1 EUT 231 ÜRETİM YÖNTEMLERİ 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 Bakış 2. Isıtma ve Dökme 3. Katılaşma ve Soğuma EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural (İTÜ Makina Fakültesi) 3 EUT 231 Üretim Yöntemleri – Doç.Dr. Murat Vural (İTÜ Makina Fakültesi) Katılaştırma Yöntemleri Başlangıç malzemesi, ya bir sıvıdır ya da yüksek derecede plastikleştirilmiştir ve malzemenin katılaştırılması sayesinde bir parça oluşturulur Katılaştırma yöntemleri, işlenen 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 Katılaştırma yöntemlerinin sınıflandırılması Katılaştırma yöntemleri Metallerin dökümü Cam işleme Polimer ve PMC’ lerin imalatı Bozulabilir kalıba döküm Kalıcı kalıba döküm Ekstrüzyon ve ilgili yöntemler Enjeksiyonla kalıplama Diğer kalıplama yöntemleri PMC’ler için özel yöntemler Kum döküm Diğer döküm yöntemleri
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
EUT 231 ÜRETİM YÖNTEMLERİ
Doç.Dr. Murat VURAL İTÜ Makina Fakültesi
2EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
METAL DÖKÜMÜNÜN ESASLARI
1. Döküm Teknolojisine Genel Bakış2. Isıtma ve Dökme3. Katılaşma ve Soğuma
EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
3EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Katılaştırma Yöntemleri
Başlangıç malzemesi, ya bir sıvıdır ya da yüksek derecede plastikleştirilmiştir ve malzemenin katılaştırılması sayesinde bir parça oluşturulurKatılaştırma yöntemleri, işlenen mühendislik malzemesine göre sınıflandırılabilir:
MetallerSeramikler, özel camlarPolimerler ve polimer matrisli karma malzemeler(PMC’ler)
Erimiş metalin, kalıp boşluğunda katılaşacağı kalıba, yerçekimi veya başka bir kuvvetle aktığı yöntemDöküm terimi yöntemle üretilen parçalar için de kullanılmaktadırDökümdeki adımlar görece olarak basittir: 1. Metalin eritilmesi2. Kalıba dökülmesi3. Katılaşmaya bırakılması
6EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Dökümün Sınırları ve Üstünlükleri
Karmaşık parça geometrileri oluşturulabilirHem iç hem de dış şekiller oluşturulabilirBazı döküm yöntemleri net şekil’dir; bazıları ise net şekle yakın’dır.Çok büyük parçaları üretebilirBazı döküm yöntemleri seri üretime uygundur
7EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Dökümün Zayıflıkları
Farklı döküm yöntemlerinin farklı zayıflıkları vardır: Mekanik özelliklerde sınırlamalarBazı yöntemlerde düşük boyutsal doğruluk ve yüzey kalitesi; örn. Kum dökümSıcak erimiş metaller nedeniyle çalışanlara işgüvenliği sorunlarıÇevre sorunları
8EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Dökümle Yapılabilen Parçalar
Büyük parçalarOtomotiv araçları için motor blokları ve silindir kafaları, ağaç yakma fırınları, makina gövdeleri, vagon tekerlekleri, borular, büyük heykeller,pompa gövdeleri
Küçük parçalarDiş kaplamaları, mücevher, küçük heykeller, kızartma tavaları
Demir esaslı ve demir dışı tüm metal türleri dökülebilir
9EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Döküm Teknolojisine Genel Bakış
Döküm genellikle dökümhane’de yapılırDökümhane = kalıpların yapılması, erimiş metalin
eldesi ve taşınması, döküm işleminin yapılması ve bitmiş dökümlerin temizlenmesi için donatılan fabrikaDöküm işini yapan işçiler dökümcü olarak adlandırılır
10EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Dökümde Kalıp
Geometrisi parça şeklini belirleyen boşluklar içerirKalıp boşluğunun gerçek boyut ve şekli, katılaşma ve soğuma sırasında metalin büzülmesine izin vermek üzere hafifçe daha büyük olmalıdırKalıplar, kum, alçı, seramik ve metal olmak üzere değişik malzemelerden yapılır
11EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Açık Kalıplar ve Kapalı Kalıplar
Şekil 10.2 İki kalıp türü: (a) sadece istenen parçanın şeklindeki bir kapolan açık kalıp; ve (b) kalıp geometrisinin daha karmaşık olduğu ve kalıp boşluğuna giden bir yolluk sistemi (geçiş yolları) gerektiren kalıp geometrisinin olduğu kapalı kalıp
12EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Döküm Yöntemlerinin İki Kategorisi
1. Bozulabilir kalıp yöntemleri – dökümü çıkarmak için dağıtılması gereken bir kalıp kullanır
Kalıp malzemeleri: kum, alçı ve benzer malzemeler, ayrıca bağlayıcılar
2. Kalıcı kalıp yöntemleri – çok sayıda döküm üretmek için tekrar tekrar kullanılabilecek bir kalıcıkalıp kullanır
Metalden (veya, nadiren) seramik bir refraktermalzemeden yapılır
13EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Üstünlükleri ve Eksiklikleri
Bozulabilir kalıp yöntemleriyle daha kesin geometriler oluşturulabilirKalıcı kalıp yöntemlerindeki parça şekilleri, kalıbın açılması gerektiğinden sınırlıdırKalıcı kalıp yöntemleri, yüksek üretim işlemlerinde daha ekonomiktir
14EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Kum Döküm Kalıbı
Şekil 10.2 (b) Kum döküm kalıbı.
15EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Kum Döküm Kalıp Terimleri
Kalıp iki yarıdan oluşur: Üst derece = kalıbın üst yarısıAlt derece = alt yarısı
Kalıp yarıları, derece denen bir kutunun içindedirİki yarı, ayırma yüzeyinde birbirinden ayrılır
16EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Kalıp Boşluğunun Oluşturulması
Kalıp boşluğu, parçanın şekline sahip olan bir model çevresinde kumun sıkıştırılmasıyla oluşturulurModel çıkarıldığında, sıkıştırılmış kumda kalan boşluk, dökme parçanın istenen şekline sahiptirModel, katılaşma ve soğuma sırasında metalin büzülmesine izin vermek üzere genellikle daha büyük yapılırKalıp kumu nemlidir ve şeklini koruması için bir bağlayıcı içerir
17EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Kalıp Boşluğunda Bir Maça Kullanımı
Kalıp boşluğu, dökülecek parçanın dış yüzeyini oluştururEk olarak parçanın iç geometrisini belirleyecek şekilde, kalıp boşluğunun içine yerleştirilen bir maça tarafından belirlenen iç yüzeylere de sahip olabilirKum dökümde maçalar genellikle kumdan yapılır
18EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Yolluk Sistemi
Erimiş metalin kalıp dışından kalıp boşluğuna doğru aktığı kanalMetalin içinde akarak yatay yolluğa ulaştığı bir düşey yolluk içerirDüşey yolluğun üstünde, genellikle sıçramayı en aza indirecek ve metalin düşey yolluğa türbülanssız girmesini sağlayacak bir döküm ağzıbulunur
19EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Besleyici
Katılaşma sırasında parçanın büzülmesini karşılamak üzere bir sıvı metal orijini olan, kalıp içindeki depoBesleyicinin fonksiyonunu yerine getirebilmesi için, esas dökümden sonra katılaşacak şekilde tasarlanmalıdır
20EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Metalin Isıtılması
Isıtma fırınları, metali döküme yeterli sıcaklığa ulaşacak şekilde eritmede kullanılırGerekli ısı aşağıdakilerin toplamından oluşur: 1. Sıcaklığı erime sıcaklığına yükseltecek ısı2. Katıyı sıvıya dönüştürecek eritme ısısı3. Erimiş metali döküme uygun sıcaklığa
yükseltecek ısı
21EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Erimiş Metalin Dökülmesi
Bu aşamada başarılı olmak için, katılaşmadan önce metalin kalıbın tüm bölgelerine, en önemlisi de kalıp boşluğuna akması gerekir Başarıyı belirleyen faktörler
Döküm sıcaklığıDöküm hızıTürbülans
22EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Sıvı Metalin Akıcılık Testi (Spiral Döküm Testi)
Döküm ağzı
Düşey yolluk
Katılaşmadan önceki akış sınırı
Spiral kalıp
Şekil 10.3 Sıvı metalin akıcılığının belirlenmesi için uygulanan spiral kalıba döküm testi
23EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Metalin Katılaşması
Erimiş metalin tekrar katı hale dönüşümüKatılaşma, metalin durumuna bağlı olarak değişir
Saf bir element, veyaBir alaşım
24EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Saf Metalin Soğuma Eğrisi
Saf bir metal katılaşma sıcaklığına eşit bir sabit sıcaklıkta katılaşır (erime sıcaklığıyla aynıdır)
Şekil 10.4 Saf bir metalin katılaşma sırasındaki soğuma eğrisi.
25EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Saf Metallerin Katılaşması
Kalıp cidarının soğuma eylemi (chilling) sırasında, dökümden hemen sonra ara yüzeyde ince bir katımetal filmi oluşurKatılaşma sürerken film kalınlığı, erimiş metalin çevresinde bir kabuk oluşturacak şekilde artarKatılaşma hızı, kalıba ısı transferine ve ayrıca metalin ısıl özelliklerine bağlıdır
26EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Şekil 10.5. Kalıp cidarı yakınında rastgele yönlenmiş ince taneleri ve dökümün merkezine doğru yönlenmiş büyük kolonsal taneleri gösteren, saf bir metalin dökümündeki karakteristik tane yapısı
27EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Alaşımların KatılaşmasıÇoğu alaşım, sabit bir sıcaklık yerine bir sıcaklık aralığında katılaşır
Şekil 10.6 (a) Bir bakır-nikel alaşım sisteminin faz diyagramı; ve(b) döküm sırasında % 50 Ni - % 50 Cu bileşimindeki bir alaşımın soğuma eğrisi
28EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Şekil 10.7 Döküm merkezinde alaşım elemanlarının segregasyonunugösteren, bir alaşım dökümündeki karakteristik tane yapısı.
29EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Katılaşma Süresi
Katılaşma belirli bir süre alırToplam katılaşma süresi TTS = dökümden sonra katılaşma için gerekli süredirTTS aralarındaki ilişki Chvorinov Kuralı olarak bilinen, dökümün boyut ve şekline bağlıdır
burada TTS = toplam katılaşma süresi; V = dökümün hacmi; A = dökümün yüzey alanı; n = üstel sayı (tipik değeri = 2); ve Cm kalıp sabiti.
n
mTSAVCT ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
30EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Chvorinov's Kuralındaki Kalıp Sabiti
Cm kalıp sabiti aşağıdakilere bağlıdır: Kalıp malzemesiDöküm metalinin ısıl özellikleriErime sıcaklığına oranla döküm sıcaklığı
Belirli bir döküm işlemi için Cm değeri, parça şekli çok farklı olsa bile, aynı kalıp malzemesi, metal ve döküm sıcaklığı kullanılan önceki deneysel verilere dayanabilir
31EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Chvorinov's Kuralının Anlamı
Daha yüksek bir hacim/yüzey oranına sahip bir döküm, düşük oranlı olana göre daha yavaş soğur
Erimiş metali kalıp boşluğuna beslemek için, besleyicinin TTS değerinin ana dökümün TTSdeğerinden daha büyük olması gerekir
Besleyici ve dökümün kalıp sabitleri birbirine eşit olacağından, ana dökümün önce katılaşması için, besleyicinin daha büyük hacim/yüzey oranına sahip olacak şekilde tasarlanması gerekir Bu tasarım, büzülmenin etkilerini en aza indirir
32EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Katılaşma ve Soğumadaki Büzülme
Şekil 10.8 Silindirik bir dökümün katılaşma ve soğuma sırasındaki büzülmesi: (0) erimiş metalin dökümden hemen sonraki seviyesi; (1) soğuma sırasında sıvının kendini çekmesinin neden olduğu küçülme (boyutsal küçülmeler, anlaşılabilirliği arttırmak için abartılmıştır).
33EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Katılaşma ve Soğumadaki Büzülme
Şekil 10.8 (2) Katılaşma büzülmesinin neden olduğu büzülme boşluğunun oluşumu ve yükseklikteki azalma; (3) katı metalin soğuması sırasında ısıl kendini çekme (büzülme) nedeniyle yükseklik ve çaptaki ek küçülme(boyutsal küçülmeler, anlaşılabilirliği arttırmak için abartılmıştır).
34EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Katılaşma Büzülmesi
Katı faz sıvı fazdan daha yüksek yoğunluğa sahip olduğundan, hemen tüm metallerde meydana gelirBöylece, katılaşma, birim metal ağırlığı başına hacimde bir küçülmeye neden olurİstisna: Yüksek C içerikli dökme demir
Katılaşmanın son aşamasındaki grafitleşme, faz dönüşümüyle ilgili hacimsel azalmanın aksine, genleşmeye neden olur
35EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Büzülme Toleransı
Model yapımcıları, kalıp boşluğunun ölçüsünübüyük yaparak katılaşma büzülmesi ve ısıl küçülmeyi hesaba katarlarKalıbın son döküm boyutuna göre daha büyük yapılma miktarı, model büzülme toleransı olarak adlandırılırDöküm boyutları, lineer olarak belirtilir; böylece toleranslar buna göre belirlenir
36EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Yönlenmiş Katılaşma
Büzülmenin zararlı etkilerini en aza indirmek için, sıvı metalden en uzak döküm bölgelerinin ilk önce katılaşması ve katılaşmanın bu bölgelerden besleyici(ler)e doğru ilerlemesi istenir
Böylece, büzülme boşluklarının önlenmesi için erimiş metal sürekli olarak besleyiciden çekilebilirYönlenmiş katılaşma terimi, katılaşma kavramınıve bunu kontrol edildiği yöntemleri kapsar
37EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Yönlenmiş Katılaşmanın Eldesi
İstenen yönlenmiş katılaşma, dökümün kendisini, kalıbı yönlenmesini ve bunu besleyen besleyici sistemini tasarlamak için Chvorinov kuralınıkullanarak başarılır. Dökümün küçük V/A oranına sahip kesitlerinin besleyiciden uzağa yerleştirilmesiyle, katılaşma ilk olarak bu bölgelerde başlar ve dökümün diğer bölgeleri için sıvı metalin önü açık kalır.Soğutucular - dökümün belirli bölgelerinde hızlıkatılaşmayı sağlayan iç ve dış ısı emiciler
38EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Dış Soğutucular
Şekil 10.9 (a) Dökümün kalın kesitlerindeki erimiş metalin hızlıkatılaşmasını desteklemek için dış soğutucu; ve (b) dışsoğutucunun kullanılmaması durumundaki muhtemel sonuç.
Dışsoğutucular
Kum kalıp
39EU
T 23
1 Ü
retim
Yön
tem
leri
–D
oç.D
r. M
urat
Vur
al (İ
TÜM
akin
aFa
külte
si)
Besleyici Tasarımı
Besleyici, dökümden ayrılan ve sonraki dökümleri yapmak için yeniden eritilen bir atık metaldirBir işlemde atık miktarını en aza indirmek için, besleyicideki metal hacminin en düşük değerde olması istenirBesleyici geometrisi genelde, V/A oranını en büyük yapacak şekilde seçildiğinden, bu durum besleyici hacminin mümkün olan en düşük değere indirilmesini sağlar