2 KUM KALIBA DÖKÜM İÇERİĞİ Yöntemler ve kalıplama işlem aşamalarıKum kalıba döküm yöntemleri yöntem seçim değerleri ve yöntemlerinin karşılaştırmasıÖrnek çalışmalarKum kalıba döküm kalıp malzemeleri ve kalıp özelliklerine etkileriKumlar; çeşitleri - özellikleriBağlayıcılarDiğer katkılar vb.Model tasarımı: Kalıp boşluğu, Besleyici ve YollukMaçalar: Malzemeleri, Üretimi vb.
3 Yaş kum kalıba döküm Diğer katkılar: KUM KALIBA DÖKÜM YÖNTEMLERİ Kuru kum kalıba dökümYüzeyi kurutulmuş kalıba dökümToprak ( Balçık ) kalıba dökümÇimentolu kalıba dökümMaça kalıplara dökümCO2 yöntemiyle hazırlanmış kalıba dökümHavada sertleşen kalıba dökümVakumlu kalıplama dökümDolu kalıba dökümKabuk kalıplara dökümYaş kum kalıba döküm yönteminde kalıp malzemesi; kum tanecikleri, kil, su ve diğer katkıların bir karışımıdır.Kum tanecikleri kalıp malzemesinin esasını, kil ile su ile birleşerek kumların bir arada tutulması için bir bağlayıcı vazifesi görür. % kum, % 8-14 kil ve % 2-6 su kalıp malzemesi karışım oranlarıdır.Diğer katkılar:Kömür tozu, zift, yağlar ve tahta talaşı gibi maddelerdir.Bağlayıcı görevi yapmazlar.Fakat kalıbın bazı özelliklerini geliştirirler geçirgenlik artırma ve kolaykalıp bozulumu gibi.
4 Yaş kum kalıba döküm kalıplama aşamaları 1 - İki parçalı modelin pimsiz parçası alt derecenin içine sıkıştırma tahtası veya düzgün bir zemin üzerine yerleştirilir.Model ile derecenin kenarları arasında 50–100 mm'lik boşluk bulunmalıdır.2 - Model kömürle tozlanır. İnce kuru kum serpilerek kalıp kumunun model ve zemine yapışması önlenir. Kullanılmamış kumdan 2–5 cm kalınlığında kum elenerek kalıba dökülecek sıvı metale komşu olacak tabaka hazırlanır.3 - Daha sonra dolgu kumu tabaka tabaka sıkıştırılır ve üst yüzeyi düzlenir. Gaz geçirgenliğini arttırmak amacıyla kalıp20-50 mm aralıklarla bölüm yüzeyi bozulmayacak şekilde şişlenir. Sıkıştırmanın gevşek yapılması halinde kalıp malzemesinin dayanımının, çok sıkı yapılması halinde ise geçirgenliğinin olumsuz etkileneceği dikkate alınmalıdır.
5 4 - İşi biten alt derece ters çevrilerek bölüm yüzeyi düzlenir ve iki derecenin ara yüzeyini oluşturan bölüm düzlemine yapışmayı önlemek için kuru kum serpilir.5 - Modelin pimli yarısı ile yolluk ve çıkıcı modelleri boş üst dereceye yerleştirilir. Yukarıda sıralanan işlemler üst derece için de tekrarlanır.6 - Kalıplama sonunda yolluk ve çıkıcılar çıkarılır.
6 7 ve 8 - Üst derece açılarak modeller sıyrılır 7 ve 8 - Üst derece açılarak modeller sıyrılır. Gerekli onarımlar yapılır. Yolluk ve diğer gerekli kanallar tamamlanır. Basınçlı hava ile serbest kumlar uzaklaştırılır.9 - Kalıp kapatılıp üzerine ağırlıklar yerleştirilerek döküme hazır hale getirilir.
7 Yaş Kum Kalıba Döküm Yönteminin Üstünlükleri: Kalıp malzemesi ucuzdur ve tazelenerek defalarca kullanılabildiğinden en ekonomik kalıplama yöntemidir. Yöntem basittir, gerektiğinde mekanizasyon da uygulanabilir. Değişik metallerin dökümü için elverişlidir.Yaş Kum Kalıba Döküm Yönteminin Sınırları:İnce, uzun, karmaşık biçimli ve iri parçaların dökümünde kalıp malzemesinin dayanımıyetersiz olur.Kalıp, taşıma sırasında bozulabilir.Erimiş metal dökümü sırasında nemli kalıpta oluşan buhar kusurlara neden olabilir.Boyut hassasiyeti ve yüzey kalitesi çok iyi değildir.Kalıbın optimum dayanıma sahip olabilmesi için nem miktarının iyi kontrol edilmesigereklidir.
8 Yüzeyi kurutulmuş kum kalıba döküm Kuru kum kalıba dökümYüzeyi kurutulmuş kum kalıba dökümBazı durumlarda yaş kum kalıpların sadece yüzeyleri ( mm kalınlığında bir tabaka) kurutularak dökümde nemden kaynaklanan sorunlar azaltılabilir. Bu işlemde üfleç, sıcak hava veya elektrikli ısıtıcılardan yararlanılır.Yüzeyi kurutulmuş kalıplarda iç kısımlardaki nem, zamanla yüzeye ilerleyeceğinden, bu kalıpların yüzey kurutma işleminden hemen sonra kullanılmaları çok önemlidir.Kuru kum kalıplar, yaş kum kalıplara benzer şekilde hazırlanır ve ˚C arasındaki sıcaklıklarda kurutulurlar.Bağlayıcı görevi yapan kilin tüm suyunu kaybetmemesi için 400˚C sıcaklığın üzerine çıkılmamalıdır.Zira tüm suyun kaybolması kumların mukavemeti üzerinde yıkıcı bir etki yapar.Kurutma öncesinde metalin döküleceği kalıp boşluğunun yüzeylerine grafit vb. gibi karışımlar sürülmesi, bu bölgelerde daha yüksek bir sertliğin elde edilmesini sağlar.
9 CO2 yöntemiyle hazırlanmış kalıba döküm Bu yöntemde kalıp ve maça kumlarına % 3-5 cam suyu (sodyum silikat) karıştırılır ve kalıba şekil verildikten sonra kısa bir süre ( sn) CO2 gaz geçirilir. Kimyasal reaksiyon gereği cam suyu silikajel’e dönüşerek kalıbı sertleştirir.Bu işlem yapıldıktan sonra dökümün en geç 24 saat içinde tamamlanması gerekir.Bu yöntemle hazırlanan döküm parçaların yüzey hassasiyetleri iyi olup, ekonomiklik için sayı önemli değildir. Her tip dökümhanede kolayca uygulanabilir.Na2SiO3 +CO2 → Na2CO3 + SiO2.xH2O (Silica Gel)Sodyum silikat ile karıştırılan kum CO2 gazı uygulanmadan önce yumuşaktır ve kolaylıkla kalıplanabilir. Kalıplama sonrasında CO2 gazının uygulanması ile kalıpta sertleşme sağlanır.Yöntem, bilinen bütün döküm alaşımları için uygundur ve özellikle çelik, gri dökme demir ve bakır esaslı alaşımlarının dökümünde kullanılır.
10 CO2 yönteminde, kullanılan kum genellikle silika (silis) kumu olup AFS 55 ila 85 tane incelendiğinde olmalıdır.Diğer kumlar da, (zirkon, olivin vb.) kullanılabilir.Kum, kuru olmalı ve içerdiği nem miktarı maksimum %0.25 civarında bulunmalıdır.Ayrıca kum’un temiz olması ve mümkün olduğu kadar CaCO2 içermemesi gerekir.Bağlayıcı olarak kullanılan sodyum silikat ise %7-28 (Na2O) %26-64 silis (SiO2) ve %17-67 (H2O) dan oluşur.Ayrıca karışma, özellikleri iyileştirmek amacı ile, diğer bazı ilavelerde yapılabilir. Bunlar kısaca kaolen kili, alüminyum oksit (Al2O2) ve şekerdir.Kil, kalıp stabilitesini artırır.Alüminyum oksit sıcak mukavemeti yükseltir.Şeker ise dökümde sonra kalıptaki kalıcı mukavemeti azaltır ve dağılabilme özelliğini artırır.
11 Havada sertleşen kalıba döküm Dolu kalıba döküm Polyester ( Köpük-Strafor ) malzemeden hazırlanan modelin etrafı kum ile doldurulur. Erimiş metal polyester üzerine döküldüğünde polyester erir.Kompleks geometrilerin dökümünde oldukça avantajlıdır.Pişirme işleminin gerekli olmadığı bu yöntemde kalıp malzemesi kum, sıvı ve bir organik bağlayıcı ile uygun bir katalizatörün karışımıdır.Kalıp dayanımı sıvı reçinenin oda sıcaklığında polimerizasyonu ile sağlanır. Kalıp malzemesi modelin etrafına dökülüp sıkıştırılır ve en az 20 dakika beklendikten sonra model çıkarılır. Kalıp tam sertliğine ulaştıktan sonra döküm yapılır.Bu gruba giren bazı kalıp malzemelerinde sertleşme reaksiyonu kalıp içinden gaz halinde bir katalizörün geçirilmesi ile sağlanır.
13 Kabuk kalıplara dökümKabuk kalıplama (Shell Molding - CRONING) yönteminde kalıp, ısıtılmış bir model etrafında oluşturulan ve KUM + sıcakta sertleşen “thermosetting” REÇİNE bağlayıcı karışımında meydana gelmiştir.Karışımın belirtilen şekilde ısıtıldığında reçine ile bağlanan kum tanecikleri kalıbın yarısını meydana getiren oldukça sert bir KABUK oluştururlar. Kalıbın her iki yarısı hazırlandıktan sonra, gerekiyorsa maça da yerleştirilip, kabuk kalıp tamamlanır. Bu şekilde kalıp sıvı metalin dökümüne hazır hale getirilir.Kabuk kalıplamada kullanılan başlıca refrakter malzeme silis kumudur. Silis kumunun refrakterliğininyetersiz kaldığı ergime sıcaklığı yüksek metallerin dökümünde, daha yüksek refrakterlik, daha iyi ısıiletimi, daha düşük ısıl genleşme özelliklerine sahip ve kimyasal olarak ta metallere karşı daha dirençlioldukları için Zirkon, Kromit ve daha nadir olarakta Olivin kumları kullanılır.Olivin, Forsterit olarak bilinen magnezyum silikat (2MgO . SiO2) ların genel adıdır. Kum tanelerininİnce yuvarlak olması tercih edilir.
14 Kabuk kalıplamada bağlayıcı olarak fenol formaldehit reçineleri kullanılır. Fenol formaldehit reçineler NOVALAK reçine olarakta bilinirler.Novalak reçineler kabuk kalıplamada başlıca sıvı ve katı olmak üzere iki halde bulunurlar.Sıvı reçineler % katı reçine (geri kalanı alkol veya aseton) içeren novalak vernikler ve % katı reçine (% 4 alkol, geri kalanı su) içeren sulu çözeltilerdir. Sıvı reçinelerde reçine, alkol veya alkol-su karışımı içinde çözünmüş durumdadır.Katı reçineler toz, granül ve pul şekilde kullanılırlar.Yağlayıcı kabuk kalıp kumunda taneler arası sürtünmeyi azaltarak akışkanlığı artırmak ve kumtanelerinin daha sıkı paketlenmesini sağlamak amacıyla kullanılır.Yağlayıcı kullanılan kabuk kalıpların yoğunlukları ve dayanımları daha yüksektir. Yöntemin uygulandığı yıllar boyunca çeşitli maddeler yağlayıcı olarak kullanılmıştır.Madeni mum (montanwachs ) metalik sabunlar , mum, çinko stearat, kalsiyum stearat ve bir organikamid mumu bunların başlıcalarıdır. En yaygın kullanılan yağlayıcı madde kalsiyum stearattır. Kullanılacak yağlayıcı miktarı yağlayıcı cinsine göre değişir.
15 Tam sertleşmeyi sağlamak için kabuk bir fırında yaklaşık 350°C sıcaklıkta bir kaç dakika bekletilir. Bu işleme pişirme denir. Pişirme işlemi sonrasında iyice sertleşmiş olan kabuk kalıp modelden çıkarılır.
16 Kabuk kalıbın avantajları Hassas toleranslı döküm yapma imkanı sağlar.Çok ince kum kullanıldığından yüzey kalitesi yüksektir.Kalıplar hafiftir ve depolanabilir.Kabuk kalıbın dezavantajlarıModeller genellikle metal malzemeden yapıldığı için pahalıdır.Kabuk kalıplama makineleri yüksek maliyetli yatırım ister.Dökülecek parça boyutu sınırlıdır.Kuma reçine katıldığından kalıp malzemesi nispeten pahalıdır.
17 Kum kalıba döküm yöntemleri yöntem seçim değerlendirmesi Yöntem seçimi değerlendirmesi imal edilebilirlik ve maliyet olmak üzere 2 ana başlıkta incelenecektir.İmal edilebilirlik; hammadde, boyut, şekil, boyut hassasiyeti, yüzey kalitesi ve ürün özellikleri.Maliyet; Tezgah, tertibat (takım vb.), enerji, işçilik, hurda, parça sayısı, üretim hızı, çevre ve insan sağlığı.Değişkenleri dikkate alınarak değerlendirilmiştir.HAMMADDEKum kalıba döküm yöntemleriyle takım çelikleri, titanyum alaşımları gibi çok yüksek ergime sıcaklığına sahip metaller hariç tüm metaller şekillendirilebilir.Adı geçen alaşımlar ise zor şekillendirilir. Diğer bir ifadeyle, kalıba ilave işlemler gerektirir. Kalıp yüzeyini grafitlemek gibi.
18 BOYUTBoyut değişkeni genelde ağırlık olarak değerlendirilmektedir. Kabuk kalıplama hariç diğer kum kalıba döküm yöntemleri birlikte değerlendirilmekle birlikte ayrı olarak açıklanması daha yararlı olacaktır.Kabuk kalıba döküm ile en fazla Kg değerlerindeki parçalar şekillendirilmektedir.Diğer kum kalıba döküm yöntemleri için 2000 Kg en büyük değer olarak genel bir değerdir. Çok daha büyük değerlerin dökümünün gerçekleştirilebildiği çimentolu kalıba döküm vb. yöntemleri de içermektedir.CO2 yöntemi için 250 Kg en büyük değer olarak tavsiye edilmektedir.100 Kg değerinden büyük parçalar için kil bağlayıcı kum kalıplar yerine havada kendiliğinden sertleşen kalıplama yöntemi tavsiye edilebilmektedir.
19 ŞEKİLİnce, uzun, karmaşık biçimli ve iri parçaların dökümünde kalıp malzemesinin dayanımı yetersizdir. Modelin çıkarılmasının problem olmadığı, kalıbın dayandığı şekiller dökülebilir.Dolu kalıba döküm yöntemi ise model çıkarma olmadığı için çok karmaşık parçalar için uygulanan kendine özgü bir yöntemdir. Bu yöntem için de dayanım ve akıcılık değerlendirilmelidir.En az cidar kalınlığı kabuk kalıplar için 1,5 mm, diğerleri için 3-4 mm tavsiye edilmektedir.BOYUT HASSASİYETİKabuk hariç diğer kum kalıba döküm yöntemleri için % 3-6 ( mm/m ) tüm döküm yöntemleri arasında en düşük değer denilebilir.Kabuk kalıplama yöntemi için % 0,2-0,5 ( 2-5 mm/m ) tüm döküm yöntemleri arasında ortanın iyisi denilebilir.
20 YÜZEY KALİTESİKabuk hariç diğer kum kalıba döküm yöntemleri için Ra 5-25 mikrometre değerleri arasındadır. Kum tane boyutu değer farklılığının en büyük nedenidir denilebilir.Kabuk kalıplama yöntemi için Ra 1-3 veya 1,5-5 mikrometre değerleri arasındadır.Kabuk kalıplamada çok ince taneli kum kullanılabilmesi farklılığın nedenidir.ÜRÜN ÖZELLİKLERİGözeneklilik 3-5 ve kabuk 4-5 yani 5 en fazla demektir. Gözenek miktarı fazla olup, kalıpların geçirgenliği artırılarak orta seviyeye azaltılabilir.Kum kalıba döküm ürünlerinin mekanik özellikleri iyi değildir.
21 Malzeme: Kır dökme demir Ağırlık: yaklaşık 6 kg