imal usulleri ibrahim sahin

1 3.Hafta: 04.03.2014 KUM KALIBA DÖKÜM YÖNTEMİ

En yaygın kullanılan döküm yöntemi olup, döküm ile parça imalatının önemli bir kısmı, kum kalıba döküm yöntemiyle

yapılır. İşlem sırasında yer çekimi kuvvetinden yararlanılır, bu nedenle gravite döküm de denir.

• Kalıp malzemesi olarak ergime sıcaklığı yüksek olan kum kullanıldığından çelik, nikel ve titanyum gibi yüksek

sıcaklıkta ergiyen malzemeler de dökülebilir.

• Dökülen parça boyutu, küçük boyuttan çok büyük boyutlara kadar olabilir.

• Parça adedi açısından sınırlama yok gibidir. Bir adetten milyonlarca adede kadar olabilir.

Kum kalıba döküm yönteminde kalıplama işlemi el ile veya makine ile yapılabilir. İşlem adımları aşağıdaki şekilde

gösterildiği gibidir.

Şekil. Kum kalıba dökümde detaylı işlem adımları

Şekil. Kum kalıba dökümde işlem adımları

Kum kalıba dökümde gerekli olan başlıca donatımlar şunlardır:

• Dereceler

• Model

• Maça sandığı

• Kalıp

• Çeşitli el takımları

• Ergitme ocağı

2 DERECELER

Dereceler, kalıbın oluşturulması sırasında içerisinde kum sıkıştırılan, amaca uygun özellikleri taşıyan çerçevelere denir.

Kalıpların yapılması yanı sıra, kalıpların taşınmasını, parçalara ayrılıp tekrar yerlerine oturtulmasını ve kalıp kumunun

tutulmasını sağlar. Sağlamlık, hafiflik ve birbirlerine uygun olmaları istenir. Ağaç veya çeşitli metal malzemelerden

yapılabilir.

Şekil. Derece çeşitleri

MODEL Kalıbın hazırlanması için dökülecek parçanın önceden şeklini gösteren bir benzerine ihtiyaç vardır. Şekil bakımından

dökülecek parçanın benzeri, çekme ve işleme payları kadar boyutları farklı olan kalıplama elemanlarına model denir. Kum

kalıbın hazırlanmasında en önemli vasıtalardır.

Model sadece parçanın dış şekli olmayıp, daha ziyade dış kalıbın (kalıbın) şekline uygun olarak düzenlenir yani aşağıdaki

şekilde görüldüğü gibi maça başları denen fazlalıkları gösterir.

Şekil. Bir bağlantı parçasının kalıp ve maça durumları

Bundan başka çok kere kalıp tamamen kapalı düzenlendiğinden, fakat modelin kalıplama işleminden sonra hazırlanan

kalıptan dışarı alınması gerektiğinden, kalıbın bozulmadan bunun model tarafından sağlanması için parçalı olarak

yapılması gerekmektedir. Bu model parçaların birleştiği yerlere bölme yüzeyi adı verilir. Yukarıdaki şekildeki parça için

model iki parça halinde imal edilmiş ve bölme yüzeyi gösterilmiştir.

Model yarılarının bölme yüzeylerinde sürekli olarak birbiri üzerine ve aynı yerlere oturmasına özen gösterilir ve bu durum

oturma yüzeyi pimleri ile sağlanır.

Şekil. Bölme yüzeyi bağlantı şekli

3 Model Malzemesi

Dökülecek parçanın modeli için malzeme seçerken aşağıdaki faktörler dikkate alınır:

• Dökülecek parça sayısı

• Dökülecek parçanın şekli

• Dökülecek parçanın büyüklüğü

• Kalıplama yöntemi

• Parçanın fonksiyonu

Model malzemesinden aşağıdaki özelliklere sahip olması istenir:

• Mekanik dayanım (kalıplamada, modeli çıkarmada)

• Kimyasal etkilere dayanım (neme, reçinelere ve gazlara)

• Isıl etkilere karşı dayanım (modelin ısıtıldığı kalıplama yöntemlerinde)

• Kolay işlenebilme

• Yüksek bir şekil ve boyut koruma kabiliyeti

• Yeterli yüzey kalitesi

• Hafiflik ve ucuzluk

Buna göre model malzemeleri aşağıdakilerden seçilir:

1. Ahşap model

2. Metal model

3. Plastik model

4. Köpük model

5. Alçı model

6. Mum model

1. Ahşap Modeller

El ile kalıplamada en fazla ahşap (ağaç) modeller kullanılır. Seçilecek ağacın cinsi, en başta kalıp sayısına ve modelin

şekline bağlıdır. En çok kullanılan ağaç cinsi, su yollarının düz oluşu, hafif ve işleme kolaylığı, çarpılma ve çatlamaya daha

dayanıklı, ucuz ve bol olduğundan özellikle büyük modeller için çam ağacıdır. Çam ağacı içinde bulunan reçine (çıralı ağaç)

dolayısıyla ortam değişikliğinde (nem, kuruma) şeklini iyi korur. Buna karşılık yumuşak ve dayanıksızdır. Az sayıda

kullanılacak ve büyük parçaların modelleri için kullanılır.

Ağır işlerde, uzun ömürlü hint meşesi kullanılır. Ayrıca armut, ceviz, kiraz, akçaağaç ve gürgen ağacından yararlanılır.

Ahşap malzeme, fırınlanmış veya tamamen kurutulmuş olmalıdır. Kurutma ya tabii yolla veya yapay olarak yapılır.

Ahşap modeller kalıplama sayısına bağlı olarak Türk Standartları’nda A1, A2, A3ve A4 olmak üzere dört gruba ayrılırlar.

A1 Grubu modeller; el ya da makine ile kalıplamada, yüksek kalitede seri imalatta kullanılır.

A2 Grubu modeller; çok sayıda imalatta, el ya da makine ile kalıplamada kullanılır.

A3 Grubu modeller; küçük boyutlu ve seri imalatta, el ile kalıplamada kullanılır.

A4 Grubu modeller; münferit (tek tek) imalatta, el ile kalıplamada kullanılır.

Çizelge. Ahşap model gruplarına ait kalıplama sayıları ve model malzemeleri

Model Tipi Kalıplama sayısı (adet) Model malzemesi

A1 Normal boyutlu ve basit şekilli

modellerde:1000

Normal boyutlu ve karmaşık şekilli

modellerde: 500

Armut, ceviz, kiraz ağaçları, akçaağaç, karaağaç kerestesi,

ve bunlara eşdeğer ahşap malzemeler.

A2 Basit şekilli modellerde: 500

Karmaşık şekilli modellerde: 200

Büyük modellerde: 15

A1 tipindeki malzemeler. Ancak büyük modellerde

reçinesiz çam ağacı kerestesi kullanılır.

A3 Basit şekilli ve küçükler için: 50

Büyükler için: 15

Basit şekilli ve karmaşık şekilli

küçük modellerde: 30

Karmaşık şekilli büyük modeller

için: 5

Reçinesiz çam ağacı ve kızılağaç kerestesi.

A4 Küçük modellerde: 1-5

Büyük modellerde: 1-2

Çam ağacı, ladin ağacı, kızılağaç ve ıhlamur ağacı kerestesi,

dolgu malzemesi olarak köknar.

4 Dış etkiler altında meydana gelen şekil değiştirmeler, tahtaların ve ağaçların lifleri boyunca meydana gelmektedir. Buna

engel olmak için tahtalar birbirine lifleri tersine gelecek şekilde yapıştırılır. Bu şekilde boyut bozulmaları kısmen önlenmiş

olur. Modelcilikte bu durumdan faydalanmak suretiyle yapılacak model bir tek parçadan yapılmayıp, birbirine tutkallama

veya çivileme yoluyla birleştirilmiş parçalardan işlenmek suretiyle yapılmaktadır.

Şekil. Modelin şekil değiştirmesini önlemek için ters yönlü liflerden parçalı modelin imali

Ahşap modellerin yüzeylerini pürüzsüz ve düzgün hale getirmek için, yüzeyler zımparalanır ve şellak veya vernik sürülür.

Şellak model üzerindeki izleri kapatır, düzgün bir yüzey sağlar ve nem geçirmez. Genellikle üç kat sürülür.

Ayrıca modeller dış etkilere karşı yüzeylerini korumak için boyanırlar. Bu boyama işleminden dökülecek parçanın cinsini ve

maça başlarının yerini göstermek için de faydalanılır. Örneğin, bütün maça başları model üzerinde siyah renge boyanır.

Kırmızı renk dökme demirden, mavi renk dökme çelikten dökülecek parçaları gösterir. Ayrıca model üzerindeki renk ve

işaretler işlenecek yüzeyleri, işleme paylarını da gösterebilir. DIN 1511 standardı bu konuları ele almaktadır.

Şekil. Ahşap model örnekleri

2. Metal Modeller

Çeşitli metal ve alaşımlarından yapılan metal modeller, çok sayıda kalıbın makine ile hazırlanmasında kullanılır. Seri

imalatta modellerin uzun süre aşınmadan kalıplamaya dayanması gerekir. Ayrıca modelin çok ince kısımları olduğunda

ahşap dayanıksız olacaktır. Dökme demir, pirinç, bronz, kurşun-kalay alaşımı, ve alüminyum alaşımı model malzemesi

olarak kullanılır.

Büyük boyutlu metal modeller genellikle model plakası ile birlikte kullanılır. Modeller plakalara ya monte edilir ya da

birlikte tek parça halinde dökülür.

3. Plastik Modeller

Plastikler nem emmemeleri, dayanıklı olmaları, ölçülerini sabit tutmaları ve düzgün bir yüzeye sahip olmaları nedeniyle

model malzemesi olarak uygundurlar. Metal kalıp içerisine enjeksiyonla veya başka bir yöntemle dökülerek imal edildiği

gibi, plastik bir bloktan kesilerek de model oluşturulur. Fenol ve epoksi reçineleri çok kullanılır. Makine ile kalıplamada,

kaliteli seri imalatta kullanılır.

4. Köpük Modeller

Polistiren gibi çeşitli köpük malzemeden yapılır. Kalıplama sayısına göre K1, K2 ve K3 gibi alt grupları vardır. K1 grubu

modeller birkaç defalık kalıplamada kullanılan ve kolayca şekil değiştirebilen malzemeden yapılır. K2 ve K3 grubundaki

modeller ise yalnızca bir defalık kalıplamada kullanılır (kaybolan model).

5. Alçı Modeller

Konstrüksiyon ve araştırma çalışmalarında, hızlı ve değiştirilebilir modellerin yapımında alçı kullanılır. Ayrıca mekanik ve

metalürjik özelliğin çok fazla aranmadığı heykel ve süs eşyası gibi parçaların dökümünde alçı model tercih edilir. İşlenmesi

kolay ancak ömürleri kısa olduğundan bir veya birkaç döküm için kullanılır. Alçı, alçı taşı denilen (su ile billurlaşmış

kalsiyum sülfat) doğal mineralden elde edilir.

5 6. Mum Modeller

Kaybolan (harcanan) tip modeldir. Çok karmaşık parçaların hassas döküm yöntemi ile dökümünde kullanılır.

Model Çeşitleri

Modeller yapım özelliklerine göre de gruplandırılır.

1. Tek parçalı modeller

2. İki veya daha çok parçalı modeller

3. Eğreti (çekme) parçalı modeller

4. Model plakaları (Plak modeller)

5. Yolluklu modeller

Bunun dışında sürekli ve kaybolan (harcanan) modeller olarak da gruplandırılabilir.

1. Tek parçalı modeller Modelin kalıptan tek parça halinde çıkarılabildiği durumlarda kullanılır.

Şekil. Tek parçalı modeller

2. İki veya daha çok parçalı modeller

Kalıp ayırma yüzeyi birden fazla ise bu modeli iki veya çok parçalı yapmak gerekir. Parçalı modeller pimlerle birleştirilir.

Şekil. İki parçalı model, maça sandığı ve dökümden çıkmış parça

3. Eğreti (çekme) parçalı modeller Bazı durumlarda modeli kalıptan çıkarmak zor hatta imkansız olabilir. Modelin kumdan çıkması imkansız olan kısımları,

eğreti parça olarak yapılır. Modelin ana gövdesi kumdan çıkarıldığında eğreti parça kumun içinde kalır. Bu tür modellerde

eğreti parça kumdan farklı bir yönde ve en son çıkarılır.

Şekil. Eğreti parçalı model ve kalıptan çıkarılması

6 4. Model plakaları (Plak modeller) Küçük parçaların seri dökümünde kullanılır. Kalıplama yöntemine ve kalıp sayısına göre ahşap, metal ve plastikten yapılır.

Genel olarak dikdörtgen, kare veya yuvarlak şekillerde üzerine model, yatay yolluk ve memelerin bağlandığı plakalardır.

Şekil. Alüminyum alaşımından model plakası

Boyutları kalıp makinelerine bağlı olmakla birlikte ölçüleri standartlaştırılmıştır. Özel durumlarda özel ölçülerde plakalar da

kullanılmaktadır.

Genel olarak her model plakası en az iki merkezleme pimi deliği içerir. Özellikle tek taraflı plakalarda her iki yüzeyin

birbirine paralel olması gerekir.

Plaka üzerine birkaç çeşit model yerleştirileceği zaman bu parçaların hacim ve et kalınlıkları arasında büyük farklar

olmamalıdır. Her bir modele ait kalıp boşluğu ortak yolluklarla besleneceğinden, kalıbın homojen bir akışla dolmasını

sağlamak, ayrıca kalıp bozma sıcaklığının da her parçaya uygun düşmesi bakımından da bu çok önemlidir. Modelleri

bağlamak için bağlantı elemanlarına yeterli boşluk bırakılmalıdır.

Şekil. Model plakaları ve üzerine model yerleştirme

Model plakaları montaj tipi ve döküm olmak üzere iki ana gruba ayrılır.

Montaj tipi model plakaları

Bu plakaların üzerine küçük modeller çeşitli yöntemlerle monte edilirler. Bağlama elemanları cıvata, pim, vida, yapıştırıcı

vb. olabilir.

a. Koordinat çizgili model plakası: Koordinat çizgileri modellerin plaka üzerine bağlanmasını kolaylaştırır.

Şekil. Koordinat çizgili model plakası

7 b. Koordinat eksenli delikli model plakası: Modeller, yolluk sistemleri ve besleyiciler delikler yardımıyla plakaya monte

edilirler.

Şekil. Koordinat eksenli delikli model plakası

c. Çift taraflı model plakası: Bazı durumlarda simetrik parçaların modelleri plakaların her iki yüzüne bağlanırlar.

Şekil. Çift taraflı model plakası örnekleri

d. Gaz kanallı model plakası: Kabuk kalıp yönteminde plaka üzerindeki metal model elektrik veya gaz ile ısıtılır. Gaz ile

ısıtmada model veya plakaya sıcak gazların dolması için kanallar yapılır.

Şekil. Gaz kanallı model plakası (a.model, b.gaz kanalları, c.plaka)

e. Norm bölümlü model plakası: Model plakası üzerinde farklı boyutlarda birden fazla model bağlanmasını kolaylaştırmak

için kullanılır.

Şekil. Norm bölümlü model plakası

Döküm tipi model plakaları

Model ve model plakası beraberce yekpare (tek parça) olarak dökülür. Metal ve plastikten yapılır. Hafifliğinden dolayı

poliüretan ve epoksi reçinelerden yapılabilmektedir.

6. Yolluklu modeller Yolluklu modelle kalıplama daha pratik bir kalıplama sağlar. Çoğunlukla metalden yapılırlar ve seri imalatta kullanılırlar.

8 Modellerin yapılması

Yapılacak parçanın dış şeklini tamamen verecek ve iç şeklinin sağlanması için de yardımcı olacak modellerin yapımında

aşağıdaki noktalar dikkate alınacaktır:

a. Boyut Durumu: Kendini çekme dikkate alınarak modellerin boyutları düzenlenir. Bu arada modelciler çok kere modelci

cetveli denilen ve dökülecek malzemenin çizgisel kendini çekme büyüklüğüne göre düzenlenmiş ölçü cetveli kullanır.

Bunun dışında dökme parçanın, dökümden sonra işleme durumları imalat resminde gösterilen şartlara uygun paylar

verilmek suretiyle büyütülür.

Çizelge. Bazı alaşımlara verilmesi gereken işleme payları

b. Bölme Yüzeyi: Modellerin, kalıplama işleminden sonra çıkarılması ve bu suretle sıvının katılaşacağı boşluğun meydana

getirilmesi gerekir. Kalıplar nadiren açık kalıp olarak düzenlenir, buna karşılık çoğunlukla kapalı kalıplar kullanılır. Bunu

sağlamak için de kalıplar birden çok bölümlerden düzenlenir ve bunların birbiri üzerine gelmesi suretiyle tüm kalıp

hazırlanmış olur. Modelin kalıplama işleminden sonra kolayca çıkması ve yapılan işin bozulmaması için parçaların

bölünmesi gerekmektedir. Bu bölmeleri meydana getiren düzlemler bölme (mala) yüzeyi olarak adlandırılırlar. Kalıplama

işleminin kolay yapılması, modelin kalıbı bozmadan çıkarılması, doğru bölme yüzeylerinin seçilmesine bağlıdır.

Şekil. Bölme yüzeyi düzgün olan ve olmayan model

c. Model konikliği: Modellerin kalıptan kolay çıkarılabilmesi için dış ve iç yüzeylerine belirli bir eğim verilir. Bu eğimin

değeri kalıplama malzemesine ve yöntemine bağlı olmakla beraber, modelin kalıptan çekildiği yüksekliğe daha çok

bağlıdır. Bazı parçaların iç yüzeylerine koniklik verilmek suretiyle maçasız kalıplanması ve dökülmesi sağlanır.

d. Maça Başları: Dökülecek parçanın şeklini veren iç kalıba maça denir. Çok kere bu iç kalıbın dış kalıp içine yerleştirilmesi

için fazladan oturma başlıkları yapılır. İşte modelci bu hususu düşünerek dış kalıpta bunları düzenleyecek yani maça başı

olarak anılan parçaları ilave edecektir.

Şekil. Maçanın oturacağı maça başları

9 e. Yolluk, Çıkıcı ve Besleyici: Modelcinin yalnızca kalıplama tekniğini bilmesi yeterli değildir. Dökümde kullanılacak

malzemenin katılaşma olaylarını, akıcılık gibi karakteristiklerini bilmesi veya bu bilginin konstrüktör tarafından ona

iletilmesi icap eder.

Kalıbın dolmasını sağlayan ilave tertibata yolluk denir. Yolluğun düzenlenmesinde bilhassa dikkat edilecek husus, sıvının

akması süresince katılaşma olmaması, akış esnasında kalıbın bozulmaması için de en uygun yere yerleştirilmiş olması

lazımdır. Burada sıvının kalıba dolması parçanın mümkün olduğu kadar alt kısmından düzenlenecek ve kalıp içine birden

çarpması önlenecektir.

Kalıp içindeki havanın ve gazların çıkmasını kolaylaştıran, kalıbın dolduğunu gösteren yine ilave donatıma çıkıcı adı verilir.

Bunlar yolluğun aksine, parçanın en yüksek bölgelerine yerleştirilir.

Besleyici, parçanın sağlam elde edilmesi için kullanılan ilave donatımdır. Bunlar bilhassa daha evvel bahis konusu olan

kendini çekme esnasında parça çekirdeğindeki sıvının hacmini korumak hedefini güdecektir. Yani besleyiciler parçanın en

çok katılaşan bölgesi ile temasta bulunacak ve bu kısımdan daha sonra katılaşacaktır. Çok kere yolluk ve çıkıcılar besleyici

görevini yapabilirler. Bu bakımdan yolluk ve çıkıcılar da besleyici kabul edilebilir. Ancak karışık şekilli ve farklı cidar kalınlıklı

parçalarda ayrıca açık veya kapalı besleyiciler kullanılması icap eder.

Birçok hallerde yolluk ve çıkıcılar modellerden ayrı parçalar olarak düzenlenmektedir. Bunlar genel olarak aşağıda görülen

konik parçalardan yapılmakta, boyutları modele ve dökülecek parçanın kalıp şekline göre ayarlanmaktadır. Kalıplama

esnasında uygun boyutlu yolluk ve çıkıcılar uygun yerlere yerleştirilmek suretiyle model tamamlanmış olmaktadır.

Şekil. Yolluk ve çıkıcı modelleri (H: Bölme yüzeyinden kalıp üst yüzeyine bağlı yükseklik, d: Dökülecek parçanın

büyüklüğüne, katılaşma ve kendini çekme şartlarına göre bağlantı çapı, D: Döküm ağzı çapı)

Kaynaklar (Bu bölüm için):

1. Sağışman, M., Gültekin N., “Genel İmal Usulleri Ders Notları”, İDMMA yayını.

2. Avcı, A.U., “Döküme Uygun Parça Dizaynı ve Model Tekniği”,YTÜ yayını, 1984.

3. İmal Usulleri 1 Ders Notları, Prof.Dr.Hüseyin Sönmez.

4. Döküm Prensipleri ve Teknikleri Ders Notları, Doç.Dr.Muzaffer Zeren.

5. İmal Usulleri Ders Notları, Doç.Dr.Turgut Gülmez.

6. MEGEP yayınları.

7. İmal Usulleri Ders Notları (Döküm Teknolojisi), Prof.Dr.Ahmet Aran, 2007.