Döküm Yöntemleri

Döküm Yöntemleri

• Döküm, erimiş metalin kum, metal, seramik veya mumdan yapılmış bir kalıp içindeki boşluğa yerçekimi veya basınçla doldurulması işlemidir.

Döküm İşleminin Aşamaları

• Kalıp hazırlama
• Metal eritme
• Erimiş metalin kalıba dökülmesi
• Katılaşma

Döküm Ürünü Grupları

• İki grupta değerlendirilir: Ingot ve Nihai Ürün

Ingot

• Belirli geometride, neredeyse bitmiş üründür.
• Daha sonra dövme veya haddeleme ile son şeklini alacak ürünlerin ham maddesidir.
• Genellikle dikdörtgen prizma şeklindedir.

Nihai Ürün

• Tasarım aşamasında döküme ait katılaşma sonrası ölçü değişiklikleri dikkate alınarak belirlenmiş şekle sahip üründür.

Döküm Yöntemlerinin Avantajları

• Karmaşık şekilli ve içi boş parçaların üretimi için uygundur.
• Bazı geometrik şekiller için nihai ürün elde etmede elverişlidir.
• Talaşlı işlenmesi zor ürünler dökümle üretilebilir.
• Eritilebilen tüm metaller için uygundur.
• Çok küçük ve karmaşık parçalar için bazı döküm yöntemleri en uygun üretim şeklidir.

Kalıplama Yöntemine Göre Döküm Çeşitleri

• Bozulabilir kalıba döküm ve kalıcı kalıba döküm olarak ikiye ayrılır.

Bozulabilir Kalıba Döküm

• Kum kalıba döküm
• Seramik kalıba döküm
• Alçı kalıba döküm
• Hassas döküm
• Kabuk kalıba döküm

Kalıcı Kalıba Döküm

• Metal kalıba (kokil) döküm
• Basınçlı döküm
• Savurma döküm

Dökümcülükte Kullanılan Temel Terimler

• Derece, model, yolluk sistemi, besleyici, gidici, maça, yaş kum, kuru kum, meydan kumu, pota, kum bileşenleri

Kum Kalıba Döküm

• En eski geleneksel kalıplama yöntemlerinden biridir ve ismini kalıplama malzemesinden alır.
• Ağırlıkça ve hacimce büyük döküm ürünleri için tek yöntemdir.
• Ergime derecesine bakılmaksızın neredeyse her metal dökülebilir (özellikle; Ti, çelik, Ni alaşımları).

Kum Kalıba Dökümün Temel Aşamaları

• Kum kalıplama
• Sıvı metalin kalıp boşluğuna dökülmesi
• Katılaşma süresi boyunca bekletme
• Kum kalıbın bozularak döküm ürününün çıkarılması

Kalıp Kumları

• Dökümlerin büyük bir kısmı kum kalıpta yapılır.
• Ortalama 1 ton döküm için 4-5 ton kum gerekir.
• Gereken kum miktarı dökülen metalin cinsine, parça büyüklüğüne ve kalıplama tekniğine bağlıdır.
• Kum kalıba dökümde hatasız ve kaliteli üretim, alaşım bileşimine, ergitme yöntemine, döküm şekline, katılaşmayı kontrol eden soğuma şekline, kalıplama tekniğine ve kalıp malzemesine bağlıdır.

Kalıp Malzemesinin Görevi

• Döküm boşluğu şeklini meydana getirmek ve sıvı metal dökülüp katılaşana kadar bu şekli muhafaza etmektir.

Kalıp Malzemesi Bileşenleri

• Kum taneleri(silis kumu (SiO₂ )veya silisyumun diğer minerallerle yaptığı karışımlar)
• Bağlayıcılar
• Su

Kum Nedir?

• 0.05 - 2 mm boyutlarındaki mineral tanesidir.
• Döküm kumlarının büyük çoğunluğu SiO₂ bileşimindedir.
• Silis taneleri ile birlikte feldspat, mika, ilmenit (FeO-TiO₂), manyetit (Fe₃O₄), zirkon (Zr – SiO₄) veya olivin (Mg -Fe₂-TiO2) gibi mineraller bulunabilir.

Silis Kumunun Kullanım Nedenleri

• Kolay bulunması
• Ucuz olması
• Sıvı metalin etkilerine karşı yüksek refrakterlik özelliği

Kalıp Kumu Karışımları

• Dökümhanelerde kullanılan kalıp kumları başlıca doğal ve sentetik kalıp kumları olarak ayrılır.

Doğal Kalıp Kumları

• Kil oranı doğal olarak bulunur.
• İstenen özelliklerin sağlanması için su ilavesi yapılır.
• En büyük avantajı nem miktarını uzun süre saklayabilmesidir.
• En büyük dezavantajı özelliklerinin değişken oluşudur.

Sentetik Kalıp Kumları

• Doğadan çok düşük oranda kil ile çıkarılan veya yıkanmış (bütün doğal kili giderilmiş) kuma bentonit gibi bir bağlayıcı ve su ilavesi ile elde edilir.

Sentetik Kalıp Kumlarının Avantajları

• Daha üniform tane boyutu
• Daha yüksek refrakterlik özelliği
• Daha az su
• Daha az bağlayıcı ilavesi
• Çeşitli özelliklerin daha kolay kontrol edilebilmesi
• Daha az depolama alanı
• Daha yüksek geçirgenlik

Yüzey ve Meydan Kumları

• Kalıp yaparken özellikleri aynı kalmak sureti ile iki ayrı kum kullanılır.

Yüzey Kumu

• Diğer kumla aynı olmakla birlikte daha ince elenir.
• Modelin etrafında 1-2 cm kabuk oluşturacak kadar kullanılır.
• Kabuk kalıpçılığında yüzey kumu olarak kabuk kalıp kumu(shell kum) kullanılır.
• Dolgu olarak normal meydan kumu kullanılır.

Meydan Kumu

• Kum karıştırma makinesinde karıştırılıp kalıplama sahasına getirilir.

Kumdan Beklenen Özellikler

• Yaş mukavemet
• Geçirgenlik
• Kuru mukavemet
• Nem miktarı
• Kil miktarı
• Tane inceliği ve dağılımı

Diğer Özellikler

• Sıcak mukavemet
• Sinterleşme noktası
• Deformasyon
• Termal stabilite
• Akıcılık ve elastikiyet
• Dağılabilme
• Tekrar kullanılabilme sayısı

Kalıp Kumu Yaş Mukavemet Özellikleri

• Kalıp kumunun tempersuyu ilavesinden hemen sonraki mukavemetidir.
• Kalıbın hazırlanması esnasında ve sıvı metal döküldüğü anda kalıbın şeklini muhafaza etmesi için gereklidir.
• Tane inceliği, tane şekli, bağlayıcı cinsi ve miktarı, nem miktarı yaş mukavemeti kontrol eden faktörlerdir.

Gaz Geçirgenliği

• Kalıp kumunun hava, gaz veya buharın geçişine imkan verme özelliğidir.
• Kumu oluşturan taneler arasındaki boşluklar kalıba bu özelliği verir.
• Kum tane inceliği, tane şekli, kullanılan bağlayıcı cinsi ve miktarı, nem miktarı gaz geçirgenliğini kontrol eden faktörlerdir.

Kuru Mukavemet

• Kalıp kumunun kuru mukavemeti ile yaş mukavemet aynı faktörler tarafından etkilenir.
• Tane inceliği, tane şekli ve nem miktarının etkisi benzerdir.
• Değişik bağlayıcılar yaş ve kuru mukavemetleri değişik şekilde etkilerler.
• Ca-bentonitleri, Na-bentonitlerine nazaran daha düşük kuru mukavemet fakat daha yüksek yaş mukavemet sağlarlar.
• Na-bentonitlerin yüksek kuru ve sıcak mukavemet sağlayan bentonitlerdir. Bentonitlere hububat ve dekstrin ilave edildiğinde, çok yüksek kuru mukavemet değerlerine erişilebilir.

Tane İnceliği

• Belli miktarda bağlayıcı ve nem için ince kum, kalın kuma nazaran daha mukavemetli ve daha az geçirgen olacaktır.
• Tane inceliği arttıkça, döküm yüzeyi daha düzgün olmaktadır.

Sıcak Mukavemet

• Kum kalıbın ergitilmiş metalin sıcaklığına eriştiği andaki mukavemetidir ve sıvı metal katılaşana kadar şeklini koruyabilmesi için gereklidir.
• Sıcak mukavemet ile kuru mukavemet hemen hemen aynı faktörlerden etkilenir.

Dağılabilme Özelliği

• Katılaşırken büzülen dökümün doğurduğu gerilimlerin etkisi ile kalıbın dağılmasıdır.
• Kalıp kumunun yüksek sıcak mukavemet ile iyi dağılabilme özelliğini bir arada bulundurması idealdir.
• Yüksek sıcak mukavemet ve kötü dağılma özelliğinin en belirgin işareti dökümlerdeki sıcak yırtılma olayıdır.

Akıcılık ve Plastiklik

• Kalıp kumunun hem model etrafındaki şekli alabilmesi(akıcılık) hem de o şekli koruyabilmesi (plastiklik) beklenir.
• Kum tane inceliği, tane şekli ile karışımın ihtiva ettiği bağlayıcı cins ve miktarına bağlı olarak değişir.

Kil Miktarı

• Kalıp kumuna ilave edilen bağlayıcının cinsi ve miktarının özelliklere olan etkisi, kil bağlayıcılarla ilgilidir.
• AFS standardına göre kil miktarı, su içindeki süspansiyonda dakikada 2,54 cm hızla çökmeyen taneciklerdir.

Tane Şekli

• Girintili-çıkıntılı yada karmaşık geometriye sahip kum tanelerinin kalıbın mukavemetinde olumlu etkileri bulunmaktadır.
• Ancak gaz geçirgenlikleri yuvarlak taneli kumlardan imal edilmiş kalıplara göre daha düşüktür.
• Kum yüzey alanı arttığında bağlayıcı malzemelerinin miktarı artar.
• Kumun tane şekli veya geri dönüştürülen maça kumu yüzdesinden dolayı yüzey alanında bir değişim bağlayıcı miktarındaki değişime sebep olur.
• Yuvarlak taneler en düşük yüzey alanı hacim oranına ve birbirine olan temas yüzeyine sahiptir.
• Kumun gaz geçirgenlik özelliğini maksimuma taşırken dayanım özelliklerini minimuma düşürür.
• Düşük yüzey alanlarından dolayı en az bağlayıcı gereksinimi duyarlar.

Tane Şekilleri

• Yuvarlak
• Köşeli
• Bileşik
• Yarı köşeli

Yarı Köşeli Kumlar

• En çok kullanılan tane şekli sınıfıdır.
• Gaz geçirgenlik ve dayanım özellikleri yuvarlak ve köşeli kumlar arasında seyreder.
• Hem dayanım hem de gaz geçirgenlik özelliklerinin kontrol edilebilmesi onları tercih sebebi yapar.
• Döküm kumlarının şekli bileşik taneler hariç karışık olmalıdır.
• Döküm kumlarında tane boyutu dağılımının kontrolü tane şeklinin kontrolünden daha önemlidir.
• Döküm kumlarının sahip olması gereken özellikleri esas olarak tane boyut dağılımı belirler.
• Kum tane boyut ve şekil dağılımında, kumun ince ve kalın kısımlarının miktarı kalıp yoğunluğu ve gözenekliliği kontrol eder.

BAĞLAYICILAR

• Kalıp kumlarındaki bağlayıcılar inorganik veya organik temelli olabilir.
• İnorganik bağlayıcıların en bilinenleri killerdir ve bunlar arasında bentonit en çok kullanılanıdır.

İnorganik Bağlayıcılar

• Kalıp kumlarında en çok kullanılan inorganik bağlayıcılar killerdir ve bunlar arasında bentonit en çok tercih edilenlerdir.
• Bentonitler, dökümcülük açısından sodyum ve kalsiyum bentonit olarak ikiye ayrılır.
• Sodyum bentonit nadir bulunur, su ile kuru hacminin 5-6 katı şişebilir ve kalıp özelliklerine daha çok katkı sağlar.

Organik Bağlayıcılar

• Hububat, dekstrin vb. kumun özelliklerini değiştirmek amacıyla kullanılır.
• Temelde buğday ve mısır unlarıdır.
• Mısır unu yaş ve kuru mukavemeti arttırır.
• Buğday unu yaş mukavemeti etkilemez ancak dağılabilme özelliğini yükseltir.
• Hububat bağlayıcılara göre dekstrin daha yüksek kuru mukavemet sağlar ancak yaş mukavemeti azaltır.
• Tahıl unları; ınısır unu, nişasta ve diğer tahıl unlarını içerir.
• Islakken yapışkan özelliktedirler.
• Kalıbın şekil alma kabiliyetini arttırır ve kuru haldeki dayanımı artırırlar.
• Kalıbın bozulmasını zorlaştırır ve fazla miktarda kullanımı gaz hatalarına neden olur.
• Reçine bağlayıcılar, hızlı nem emilimlerinden ötürü hemen kullanılmalıdır.

Kalıba Eklenen Diğer Maddeler

• Karbon içeren ilaveler kalıba atmosfer kontrolü amacıyla eklenir.
• Döküm sırasında yanan karbon; döküm ve kalıp arasına bir film tabakası oluşturarak sıvı metali oksitlere karşı korur.

Uygulama

• İnce öğütülmüş kömür/petrol ürünlerinden elde edilir.
• Aşırı kullanımı duman ve gaz hatalarına neden olur.
• İyi kullanıldığında döküm yüzeyini iyileştirir.
• Selüloz, kumun genleşmesini kontrol etmek ve su aralığını arttırmak için kullanılır.

Kalıba Katılma Nedenleri

• Yüksek sıcaklık dayanımını azaltıp kalıbın bozulmasını kolaylaştırır.
• Yüksek sıcaklıklarda yanarak metal/kalıp arasında bir karbon film tabakası oluşturur ve sıvı metalin kalıbı ıslatmasını engeller
• Kalıplamada dökümün akışkanlığını arttırır.
• Silis tozu sıcak dayanımı, demir oksit ise sıcak dayanımı arttırır.
• Fuel oil akışkanlık ve plastiklik kazandırır.
• Pudra halinde kömür yüzeydeki gaz filmini oluşturarak ısısal kararlılığı ve kumun tekrar kullanılmasını sağlar.
• Odun talaşı kumun sıcak dayanımını düşürerek ısıl kararlılığını arttırır.
• Grafit tozu sıvı metalin ıslanma özelliğini azaltarak döküm yüzeyini iyileştirir.
• Perlit alüminyum silikat minareli, yüksek ısı kararlılığını arttırır.

Dereceler

• Kalıbın meydana getirilmesi için içerisine kum sıkıştırılan amaca uygun özellikleri taşıyan çerçevelere derece denir.

Derecelerin görevleri

• Kalıpların yapılması
• Kalıpların taşınması
• Parçalara ayrılıp tekrar yerlerine oturtulması
• Kalıp kumunun tutulması

Derecelerde Olması Gereken Özellikler:

• Sağlamlık
• Hafiflik
• Uygunluk

Dereceler, Teknolojik Amaçlarına Göre

• Alt derece
• Üst derece
• Orta derece

Dereceler, Kullanım Durumlarına Göre

• Sabit dereceler
• Çıkma dereceler (düz ve konik)

Dereceler, Biçimlerine Göre

• Parça biçimine uydurulan dereceler
• Boğazlı dereceler

Derecelerin Ek Kısımları

• Pimler
• Pim kulakları
• El sapları
• Vinç sapları (mapa)
• Bölmeler (travers)

Yüzey Ayırıcı Maddeler

• Yüzey ayırma yüzeylerinde kullanılır ve yüzeylerin birbirine yapışmasını engeller.
• Kuru ince taneli silis kumu, sanayi talk pudrası, kömür tozu, grafit yüzey ayırıcı maddelerdendir.

Kullanım Şartları

• Yüzey ayırıcılar sağlığa zararlı olmamalı, yanıcı gaz oluşturmamalı, dökülen metal ve alaşımı bozmamalı, kum içerisine karışıp kumun özelliğini bozmamalı ve ekonomik olmalıdır.

Kalıp Sıkılığı

• Kalıpların yaş haldeyken belli bir dayanıma sahip olması gerekir.

Kalıp Sıkılığının Az Olmasının Sakıncaları

• Kalıplanan model, kalıptan çıktıktan sonra kumun kendi ağırlığı ile kolayca bozulması
• Sıvı metalin kuma nüfuz etmesi dolayısı ile karıncalı döküm yüzeyinin oluşması
• Döküm esnasında sıvı metalin basıncıyla yüzeylerin şişmesi nedeni ile ölçü ve şekil bozuklukları
• Sıvı metal akışı sırasında yolluk sisteminde veya kalıpta oluşan erozyonun kalıba kum sürüklemesi.

Kalıp Sıkılığının Çok Olmasının Sakıncaları

• Döküm esnasında meydana gelen gazların kalıptan uzaklaştırılamaması yüzünden gaz boşlukları
• Modelin çıkartılmasının zorlaşması
• Hacim küçülmesi nedeni ile oluşan basınca kalıp kumunun cevap verememesi dolayısıyla çatlaklar oluşması
• Isıdan dolayı kalıp kumu genleşemediği için dart denilen hatalar
• Kalıp bozmanın zorlaşması

Model ile Kalıplama

• Döküm yolu ile üretilmek istenen çeşitli parçaların ağaç, metal ve plastik benzerlerinden yapılmış benzerlerine model denir.

Yapımında Dikkat Edilmesi Gerekenler

• Çekme ve işleme payları, kalıplama metotlarıdır.
• ucuzluk ve kolay işleme nedeniyle ağaçtan, özel durumlarda ise metal, alçı, plastik veya yapay köpükten üretilir.
• Faktörler: kaç adet döküleceği, döküm atölyesinin kalıplama düzeni, maliyet ve istenilen özelliklerdir.

Model Çeşitleri

• Serbest modeller
• Eğreti (ayrık) modeller
• İki ve daha çok levhalı modeller
• Tek levhalı modeller

Yolluk

• Ergiyik metalin kalıp boşluğuna akışını sağlayan kanalların tamamıdır.
• Yolluk sistemleri, dökülen parçanın biçim ve boyutlarıyla alaşımın birleşimine göre tasarlanır.

Yolluk Sisteminin Bölümleri

• Havşa, gidici ve cürufluk.
• Havşa sıvı madenin kalıba rahat dökülmesini sağlar.
• Gidici dökülen sıvı madenin cürufluğa ve yatay kanala gitmesini sağlayan düşey kanaldır.
• Kürufluk ise yatay kanaldır ve sıvı metalin yönünü değiştirmesinin yanında tortuları tutar.

Çok Modelli Kalıplama

• Salkım yolluk sistemi,değişik veya aynı türden birçok parçanın tek bir yollukla dökülebilmesidir.

Salkım Yolluk Sisteminin Avantajları

• Düşük metal sarfıyatı, kısa zamanda çok sayıda parça dökebilme, az yer kaplama, zamandan ve işçilikten tasarruf.

Salkım Yolluk Sisteminin Dezavantajları

• Uygulanabilirliğinin sınırlı olması kalıp dolmama tehlikesi ve metal sızdırma riski.

Salkım Yolluk Çeşitleri

• Düşey salkım yolluk (döküm basınçlı gerçekleşir) ve yatay salkım yolluk

Yolluk Sisteminin Görevleri

• Kalıbın tam ve kusursuzdolmasını sağlamak, cüruf ve pislikleri kalıba sokmamak, karışıklığı engellemek, akış hızını ayarlayıp,kalıba ısı vermesini sağlamak,gaz çıkışını kolaylaştırmak, kalıp işçiliğini arttırmamak, metal kaybını en aza indirgemek, kırılmayı veya yerinden oynamayı önlemek ve kalıba hasar vermemek.

Çıkıcılar

• Döküm esnasında kalıp gazlarının atılması için açılan kanallardır ve modelin yüksek kısımlarına açılır.
• Gaz çıkışı yetersiz ise kullanılır ve sıvı metalin yükselişini ve kalıbın doluşunu gözlemlemeyi sağlar.

Besleyici

• Kalıba dökülen metal ve alaşımlar soğuyup katılaşınca hacimleri küçülür ve çöküntü denilen boşluklar oluşur.
• Çöküntüleri gidermek için kalıba sıvı metal sağlanır ve bu sistemi sağlamaya yarayan elemanlara da besileyici denir.
• Hacim küçülmesinden meydana gelen çöküntüler besleyicilerden gelen sıvı metal ile karşılanır.
• Besleyiciler parça üzerinde değil, besleyicinin içinde oluşmasını sağlarlar.

Besleyicinin Yerleri ve Çeşitleri

• Kalın yerlerin üzerinde veya yanında ve döküm esnasında en son katılaşan bölgeye yakın konumlandırılırlar
• Dökülen alaşıma ve parçanın biçimine göre de farklılık göstermektedirler.

Çeşitleri

• Açık (üstü açık) ve kör besleyiciler (üstü kapalı) ve parça bağlantısına göre yan ve üst bağlanır.

Maça

• Döküm parçaların iç boşlukları ve oyuklar oluşturmak için kullanılan kalıp parçasıdır.
• Genelde kumdan yapılırlar fakat kalıp kumundan farklı olarak kil yerine farklı bağlayıcı kullanılır.

Maça Desteği

• Maçaların sıvı metal kaldırma ve yüzdürme etkisine karşı desteklenmesidir.

Maça Desteğinin Özellikleri

• Metalin sıcaklığı ile şekil değiştirmemeli, döküm ile bütünleşmeli
• Yeterli dayanımı olmalı, oksitlenmeye karşı dirençli, ucuz ve kolay kullanılır olmalıdır.

Döküm Sonrası Maçaların Hataları

• Yapışma, karıncalaşma, yüzeyde damarlar, kırılma veya çatlama.

Kalıp içinde Maçanın Fonksiyonları

• İç boşluklar, çıkıntılar ve iç kısımda malzeme dayanımının yetersiz olduğu bölgeler oluşturmak.