ENJEKSİYON KALIP TASARIMI VE MUKAVEMET HESAPLARI

Görkem ÖZÇELİK

Haziran, 2004 İZMİR

ENJEKSİYON KALIP TASARIMI VE MUKAVEMET HESAPLARI

Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü

Yüksek Lisans Tezi Makina Mühendisliği Bölümü, Mekanik Anabilim Dalı

Görkem ÖZÇELİK

Haziran,2004 İZMİR

Yüksek Lisans Tezi Sınav Sonuç Formu

Görkem ÖZÇELİK, tarafından Prof. Dr. Onur SAYMAN yönetiminde hazırlanan

“Enjeksiyon Kalıp Tasarımı Ve Mukavemet Hesapları” başlıklı tez tarafımızdan

okunmuş, kapsamı ve niteliği açısından bir Yüksek Lisans tezi olarak kabul edilmiştir.

Prof. Dr. Onur SAYMAN

Yönetici

Prof . Dr. Ramazan KARAKUZU Yrd. Doç. Dr. Mustafa TOPARLI

Jüri Üyesi Jüri Üyesi

Prof.Dr. Cahit HELVACI

Müdür

Fen Bilimleri Enstitüsü

I

Projenin hazırlanması sırasında bilimsel bilgilerini paylaşan ve yardımlarını

esirgemeyen tezin yöneticisi Sayın Hocam Prof. Dr. Onur SAYMAN’a , bilimsel

veri toplama ve araştırmalarım sırasında aktif olarak çalıştığım şirketlerdeki

arkadaşlarımın bana verdiği desteğe, üzerimde büyük emekleri olan ve konum ile

ilgili ilerlememe destek veren tüm yöneticilerime, bu sektöre girmemi sağlayan

Sayın Mehmet ERBER’e , bana çok değerli zamanını ayıran ve fikirleriyle tezim de

ilerlememi sağlayan Sayın Hocam Yrd. Doç.Dr. Çınar YENİ’ye , benden desteğini

esirgemeyen sevgili eşim Yurdanur ÖZÇELİK’e teşekkür ederim.

Bugüne dek sahip olduğum her şeyi borçlu olduğum, maddi ve manevi

desteklerini benden esirgemeyen babam Zeki ÖZÇELİK, annem Aynur ÖZÇELİK,

kardeşim Gürkan ÖZÇELİK’e şükranlarımı sunarım.

Görkem ÖZÇELİK,İzmir 2004

TEŞEKKÜR

II

Bu çalışmada, yüksek basınçlı enjeksiyon tezgahlarında alüminyum alaşımı

kullanılarak döküm yapan bir kalıp tasarlanmıştır.

Öncelikle sektör hakkında genel bilgi verilmiş daha sonra bir braket parçası ele

alınarak bu parçanın kalıp tasarımı yapılmıştır. Tasarıma etki eden faktörler ayrıntılı

olarak incelenmiştir. Tasarımı hızlandıracak ve kolaylaştıracak bazı pratik bilgiler

verilmiş ve bu bilgilerin doğruluğu kontrol edilmiştir.

Yüksek basınçlı tezgahlarda döküm yapan kalıplardan sağlam ve kaliteli parça

elde etmek için en önemli etkenlerden biri olan yolluk tasarımı ayrıntılı olarak

incelenmiştir. MAGMA SOFT programı yardımıyla analizleri yapılmış ve dizayn

doğrulanmıştır. Sorunlu çıkan bazı bölgelerin düzeltilmesi içinde gerekli olan

soğutma sistemi üzerinde durulmuş ve çeşitli yöntemler tavsiye edilmiştir.

Son olarak ta kalıp tasarımını ve imalatını kolaylaştırmak için ayrıca tasarım

sırasında yapılabilecek hataları engellemek için, tüm tasarım 3 boyutlu olarak

CATIA V5R9 programı vasıtasıyla modellenmiştir.

Sonuç olarak, bir sistem içinde tüm bir tasarımın nasıl yapılacağı belirlenmiş ve

örnek bir braket parçası yardımıyla bu tasarım sistematiği takip edilerek kalıp

tasarlanmıştır.

ÖZET

III

In this study, a mould which casts with aluminium alloy in high pressure die

casting machine is designed.

Firstly, a general information about the aluminum moulding is given. Then, this

mould is designed via reference of a bracket part. Factors that affect design are

examined in details. Information to make the designing period quick and simple is

given and is validated.

Design of runner system which is the most important factor to make effective and

quality parts from the moulds that cast in high pressure die casting machines is

examined in details. MAGMA SOFT tool is used to analysis and verify the design.

Also cooling system is examined in order to correct some faults areas found after

analysis and some suggestions are advised.

Lately, all part of mould design is modeled in 3D model via CATIA V5R9

programme to easy design and manufacture of mould and to prevent design faults.

As a result, how to make the whole design for a system is determined and

following the same steps a mould to cast a bracket is designed.

ABSTRACT

IV

Sayfa Teşekkür…………………………………………………………………………....I

Özet……………………………………………………………………………......II

Abstract……………………………………………………………………………III

İçindekiler…………………………………………………………………………IV

Tablo Listesi………………………………………………………………………VII

Şekil Listesi………………………………………………………………………VIII

Simgeler…………………………………………………………………………..XIII

Bölüm 1

ALÜMİNYUMA GENEL BİR BAKIŞ 1.1 Alüminyum Tarihsel Gelişimi………………………………………… 1

1.2 Alüminyumun Üretimi………………………………………………….. 2

Bölüm 2

ALÜMİNYUM ENJEKSİYON KALIPLARI 2.1 Giriş……………………………………………………………………….. 5

2.2 Alüminyum Enjeksiyon Kalıplarının Çalışma Prensipleri………………... 6

2.2.1 Sıcak Kamaralı Yöntem İle Döküm…………………………….. 7

2.2.2 Soğuk Kamaralı Yöntem İle Döküm…………………………… 7

2.3 Genel Akış Teorisine Bakış………………………………………………. 9

2.3.1 Laminer Akış Tipi ….……………………………………………. 10

2.3.2 Türbülanslı Akış Tipi ……………………………………………. 10

2.4 Yüksek Basınçlı Enjeksiyon Kalıbı Parçaları ……………………………… 11

2.5 Enjeksiyon Kalıbı Dizaynı…………………………………………………. 14

İÇİNDEKİLER

V

2.5.1 Parça Gereklilikleri……………………………………………….. 15

2.5.2 Kalıp Taslağı………………………………………………………. 18

2.5.3 Dökülebilirlik Çalışması…………………………………………... 24

2.5.4 Tezgah Seçimi…………………………………………………….. 26

2.5.5 Doldurma Oranı Hesabı…………………………………………… 30

Bölüm 3

YOLLUK HESAPLARI

3.1 Kapı Giriş Kesiti…………………………………………………………….. 33

3.2 Ana Yolluk Kesitleri Hesabı ve Tasarımı ………………………………… 37

Bölüm 4

ISIL DAĞILIM 4.1 Giriş……………………………………………………………………………43

4.2 Kalıpta Isıl Dağılım……………………………………………………………44

Bölüm 5

DİZAYNIN GÖZDEN GEÇİRİLMESİ VE ANALİZİ 5.1 Braket Parçasının Yolluk ve Doldurma Analizi……………………………….55

Bölüm 6

KALIBIN DİZAYNI

6.1 Parça Ayırma Düzlemleri………………………………………………………63

6.2 Aplik Boyutları…………………………………………………………………64

6.3 Blok Boyutları………………………………………………………………….65

6.4 Soğutma Sistemi………………………………………………………………..71

6.5 Maçanın Boyutları……………………………………………………………...73

6.6 Maça Taşıyıcısı Boyutları……………………………………………………...74

6.7 Eksenleme Sistemi……………………………………………………………..81

6.8 İtici sistemi……………………………………………………………………..84

6.9 Hava Cepleri ve Hava Tahliye Kanalları………………………………………85

VI

Bölüm 7

SONUÇ

7.1 Sonuç……………………………………………………………………………87

KAYNAKLAR……………………………………………………………………..88

VII

Tablo 1.1 Yıllara göre alüminyum üretimi……………………………………. 2

Tablo 2.1 Yüksek basınçlı enjeksiyon kalıplarında kullanılan malzemeler…... 13

Tablo 2.2 Parça özelliklerine göre uygulanması gerekli final basınçları ……... 16

Tablo 2.3 Malzeme Standartları ………………………………………………. 16

Tablo 2.4 Örnek tezgahlar ve kilitleme kuvvetleri……………………………. 30

Tablo 2.5 Farklı çaplardaki doldurma oranı…………………………………... 31

Tablo 3.1 Et kalınlıklarına göre doldurma zamanı……………………………. 35

Tablo 3.2 Doldurma zamanı hesaplamaları…………………………………… 36

Tablo 4.1 Yüksek basınçlı dökümde kullanılan bazı alüminyum alaşımlarının 1 kg

alaşım için ısıl özellikleri………………………………………………………… 46

Tablo 4.2 Boru çaplarına göre çeper kalınlıkları……………………………… 53

Tablo 6.1 Parça yüzey alanlarına göre kolon çapları………………………….. 84

Tablo 6.2 İtici pim standart ölçüleri ( DME)………………………………….. 86

TABLO LİSTESİ

VIII

Şekil 1.1 Bayer Prosesi (Bühler) Alümina eldesi…………………………… 3

Şekil 1.2 Alüminyum elde edilmesi…………………………………………… 4

Şekil 2.1 Frommer’e göre kalıp gözünün dolumu……………………............ 6

Şekil2.2 a-Sıcak Kamaralı Döküm Tezgahı……………………………….…... 7

Şekil2.2 b-Sıcak Kamaralı Döküm Tezgahı Çalışması………………………... 7

Şekil 2.3 a Yatay tipte yüksek basınçlı soğuk kamara döküm tezgahı………... 8

Şekil 2.3 b Yatay tipte yüksek basınçlı soğuk kamara döküm tezgahı çalışması.

……………………………………………………………………………. 8

Şekil 2.4 Dikey tipte yüksek basınçlı döküm tezgahı…………………………. 8

Şekil 2.5 Enjeksiyonda 3 faz…………………………………………………... 9

Şekil 2.6 Yollukta Laminer akış……………………………………………..... 10

ŞEKİL LİSTESİ

IX

Şekil 2.7 Yollukta Türbülanslı Akış…………………………………………... 11

Şekil 2.8 Yüksek Basınçlı Enjeksiyon Kalıbı Parçaları……………………….. 11

Şekil 2.9 Braket parçası görünüşleri…………………………………………... 21

Şekil 2.10 Maça çalışması gereken bölge……………………………………... 22

Şekil 2.11 Aynı yönde çekilebilir maçalı yolluk tasarımı……………………... 23

Şekil 2.12 Farklı yönde çekilebilir maçalı yolluk tasarımı……………………. 23

Şekil 2.13 Kalıp ayırma çisgisi………………………………………………... 24

Şekil 2.14 Tezgah kilitleme ve açma kuvvetleri……………………………… 27

Şekil 2.15 Kalıp projeksiyon alanı…………………………………………….. 28

Şekil 2.16 Tezgah hidrolik sisteminin yarattığı basıncın , kalıp kovanına iletilmesi

……………………………………………………………………………………. 28

Şekil 2.17 Maça taşıyıcısına etkiyen kuvvetler………………………………... 29

Şekil 2.18 Kovan ve piston……………………………………………………. 31

Şekil 3.1 Kapı giriş kesitinden sonra parçada alüminyumun ilerlemesi………. 34

Şekil 3.2 Braket parçası kapı giriş yerleri ve kesitleri………………………… 38

Şekil 3.3 Kapı giriş kesiti ve besleyici bölgenin hesaplanması……………….. 39

X

Şekil 3.4 Ani dönüşlerde meydana gelen yapışmalar………………………… 41

Şekil 3.5 Daha büyük radüsler ile dönüşler…………………………………… 41

Şekil 3.6 Dönüşlerde kesitlerde yapılacak büyültmeler……………………….. 42

Şekil 3.7 Kapı giriş kesitleri ve ana yolluk hesaplamaları…………………….. 43

Şekil 4.1 Akış Tipleri…………………………………………………………. 50

Şekil 4.2 Soğutma sisteminin yerleşimi………………………………………. 53

Şekil 4.3 a Lamelli Soğutma Tüpleri ; yağ kullanılan sistemlerde C= 35-40, su

kullanılan sistemlerde C= 50-60 mm olmalıdır…………………………………... 54

Şekil 4.3 b Helzon Soğutma Tüpleri ; yağ kullanılan sistemlerde C= 35-40, su

kullanılan sistemlerde C= 50-60 mm olmalıdır…………………………………... 55

Şekil 5.1 Parça, yolluk modellerinin Magma Soft programında boyutlandırılması..

……………………………………………………………………………. 57

Şekil 5.2 Doldurma zamanı……………………………………………………. 58

Şekil 5.3 Sıcak birleşme yüzeyleri…………………………………………….. 59

Şekil5.4 Katılaşma zamanı…..….........……………………………………....... 60

Şekil 5.5 Prozite bölgeleri……………………………………………………... 61

Şekil 5.6 Parçada proziteli bölgeler…………………………………………... 62

Şekil 5.7 Parçada proziteli bölgeler…………………………………………... 62

XI

Şekil 5.8 Prozitelerin derinliklerinin incelenmesi……………………………... 63

Şekil 5.9 Prozitelerin derinliklerinin incelenmesi……………………………... 63

Şekil 6.1 Braket parçası kalıp ayırma çizgisi………………………………….. 65

Şekil 6.2 Aplik Boyutlarının belirlenmesi…………………………………….. 66

Şekil 6.3 Hareketli apliğin 3D modellenmesi…………………………………. 67

Şekil 6.4 ItalPress 1350 Ton tezgah plakası ölçüleri………………………….. 69

Şekil 6.5 Hareketli Blok Ölçüleri……………………………………………… 70

Şekil 6.6 İtici plaka çalışma bölgesinde, blokta oluşan çökme………………... 71

Şekil 6.7 Hareketli aplikte soğutma sistemi…………………………………… 73

Şekil 6.8 Sabit aplikte soğutma sistemi……………………………………….. 74

Şekil 6.9 Maçanın aplikte yataklanması için (2-30) açı verilmesi ve soğutma

sistemi ……………………………………………………………………………. 75

Şekil 6.10 Maça taşıyıcısı, Kilitleme kaması ve Boynuz milinin konumu……. 76

Şekil 6.11 Maçanın yataklanması için maça taşıyıcında boşaltma yapılır……. 77

Şekil 6.12 Maça taşıyıcısının boyutlandırılması……………………………… 77

Şekil 6.13 Maçanın ve maça taşıyıcısının montajlı hali……………………… 78

XII

Şekil 6.14 Maça taşıyıcısının ölçüleri………………………………………… 78

Şekil 6.15 Blokta ve maça taşıyıcısının yerleşimi…………………………….. 79

Şekil 6.16 Hareketli blokta maça taşıyıcısı ve kızak yuvaları………………... 80

Şekil 6.17 Maça taşıyıcısını, merkezleme ve yataklama görevi yapan kızaklar..

……………………………………………………………………………. 80

Şekil 6.18 Maça ve kızakların konumu……………………………………….. 81

Şekil 6.19 Maça taşıyıcısının, Hareketli blokta yerleşimi…………………….. 81

Şekil 6.20 Maça taşıyıcısı, Maça, Kilitleme Takozu ve Boynuz Mili………… 82

Şekil 6.21 Kalıp eksenleme mili………………………………………………. 83

Şekil 6.22 Kalıp eksenleme burcu…………………………………………….. 83

Şekil 6.23 İticilerin ve itici deliklerinin ölçülendirilmesi ve gösterilmesi…….. 85

Şekil 6.24 Hava cebi ve firarı tasarımı………………………………………… 88

XIII

Kısaltma Terim Birim

%F Doldurma Oranı -

µ Kinematik viskozite m2/sn

a Blokta köşelerden yüke olan mesafe mm

AIM Parça projeksiyon alanı cm2

C Özgül ısı kcal/kg/ oC

CB,Ct Yolluk kesit ölçüleri mm

Cg Gizli ergime sıcaklığı kcal/kg/ oC

d, l, b, h Maça taşıyıcısı boyutları mm

D Soğutucu devrenin çapı m

Dc Tezgah hidrolik sistem piston çapı mm2

Dp Kovan piston çapı mm2

E Elastite modülü Gpa

Fc Tezgah hidrolik sistem enjeksiyon kuvveti KN

SİMGELER

XIV

Fe Kovan pistonunun uyguladığı enjeksiyon kuvveti KN

FLI Kalıp açma kuvveti KN

FLN Tezgah kitleme kuvveti KN

Fm, Fh Maça açma kuvveti bileşenleri KN

g Yerçekimi ivmesi m/sn2

H Akışkanın hidromekanik yüksekliği m

I Atalet momenti m4/4

L Aktif kovan boyu mm

Lh Bloğun toplam uzunluğu mm

M Parça, yolluk ve hava cebi ağırlıkları toplamı kg

mA Parça ve hava cebi ağırlıkları toplamı Kg

mpart Parça ağırlığı Kg

n Göz sayısı Adet

p Yoğunluk gr/cm3

Pc Tezgah hidrolik sistem basıncı Bar

Pe Spesifik enjeksiyon basıncı Bar

Q Kalıba giren ısı miktarı kcal

Qd Devreden geçen soğutucu akışkan debisi l/saat

Re Reynold sayısı -

Sa Kapı giriş kesiti mm2

So Soğutucu devre boru alanı cm2

XV

Tf Doldurma zamanı ms

U Noktasal hız m/sn

V Soğutucu akışkanın ortalama hızı m/s

VA Parça hacmi mm3

Vma Kapı giriş kesiti hızı m/sn

W Maksimum yükleme N

f Çökme mm

1

BÖLÜM BİR

ALÜMİNYUMA GENEL BİR BAKIŞ

1.1 Alüminyumun Tarihsel Gelişimi

19. yüzyıl başlarında laboratuarlarda bulunmuş olan alüminyum, teknolojide ilk

defa 19. yüzyılın 2. yarısında kullanılmıştır. Yaklaşık 100 yıl önce, günümüzde hala

kullanılan elektrolitik arıtma işlemi ile ortaya çıkmıştır. Pek çok demir içermeyen

metal için alüminyum avantajlıdır. Eğer alüminyumun tarihi gelişimi kronolijik bir

sıra ile daha yakından incelenirse:

1807: Sir Humphery Davy alüminanın metal alüminyum içerdiğine inanmaktadır.

Elektroliz yöntemi ile metal alüminyumu izole etmeye çalışmış ancak yaptığı

denemeler başarısız olmuştur.

1821: M.P.Berthier, Güney Fransa da Les Baux’da Alüminyum içeren bir mineral

keşfetti. Bu minerale buluşun yapıldığı yerden dolayı Bauxite adı verildi.

1825: Christian Qrsted potasyum amalgam kullanarak kimyasal indirgeme ile

alüminyumu çok küçük bir miktarda ayırmayı başardı.

1827: Friedrich Wöhler çok küçük miktarda alüminyum üretimini, Berlin deki

laboratuarında başardı.

1845: Wöhler, toplu iğne başı büyüklüğünde ufak alüminyum topları üretti.

1886: Paul T. Heroult Nisan ayında Paris’te ve Charles M. Hall Temmuz ayında

Amerika Birleşik Devletleri’nde, birbirlerinden habersiz olarak, arıtılmış alüminadan

elektroliz ile alüminyum üretimi için patent başvurusunda bulunmuşlardır. Bu yöntem

ABD’de hala kullanılmaktadır.

2

1887/88: K. J. Bayer bauxiteden, Al2O3 ayrıştırma prosesini geliştirdi. Heroult,

alüminyum üretimi için ilk elektroliz fabrikasını Neuhausen’de kurdu.

1892: K.J.Bayer'in, boksitten alümina eldesini sağlayan Bayer prosesini bulması ile

alüminyumun endüstriyel çapta üretimi çok kolaylaşmış ve bu genç metal, demir

çelikten sonra dünyada en çok kullanılan ikinci metal olmuştur

1897: İlk defa uçan balonun kafes ve gondolu 4 ton alüminyum levha ile

Avusturyalı David Schwarz tarafından yapıldı.

1903: Alüminyumun, makinalar da ilk denemeleri alüminyumdan piston yapılması

ile başladı. Kısa bir süre içinde de ilk hafif uçaklar Dornier, Junkers(1917) ve

Rohrbach (1919) tarafından tasarlandı.

1921: Pacz, erime kabiliyeti olan AlSi12’nin -ancak yetersiz uzamadan dolayı

bugün hala eleştirilen- sodyumla arıtılmasını buldu.

Tablo 1.1’e göre alüminyum yıllık üretimini incelendiğinde sektördeki gelişimin

ne kadar hızlı artığını görülür.

Tablo 1.1 Yıllara göre alüminyum üretimi

1880 2 ton

1900 7750 ton

1913 75000 ton

1920 128000 ton

1985 1543000 ton

1.2 Alüminyumun Üretimi

Alüminyum, yeryüzünde oksijen ve silisyumdan sonra en çok bulunan üçüncü

elementtir. Alüminyum eldesi, iki aşamada gerçekleşir. Birinci aşamada, şekil 1.1’de

görüleceği gibi; Bayer metodu ile boksit cevherinden alümina elde edilir. İkinci

3

aşamada ise, elektroliz ile alüminadan alüminyum elde edilir(Şekil 2.2). Alümina

tesisleri, genellikle boksit cevherlerinin yanına kurulur. Madenden çıkarılan boksit

cevheri, Sudkostik eriyiği ile muamele edilerek alüminyum hidroksit eldesi

gerçekleşir. Bu işlem sonucunda oluşan erimiyen kalıntılar (kırmızı çamur) ayrılır ve

alüminyum hidroksitin kalsinasyonu ile alümina yani alüminyum oksit elde edilir.

Bundan sonraki aşama “alümina” nın “alüminyuma” dönüştürülmesidir. Beyaz bir

toz görünümündeki alümina, elektroliz yapılacağı hücrelere alınır. Burada amaç,

alüminyumu oksijenden ayırmaktır. Elektroliz işlemi için 45 volt gerilimde doğru

akım uygulanır. Dipte biriken alüminyumun alınması ile işlem tamamlanır.

Genel olarak, ağırlıkça 4 birim boksitten 2 birim alümina ve 2 birim alüminadan da

1 birim alüminyum elde edilir. İlk zamanlarda üretilen birincil alüminyumun her tonu

için 42.000 kwh olan enerji sarfiyatı, ortalama 16.500 kwh değerine düşmüştür. Bu

işlemler sonucu elde edilen alüminyum birincil (primary alüminyum) olarak

tanımlanır.

Şekil 1-1 Bayer Prosesi (Bühler) Alümina eldesi

4

Şekil 1-2 Alüminyum elde edilmesi

5

BÖLÜM İKİ

ALÜMİNYUM ENJEKSİYON KALIPLARI

2.1 Giriş

Erimiş metalin bir kalıba dökülmesi yoluyla parça üretimi çok eski dönemlerden

beri uygulanan bir yöntemdir. Günümüze kadar bir parçanın üretilmesi için pek çok

farklı yöntem kullanılmıştır.Bu yöntemler kum döküm, kokil döküm, basınçlı döküm

olarak tanımlanabilir.

Bunlardan basınçlı döküm metodu diğer yöntemlere nazaran çok yenidir. Fakat

yüksek kaliteye sahip parçaların daha hızlı ve ekonomik üretilebilmesinden dolayı çok

hızlı bir gelişme göstermiştir. Basınçlı dökümün gelişimi, toplumdaki gelişmeler,

tüketim eşyalarının gelişimi ve üretilen ürünlerde karmaşık parçaların artması, daha

hızlı ve geri dönüşüm özelliği olan demirden daha hafif malzemelerin kullanılması

gerekliliğini ortaya çıkarmıştır.

Basınçlı döküm parçaların üretimi için gerekli olan makina özel bir proses

içermelidir. Kokil dökümde ki süreyi kısaltmak için, kalıba malzeme basınç ile

gönderilir. Bu preslemenin sonucu olarak aşağıdaki olaylar gerçekleşir;

- Kalıp gözünün hızlı doldurulması

- Sızdırmazlık istenen parçalar için iyi bir besleme sağlar

- Kalıp gözünü mükemmel ve tamamen doldurur

- Parçada çok iyi bir kristal yapı oluşturur.

Basınçlı dökümlerde parçadan istenilen özelliklere göre aşağıdaki malzemeler

ile döküm yapılabilir.

6

- Alüminyum ve alaşımları ( AlSi,AlSiCu,AlMg )

- Çinko ve alaşımları ( Zn+ Al+ Mg alaşımları )

- Bakır ve alaşımları ( Bronz, pirinç )

- Magnezyum ve alaşımları

- Titanyum ve alaşımları

2.2 Alüminyum Enjeksiyon Kalıplarının Çalışma Prensipleri

Metalin kalıp içine basılması için pek çok teori üretilmiş. Bunlardan gerçeğe en

yakını, L. Frommer tarafından yapılmıştır. Bu hipotez, alüminyuma benzer bir akıcılık

ve özgül ağırlığa sahip bir malzemenin, şeffaf kalıplar içerisinde yüksek hızlarda

filme alınması ile doğrulanmıştır. Malzeme, yolluktan, kalıbın karşıt uç kısmına

püskürtülmüştür. Daha sonra, malzeme yolluğa doğru geri dönerek, daha düşük direnç

yolları ile verilen tercihli yolları izleyerek geri akmaktadır. Sonuç olarak, yolluk

şeklinin, pozisyonunun, boyutlarının ve parçanın geometrik biçiminin başarı üzerinde

belirgin bir etkiye sahip olduğu anlaşılmaktadır.

Şekil 2-1 Frommer’e göre kalıp gözünün dolumu

Döküm yolluklarının geometrisi, pozisyonu ve tasarımcının tecrübesi ile becerisi,

bu safhanın ilerlemesinde belirleyici rol oynamaktadır.

Günümüzde yüksek basınçlı enjeksiyon kalıplarında döküm için 2 farklı yöntem

uygulanmaktadır. Bunlar sıcak kamara yöntemi ile döküm ve soğuk kamara yöntemi

ile dökümdür.

7

2.2.1 Sıcak Kamaralı Yöntem İle Döküm

İnce et kalınlığına sahip çinko ve bazı magnezyum alaşımları, bakır, kurşun ve

erime noktası düşük alaşımlı parçaları dökmek için kullanılır. Enjeksiyon

mekanizması erimiş malzemenin bulunduğu ocağın içinde bulunur. Bu ocak bir yol ile

makinaya direkt bağlıdır. Enjeksiyon pistonu yükselince, açılan giriş deliğinden

kovana dolan eriyik metal, enjeksiyon pistonunun tekrar aşağıya ilerlemesi ile kovan

içindeki yolu izleyerek nozula ulaşır ve buradan da kalıp içine basılır.(Şekil 2.2 a-b)

Şekil2.2 a-Sıcak kamaralı döküm tezgahı

HAZIRLAMA ENJEKSİYON İTİCİ

Şekil2.2 b-Sıcak kamaralı döküm tezgahı çalışması

2.2.2 Soğuk Kamaralı Yöntem İle Döküm

Dikey ve yatay olmak üzere iki tip tezgahta döküm yapılır(Şekil2.3 a,b),(Şekil2.4).

Toplam 3 fazdan oluşmaktadır. Birinci fazda, metal parçanın bulunduğu gözün kapı

girişine kadar yavaş bir hızla itilir ve ikinci fazda, yüksek basınçla çok kısa bir süre

içinde metal kalıp gözüne basılır. 3. fazda ise döküm, yoğunlaştırıcı kontrol sistemi

8

desteği ile yüksek basınç altında döküm parçasına çok kısa bir sürede 400- 1000 bar

arasında basınç uygular (Şekil2.5).

Şekil 2.3 a Yatay tipte yüksek basınçlı soğuk kamara döküm tezgahı

DOLUM ENJEKSİYON İTİCİ

Şekil 2.3 b Yatay tipte yüksek basınçlı soğuk kamara döküm tezgahı çalışması

DOLUM ENJEKSİYON İTİCİ

Şekil 2.4 Dikey tipte yüksek basınçlı döküm tezgahı

9

Şekil 2.5 Enjeksiyonda 3 faz

2.3 Genel Akış Teorisine Bakış

Optimum bir akış ve kaliteli istenilen şartlara uygun parça dökebilmek için,

yolluk dizaynı çok önemlidir. Bu nedenle kalıplardaki yollukların dizaynlarında

eritilmiş sıcak alüminyumun türbülans yaratmadan, içine hava almadan ilerlemesi

ve parçayı tam olarak doldurması gerekmektedir. Uygun bir akış için;

- Kapı giriş kesitinin yeri

- Kapı giriş kesitindeki hız

- 1. fazdan 2. faza geçiş noktası

- Alaşım

- Kalıp sıcaklığı

- Yüzeyde oluşturulan film tabakası

- Metal sıcaklığı önemlidir.

Akış tipleri; laminer ve türbülanslı akış olmak üzere 2 ye ayrılır.

1.Faz

Yavaş ilerleme zamanı

2.Faz

Doldurma

zamanı

3.Faz

Doldurma basıncı

VURUŞ

BASINÇ

10

2.3.1 Laminer Akış Tipi

Laminer akış da, eriyik haldeki alüminyum alaşımı yolluk eksenine paralel ve

birbirlerine karışmaksızın hareket eder(Şekil2.6). Bu yolluk dizaynlarındaki en

önemli faktörlerden biridir. Çünkü laminer olmayan bir akış sonucu; mikro ve

makro porozitelere neden olan parçaların iç kısımlarında hava ve gaz

segregasyonları oluşur. Buda parça kalitesini düşürür.

Şekil 2.6 Yollukta laminer akış

2.3.2 Türbülanslı Akış Tipi

Türbülanslı akış; yolluk dizaynındaki yanlışlıklar veya belli bir mesafeden

sonra akışkan hareket ve çizgilerinde oluşan düzensizlikler sonucu akış

çizgilerinin birbirlerini kesmesidir (Şekil2.7). Kalıp gözü içerisindeki sıvı metalin

türbülans hareketinden parçada boşluklar oluşur. Parça kalitesi düşer, kalıp

gözünde doldurma sorunları ortaya çıkar.

Şekil 2.7 Yollukta türbülanslı akış

11

2.4. Yüksek Basınçlı Enjeksiyon Kalıbı Parçaları

Yüksek basınçlı döküm yapan bir enjeksiyon kalıbını oluşturan parçalar

şekil2.8’de gösterilmiştir.

Şekil 2.8 Yüksek basınçlı enjeksiyon kalıbı parçaları

1- Kalıp destek taşıyıcı ayakları

2- Kovan

3- Sabit blok( hamil)

4- Kalıp eksenleme mili ve burcu

5- Sabit aplik (Çekirdek)

6- Kalıp eksenleme mili burcu

12

7- Hareketli blok (Hamil)

8- Destek takozları

9- İtici plaka eksenleme mili ve burcu

10- Hareketli aplik (Çekirdek)

11- İtici pim

12- İtici plakalar

13- Arka bağlama tablası

14- Topuk

15- Ana yolluk

16- Maça taşıyıcı

17- Boynuz pimi

18- Kilitleme

Tablo 2.1 de bu parçaların üretiminde kullanılan malzemeler ve bu malzemelere

uygulanan sertlik değerleri gösterilmiştir.

13

Tablo 2.1 Yüksek basınçlı enjeksiyon kalıplarında kullanılan malzemeler

N0 PARÇA ADI MALZEME 1 SERTLİK (HRc)

AÇIKLAMA

1 KONTÜNÖR DIN

X40CRMOV51

46 HRc 700 – 800 Hv

NİTRASYON 2 BLOKLAR GS 70 ---- ----

3 APLİKLER DIN

X40CRMOV51

44 – 46

HRc ----

4 ARKA PLAKA C1010 ---- ----

5 SİLİNDİR

BAĞLAMA PLAKASI C1010 ---- ----

6 BOYNUZ 4140 (SAE) 50 – 52

HRc ----

7 TEZGAH

KİLİTLEME MİLİ 4140 (SAE) 46 HRc ----

8 KİLİTLEME

KAMASI DIN

X40CRMOV51

40 – 42

HRc ----

9 MAÇA DIN

X40CRMOV51

44 – 46

HRc GEREKİRSE 800

Hv NİTRASYON 10 MAÇA TAŞIYICI DIN

X40CRMOV51

46 HRc ----

11 İTİCİ PLAKALARI C1010 ---- ----

12 İTİCİ EKSENLEME

MİLİ C1050 44 – 46

HRc Ø 32 İTİCİ PİMİ

13 KIZAKLAR DIN

X40CRMOV51

46 HRc GEREKİRSE 800

Hv NİTRASYON 14 APLİK ve MAÇA

PİMLERİ QRO 90 ---- PİM KAPLAMASI

KROM NITRUR 15 BLOK

EKSENLEME MİLİ 4140 (SAE) 54 – 56

HRc ----

16 BLOK

EKSENLEME MİLİ 4140 (SAE) 50 – 52

HRc ----

17 YOLLUK TAKOZU DIN

X40CRMOV51

46 HRc ----

18 KALIP AYAKLARI C1010 ---- ----

19 BORU BORU ---- ----

20 ITICI PLK

EKSENLEME BURCU C 1050 44 – 46

HRc ----

21 TAMPON C1010 ---- ----

22 SİLİNDİR

ADAPTÖRÜ

4140 (SAE) ---- ----

14

2.5 Enjeksiyon Kalıbı Dizaynı

Bir kalıbın yapımı için dizaynına başlamadan önce bazı parametrelerin dizayn

elemanı veya oluşturulan bir ekip tarafından gözden geçirilmesi gerekmektedir.

1- Parça Gereklilikleri

• Parçanın tanımlanması

• Parçanın dizayn için uygun olması

• Görünüş

• İstenilen kalite özellikleri

2- Kalıp Taslağı

• Parçanın ayrım yüzeyi

• Kalıbın göz sayısı

• Makina boyutları

• Yolluk sistemi

• Farklı tip parçaların olabilirliği

3- Dökülebilirlik Çalışması

• Çekme payı hesabı

• Kalıbın bağlanabilirliği

• Spreylenmesi

4- Hangi makinede basılacağına karar verilmesi

5- Doldurma oranı

6- Yolluk hesapları

15

7- Isıl dağılım

8- Yapılan ön dizayn çalışmasının gözden geçirilmesi

9- Kalıbın dizaynı

2.5.1 Parça Gereklilikleri

Dökülmesi istenilen parçanın kullanılacağı yere göre çeşitli şartlarda dökülmesi

gerekmektedir. Yüksek basınçta dökülmüş bir parçanın estetik sunumu ve yapısal

bütünlük olarak başarılı olması aşağıdaki faktörlere bağlıdır:

-Yolluk biçimi;

-Yolluk kalınlığı ve kesiti;

-Kalıbın dolum zamanı;

-Yolluktaki metal hızı;

-Alaşımın fiziksel ve teknolojik özellikleri;

-Metalin hızı ve basıncı;

-Metal ve kalıp sıcaklıkları arasındaki bağlantı.

Parçadan istenen özelliklere göre uygulanması gereken final basıncı Tablo 2.2 de

gösterildiği gibi farklı olacaktır.

16

Tablo 2.2 Parça özelliklerine göre uygulanması gerekli final basınçları

Yüksek basınçlı Al. Parçadan

Beklenen özellikler

Bu Özellikleri sağlamak için

önerilen basınçlar

Parça küçük ve mekenik

gerilmelerden uzak bir parça ise 300- 400 bar

Parçadan daha mukavemetli olması

bekleniyor ise 400- 800 bar

Büyük ve ince kesitlere sahip

sızdırmazlık istenen parçalarda 800- 1200 bar

Kullanılması istenilen malzeme, parçanın özelliklerine etki ettiği gibi kalıp

dizaynına da etki eden önemli faktörlerdendir. Tablo 2.3 de yüksek basınçlı

enjeksiyon parçalarında en çok kullanılan malzemelerin listesi görülmektedir.

Tablo 2.3 Malzeme Standartları

Alaşımın Adı Cu Zn Si Fe Ti Ni Mn Mg Pb Sn

Alloy226

G-

AlSi9Cu3

2-

3,5 1,2

8,0-

11,0 1,2 0,15 0,3

0,1-

0,5

0,1-

0,5 0,2 0,1

Alloy231

G-

AlSi12(Cu) 1,2 0,5,

10,5-

13,5 1,2 0,15 0,2

0,1-

0,5 0,4

Alloy230

G-

AlSi12(Cu) 0,1 0,1

10,5-

13,5 1 0,15

0,001-

0,4 0,05

Alloy239

G-

AlSi10Mg 0,1 0,1

9,0-

11,0 1 0,15

0,001-

0,4

0,2-

0,5

17

- 226 genel olarak çok iyi döküm özellikleri verir. Parçanın kalıpta

çekme eğilimi düşüktür.

- 231 iyi doldurma özeliği olan ötektik alaşımdır. Yüksek sıcaklığa

dayanıklı ve çok iyi döküm özelliklerine sahiptir.

- 230 iyi doldurma özeliği olan ötektik alaşımdır. Yüksek sıcaklığa

dayanıklı ve yüksek kimyasal dayanıma sahip çok iyi döküm özelliklerine

sahiptir.

- 239 iyi döküm özelliklerine sahiptir. Yüksek sıcaklık dayanımı ve

kimyasal direnci yüksek olmasının yanında kolay işlenebilirlik de çok önemli

bir özelliğidir.

Bu malzemelerden 226 alaşımı, 230 ve 231 alaşımlarının katılaşma zamanları

birbirlerinden çok farklıdır, yani parçanın kalıbı doldurma zamanları da farklı

olmaktadır. Genellikle, alaşım 226 daha kalın parçalarda tercih edilirken, alaşım 230

ve 231 daha ince cidarlı parçaların dökümü için tercih edilir. Bu nedenle kalıp yolluk

hesaplarında, kullanılan malzemenin de önemi vardır. Bu alaşımlarda kullanılan

elementlerin, aliminyum alaşımlarındaki etkisini incelenirse;

Demir, daima alüminyum içerisinde safsızlık yaratmakta olup, genellikle

dökümcülükte istenmeyen bir elementtir. Buna karşın, yüksek basınçlı dökümde

oldukça önem taşımaktadır. Demir, gerçekte, yapışma risklerini azaltmakta, sıcaktaki

mekanik direnci iyileştirmekte, parçanın kalıptan çıkartılmasını kolaylaştırmaktadır.

Oranı yüzde birin altında ise, bu durum, tane inceltme ve büzülme hassasiyetini

azaltmaktadır.

Silisyum, ötektik değere ulaşana kadar, akabilirliği iyileştirmekte, çekintiye karşı

hassasiyeti azaltmakta ve sıkıştırılmış parçalar elde edilmesine imkan sağlamaktadır.

Korozyona karşı direnci hissedilir bir şekilde azaltmamakta ancak işlenebilirliği

azaltmaktadır.

18

Bakır, çatlama risklerini, sertliği ve sıcağa karşı direnci arttırmakta ve

işlenebilirliği iyileştirmektedir. Buna karşın, korozyona karşı direnci belirgin bir

şekilde azaltmaktadır. Çok az miktarlarda bulunsa bile bu etkisi ortaya çıkmaktadır.

Çinko, alaşım içerisinde bulunması, mekanik direnci, işlenebilirliği

iyileştirmektedir. Buna karşın, korozyon direncini ağırlaştırmakta ve ısıya karşı

önemli bir hassasiyet oluşturmaktadır.

Magnezyum, çatlama ve sertleşme risklerini arttırmaktadır. Korozyona karşı

direnci ve kabuk kalitesini iyileştirmektedir. Bunlara karşın akabilirliği azaltmakta ve

çekinti hassasiyetini arttırmaktadır. Bunun için, magnezyum alaşımından parçalar,

giderek fazlalaşan çatlaklar içermektedirler.

2.5.2 Kalıp Taslağı

Kalıp, direkt olarak parçaya formunu veren bölümdür. Bir enjeksiyon dökümden

beklenenler;

- Parçanın boyutlarının ve formunun tam olarak kopyalanması

- Uygun bir sıcaklıkta parçanın çıkartılması ve hareketli kısımlar arasında bağlantılı

hareketlerin sağlanması

- Sıvı metal tarafından uygulanan basınç ve enjeksiyon ile ilişkili olan mekanik

kuvvetler ve ısıl etkilere karşı direnç

- Metalin katılaşmasından sonra, parçanın ve kalıbın deformasyonu ya da

çatlamalar oluşmaksızın parçanın çıkartılmasına imkan sağlanması gerekmektedir.

Yüksek basınçta dökülmüş bir parçanın kalitesi ve hassasiyeti, tezgaha monte edilen

kalıbın doğru kullanımının yanısıra, kalıbın imalatında gösterilen özene de bağlıdır.

Bunun yanında kalıp tasarım ve imalatını kolaylaştıran bazı önemli noktalar vardır.

Basit Profiller;

Basit geometrik hatlar ile belirlenen basit profiller, apliklerin imalat zamanlarını

azaltmaya yardımcı olmaktadır. Hassasiyetin önemli olmadığı aplikler, kısmi genel

çizgiler üzerinde ve basit çizgiler üzerinde direkt olarak gerçekleştirilebilmektedir.

19

Tasarım, mümkün olduğunca daha sonra çapak alma işlemi uygulanmasını

sağlamalıdır.

Çıkış açısı;

Çıkış açısı mutlaka bulunmalı ve parçanın aplikten rahatlıkla ayrılabileceği değerler

arasında olmalıdır. Kalıp üreten kuruluşların büyük çoğunluğu, yarım derecelik açı

değerini seçme imkanına sahiptir. Çıkış açısı değeri, büyük oranda et payı kalınlığına

bağımlıdır.

Ara kesit;

Daha öncede bahsedildiği gibi, bir parçanın iyi dizaynı için ara kesiti de hesaba

katılmalıdır. Öyle ki, kalıp imalatının mümkün olduğunca basit ve buna bağlı olarak

da ucuz olması için kalıp ayrıldığında ortaya çıkan ara kesit de dikkate

alınmalıdır.Tasarım, mümkün olduğunca basit bir çapak alma işlemi uygulanmasını

sağlamalıdır.

Kontur Çıkış Açılarının Mümkün Olduğunca Azaltılması,

Parçanın dış çeperinde mevcut basit ve sınırlı olabilen kontur çıkış açıları, kalıbı

daha karmaşık kılan ve imalatını güçleştiren yatay hareketlere yani maçalara

gereksinim göstermektedir. Kurslarına göre bu hareketler, mekanik ya da hidrolik

mekanizmalar ile elde edilebilmektedir. Hidrolik mekanizma, ek maliyetler

gerektirmekte ve kalıp açısından ileride sorunlar çıkmasına neden olabilmektedir.

Tek Düze Et Payı Kalınlıkları ve Sabit Boyutlar;

Sabit et payları, parçanın homojen bir şekilde soğumasını sağlarken parçanın

deformasyonuna yol açan iç gerilimleri de ortadan kaldırmaktadır. İnce et payları,

kalıbın soğumasını kolaylaştırmakta ve daha yüksek bir üretim miktarına ulaşılmasına

imkan sağlamaktadır. Çeperlere daha yüksek bir direnç kazandırılması gereken

durumlarda belirlenen bölgelerde feder oluşturulması gerekmektedir. Gerek soğuma

esnasında gerekse kesme işleminde, az miktardaki bir malzeme ile deformasyonlara

karşı parçalar korunmaktadır. Kalın et payları, derin ve düşük çapa sahip delikler

etrafında, metal yapışmasını ve deliği oluşturan pimin aşırı ısınması ile kaçınılmaz

20

bozulmayı engellemek açısından tavsiye edilmemektedir. Köşeler ve keskin açılar,

dinamik metal akışında karanlık bölgeler oluşturarak türbülanslara neden

olmaktadırlar. Bu şekilde boşluklar ile hava ceplerinin oluşumu kaçınılmaz hale

gelmektedirler. Parça et paylarına karşılık gelen radyus bağlantı hatlarının kullanımı,

daha laminer bir akış sağlamakta ve kalıp gözünün dolumunu kolaylaştırmaktadır

Eşit ya da sabit et payı kalınlıkları, kimi zaman kopyalama işlemine imkan

sağladığından çalışma ivmesi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bir kalıbın

basitleştirilmesini sağlayan farklı parça dizayn elemanları da bulunmaktadır. Ancak

bunlar, bazı imkanların ortadan kalkmasına neden olabilmektedir. Örneğin:

- Bazı işlemelerin gerçekleştirilmesinin imkansızlığı,

- Birleştirme zorlukları,

- Basınç dayanımı ( yüksek basınçlı dökülmüş parça başına maksimum 15 – 25 atm

ya da 1,5 – 2,5 MPa ). Bu verilere dayanarak, parçanın kalıptan çıkarılabilmesi için

uygun ayırma yüzeyinin belirlenmesi gerekmektedir. Parçanın motiflerinin bir kısmı

hareketli aplikte diğer kısmı ise sabit aplik üzerine işlenmektedir. Parçanın her iki

aplikten de çıkabilmesi için daha önce de belirtildiği gibi çıkma açılarının her iki

aplikte de verilmesi gerekmektedir.İşte bu çıkma açılarının parçada birleştiği nokta,

kalıp ayırma yüzeyidir. Tabi ki müşterinin resim üzerinde belirttiği çıkış açılarına

uyularak da ayırma yüzeyi belirlenebilir, ancak; mutlaka çıkış açıları kontrol

edilmelidir. Bu aşamadan sonra yapılacak işlemler Şekil 2.9’da verilen braket parçası

üzerinde tanımlanırsa:

21

Şekil 2.9 Braket parçası görünüşleri

Göz Sayısı;

Kalıptaki göz sayısı; bir baskıda çıkacak parça adedi anlamına gelmektedir ve çok

önemlidir. Elbette bir baskıda ne kadar çok parça elde edilirse bu işçilik süresinin

kısalması ve üretim adetlerinin artması anlamına gelecektir. Ancak kalıptaki göz

sayısını belirleyen faktörler vardır. Bunlardan en önemlisi mevcut tezgahların

kapasitesidir. Ancak bir diğer önemli etken de her zamanki gibi parçanın dizaynıdır.

Özellikle parçanın yan duvarlarında maça yapılarak çıkarılacak motif veya deliklerin

sayısı, yönü ve açısı kalıbın göz sayısını belirlemeyi sağlar(Şekil 2.10). 4 yönde de

Parça Adı: Braket

Parçanın Ağırlığı: 1750 gr

Malzemesi: AlSi9Cu3

Maçadan çıkması

gereken bölge

22

maça yapılmasını gerektiren motif veya deliklere sahip olan bir parçada bir gözlü

kalıp yapılması daha kolaydır. 4 yönde maçası olan bir parçanın birden fazla gözlü

kalıp tasarımı yapıldığında görülecektir ki, maçaların ilerleme mekanizmaları

birbirlerinin çalışmasını engellemektedir.

Şekil 2.10 Maçadan çıkarılması gereken bölge

Parçanın büyüklüğü de göz sayısını etkileyen faktörlerdendir. Düz bir parçada hiç

maça olmamasına rağmen kalıp dizaynı yapıldığı zaman, bu kalıp tezgaha sığmıyor

ise, bu parçanın mevcut tezgahlarda dökülmesi mümkün değildir. İlk kalıp tasarlama

aşamasında yaklaşık olarak parçaya malzemenin nereden girmesinin uygun olacağının

ve genel yolluk şeklinin belirlenmesi gelecekte dizayn yapılırken hesaplamalarda

kolaylık sağlayacaktır. Kalıp dizaynı yapılacak braket modelinin olası yolluk

girişlerini ve yolluk taslak dizaynı şekil 2.11 ve şekil 2.12’de gösterilmiştir:

maça ekseni

23

Şekil 2.11 Aynı yönde çekilebilir maçalı yolluk tasarımı

Maçaların aynı yönde çekilebilir olması dizaynı kolaylaştırır. Ancak yolluk sistemi

uzun ve simetrik olmadığı zaman basınç kaybı oluşur ve parçalara giren sıvı metal

sıcaklığı eşit olmadığı için parça kaliteleri de farklı olacaktır. Ayrıca yolluk girişleri

ile parça sonu arasındaki mesafe uzun olduğu için parça dolana kadar metal

soğuyacak bu da büzülme ve soğuk birleşmelerin oluşmasına neden olacaktır. Kalıp

boyutları diğer alternatiflere göre büyük olacaktır.

Şekil 2.12 Farklı yönde çekilebilir maçalı yolluk tasarımı

24

Yolluk girişleri daha simetrik ve parçaya yayılması daha kolay olan federlerin

üzerinden verilmiştir. Böylece parçada çekinti riski azaltılmaya çalışılmıştır.

Dezavantajı ise 1.faz daha önce başladığı için türbülans oluşma riski vardır.Uygun

yolluk dizaynı ile bu risk azaltılırsa bu yolluk sistemi ile dökümden daha kaliteli parça

elde edilebilir. Şekil 2.13’de parça da oluşacak muhtemel kalıp ayırma yüzeyleri

oluşturulursa.

Şekil 2.13 Kalıp ayırma çizgisi

2.5.3 Dökülebilirlik Çalışması

Üretilmesi istenilen parçadaki çekme payı çok önemlidir. 620-720 0C de döküm

yapıldığında aplik ve blok malzemelerin de genleşme oluşacak ve sonra ortam

sıcaklığına dönülmesi sonucu büzülme meydana gelecektir. Yani parçanın boyutsal

hassasiyetinin elde edilmesi ve muhafaza edilmesindeki zorluk, kalıbın ısı genleşme

olayları nedeniyle, kalıptan çıkarıldıktan sonra parçanın büzülmesidir. Isı

değişimlerine maruz kalan tüm cisimler, ısıtıldıklarında genleşmekte ve

soğuduklarında büzülmektedirler.

Buna göre; kalıp belirli bir sıcaklıkta çalışmaktadır ( 200 – 350 oC ) ve apliklerin

orijinal boyutlarını arttırarak genleşmektedir. Alaşım genleşmiş apliklerin içerisine

belli bir sıcaklıkta ( 620 – 720 oC ) sıvı durumda enjekte edilmektedirler. Parça 220 ila

370 oC arasındaki bir sıcaklıkta kalıptan çıkarılmaktadır. Ortam sıcaklığına kadar

soğutularak, yeni bir büzülme geçirmektedir.

25

Kalıbın bu kasılma ve genleşme değeri, kullanılan malzeme özelliğine ve termik

şokların şiddet ve sıklığına bağlıdır. Sıcaklık katsayıları, sabit değildir ancak

hesaplama için sabit bir değer alınmaktadır. Aplik yapımında kullanılması tavsiye

edilen 2344 sıcak iş çelikleri için ısıl genleşme katsayısı, yaklaşık olarak 0,0000123

mm/1 o C’dır. Sık kullanılan alüminyum alaşımlarının ısıl genleşme katsayısı ise

yaklaşık olarak 0,0000236 mm/1 oC’dır.

Örneğin aplik boyutlarından bir tanesi 100 mm olsun. Kalıp 300 oC’ye

getirildiğinde, bu boyut, genleşme etkisi ile

0,0000123 x 100 x 300 = 0,369 mm olacaktır.

Aplikteki toplam uzama; 100+0,369 =100,369 mm olacaktır.

Parça 300 oC’den alarak 20 oC’lik oda sıcaklığına gelene dek soğumaya bırakılırsa,

bu boyut;

( 100,369 – ( 0,0000236 x 100 x (300-20) ) = 0.66 mm olacaktır.

Kalıp tasarım kalitesi ve yüksek basınçlı döküm işlemine bağlı diğer faktörlere

göre, aplik boyutu 100 mm olarak alındı. Kalıp genleşmesi ve parça büzülmesinin

birlikte etkisi ile parça kalıptan çıkarıldıktan sonra, 99.7 mm gibi bir sonuç elde edildi.

Yani istenen 100 mm yerine en azından 0,66 mm daha düşük bir boyuta ulaşıldı. O

halde; İstenen 100 mm boyutunu elde etmek için, aplik boyutunu 0,66 mm arttırmak

gerekmektedir.

Yüksek basınçta dökülmüş parçanın istenen final boyutunu elde etmek için,

genellikle, parçaya ait tüm ölçüler ‰ 5 ila 6 oranında arttırılmaktadır. Bu çalışma,

genellikle, istenen parça da final boyutuna çok yakın değerlerin elde edilmesine imkan

sağlamaktadır.

Kalıp döküm yaptıktan sonra kapılar açılır ve parça alınır ve işte bu noktadan sonra

spreyleme işlemi başlar. Spreyleme işlemi kalıptaki ısıl dengeyi sağlamak, aplik

yüzeyini genel olarak soğutmak, özellikle çok ısınan maça pimi, ince feder gibi

bölgeleri soğutmak ve kalıbın üzerine yapışarak ince bir film tabakası oluşturmaktır.

26

Böylece sıcak alüminyumun çelik ile direkt temasını önleyerek yapışmaları engeller.

Bu nedenle aplik ve maçada spreyleme yapılacak bölgelerin de belirlenmesi gerekir.

Kalıbın tezgaha en hızlı şekilde nasıl bağlanacağı veya sökülebileceği

düşünülmelidir. Blok boyutlarının tezgah bağlama plakasına uygun olması çalışanın

veya rabot kolun parçayı kalıptan rahat bir şekilde alabilmesi ve işletmede döküm

yapılacak kalıbın bağlanacağı makinenin konumu da göz önüne alınarak kalıp tasarımı

yapılmalıdır.

2.5.4 Tezgah Seçimi

Tezgah seçimindeki en önemli faktör, kalıba enjeksiyon uygulandığı zaman oluşan

açma kuvveti ile tezgahın kilitleme kuvveti arasındaki ilişkidir. Tezgah kilitleme

kuvveti; kapatma pozisyonunda mafsal tablalarının uzaklaştırılması için uygulanan bir

kuvvettir. Şekil 2.14’de görüleceği gibi; kapatma kuvveti, iki tablayı uzaklaştırmaya

yönelik bir kuvvet ile ifade edilmektedir. Bu kuvvet kalıbın açılmasını ve kalıp gözü

içine preslenen metalin dışa akmasını engellemek için diğer kuvvetten fazla olmalıdır.

Bu nedenle, kapatma kuvveti, ilgili açma kuvvetine oranla % 15 ila % 20 civarında

daha yüksek olmaktadır. Tezgah açma kuvvetine etkileyen faktörler ise parçanın

toplam projeksiyon alanı, uygulanan enjeksiyon basıncına bağlı olarak oluşan spesifik

basınçtır.

27

Şekil 2.14 Tezgah kilitleme ve açma kuvvetleri

FLN> FLI(N) = AIM(cm2) x Pe )( 2cmN x 1.2(güvenlik faktörü) + Fm(N)

AIM= Parça projeksiyon alanı hesaplanırken; parçanın kovana dik izdüşüm alanı,

göz sayısı, maçalı parçaların etkisi, yolluk, takoz, hava ceplerinin alanları göz önüne

alınır. Tasarım aşamasında; yolluk, yolluk takozu ve hava ceplerinin yüzey alanı,

teorik olarak parça projeksiyon alanının %40 ı alınabilir (Şekil 2.15).

AIM=(Parçanın alanı x kalıptaki göz sayısı) x 1.4 olarak hesaplanır.

28

Şekil 2.15 Kalıp projeksiyon alanı

Pe= Spesifik Basınç; Tezgahın hidrolik sisteminin uyguladığı basıncın, piston kolu

ve kovan pistonu ile kalıba aktarılması sonucu oluşan basınçtır. Kovan pistonun

seçimi ise tezgahın özelliklerine ve doldurma oranın hesaplarına göre değişmektedir

(Şekil 2.16).

Şekil 2.16 Tezgah hidrolik sisteminin yarattığı basıncın, kalıp kovanına

iletilmesi

Tezgah Hidrolik Sistemi

Pc=360 bar

Piston Çapı=Dc=150

Kovan

Piston Çapı(Dp)=100mm

Pe

Projeksiyon Alanı: 390 cm² dir.

AIM= 390cm²x 2 gözlü x1.4

= 1092 cm²

29

Kuvvet Eşitliğinden; Fe=Fc=Pe*Ae=Pc*Ac

2)(DpDcPcxPe = = 2)

100150(360x =810 bar basınç kalıba uygulanmaktadır.

Braket parçası dinamik yüklere maruz kalacağı ve parça dizaynındaki ince et

kalınlıklarından dolayı 800 ile 900 bar arasında bir basınç ile dökülmelidir.

Fm= Enjeksiyon sırasında hereketli maçaya uygulanan basınç sonucu; Kalıp açma

yönünde oluşan kuvvettir. Maça taşıyıcı dizaynlarında;

Kilitleme açısı hidrolik sistemle yapılacak maçalar için 6-8o

Kilitleme açısı mekanik sistemle yapılacak maçalar için 18-21o

Şekil 2.17 Maça taşıyıcısına etkiyen kuvvetler

PexAmaçaFh = = 8100 )( 2cmN x 85 (cm2) = 6885 N olarak hesaplanır. Buradan

Fm kuvveti hesaplanırsa;

Fm= 6885 x tan 21 = 2642 (N) kuvvet maçalar tarafından kalıba açmaya yönelik

etki yapmaktadır.

Toplam 2 adet maça olduğuna göre; Fm= 2 x 2642 = 5285 (N) olarak hesaplanır.

Sonuç olarak; FLI tezgah açma kuvveti;

30

FLI(N) = AIM(cm2) x Pe )( 2cmN x 1.2(güvenlik faktörü) + Fm(N)

FLI= 1092 (cm2) x 8100 )( 2cmN x 1.2 + 5285 = 10619525 (N) = 10619 KN olarak

bulunur. Bundan sonra bu açma kuvvetine uygun tezgah seçilir. Bu seçim için bazı

tezgahlara ait kilitleme kuvvetleri Tablo 2.4’de verilmiştir. Buna göre; FLN> FLI

eşitliği için en uygun tezgah ItalPress 1350 olarak belirlenir. Çünkü Italpress 1350

tonluk tezgahın kilitleme kuvveti 13500 KN dur ve bu değer kalıbın açma

kuvvetinden yüksek olduğu için kalıp bu tezgahta güvenle döküm yapabilir.

Tablo 2.4 Örnek tezgahlar ve kilitleme kuvvetleri

TEZGAH ADI KİTLEME KUVVETİ (KN)

TEZGAH ADI KİTLEME KUVVETİ (KN)

AYHAN 500 1470 ITALPRESS 750 7500IDRA 220 2450 FRECH 800 9300IDRA 320 3450 IDRA 950 9500FRECH 500 5800 ITALPRESS 1350 13500FRECH 580 6670 BUHLER1400 14000FRECH720 8280 ITALPRESS1850 18500

Dizayn edilecek olan kalıpta bu tezgahın özellikleri göz önünde bulundurulmalıdır.

2.5.5 Doldurma Oranı Hesabı

Doldurma oranı hesabı yapmak için öncelikle kovan ve piston mekanizmasını

tanımlanmalıdır. Kovan ve enjeksiyon pistonu çok basit yapıdaki iki bölümdür.

Bunlar, enjeksiyon mekanizmasının iki anahtar noktasını oluşturmaktadırlar.

Enjeksiyon grubu tarafından ortaya konan hız-kuvvet parametreleri, metale

iletilmektedir. Bu bölümlerin bütünlüğü, etkinliği ve işlevselliği, üretilecek parçaların

kalitesi ve miktarı için çok önemlidir. Kovanın dolum oranı, genellikle ( % ) yüzde

olarak gösterilmektedir. Kalıp gözünün dolumunda gerekli olduğu gibi çok kısa

zamanda havanın boşaltılması, yüksek basınçlı dökümde en büyük sorunu

oluşturduğundan kovanın dolum oranının hesaba katılması önemlidir. Günümüz

uygulamalarda bu oran % 30 – 40 arasında tutulmaya çalışılmaktadır (Şekil 2.18).

Tablo 2.5’de görüldüğü gibi, farklı çaplara göre doldurma oranı hesaplanır ve uygun

olanı seçilir.

31

Doldurma oranı hesabı;.

Braket parçası için uygulanırsa;

mA= n x (mpart+mhavacebi)

n=2

mpart=1750 gr

mhavacebi= 260 gr ( parça ağırlığının %15-25 arasında olmalıdır.)

L( kovan aktif boyu) kovanda pistonun ilerleme mesafesidir.

Şekil 2.18 Kovan ve piston

.

5.2**4*% 2

2 LDmaF

π=

32

Tablo 2.5 Farklı çaplardaki doldurma oranı

¢Piston Aktif Kovan

Boyu

Doldurma

Oranı

60 633 0.89

70 633 0.66

80 633 0.50

90 633 0.39

100 633 0.32

110 633 0.26

120 633 0.22

130 633 0.19

140 633 0.16

150 633 0.14

O halde en uygun piston çapı 100 mm olmalıdır ve kalıp doldurma oranı %32

olarak seçilmelidir.

33

BÖLÜM 3

YOLLUK HESAPLARI

3.1 Kapı Giriş Kesiti (Sa)

Yolluk dizaynlarında en önemli noktalardan biri malzemenin kalıp gözüne ilk

girdiği noktadaki şekil ve kesit alanıdır. Buna kapı giriş kesitide (Sa) denilebilir.

Vma’nın teorik hesaplanması için malzemenin yolluk girişinden parçaya

girdikten sonraki geometrisi önemlidir.

Eğer kapı girişinden sonra parçada hızlı yön değişimleri var ise 20- 40 m/s hız

yeterlidir daha hızlı metal akışı aplik üzerindeki bu duvarlara metalin hızla çarpması

sonucu erezyon oluşturur. Bu da zamanla bu bölgelerde sıcak malzemenin

yapışmasına neden olur.

Şekil 3.1 Kapı giriş kesitinden sonra parçada alüminyumun ilerlemesi

Ancak; kapı giriş kesitinden sonra parçada daha az bir yön değişimi var ise hız 40-

60 m/s arasında seçilebilir. Ayrıca ince federlere sahip parçalarda hız arttırılarak daha

TfVmapm

TfVmaVASa A

***==

34

iyi bir dolum sağlanabilir. Bu nedenle braket parçasında kapı girişlerini mümkün

olduğunca az yön değişimi olan bölgelerden girme gerekliliği ortaya çıkar. Bunun

yanında vakum uygulanan kalıplarda alınacak hız değerleri 15-35 m/s arasında

değişmelidir. Braket parçası gibi federli, büyük ve girintili çıkıntılı parçalarda vakum

uygulaması parça kalitesini iyileştirici yönde etki yapar. Braket kalıbının kapı giriş

hızı teorik olarak 30 m/s alınabilir

Tf; dolum zamanı, sağlam bir parça elde etmek için, parçanın kalıp içerisinde

katılaşmasından önce, metalin kalıp gözünü tamamen doldurması için geçen süredir.

Bu katılaşma zamanı, şu faktörlere bağlıdır: katılaşma aralığı ( her alaşım için özel

katılaşma başlangıcı ve sonu arasındaki sıcalık farkı ), metal sıcaklığı, kalıp sıcaklığı,

parça et kalınlığı. Parça et kalınlığına göre, bazı katılaşma zamanları aşağıda Tablo

3.1’de gösterilmiştir. Belirlenmiş bir aralıkta yer alan çok kısa süreler; alaşım tipi,

girişteki metalin ısı koşulları ve diğer işlem parametreleri gibi farklı faktörlere

bağımlıdır.

Tablo 3.1 Et kalınlıklarına göre doldurma zamanı

S (mm) Tf (ms)

1.5 10…30

1.8 20…40

2. 20…60

2.3 30…70

2.5 40…90

3. 50…100

3.8 50…120

5 60…200

35

Braket parçasının federler dışındaki min et kalınlığı 3 mm dir. Buna göre doldurma

zamanı 50-100 ms arasındadır. Bu süreyi daha net bulabilmek için tablo 3.2’de ki

sorular yaklaşık olarak cevaplanmalıdır.

Tablo 3.2 Doldurma zamanı hesaplamaları

Doldurma Zamanı

No

Duvar Kalınlığı

s=3 mm Hızlı (50ms) Yavaş(100ms)

En ince etkalınlığı yolluk

girişine uzak X

1 En ince etkalınlığı yolluk

girişine yakın X

Malzeme 230 X 2

Malzeme 226 X

Parçada girinti-çıkıntılar fazla

ve yükseklikleri farkı büyük ise X

3 Parçada girinti çıkıntı sayısı az

ve bunların yükseklik farkları az

ise

X

Kalıp sıcaklığı hesaplanan

değerlerden düşük ise X

4 Kalıp sıcaklığı hesaplanan

değerlerden yüksek ise X

Yolluk uzun ve parçaya birden

çok yerden giriş yapılıyorsa X

5 Yolluk kısa ve tek bir yerden

giriş yapılıyorsa X

36

Cevap1: Braket parçasında en ince duvar kalınlığının olduğu bölge parçanın orta

bölgesindedir.O halde taslak yolluk dizaynına göre doldurma zamanı orta değer yani

65 ms alınabilir.

Cevap2: Braket parçası malzemesi; AlSi9Cu3 (226) dır. O halde Tf burda 90 ms

alınabilir.

Cevap3: Parçadaki girinti çıkıntılar fazla olamasına rağmen yüksekli farkları çok

değildir bu nedenle hızlı bir doldurma beklenebilir. Tf değeri 60 ms dir.

Cevap4: Kalıpta istenen sıcaklık kalıp kapalı halde iken 300-350 Co olan sıcaklığın

kalıp açıldığında 180-200 oC a düşürülmesidir. Bunu sağlamak için kalıba sprey ile

soğutma yapıldığı gibi kalıbın kendi içinde soğutma kanalları açılarak da bu

sağlanabilir. Kalıp için gerekli ısı transferini sağlayacak sistem daha sonra

hesaplanacaktır. Bu nedenle soğutmayı tam yapıp kalıp sıcaklığını istenilen ölçülerde

tutulduğu varsayılırsa; Tf=70 ms alınabilir.

Cevap5: Taslak dizaynda da görüleceği gibi parçaya birden çok noktadan girmenin

parçayı doldurmak için daha etkili olduğunu düşünülmüştür. O halde Tf değeri 50 ms

alınabilir.

Tüm bu sorular sonucunda ortaya çıkan zamanların ortalaması alınırsa, teorik

doldurma zamanı bulunur.

msTf 675

3355

5070609065==

++++=

olarak hesaplanır. Bulunan değerler yerine konulur ve kapı giriş kesiti hesaplanırsa;

değerine ulaşılır. Yani parça başına enaz 340 mm2 yolluk girişi yapılmalıdır. Braket

parçasının tam olarak doldurulabilmesi için feder yapısı incelemeli ve kapı giriş

kesitlerini bu federlerin akışa destek verebileceği noktalardan girilmelidir. Kapı giriş

kesiti yüksekliği döküm yapıldıktan sonra yolluğun parçadan kolayca kesilebilmesi ve

22 68585.61.067355.2)2601750(2

1.0****mmcmxxx

xTfVmap

mTfVma

VASa A ==+===

37

negatif koparma yapmaması için 1.5-3 mm arasında seçilmelidir. Şekil 3.2’de braket

parçası için kapı giriş kesitleri gösterilmiştir.

Şekil 3.2 Braket parçası kapı giriş yerleri ve kesitleri

3.2 Ana Yolluk Kesitleri Hesabı ve Tasarımı

Ana yolluk dizaynı tüm kapı giriş kesitlerini besleyecek ve türbülans yaratmadan

malzemenin istenilen hızda ilerlemesini sağlayacak şekilde dizayn edilmelidir. Kapı

giriş kesiti uzunluğu 3-5 mm olmalı böylece bu bölge trimlemede parçayı yolluktan

kolayca kesmek için gerekli uzunluk sağlamış olur. Daha sonrada giriş kesitini

besleyecek ve gerekli hızı sağlayacak şekilde arka bölge dizayn edilmelidir. Ana

yolluk dizaynı için uygulanacak yöntemler şekil 3.3’de gösterilmiştir.

38

Şekil 3.3 Kapı giriş kesiti ve besleyici bölgenin hesaplanması

Sa= 340 mm2 olduğuna göre besleme kesiti kapı giriş kesitinin 1.8~2.5 katı

alınabilir. Buna göre kesit boyutu hesaplanır.

S2=Sa x 2 = CB x CT – CT2 x Tan 100

CB= 1.5~2 x CT olmalıdır. O halde;

S2= 1.5~2 x CT2- CT2 x Tan 102

)3.1...8.1

2( SaxCT =

Yolluk giriş kesitlerine göre hesaplanırsa;

1. Bölge Sa = 100 mm2 olarak hesaplanmıştı. O halde S2 =200 mm² olarak

alınabilir. Yolluk kesitleri;

mmxCB

mmxCT

SaxCT

4.175.16.11

6.115.1

2100

)3.1...8.1

2(

==

==

=

olarak hesaplanır.

39

2. Bölge Sa=50 mm² olarak hesaplanmıştı. O halde 2. bölge için S2=100 mm²

alınabilir. Yolluk kesitleri;

mmxCB

mmxCT

SaxCT

3.125.12.8

2.85.1250

)3.1...8.1

2(

==

==

=

olarak hesaplanır.

3. Bölge Sa=90 mm² olarak hesaplanmıştı. O Halde 3. bölge için S2=180 mm²

alınabilir. Yolluk kesitleri;

mmxCB

mmxCT

SaxCT

35.165.19.10

9.105.1290

)3.1...8.1

2(

==

==

=

olarak hesaplanır.

4. Bölge Sa=100 mm² hesaplanmıştı. O Halde 4. bölge için S2=200 mm² alınabilir.

Yolluk kesitleri;

mmxCB

mmxCT

SaxCT

4.175.16.11

6.115.1

2100

)3.1...8.1

2(

==

==

=

.

olarak hesaplanır.

S2 kesitlerinden sonra ara yolluklar ana yolluğa bağlanır. Bunun için ise şekil

3.4’de gösterilen koşullar uygulanmaya çalışılır.

40

Şekil 3.4 Ani dönüşlerde meydana gelen yapışmalar

Sıvı alaşım yönü çok ani bir şekilde değiştirildiğinde, hava ve gaz cepleri

oluşmaktadır. Bunlar, metal tarafından yeniden emilme eğilimindedirler. Sıvı metal

basıncının etkisi ile bu küçük gaz birikimleri nedeniyle, büyük bir enerji açığa

çıkmaktadır. Bunlar, koruma tabakalarını kırmakta ve yapışma oluşturarak kalıp

çeliğine ulaşmaktadırlar. İşte bu noktada kalıp yağlamasının önemi ortaya çıkar çünkü

kalıp ayırıcı yağlar sayesinde bunlar önlenebilmektedir. Ancak yolluk dizaynı

aşamasında da; şekil 3.5’de gösterildiği gibi daha geniş dönüşlerle bu karanlık

bölgelerin oluşması engellenebilir.

Şekil 3.5 Daha büyük radüsler ile dönüşler

Metal akışı yön değiştirdiğinde besleme sistemi içindeki metal akış boşluklarını

ortadan kaldırmak için, döküm kanalındaki pürüzlülük ve dönüş açısına göre ilgili

bölge kesiti, % 10 ila % 30 arasında azaltılmaktadır(Şekil 3.6).

41

Şekil 3.6 Dönüşlerde kesitlerde yapılacak büyültmeler.

42

Şekil 3.7 Kapı giriş kesitleri ve ana yolluk hesaplamaları

S3= 340 x 1.2 x 2 = 816 mm² olarak hesaplanır.

mmxCB

mmCT

SCT

5.345.123

235.1

816

)3.1...8.1

3(

==

==

=

43

BÖLÜM 4

ISIL DAĞILIM

4.1 Giriş

Enjeksiyon sıcaklığının da, metalin katılaşması üzerinde bir etkisi bulunmaktadır.

Akışkanlığı yeterince uzun muhafaza etmek için, sıvı metal mümkün olduğunca

yüksek bir sıcaklıkta bulunmalıdır. Al-Si ve Al-Si-Cu grubundan sık kullanılan

alaşımlar için, enjeksiyon sıcaklığı minimum 620 oC ila maksimum 700 oC arasında

değişmektedir. Birçok durumda, enjeksiyon sıcaklığı 640 – 660 oC’dir. Bu sıcaklıkta

dökülen parçanın kalıp içinde katılaşana kadar geçirdiği sürede kalıp ile ısı alış verişi

olur. Bu sıcaklık alışverişi uygun sıcaklığa düşene kadar devam etmelidir. Kalıp

tarafından emilen bu ısının da soğutma kanalları ile kalıptan uzaklaştırılması

gerekmektedir. Bir kalıptaki sıcaklık dağılımı; parçanın kalitesine, çekme oranına,

parça da meydana gelebilecek büzülmelere, yolluk ve parçada sıcak metalin

akışkanlığına, doldurma zamanına ve kalıbın çevrim süresinde etkilidir.

Yüksek kalıp sıcaklıklarında;

- Zayıf enjeksiyon sonucu kalıpta deformasyon ve yapışma problemleri

- Daha uzun kalıp çevrim süresi

- Parçanın zor bir şekilde kalıptan çıkartılması

- Kalıpta oluşan iç gerilmelerin artması ve kalıp ömrünün azalması

- Porozite ve büzülme boşluklarında artış,

44

- Parçanın boyutsal değerlerinde kayıp ( kalıp sıcaklığındaki büyük bölgesel

değişikliklerden kaynaklanabilen tolerans farkları ),

Düşük Kalıp Sıcaklıklarında

- Yetersiz sıcaklık nedeniyle düzgün olmayan akış ve kalitesiz parça

- Hızlı soğuma nedeniyle parçada yapışma problemleri

- Ölçüsel doğrulukta azalma

- Gözle görülür şekilde parça üzerinde akış izleri

- Parçanın zor bir şekilde kalıptan çıkartılması

- Yağlayıcı etkinliklerinin azalması,

- Tam dolmayan göz sonucu hatalı parça elde edilmesi gibi sorunlarla

karşılaşılır.

Isı alışverişi, kalıptan geçen saatteki alaşım miktarı ile verilmektedir. Bu etkiyle ve

yayılan ısı miktarı ile orantılı olarak, kalıp sıcaklığı belli bir ısı dengesini yakalayana

kadar artmaktadır. Isı denge noktası, belirli bir ısı rejimi ve kalıp dağılım kapasitesine

göre belli bir sıcaklıkta stabil hale gelmektedir.

4.2 Kalıpta Isıl Dağılım

Kalıpta ısıl dağılım; tezgah plakası ile iletim yaparak, aplikte oluşturulan soğutma

kanalları, aplik yüzeyine püskürtülen soğutucu ve yağ ile ısı transferi yaparak, son

olarak da ortamda bulunan havaya ışıma ile olmaktadır. Yüksek basınçlı enjeksiyon

kalıplarında, alüminyum ve magnezyum alaşımlı dökümlerde her bir baskıda ortaya

çıkan enerji 607 kj/kg dır. Bu enerjinin kalıptan uzaklaştırılması için dizayn olarak

yapabilecek olan ise aplikte soğutma kanalları dolaştırarak bu enerjiyi almaktır.

Açılan bu kanallarda parçaya ve alaşıma göre su veya yağ dolaştırılır. Yoğun

soğutmada ( hissedilir seviyede yüksek ısı ), su, halen kalıp iç soğutması için en çok

kullanılan akışkandır. Su ile soğutmadan ileri gelebilecek ısı şoklarının ortadan

kaldırılması çok büyük bir önem taşımaktadır. Bölgesel olarak soğutma çok yoğun

olduğunda ve ısıl şok çok yüksek olduğunda, çatlaklara yol açabilen ve hatta kalıp

45

bloklarında kırılmalara neden olabilen çelik direncini aşacak şekilde çok kuvvetli iç

gerilmeler ortaya çıkmaktadır. Tablo 4.1’de enjeksiyon parçalarında en çok kullanılan

malzemelerin ısıl özellikleri verilmiştir.

Tablo 4.1 Yüksek basınçlı dökümde kullanılan bazı alüminyum alaşımlarının 1

kg alaşım için ısıl özellikleri

DIN ALAŞIMI 226 230/231 239

ÖZGÜL AĞIRLIK kg/dm3 2,72 2,67 2,65

ISI İLETKENLİĞİ kcal/cm2/cm/sn/oC 0,25 0,33 0,32

ÖZGÜL ISI kcal/kg/ oC 0,23 0,23 0,23

GİZLİ ERGİME SICAKLIĞI kcal/kg/ oC 93 93 93

ÜST ERGİME NOKTASI oC 588 580 577

ALT ERGİME NOKTASI oC 521 525 -

KATILAŞMA ARALIĞI oC 67 55 -

MAKSİMUM DÖKÜM SICAKLIĞI

oC 710 730 700

İLGİLİ ISI MİKTARI kcal/kg 256 261 254

PARÇANIN KALIPTAN ÇIKARTILMA SICAKLIĞI

oC 350 350 350

KALIBA AKTARILAN SICAKLIK kcal/kg 176 180 173

MİNİMUM DÖKÜM SICAKLIĞI

oC 630 650 640

İLGİLİ ISI MİKTARI kcal/kg 238 242 240

PARÇANIN KALIPTAN ÇIKARTILMA SICAKLIĞI

oC 250 250 250

KALIBA AKTARILAN SICAKLIK kcal/kg 180 185 183

46

Kalıptaki ısı alışverişi açıklanırsa:

680 oC’de enjekte edilen AlSi9Cu3 ( DIN226) 1750 gram’lık braket parçası için.

Parça 300 oC’de kalıptan çıkartılacak ve saatte 70 parça üretimi yapılabilir kabul

edilirse, kalıba giren ısı miktarı;

xMCTMxCxQ g+∆= formülü ile hesaplanır.

Toplam Parça Ağırlığı;

Parça ağırlığı1.75 kg

Göz sayısı 2

Hava cebi 0.26 kg

Yolluk ağırlığı 0.875 gr olarak belirlenmişti. Yani toplam ağırlık M= 4.02 kg dır.

- 1 kg alaşımın ısı miktarı;

(93 + ( 680 – 300 ).0,23 = 180,4 kcal

Braket parçası için ısı miktarı 180,4 kcal x 4.02 = 725.2 kcal dir

Parçanın kalıba ilettiği ısı; saateki üretim miktarı ve iletilen ısıya bağlıdır.

725.2 x 70 = 50764 kcal / saat

Tek bir çevrim süresi esnasında, giren ısının yoğunluğunun, çevrimin kendi fazları

fonksiyonunda nasıl etkilendiği incelenirse;

Enjeksiyon fazı:

- Alaşım sıcaklığı : 680 oC

- Alaşımın üst ergime noktasının sıcaklık düşüşü : 580 oC

- Aktarılan ısı : 92.4 kcal

47

Katılaşma fazı:

- Alaşımın alt ergime noktası sıcaklığının düşüşü : 525 oC

- Aktarılan ısı : 425 kcal

Soğuma fazı

- Komple parçanın kalıptan çıkarılma sıcaklığının düşüşü : 300 oC

- Aktarılan ısı : 207 kcal.

Isı akış yoğunluğundaki bu değişimin, normal bir çevrim boyunca, apliklerin yüzey

sıcaklıklarında bir değişime neden olduğu anlaşılmıştır. Bununla ilgili olarak, 1

kilogramlık alaşım için 1 oC’lik bir düşüş elde etmek için iletilen ısı, saf alüminyum

için ortalama olarak şöyledir:

Qs = 0,22 ( kcal / kg. oC ).1 kg.1 oC

Aynı element için, gizli ısı ( 1 oC civarında ) şu değere eşittir:

Ql = ( 93 / 420 ). ( kcal / kg ). 1

İki miktar arasındaki oran: Ql = 400 Qs

Buna göre soğutma sistemi hesaplanırsa, soğutucu akışkanlar, kanal kesiti (çap),

akışkanın kinematik viskozitesi ve hızı, debi ve hareket tipini belirlemektedir.

Bu ilişkiler, şekil 4.1’de Reynolds ( Re ) sayısı ( boyutsal büyüklük ) ile ifade

edilen akışkan rejimlerini belirlemektedir.

Reynolds sayısına göre farklı rejim tipleri bulunmaktadır:

• Re 0 ila 2000 arasında : Yapraksı rejim ( laminar )

• Re 2000 ila 3000 arasında : Karışık rejim ( kritik bölge )

• Re 3000 ila 10000 arasında : Türbülanslı rejim

48

Reynolds sayıları, soğutucu etütü için çok büyük bir önem taşımaktadır. Çünkü, ısı

transfer kapasitesi, direkt olarak buna bağlıdır.

Minimum ısı transfer kapasitesi, 0 ila 2000 arasında değişen Reynolds sayılarına

karşılık gelmektedir. Maksimum ısı transfer kapasitesi 3000 ve daha fazla olan

Reynolds sayılarına ( türbülanslı rejim ) karşılık gelmektedir.

Yüksek basınçlı döküm kalıpları için soğutucu devrelerdeki akışkan rejimi, kalıp

normal üretimde olduğunda genellikle türbülanslı tiptedir. Laminar rejim koşulları,

anlık kesintilere uğradığında kullanılmaktadır Türbülanslı akış rejimi söz konusu

olduğunda, akışkanın yeniden ısınması ( giriş sıcaklığı ile çıkış sıcaklığı arasındaki

fark ) genellikle düşüktür. Laminer rejim söz konusu olduğunda, akışkanın yeniden

ısınması yüksektir. Akışkanın sıcaklığı girişe göre oldukça artmıştır ve bazı

durumlarda kaynama olabilmektedir ve su kullanıldığında buharlaşma

gerçekleşebilmektedir.

Kalıpların soğutucu devreleri, giriş ve çıkışlarda, musluk ve vanalarla

donatılmışlardır. Bu musluk ve vanalar ile oynanarak akışkan debisi ayarlanabilmekte,

böylece de istenen akış rejimi ve hız elde edilebilmektedir. (Şekil 4.1)

Reynolds Sayılarının hesaplanması için formül:

Re = D.V / µ

D = Devre çapı ( m )

V = Akışkanın ortalama hızı ( m/sn )

µ = Kinematik viskozite ( m2 / sn)

49

Şekil 4.1 Akış tipleri

V = Ortalama hız

U = Noktasal hız

V max / U = 0,5 laminer akış için

V max / U = 0,8 türbülanslı akış için gerçekleşen hız değerleridir.

Soğutma sistemi içinde kullanılan akışkanın özelliklerini ayrıntılı incelenirse;

Akışkanın devrelerin içinde aktığı hız, akışkanın kendi basıncı ile belirlenmektedir.

xgxHV 2= ( m/sn )

g = yer çekimi ivmesi ( 9,81 m/sn2 )

H = Akışkanın hidrometrik yüksekliği ( m )

1 atmosfer basınçta su kullanıldığında H = 10 m’dir.

Uygulamada; devrelerde bu şekilde hesaplanan hızı, devrenin kendisinden

kaynaklanan harekete karşı direnç nedeniyle ölçülemez. Ancak daha düşük hızları

ölçülebilir. Bu direnç, bir basınç düşüşüne neden olmaktadır. Hız, uzunluk,

pürüzlülük, yön değişiklikleri gibi devrenin yapısal özellikleri ile belirlenmektedir.

smxxV /141081.92 ==

50

Eğer devrede ¢12 mm soğutma kanalları kullanırsa, akışkanın soğutucu

devrelerinin içinde akarken sahip olduğu hıza göre ve fiziksel boyutlarına göre, birim

zamanda, devreden geçen soğutucu akışkan (Qd),

Qd = V (cm / sn) x So(cm2)

4

2.11402xxQd π

= = 140 x 1.133 = 158.25 cm3/sn = 570.6 l/saat

Kalıbın emmesi gereken ısının büyük bir kısmı, apliklerin sıcaklığını arttırmaya yol

açmaktadır. Sıcaklığın artması, katılaşma süresini uzatmaktadır. Bu süre, parçanın

kalıptan çıkartılmasındaki optimum sıcaklığa kadar soğutmak için, parçanın ihtiyaç

gösterdiği süredir. Kalıp sıcaklığının artmasından ileri gelen katılaşma zamanındaki

artış, parçanın direnç ve dayanım kalitesine bağlı olan tane irileşmesine yol

açmaktadır. Sonuç olarak, parçanın kalitesinde bir azalma olacaktır. Verimliliği

arttırmak için, yapabilek tek şey soğutmayı arttırmaktır. Soğutma sistemi

hesaplarında; soğutucu akışkan su olduğunda, devre yüzeyi, parça yüzeyine eşit

olacak şekilde ayarlanmalıdır. Soğutucu akışkan olarak yağ kullanıldığında, kanalların

yüzeyi, parça yüzeyinin 2 ya da 3 katı olmalıdır. Önemli noktalardan biride soğutucu

devrelerinin çapıdır. Yüksek basınçlı döküm tezgahları üzerindeki tertibatları

basitleştirmek için, tüm kalıplar için standart bir ölçü kullanılmaktadır. Isı taransferi

açısından sırası ile; ø8 mm’lik çaplar, r1/8’’ ölçüsündeki tüpler ile bağlantı için

uyarlanmaktadır. Bu boyut iyi bir ısı transfer kontrolu sağlamaktadır. ø11 mm çaplar

r1/8’’ ölçüsündeki tüpler ile bağlantı için uyarlanmaktadır ve ısı transferi bakımından

daha etkindirler. ø15-12 mm, r3/8’’ ölçüsündeki tüpler ile bağlantı için

uyarlanmaktadır ve ısı transferi bakımından çok fazla etkin değildirler. Büyük çaplı

soğutma kanalları, soğutucu akışkan olarak yağ kullanıldığında ve büyük kalıplar söz

konusu olduğunda daha çok kullanılmaktadır. Braket kalıbı da büyük kalıp sınıfına

girmektedir.

Buna göre; braket parçası için daha önce hesaplanan parça, hava cebi, yolluk ve

topuk projeksiyon yani yüzey alanı; 1092 cm² dir. 12 mm çaplı devre içinde su akışı

ile soğutma sağlanır ise 1092 cm2 yüzey alanı ile devrenin uzunluğunun ne olacağı

belirlenebilir.

51

- Birim yüzey alanı; ø1.2 cm x 3.14 = 3.768 cm2

- Devrelerin uzunluğu; ( 1092 cm2 / 3.76 cm2 ) = 290.43 cm

Parça termik yağ ile soğutulursa- ki bu tasarımı yapılan braket parçası kalıbı için

daha uygundur- soğutma devrelerinin yüzeyi, parça yüzeyinin 2 ya da 3 katı olarak

hesaplanmalıdır.

- Devrelerin uzunluğu: ( 1092 cm2 / 3.76 cm2 ) x 3 = 871 cm’lik bir uzunluğa

ihtiyaç duyulmaktadır.

Kalıp soğutucu mekanizmasının boyutsal yaklaşımını gösteren bu hipotez, tam

olarak kesin değildir. Çünkü, üretilecek parçanın alın yüzeyi ve kalıbın muhafaza

etmesi gereken soğutucu mekanizması yüzeyini karşılaştırmaktadır. Daha önce de

belirtildiği gibi sistemde oluşan basınç, hız ve debi ısının kalıptan uzaklaştırılmasını

sağlar. Nekadar iyi yerleştirilmiş bir soğutma sistemi olursa olsun sistemdeki yetersiz

debi sonucu uzaklaştırılacak ısıda yetersiz olacağından soğutma sistemi tam olarak

işlevini yerine getiremez. Bununla beraber soğutma sisteminin, parça yüzey alanına

uzaklığıda önemli etkenlerdendir.

Soğutucu akışkan ile ısı alışverişinin etkinliği bağlı olan devre çeperlerinin

sıcaklığı, aplik yüzeyi tarafından giren ısı akış değeri ve aynı yüzeye oranla devrenin

bulunduğu mesafe ile belirlenmektedir. Deneysel veriler, 10 – 20 kcal/h/cm2 giriş ısı

akışı ile, sıcaklık, yüzeyin kendisi ile her milimetre mesafe için, yaklaşık 2-3 oC

azalmaktadır. İki değer arasındaki ortalama alınarak sıcaklığın 2,5 oC / mm azaldığı

kabul edilmektedir. Aplik yüzey sıcaklığının 300 oC olduğunu düşünelim, devre 40

mm mesafededir. Çeper sıcaklığı şu şekilde hesaplanmaktadır:

-Mesafe

40 mm x 2,5 oC/mm = 100 oC

-Aplik sıcaklığı

300 – 100 = 150 oC

52

Devre çeperinin sıcaklığı, 200 oC’dir. En önemli noktalardan biri de; devre çeperi,

soğutucu akışkan ile temas halindedir ve sıcaklığı, akışkanın buharlaşmasına yol

açabilecek bir değerde olmamalıdır. Sistem içinde laminer rejimde akan (Re < 2000)

su söz konusu olduğunda, devre çeperinin sıcaklığı, 90 – 95 oC’i geçmemelidir. Eğer

su, türbülanslı bir rejimde akıyor ise, (Re > 3000), çeper sıcaklığı, 150-200 oC’i

geçmemelidir. Soğutucu akışkan olarak yağ kullanıldığında, yağ daha yüksek

kaynama noktasına sahiptir, çeper sıcaklığı daha yüksek gerçekleşebilmekte ve

soğutucu devre, aplik yüzeyine daha yakın olabilmektedir. Sistemin parçaya olan

uzaklıkları ve alternatif soğutma şekilleri incelenirse;

Düşük b aralıklı kanallar, yüksek aralıklı kanallara göre daha iyi transfer sağlar

ancak bu seferde basınç kayıplarının da artacağı mutlak olarak göz önünde

bulundurulmalıdır (Şekil 4.2). İyi bir ısı transferi için çaplara göre seçilebilecek olan

boru çeperleri, Tablo 4.2’de görülmektedir.

Tablo 4.2 Boru çaplarına göre çeper kalınlıkları

Çeper kalınlığı Boru Çapı

2mm 8-10 mm

4mm 10-12 mm

6mm 12-15 mm olmalıdır.

Ayrıca parçada gerekli görülen bölgelerde, yani et kalınlığının olduğu ve parçada

sıcak kalacağı ve porozite oluşacağı düşünülen bölgelerde veya soğutma kanallarının

rahatça dolaştırılamayacağı bölgelerde soğutma tüpleri kullanılabilir (Şekil 4.3).

Şekil 4.2 Soğutma sisteminin yerleşimi

53

Şekil 4.3 a Lamelli Soğutma Tüpleri; yağ kullanılan sistemlerde C= 35-40, su

kullanılan sistemlerde C= 50-60 mm olmalıdır.

54

Şekil 4.3 b Helzon Soğutma Tüpleri; yağ kullanılan sistemlerde C= 35-40, su

kullanılan sistemlerde C= 50-60 mm olmalıdır.

Özellikle yapılan analizler sonucunda ortaya çıkan poroziteli bölgelerde bu tip

noktasal soğutma yapılarak ısı transferi yoğunlaştırılır ve bu bölgelerde çekinti

önlenebilir.

55

BÖLÜM 5

DİZAYNIN GÖZDEN GEÇİRİLMESİ VE ANALİZİ

5.1 Braket Parçasının Yolluk ve Doldurma Analizi

Analiz yöntemi olarak kullanılan pek çok program bulunmaktadır. Bunlardan

yüksek basınçlı enjeksiyon kalıbı dizaynında gerçeğe en yakın sonuç verenlerinden

biride Magma Soft programıdır. Programda; parçanın, yolluğun ve eğer istenir ise

hava cebi, soğutma kanalları 3 boyutlu olarak modellenir. İstenilen tezgah

parametreleri girilerek; yolluğun doldurma analizi, parçada katılaşma, porozite oranı

gibi pek çok bilgiye ulaşılır. Braket parçası modellendikten sonra aşağıdaki verilere

uygun olarak analizi yapılmıştır.

Parça ağırlığı: 1750gr

Parça projeksiyon alanı: 390 cm²

Toplam projeksiyon alanı: 1092 cm²

Kovan boyu: 700 mm

Aktif kovan boyu: 633 mm

Piston çapı: 100 mm

Doldurma zamanı: 67 ms

Kapı giriş hızı: 35 m/s

Kapı giriş kesiti: 340 mm2

56

Şekil 5.1 Parça, yolluk modellerinin Magma Soft programında

boyutlandırılması

Parçanın 3 boyutlu olarak modellenmesi ve verilerin girilmesi sonucu oluşan

döküm similasyon sonuçları;

57

Şekil 5.2 Doldurma zamanı

58

Şekil 5.3 Sıcak birleşme yüzeyleri

59

Şekil 5.4 Katılaşma zamanı

60

Şekil 5.5 Porozite bölgeleri

61

Şekil 5.6 Parçada poroziteli bölgeler

Şekil 5.7 Parçada poroziteli bölgeler

62

Şekil 5.8 Porozitelerin derinliklerinin incelenmesi

Şekil 5.9 Porozitelerin derinliklerinin incelenmesi

Parçada kalıp ayırma yüzeyine yakın bölgelerde oluşan poroziteler hava cebi

konularak, daha içeride kalan poroziteler ise bu bölgelerin noktasal olarak soğutulması

sonucu giderilebilir.

63

BÖLÜM 6

KALIBIN DİZAYNI

6.1 Parça Ayırma Düzlemleri

Kalıp içerisinde parçanın ve arakesitin farklı yerleştirilmesi, kalıp tasarım ve

imalatında köklü değişikliklere yol açabilmektedir. Bu seçim, estetik, mekanik,

boyutsal, yapısal özellikler üzerinde, finiş işlemlerinde ve özellikle kalıp maliyeti ve

sonuç olarak da parça maliyeti üzerinde belirleyici bir etkiye sahip olabilmektedir.

Braket parçasının kalıp ayırma yüzeyleri şekil 6.1’de gösterilmiştir.

Şekil 6.1 Braket parçası kalıp ayırma çizgisi

Maça arakesiti

64

Tasarım; direnç, işlenebilirlik ve bileşenlerin minimum aşınmasını garanti etmek

zorundadır. Kalıp bileşenlerinin maruz kaldığı kuvvetler dikkate alınarak tasarımda

titiz davranılmalıdır. Kırılma ve çatlamalara ve erken aşınmaya neden olan esnemeye

de dikkat edilmelidir. Bunlar döküm esnasında özellikle parçanın iticilerle çıkarılması

aşamasında sorunlara neden olmaktadır. Aşağıda, kalıp çeliği üreticilerinin kalıp

boyutları için sundukları bazı pratik tavsiyeler yer almaktadır:

6.2 Aplik Boyutları

Aplik ve dış yüzey arasındaki mesafe, 70 mm’nin altında olmamalıdır. Böylece

kalıpta basma yüzeyi artırılarak esneme engellenir. Maçalı parçalarda, maça şekline

ve maça yataklama mesafesine göre gözün dış yüzeye olan mesafesi büyük

tutulur(Şekil 6.2). Braket parçası için; A= 90 mm ( maça çalışma yüzeyi) B= 70 mm

olarak alınabilir.

Şekil 6.2 Aplik boyutlarının belirlenmesi

65

D yüksekliği ise parçanın motifli bölgesinden sonra kalıp pimlerinin

yataklanabileceği ve soğutma sisteminin dizaynı için yeterli yer kalacak ölçüde

olmalıdır. 30 mm aralıklı çift katlı bir soğutma sistemi için; aplikteki motif sonrası

yükseklik 110 mm olmalıdır. Parçanın aplik gözündeki en derin noktası 45 mm ise

aplik yüksekliği minimum E= 155 mm olmalıdır. Kalıp ayırma çizgisine göre

apliklerin modellenmesi yapılınca tam net ölçü oluşacaktır.

Şekil 6.3 Hareketli apliğin 3D modellenmesi

6.3 Blok Boyutları

Kalıp tasarımında ana gövdeyi oluşturan blok tasarımında dikkat edilmesi gereken

bazı noktalar;

- Kalıbın, kolonlar arasından kolaylıkla geçebilecek şekilde, herhangi bir parçası

sökülmeksizin tezgaha monte edilmesidir.

- Kalıp, mümkün olduğu taktirde tezgah eksenlerine dik olarak ancak özellikle

tezgahın merkez kısmına yerleştirilmelidir.

66

- Hareketli ve sabit kalıplar arasında yer alan dört merkezleme pimlerinden bir

tanesi, kalıp montaj hatalarını ortadan kaldırmak için asimetrik olarak

yerleştirilmelidir ( İtici plakalarına ait dört pim için de bu geçerlidir ).

- Bloklar ile merkezlemenin yanı sıra aplik üzerinde merkezlemelerin bulunması

daha sağlıklıdır.

- Ana gövde ve maça taşıyıcı arasındaki birleşme, basınç etkisi ile yer değişimi

engellenecek şekilde tasarlanmalıdır.

- Kalıp ara kesitinin, kalıbın kapanmasını engelleyen ve yatay maça taşıyıcıların

kurs sonlarının kötü işlemesine neden olan kirlilik ve çapak birikimlerine yol açan

vida başlarını içermemesi gerekmektedir. Bu nedenle tüm tasarımda civata kafaları

parçaların içine gömülecek şekilde dizayn edilmelidir.

- Mümkün olduğunca, aplik bütününü ittiren merkezin tezgah plakası merkezi ile

uyumlu olması gerekmektedir.

Sıkıştırma fazı olan 3. fazda kalıplar aşırı derecede zorlanmaya tabidirler.

Malzemenin teknolojik özelliklerine göre kalıp yüzeylerinin güvenliği için özel

döküm adetlerinde gerilim giderme tavlamasının yapılmasına ihtiyaç duyulmaktadır

Genel olarak aplik derinliği ve kalıp kalınlığı arasındaki oran 1/3’ün altında

olmamalıdır.Özellikle hareketli blokta çökmeler sonucu parçada boyutsal değişiklikler

ve çapaklanmalar oluşur.Blok kırılmasına yol açabilecek olası çökme kuvvetleri için,

önerilen maksimum limitler şu şekildedir:

200 kN kapatma kuvveti olan tezgahlar için 0,02 mm ( hassas parçalar ),

4000 kN kapatma kuvveti olan tezgahlar için 0,04 mm,

4000 kN’den büyük kapatma kuvveti olan tezgahlar için 0,06 mm.

Sıkıştırma ve bükülme kuvvetlerine daha fazla maruz kalan kısımlar, aplik bloğunu

taşıyan hamilin yan çeperleri ve itici plakanın çalışması için hamilde açılan

boşaltmada olan çökmedir. Bu kısımların, tezgahın kapatma kuvvetine direnç

göstermesi gerekmektedir. Ayrıca kalıp tasarımında, kalıbın takılacağı yüksek basınçlı

döküm tezgahıda dikkate alınmalıdır. Özellikle, plakaların boyutlarında, enjeksiyon

67

eksenleri pozisyonlarına göre itici pimlerinin geçiş deliklerinin pozisyonlarına dikkat

edilmelidir. Tasarım, tezgah için verilen minimum kalıp boyutlarından büyük olmalı,

kalıp montajı sırasında kilitleme takozlarının bağlanabileceği mesafe bırakılmalı ve

tabi ki maça taşıyıcısının strok boyuna uygun uzunlukta yapılmalıdır. Parça

projeksiyon alanı kullanılarak hesaplanan tezgah açma kuvetinden daha büyük

değerde kilitleme kuvvetine sahip olan Italpress 1350 tonluk tezgah daha önce

seçilmişti. Şekil 6.4’de bu tezgaha ait tabla ölüleri verilmiştir.

Şekil 6.4 ItalPress 1350 ton tezgah plakası ölçüleri

Tezgah boyutlarına göre hareketli ve sabit blok tasarımı yapılırken dikkate edilmesi

gerekli olan noktalardan biri de kalıbın tezgah tablasına bağlanabilmesi, kolonlar

arasından rahatlıkla geçebilmesi ve uygun kovan yüksekliği bulunarak bu noktaya

göre bloğun şekillendirilmesidir. Italpress 1350 ton tezgahında sabit tarafta bulunan

Hareketli Taraf

Sabit Taraf

68

kovan bağlama delikleri için şekil 6.4’de de görüleceği gibi 3 olasılık mevcuttur.

Kalıp boyutlarına göre bu 3 eksenden en uygun olanı seçilebilir. Braket kalıbı tasarımı

parçanın büyüklüğü de göz önüne alınarak -250mm’lik eksenden bağlanacak şekilde

yapılacaktır. Sabit hamil yüksekliği; 1350 tonluk tezgahın piston stroğuna göre

belirlenir. Eğer blok kalınlığının piston stroğundan daha uzun yapılması gerekiyor ise

yolluk ile piston stroğunun bitiş noktası arasındaki mesafeye topuk yolluk yapılır.

1350 ton tezgahı için piston stoğu 290 mm olmaktadır. Daha öncede aplik boy 155mm

olarak hesaplanmıştı. Ohalde blok kalınlığı 290-155= 135 mm olmaktadır.

Şekil 6.5 Hareketli blok ölçüleri

Hareketli hamil yüksekliği = 3 x aplik yüksekliği = 3 x 155 = 465 mm

69

Şekil 6.6 İtici plaka çalışma bölgesinde, blokta oluşan deformasyon ve düzgün

yayılı yüke sahip bir kirişte deformasyon

İmalat gerekliklerinden dolayı, dirençli yüzeyler sınırlıdır. ( H ) Yüksekliği, gerekli

itici kursu ile belirlenmektedir. İtici kursu parçanın kalıptan rahatça çıkabileceği ve

robot kol veya çalışanın alabileceği şekilde parçayı yerinden oynatmalıdır.

Hamilde H yüksekliği hesaplanabilir. Blokta en uzun boşaltmanın olduğu bölge

referans alınabilir. Deformasyon hesabını kolaylaştırmak için bu bölge, yayılı yüke

maruz bir kiriş olarak kabul edilebilir. Kirişteki maksimum deformasyon 0,6 mm’dir.

Düzgün yayılı yüke maruz bir kirişteki maksimum deformasyon şekil 6.6'da

gösterilmiştir.

fd(mm)= Deformasyon, W (N/m)= Yayılı yük, Lh=Toplam Boy(m), a(m)=Yüke

olan mesafe(m), b = Lh/ a , E=Elastite Modülü=190 GPa = 190x109 N/m²

70

)16245()21(384

423

bbxbEI

WxLhf +−−

= formülü ile hesaplanır.

W = FLN olarak alınır. Yani 1350 tonluk tezgah için maksimum 13500 KN yük

uygulanacaktır.

Lh= 0.66 m

b= a/Lh = 0.26/ 1.18 = 0.22 dir.

Şekil 6.7’de görüldüğü gibi blok; 5 basit dikdörtgene bölünerek atalet momenti

hesaplanır.

Şekil 6.7 Atalet momentinin hesaplanması

3169.01105.005472.00252.0

)225.017.065.0(2)292.018.0304.0(2)07.014.0018(=

++++

=− xxxxxxxxy m2

)2469.00252.012

14.018.0(2 23

1 xxxI += = 0.003115 m4

)0249.005472.012

304.018.0(2 23

2 xxxI += = 0.00097 m4

71

)0919.01105.012

17.065.0( 23

3 xxI += = 0.00119

I= I1+I2+I3 = 0.005275 m4 olarak hesaplanır.

00039.0)22.01622.0245()22.021(005275.010190384

18.11013500 429

33

=+−−

= xxxxxxxx

xxf m

yani parçada 0.39 mm çökme oluşmaktadır.

6.4 Soğutma Sistemi

Aplik ve soğutma kanalları arasındaki mesafe, yağ ile soğutmada 35-40 mm’nin

altında olmamalıdır. Daha önceki bölümde de hesaplandığı gibi 871 cm uzunluğunda

soğutma kullanılmalıdır. Ayrıca Magma soft programı ile yapılan analiz sonucu ortaya

çıkan poroziteli bölgelerde noktasal soğutmalar yaparak poroziteyi engellenmelidir.

Şekil 6.7 ve 6.8‘de görüleceği gibi sabit aplik ve hareketli aplikte 871/ 2 = 436 cm

uzunluğunda 2 katlı soğutma sistemleri dizaynı yapılabilir.

72

Şekil 6.8 Hareketli aplikte soğutma sistemi

73

Şekil 6.9 Sabit aplikte soğutma sistemi

6.5 Maçanın Boyutları

Maça dizaynında uygulanan çeşitli yöntemler vardır. Parçada çıkarılması gerekli

yüzeyin oluştulmasından sonra maçanın parçadaki konumuna göre mümkün

olduğunca maça yan yüzeylerine açı verilmelidir. Böylece maçanın aplik içerisinde

merkezlemesi daha sağlıklı olacaktır. Braket parçası maça dizaynında şekil 6.9’da

74

görüleceği gibi, maça ayırım yüzeyinden 45 mm uzaklığa kadar 3 yönde 2 derece açı

verilmiştir. Ayrıca maçada uygulanacak soğutma sistemi de görülmektedir.

Şekil 6.10 Maçanın aplikte yataklanması için (2-30) açı verilmesi ve soğutma

sistemi

6.6 Maça Taşıyıcısı Boyutları

Maça taşıcısının dizaynı için önemli faktörler; maçanın şekli, boyutları, maçanın

mekanik veya hidrolik sistemle çalışmasıdır.

75

Şekil 6.11 Maça taşıyıcısı, kilitleme kaması ve boynuz milinin konumu

Mekanik sistem; Kalıplarda hareketli bloğun hareketi ile ve açılı bir milin maça

taşıyıcısını istenilen kurs mesafesinde ileri ve geri hareketi yapmasını sağlamasıdır.

Kullanılan açılı milin açısı, maça kilitleme açısından 2-30 daha küçük olmalıdır. Şekil

6.10’da da görüleceği gibi, 210 kilitleme açısına sahip maça taşıyıcında boynuz açısı

180 olmalıdır.

Avantajlar: Tezgahın kapanma ve açılma çevrim süresi, gerçekten çok uzun

değildir. İmalatı, sınırlı bir maliyete sahiptir.

Sakıncaları: Kurslar, 30 – 50 mm ile sınırlanmıştır. Maça taşıyıcıların boyutu ve

pozisyonlarının hassasiyeti önem kazanmaktadır.

Hidrolik sistem; maça ve yanal maça taşıyıcılar için, özel elektrovalfler tezgahın

hidrolik sistemi tarafından beslenen ve kalıbın yan tarafına monte edilmiş hidrolik

76

silindirlerden faydalanmaktadır. Yanal maça taşıyıcıların ve maçaların hareketi,

tezgahın kapanma ve açılma hareketi ile kazandırılmaktadır.

Avantajlar: Hareketlerin sırası, parça geometrisi ile belirlenen gerekliliklere göre

programlanabilmektedir. Kurs boyu için bir sınırlama yoktur.

Sakıncaları: maliyeti arttırır. Hidrolik sistemde meydana gelebilecek bir arızada,

gereksiz duruşlar yaratacaktır.

Maça taşıyıcısı boyutsal dizaynı için;

Şekil 6.11’de maçanın maça taşıyıcısına merkezlenmesi için yapılan boşaltma

görülmektedir. Şekil 6.12’de ise 222 hbld ++= formülü ile bloktaki boşaltma

miktarları belirlenmektedir. B ve h ölçüleri maçanın boyutlarına göre oluşmakta ve

l(min)= 1.5 x h olmalıdır. Şekil 6.13’de maça ve maça taşıyıcısının 3 boyutlu

modellenmesi tamamlanmıştır. Şekil 6.14’de oluşturulan maça taşıyıcısı

ölçülendirilmiş olarak görülmektedir.

Şekil 6.12 Maçanın yataklanması için maça taşıyıcında boşaltma yapılır.

77

Şekil 6.13 Maça taşıyıcısının boyutlandırılması

Şekil 6.14 Maçanın ve maça taşıyıcısının montajlı hali

Şekil 6.15 Maça taşıyıcısının ölçüleri

78

Maça taşıyıcısı, Şekil 6.15’de belirtilen toleranslar dahilinde gösterilen kızaklar

üzerinde hareket etmekte ve bu toleranslara uygun olarak blokta boşaltmalar

yapılmaktadır. Şekil 6.16, Şekil 6.17, Şekil 6.18, Şekil 6.19’da maça taşıyıcısı, maça,

kızakların bloktaki yerleşimleri görülmektedir. Şekil 6.20’de ise maça taşıyıcısının

hareket mekanizması elemanları yani boynuz mili ve kitleme kaması görülmektedir.

A D8

B h6

C D8

D h6

E H7/h6

L H7/h6

F H7/h6

A-2B h7

Şekil 6.16 Blokta, maça taşıyıcısının yerleşimi

79

Şekil 6.17 Hareketli blokta maça taşıyıcısı ve kızak yuvaları

Şekil 6.18 Maça taşıyıcısını, merkezleme ve yataklama görevi yapan kızaklar

80

Şekil 6.19 Maça ve kızakların konumu

Şekil 6.20 Maça taşıyıcısının, hareketli blokta yerleşimi

81

Şekil 6.21 Maça taşıyıcısı, maça, kilitleme takozu ve boynuz mili

6.7 Eksenleme Sistemi

Hareketli ve sabit kalıp parçaları arasında istenen karşılıklı pozisyon, genellikle

aplik üzerinde eksenleme için konulan pim veya kalıp arakesitine uygun olarak

köşelerden merkezleme takozları ile sağlanmaktadır. Bloklar üzerinde ise; hareketli

kalıp üzerinde burçlar ve sabit kalıp üzerindeki kolonlar ile elde edilmektedir(Şekil

6.21 ve Şekil 6.22).

Kolonlar ve burçlar arasındaki boşluk, kalıp imalat safhasında kesin ve hassas bir

şekilde belirlenmektedir. Ancak bu boşluk, her iki kalıp parçasının döküm esnasında

birleşebilmesi için bir miktar arttırılmalıdır. Kalıp sıcaklıklarında değişiklikler söz

konusu olduğunda, kalıp parçalarının karşılıklı pozisyonu değişebilmekte ve buna

bağlı olarak ta sonuçta parçada boyutsal değişiklikler söz konusu olabilmektedir.

Bu hareketleri sınırlamak yada ortadan kaldırmak için, iki kalıp parçası arasında X

ve Y eksenlerinde yer alan merkezleme takozları yerleştirilmektedir. Bunların sayıları

ve yerleri, kalıp yapısına bağlıdır.

Şekil 6.23’de görüleceği gibi, ana amaç hareketli blok ile sabit bloğun

merkezlemesini sağlamaktır. Ayrıca mekanik maçalı sistemlerde; boynuz milinin,

Maça Kitleme

Takozu

Boynuz Mili

Maça

Taşıyıcı

82

maça taşıyıcısına temasından önce merkezleme yaparak kilitlemenin sağlıklı olmasını

ve boynuzlara yük binmesini engellemektir.

Şekil 6.22 Kalıp eksenleme mili

Şekil 6.23 Kalıp eksenleme burcu

83

Şekil 6.24 Kalıp eksenleme mili ve burcu

Tablo 6.1 ‘de parça yüzey alanına bağlı tavsiye edilen kolon çapları görülmektedir,

Kolon ile burç arasındaki yataklama mesafesinin, çaptan büyük tutulması tavsiye

edilmektedir.

Tablo 6.1 Parça yüzey alanlarına göre kolon çapları

Kalıp parçalarının yüzeyleri Kolon çapı

( mm ) 300’e kadar 12 300 ila 600 20 600 ila 1200 22 1200 ila 1800 25 1800 ila 2400 30 2400 ila 4500 35 4500 ila 6500 40 6500 ila 10 000 65

84

6.8 İtici sistemi

Parçanın dökümü yapıldıktan sonra, Hareketli tarafta kalan parçanın aplik

yüzeyinden ayrılması oparatörün veya robot kolun parçayı rahat alabilmesi için

uygulanmaktadır. Haraketini tezgahtan otomatik olarak veya aplik üzerine

yerleştirilen geri dönüş pimlerinden almaktadır. Şekil 6.23’de iticinin yerleşimi ve

iticinin rahat çalışabilmesi için gerekli toleranslar görülmektedir. Tablo 6.2’de ise

standart itici ölçüleri görülmektedir.

Önemli olan, iticilerin parça üzerinde yeterli sayıda ve dengeli bir dağılıma sahip

olmasıdır.

Şekil 6.25 İticilerin ve itici deliklerinin ölçülendirilmesi ve gösterilmesi

D= İtici çapı

DAplik= Geçiş deliği çapı= D + 0,05 veya +0,10 (boşluk)

Hareketli

kısım

Aplik

İtici

plakası

85

F= Kılavuz (yataklama) boyu

D boşluğu ile uzunluk : D = 8 mm için F = 30 mm

D boşluğu ile uzunluk : D > 8 mm için F = 40 mm

N= Parça üzerindeki itici izleri 0 ile +0,5mm olmalıdır.

C= D + 1,5 mm

H= İtici pim kafası çapı

Y= H + 1mm veya 2 mm

T= İtici kursu; Parçanın hareket edebilmesi için uygun mesafede olmalıdır.

Tablo 6.2 İtici pim standart ölçüleri ( DME)

d1 g6(mm)

k – 0,05

d2 – 0,2 r L

3 3 6 0,3 100 – 500 4 3 8 0,3 100 – 500 5 3 10 0,3 100 – 800 6 5 12,5 0,5 100 – 800 8 5 14 0,5 100 – 1250 9 5 14 0,5 100 – 630 10 5 16 0,5 100 – 1600 11 5 17 0,5 100 – 630 12 7 20 0,8 100 – 1600 14 7 22 0,8 100 – 1600 16 7 22 0,8 100 – 1000 18 7 24 0,8 100 – 2000 20 8 26 0,8 125 – 2000

6.9 Hava Cepleri ve Hava Tahliye Kanalları

Kalıpta döküm sırasında kalıp gözü içerisindeki havanın, su buharının ve kalıp

ayırıcı yağların ayrışmasından çıkan gaz ürünlerinin çıkışına imkan sağlamalıdır.

Bunun için parçada belli noktalara hava cebi ve hava firarları konulmaktadır. Böylece

göz içinde sıkışan hava bu ceplere dolmakta ve parçanın ana gövdesinde porozite

86

oluşmasını engellemektedir. Dikkat edilecek nokta sıcak metalin, aplik gözünde en

son ulaşacağı yani havanın sıkışacağı bölgelere hava cebi konulması gerekliliğidir.

Sıkışan havanın ilerlemesi ve tekrar aplik içine dönmesini engellemek için hava

ceplerinin arkasına hava firar kanalları açılmalıdır.

Şekil 6.26 Hava cebi ve firarı tasarımı

Hava cebi sayısı; parça ağırlığı 1 kg’mın üzerinde ise, parça ağılığının %20_30’u

kadar olmalıdır. Parça ağırlığı 1 kg’mın altında ise parça ağırlığının %15-20’si kadar

alınabilir. Braket parçasının ağırlığı 1.75 kg olduğuna göre; toplam hava cebi ağırlığı:

Toplam Hava Cebi Ağırlığı = 1.75 x 0.2 = 0.35 kg olmalıdır.

Hava firar kanalları ise havanın geçmesine izin vermeli ancak alimünyumun

geçmesine izin vermemelidir. Bunun için hava firar kanalları malzemenin cinsine göre

0.1 ile 0.5 mm kalınlıkta açılmalıdır. Hatırlanmalıdır ki; basınçlı alimünyumun

ulaştığı her düzlem projeksiyon alanını büyütmekte bu da kalıp açma kuvvetini

arttırmaktadır.

87

BÖLÜM 7

SONUÇLAR

7.1 Sonuç

Bu çalışmada yüksek basınçlı alüminyumun enjeksiyon kalıplarının tasarımını

etkileyen faktörler üzerinde durulmuştur. Kalıp tasarımı etkileyen; parça boyutu ve

parçadan istenen özellikler, parçaya uygun tezgah seçimi, yolluk tasarımı, kalıpta ısıl

dağılım, aplik ve blok boyutlarının hesaplanması üzerinde durulmuştur. Bu hesaplar

yapılırken kullanılan yöntemler incelenmiş ve bu hesapları etkileyen faktörler

üzerinde durulmuştur.

Tüm bu hesaplamalar sonucu ortaya çıkan yolluk ve parça dizaynı modellenmiş ve

Magma Soft programı vasıtasıyla, parça katılaşma, soğuma, porozite ve yolluk

doldurma analizleri yapılmış. Bu analizler sonucu yolluk dizaynı doğrulanmıştır.

Ancak analiz sonucu, parçada belli bölgelerde görülen porozite sonucu bunu gidermek

için gerekli olan ısıl dağılım ve hava cepleri hesaplanmıştır.

Elde edilen sonuçlara göre; Catia V5 programı ile 3 boyutlu olarak aplik, blok,

maça, maça taşıyıcısı gibi ana parçalarda dahil olmak üzere tüm kalıp modellenmiştir.

Çalışma sonucunda; bir parçanın yüksek basınçlı döküm kalıbı tasarımının

yapılması için, günümüzde uygulanan tasarım koşulları belirlenmiştir.

88

KAYNAKLAR

Andreoni, L.,Case,M., Pomesano, G. (1994). Quadernı Della Colata A Pressıone Delle

Leghe Dı Alumınıo Il Processo Della Pressofusıone. Milan: Edmit Spa

Andreoni, L.,Case,M., Pomesano, G. (1996). The Pressure Die-Casting Process.

Milan: Edmit Spa

Andreoni, L.,Case,M.,Pomesano,G.(1994). Lo Stampo Diesgno- Calcolo-

Costruzione. Milan: Edmit

Brunhuber,E. (1991). Praxis Der Druckgussfertigung.(4th ed.). Berlin: Schiele& Schön

Bühler Druckguss (1990). Die Casting Metrology And Gating Technique. Uzwil:

Bühler AG

Bühler Druckguss (1998). Die Engineering. Uzwil: Bühler AG

Bühler Druckguss (2000). Process Optimization. Uzwil: Bühler AG

Bühler Druckguss (2002). Die Casting Process. Uzwil: Bühler AG

Dennis, L. (1986). Cad/Cam: Fantasy or fact, Die Casting Engineer,30, 34-35

Faura, F., Lopez, J. (2001). On the optimum plunger acceleration law in the slow shot

phase of pressure die casting machines. Internationel Journal of Machine Tools &

Manufacture, 41, 173-191

Frech GmbH+Co. (1999). Seminar On Die Casting. İtaly: Oskar Frech Gmbh

Garber L.W. (1982). Theoretical analysis and experimental observation of air

entrapment during cold chamber filling, Die Casting Engineer,22, 14-22

89

Gordon, A., Meszaros, G., Naizer, J., Gangasani, P., and Mobley, C. (1991).

Comparison of Methods for Characterizing Porosity in Die Castings, The Ohio

State University Engineering Research Center

Groeneveld, T.P., Kaiser,W.D. (1979).Effectss of metal velocity and die temperature

on metal-flow distance and casting quality, Die Casting Eng., 23, 44-49

Henry, H., Chen, F., Xiang, C., Cheng, P. (2004). Effect of cooling water flow rates

on local temperatures and heat transfer of casting dies, Journal of Materials

Processing Technology, 148, 57-67

Kluz J. (1992). Moldmaking and Die Cast Dies for Apprentice Trainning (G. Erci &

A.Şahin) Ankara: Baylan

Liu, G.W., Morsi, Y.S., Clayton, B.R. (1999). Characterisation of the spray cooling

heat transfer involved in a high pressure die casting process. Int. Journal of Therm.

Sci.,39, 582-591

Lu, H.Y., Lee, W.B. (1999). A simplified approach for the simulation of metal flow in

a cylindirical sleeve diecasting cavity, Journal of Materials Processing

Technology, 91, 116-120

Lu, H.Y., Lee, W.B. (1999). Modeling of air back pressure in die_casting dies,

Journal of Materials Processing Technology, 91, 264-269

Michael, N., Xiao-Ming, H., Kevin, W. (2001). The use of plasma immersion ion

processing in the synthesisi of protective coating for Al die casting. Surface and

Coatings Techonology,136, 162-167

NADCA. (1998). Rapid Die Cast Cost Estimation. U.S.A: Kirkman S

NADCA. (2002). High Integrity Die Casting Processes. USA: Vinarcik,E. J

NADCA.(2000). PQ2 Machine Power and Die Compatability. NADCA Publications,

USA: Cox, M., Fish, R.R., Wronowicz, J.P

NADCA.(2002). Seven Steps to Quality Gating Design. USA: Walkington,B

90

Niu, X.P., Hu, B.H., Pinwill, I., Li, H. (2000). Vacuum assisted high pressure die

casting of aluminium alloys. Journal of Materials Processing Techonology, 105,

119-127

Paul, C., Joseph, H., Vladimir, A., Thang, N. (2002). Flow modelling in casting

processes. Applied Mathematical Modelling, 26, 171-190

Robert Bosch Produktie.(1994). Einflub Der Druckgubteilekonstruktion Auf Qualtaet,

Kosten Und Preise. Tienen: Bosch

Street, C.A. (1986). The Diecasting Book. (2nd ed). England: Portcullies Press

Sulaiman, S., Hamouda, A.M.S., Abedin, S., Osman, M.R. (2000). Simulation of

Metaln Filling Progress During The Casting Process, Journal of Materials

Processing Technology, 100, 224-229

Süperpar A.Ş. (2001). Basınçlı Döküm Seminer Notları. İzmir:Daniel Royer

Tai, C.C. (2000). The optimization accuracy of a die- casting product part, Journal of

Materials Processing Technology, 103, 173-188

Tai, C.C., Lin, J.C. (1999). The optimal position for the injection gate of a die-castin

die, Journal of Materials Processing Technology, 86, 87-100

Tekin, E. (2000). Uluslar Arası Kalıp Çelikleri Semineri Kitabı. Ankara: ODTÜ

Tian, C., Law, J., Touw, J., Murray, M., Yao, Y., Graham, D., John, D.S. (2002).

Effect of melt cleanliness on the formation of prosity defects in automotive

aluminium high pressure die castings, Journal of Materials Processing

Technology, 122, 82-93

Tszeng, T.C., Chu, Y., (1994). A study of wave formation in shot-sleeve of a die

casting machine, Journal of Engineer Industry, 116-175

WEB_1.(2004).Intoduction to Die Casting.http://www.diecasting.org/faq/introduction,

10/04/2004

WEB_2.(2004). Metal Processing. http://www.efunda.com/processes/, 15/01/2004

91

WEB_3.(2003). Aluminium alloys. http://www.diecasting.com/die-casting-alloys.htm,

05/12/2003

WEB_4.(2003).DieCastingDesign. http://www.diecasting.com/die-casting-alloys.htm,

05/12/2003

WEB_5.(2003). AMC’s web site. http://amc.aticorp.org/designedproperties.html,

22/12/2003