Basınçlı Metal Döküm Makina ve Kalıpları

[Hale]

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 makina 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 makinası 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 Makinaları

Basınçlı döküm makinasının 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 makinası tablalarına aynı eksende monte edilmiş iki çelik bloktan meydana gelir (3).

Basınçlı döküm makinaları, metal basma sisteminin farklı oluşuna göre " sıcak kamaralı" ve "soğuk kamaralı " makinalar olarak başlıca iki ana guruba ayrılır. Basınçlı döküm makinası seçimi dökülecek malzemenin özeliklerine ve yapısına göre seçilmektedir


1- Sıcak Kamaralı Döküm Yöntemi;

Sıcak kamaralı basınçlı döküm makinalarında ergime sıcaklığı 327°C olan kurşun, 420°C olan çinko, 232 °C olan kalay gibi ergime sıcaklıkları düşük olan malzemelerin kalıplanmasında kullanılır. Bu yöntemle çok küçük ve hassas, hepsi aynı özelliğe sahip parçalar seri halde dökülebilir. Sıcak kamarası döküm yöntemi ile üretim sonucunda ±0, 05 mm hassasiyet elde edilebilir.Üretim sırasında 10-80 atmosfer basınçla çalışıldığından üretilmiş parçaların üzerinden ikinci bir suretle talaş kaldırılmasına gerek duyulmaz. Sıcak kamaralı döküm yönteminde kullanılan makinalar çalışma sistemlerine göre ikiye ayrılmaktadır (5).

a-) Pistonlu makinalar sıcak kamaralı makinalar;

Şekil 2'de görünen pistonlu makinalarda; 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 makinalar;


Şekil 3. Basınçlı hava ile çalışan makinanın basit görünüşü



Şekil 3'de basınçlı hava ile çalışan döküm makinalarında metal basma sistemi için tipik bir örnek verilmektedir. Bu makina 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 makinalarda 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 makinaları, alışma konumlarına göre iki çeşittir.

a-) Yatay soğuk kamaralı döküm makinası;

Yatay konumlu soğuk kamaralı makinalarda enjeksiyon sistemini oluşturan silindir, piston ünitesi yatay düzleme paralel olarak yerleştirilmiştir (Şekil 4). Silindir-piston ünitesi ısıtılmayan bu makinalarda 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



Şekil 4. Yatay soğuk kamaralı makinanın çalışmasına örnek (A;B;C;D)
A-Metalin Doldurulması B-Metalin Basılması C-Kalıbın Açılması D-Parçanın Çıkarılması


-) Düşey soğuk kamaralı döküm makinası;

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 makinalar 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 makinası ve çalışma sırasının gösterilmesi





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. Makinaya 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