm makinesi;
Yatay konumlu soğuk
kamaralı makinelerda enjeksiyon sistemini oluşturan silindir, piston ünitesi
yatay düzleme paralel olarak yerleştirilmiştir (Şekil 4). Silindir-piston
ünitesi ısıtılmayan bu makinelerda ergitilmiş madenin enjeksiyon sistemini
sıcaklık etkisinden korumak amacıyla silindir ve piston içerisine soğutucu
kanallar açılmıştır. Kalıplama işleminin ardından, açılan kanallar sayesinde
silindir-piston ünitesi soğutularak özelliğinin bozulmaması sağlanır. Bu preste
ergitilmiş metalin silindir içerisine aktarılışında uygulanacak ilave ve
besleme sisteminin yerleşiminin zor olması, kalıplama zamanının fazlalığı, ısı
kaybını önlemek için madenin ergime sıcaklığından fazla ısıtılması gibi zararlı
yönleri olmaktadır (8).
Şekil 4. Yatay soğuk kamaralı makinenin çalışmasına örnek (A;B;C;D)
A-Metalin Doldurulması B-Metalin Basılması C-Kalıbın Açılması D-Parçanın
Çıkarılması
b-) Düşey soğuk
kamaralı döküm makinesi;
Basma işlemi düşey bir
kamarada yapılmaktadır, şekil 5.'deki gibi alttaki piston ergimiş metal kamaraya
dolarken, kalıp giriş deliğini kapayacak konumdadır. Metal beslendikten sonra
üst piston aşağı doğru hareket ettirilerek, önce ergimiş metal iki piston
arasında sıkıştırılır ve bu esnada alt piston üst piston basıncının etkisi ile
aşağı doğru hareket ederek kalıp giriş deliğini açar. Ergimiş metal bu girişten
hızla kalıp boşluğuna basılır ve dökümün tamamlanması için bir süre basınç
tatbik edilir. Katılaşma bittikten sonra üst ve alt piston yukarıya doğru
hareket ettirilerek metal artığı dışarı atılır. Kalıp yarımı açılarak parça
çıkarılır. En önemli avantajları piston hareket ettirildiğinde ergimiş metal
sıkı bir kitle halinde hareket ederek dökülen parçada hava boşluklarının
oluşumu da minimum olur. Düşey makineler genellikle merkezden beslemenin en iyi
olduğu veya daha etkin olduğu durumlarda tercih edilir. Örneğin; merkez
kısmının et kalınlığı fazla ve merkezden uzaklaştıkça kenarlara doğru et
kalınlıkları azalan tekerlek v. b. parça dökümlerinde kullanımı avantajlıdır
(2).
Şekil 5. Düşey soğuk kamaralı döküm makinesi ve çalışma sırasının gösterilmesi
Basınçlı Döküm Kalıpları
Kaliteli bir üretim
yapılabilmesi için basınçlı döküm parçalarının iyi bir konstrüksiyonu olması
gerekmektedir. Konstrüksiyonun yapılmasında bazı noktaların üzerinde durulması
gerekmektedir. Bu önemli noktaları şöyle sıralayabiliriz. Parçaların
şekillendirilmiş kısımları mümkün olduğu kadar doğrusal olmalıdır, Sivri
uçlardan kaçınılmalıdır, 1, 5 mm den 4mm ye kadar aynı kalınlıkta bir cidar
kalınlığı sağlanmalıdır, Parçalarda lüzumlu koniklik miktarı 1° den aşağı
olmamalıdır, Muhtelif yerlere konacak boşluk, delik ve cep gibi yerlere konacak
maçalardaki koniklik 1, 5° 'nin altında olmamalıdır, Parçada vida dişleri
hususi hallerde dökülür, gerekli dişlere ait maçalardan istifade edilir,
döküldükten sonra maçalar yerlerinden döndürülmek suretiyle çıkarılır. Basınçlı
döküm parçalarının konstrüksiyonlarında en iyi tasarım elde edilinceye kadar
gerekli çalışmalar yapılmalıdır (7).
Basınçlı Döküm
Kalıpları Konstrüksiyonu;
Basınçlı döküm
kalıpları, her biri dökülecek parçanın geometrisine göre işlenmiş iki kalıp
yarımından meydana gelir. Makineye monte edilen bu kalıp bloklarından biri
sabit (hareketsiz) kalıp yarımı, diğeri hareketli (enjektör) kalıp yarımı
olacak şekilde düzenlenirler. Ergimiş metal kalıp boşluğuna, sabit kalıp
yarımında bulunan beslemem memesi vasıtasıyla akar. Hareketli kalıp yarımında
ise dökülen parçanın şekline bağlı olacak yolluklar veya kanallar vardır (2).
Dişi kalıplar ve
maçalar;
Dişi kalıplar
istenilen biçimde doğrudan doğruya kalıbın ayırma çizgisinden itibaren itici
kısmına ve sabit tarafına işlenir. Dişi kalıplar aynı zamanda ayrı çelik
bloklardan işlenerek kalıp takımlarının iki yarısındaki yuvalarına
yerleştirilmek suretiyle kullanılır. Kalıp takımına yerleştirilen dişi kalıp,
kalıplanacak parçanın biçimine göre yapılır. Kalıbın iki parçasının üst
yüzeyleri ayırma çizgisinde birbirine oturur. Maçalar iş parçası üzerindeki
delik, oluk ve iç girintileri yapmak için kullanılır. Bunlara örnek Şekil 6'da
gösterilmiştir. Bazı maçaların amacı, parçanın cidar kalınlıklarını eşit yapmak
ve metal tasarrufunu sağlamaktır (8).
Şekil 6. Dişi ve maça yerleşimlerine örnekler
İticiler;
Basınçlı döküm kalıp
konstrüksiyonun da en önemli öğelerden biri parçayı kalıp içindeki
şekillendikten sonra çıkarılabilecek sistemin ortaya konmasıdır. Parçaların
çıkarılmasında genellikle itici pimler kullanılır (Şekil 7). İtici pimlerin,
ölçüleri, uygulamaya göre 3 mm den 25 mm çapa kadar değişir. En çok kullanılan
pim çapları 6-8 ve 10 mm dır. İtici pimlerin yüzeyleri aşınmaya karşı çok sert
nitrüre edilmiştir (8).
Şekil 7. İtici pimlerin tipik konumları
Girişler ve
dağıtıcılar;
Dağıtıcılar yolluk
burcundan giren ergiyik alaşımın, basınçlı döküm kalıbına ayırma yüzeyinden
dişi kalıbın içine dolmasını sağlayan geçiş kanallarıdır (Şekil 8). Basınçlı
döküm kalıplarında dağıtıcılar genellikle kalıp iticisi bulunan kısma açılır.
Derinlikleri 4, 5 mm den 8 mm ye kadar değişir. Genişlikleri ise iş parçasının
ağırlığına ve dış biçimine göre tayin edilirler. Basınçlı döküm kalıplarında
girişlerin yani dağıtıcı memelerinin geniş aralıklı tiplerinde ölçü 1, 25 mm
üzerindedir. İnce aralıklar ise 0, 625 mm civarındadır. Çok büyük parçaların
meme aralığı 2, 25 mm veya daha fazla aralıkla yapılır (Şekil 9). İnce
girişlerle iyi yüzey kalitesi elde edilir, artık kısımların ve yüzeyin
düzeltilmesi kolay olur, fakat yoğun bir döküm yapılamaz. Büyük girişlerle daha
yoğun ve kusursuz bir döküm yapılır. Fakat artık kısımların kırılması ve
yüzeyin düzeltilmesi daha güç olur. Girişlerin büyüklüğü ve biçimi ergiyik
alaşımın buhar gibi püskürmeden bir akım sağlayacak şekilde olmalıdır (8).
Şekil 8. Çeşitli dağıtıcı şekil ve yerleşimleri
Şekil 9. Giriş kanallarının kalıp üzerindeki tipik konumları
Tahliye kanalları;
Basınçlı döküm
kalıplarda hava tahliyesi şarttır. Tahliye kanalları kalıbın ayırma çizgisi
üzerine işlenir. Tahliye kanalı Şekil 10 ve 11'deki gibi genellikle ergiyik
alaşımın havayı sıkıştıracağı yerde veya girişin karşıt tarafına açılır. Bazı
tahliye kanalları kızakların etrafına hareketli maçaların ve iticilerin üzerine
açılır (8).
Taşma kanalları;
Taşma kanalları,
basınçlı döküm yapmada önemli rol oynayan tahliye sisteminin bir parçasıdır.
Doldurulması güç olan dişi kalıpların çukurlarına ergimiş alaşımın akmasını
kolaylaştırır (Şekil 10-11) (8).
Şekil 10. Taşma ve tahliye kanalına örnek dişi kalıp yerleşimi
Şekil 11. Taşma ve tahliye kanalına örnek parça yerleşimi
Basınçlı döküm
kalıplarında soğutma;
Basınçlı döküm
makineleri her ne kadar belirli zaman aralığında daha önceden tespit edilen
sayıda parça dökümü için ayarlanmış ve kalıp ısınmaları göz önüne alınmışsa da,
kalıpların bazı kısımları diğer taraflarına nazaran daha fazla sıcaklık çeker.
Bu kısımlar soğutma suyu kullanılarak istenilen sıcaklığa düşürülür. Şekil
12'deki gibi soğutmayı gerektiren bölgelere su, kalıp bloğuna delinen delikler
veya açılan kanallarla iletilir. Delinen su deliklerinin kalıp yüzeyine 20 mm
den yakın olmaması tavsiye edilir. Bununla beraber sakıncası olmayan hallerde
kanallar, maça yahut boşluk yüzeylerine 6 mm kalıncaya kadar yaklaşabilir.
Uygun soğutma sadece imalat kolaylığı için değil aynı zamanda iş parçasının
yüzey kalitesinin iyi olmasına ve kalıp ömrünün artmasına yardımcı olur (8).
Şekil 12. Soğutma kanallarına örnek kalıp kesiti
Kalıp yapımında
kullanılan malzemeler; Basınçlı döküm kalıplarında yüksek sıcaklık, basınç gibi
etmenlerden dolayı kalıpta; Isıl yorulma, Çatlama-kırılma, Korozyon- Erozyon,
Çökme gibi sorunlar meydana gelebilir. Bu sorunları en aza indirebilmek için
kalıp çeliklerinde olması gereken başlıca özellikler; 1-Yapısal sağlamlık ve
homojenlik, 2-Kolay işlene bilme özelliği, 3-Sıcak çalışmada ısısal arızalara
karşı yüksek dayanımı, 4-Çalışma anında deformasyonu önleyecek yeterlikte sertlik
ve mukavemet, 5-Moleküler çatlamayı önleyecek yeteri sağlamlık, 6-Dökülen
alaşımın aşındırıcı ve silici etkisine karşı yüksek dayanımı, 7-Yüksek ısı
iletkenliği, 8-Çok küçük ısısal genleşme katsayısı, 9-Isı işleminde ölçüsel
stabilize olmamalıdır (9).
3- SONUÇ VE İRDELEME
Sonuç olaraktan
teknolojik üretim yöntemi olan basınçlı döküm yönteminin avantajlarını ve
dezavantajlarını şu şekilde sıraya biliriz.
Avantajları;
Metal kalıba kıyasla
çok daha karmaşık şekilli parçaların dökümü mümkündür, Kalıplar basınç altında
doldurulduğundan, diğer döküm yöntemlerine kıyasla, daha ince cidarlı,
"uzunluk/kalınlık" oranı daha yüksek ve boyutsal hassasiyeti daha
fazla olan parçalar üretilebilir, Özellikle birden fazla boşluk ihtiva eden
kalıplar kullanıldığında üretim hızı diğer yöntemlerden çok daha fazladır,
Dökülen parça boyutlarında bir değişim olmaksızın aynı kalıptan binlerce parça
üretilebilir, Daha ince kesitlerin dökülebilmesi, metal maliyetini azaltıcı bir
husus olmaktadır, Basınçlı döküm ürünleri genellikle çok az bir yüzey bitirme
işlemi gerektirirler, Bazı alaşımlar (örneğin Al esaslılar) basınçlı döküm
yöntemi ile üretildiklerinde, diğer döküm yöntemlerine nazaran çok daha yüksek mekanik
özellikler gösterirler (2).
Dezavantajları;
Döküm boyutları
sınırlıdır, döküm ağırlığı ender olarak 23 kg'ı aşar ve genellikle 4-5 kg.
civarındadır, Kalıp dizaynında dökülecek parçanın dolayısıyla yolluklarının ve
hava kaçış yollarının yapımı ve yerinin seçimi büyük önem taşır; zira bu
faktörlere bağlı olarak kalıp içerisine hava sıkışması söz konusu olabilir ve
hap solan havada gaz boşluklarına neden olabilir, Komple bir basınçlı döküm
makinesi (ana pres, yardımcı cihazlar ve kalıplar) oldukça pahalıdır. Bu
nedenle yöntemin ekonomik bir değer ifade edebilmesi ancak çok sayıda parça
üretimi ile mümkündür, Birkaç istisna dışında, ergime sıcaklıkları bakır esaslı
alaşımların ergime sıcaklıklarından daha yüksek olan alaşımlar basınçlı döküm
yöntemiyle üretilemezler (2).
KAYNAKLAR
1- ERİŞKİN, YAKUP,
Hacim Kalıpçılığı, Ankara, Yüksek Teknik Öğretmen Okulu yayınları, Mart. 1980
2- N.ÇAVUŞOĞLU, ERGİN, Basınçlı Döküm Teknolojisi I, stanbul Teknik
Üniversitesi Matbaası, Gümüş suyu, 1981
3- DOEHLER, H . H ., Çeviren: BAYVAS, M . ŞEVKİ, Basınçlı Döküm, Ankara Erkek
Teknik Yüksek Öğretmen Okulu Matbaası, Ankara, 1974.
4- ÇİĞDEMOĞLU, MACİT, Basınçlı Döküm Cilt 1, Makine Mühendisleri Odası, Ankara,
1972.
5- ÇAPAN, ONUR, Basınçlı Döküm Kalıpları, Araştırma
6- UZUN, ., -ERİŞKİN, Y., 1982, Hacim Kalıpçılığı, Milli Eğitim Basım Evi,
stanbul 1984.
7- ERDEM, . HAKKI, 1964, Basınçlı Döküm Kalıpları, Mühendis ve Makina, Şubat,
Cilt-7, Sayı79, Sayfa20
8- J . KLUZ, Çeviren: GIYASETTİN, ERCİ, Plastik ve Metal Döküm Kalıpları, Milli
Eğitim Bakanlığı Etüd. ve Programlama Dairesi Yayınları No . 72.
9- HATMAN, AZİZ, 1997, Sıcak İş Kalıplarında Ömür Artırıcı Önlemler, Metal
Makina Dergisi, Ay-Ekim, Yıl-1997