Murat Aydın - ESTAŞ

DÖKÜM EKSANTRĠK MĠLLERĠNDEMAÇA KULLANARAK AĞIRLIKAZALTMA ÇALIġMASIMurat AYDINDöküm Fab.Ar-Ge Sor.12.04.2012

Günümüz motor üreticileri, motor hacmini küçülterek performans artırmastratejileri geliştirmektedirler. Bu uygulama dünyada ‘’Engine Downsizing’’ olarakbilinmektedir. Burada amaç performans artırmak ve yakıt tüketimini azaltmaktır. Buçalışmalarla araç ağırlığında yapılan tüm azaltmaların yakıt ekonomisi sağlaması vebunun sonucunda gaz emisyon değerlerinin düşürülmesi hedeflenmektedir. Bu amaçlabaşlatılan projede istenilen mekanik özellikleri sağlayacak diğer maçalı dökümler gibikam mili dökümünde de kullanılan yeni döküm tekniği ile ağırlığı azaltılmış kam militasarımları yapmak ve üretmek hedeflenmiştir. Çalışmada Cold Box ve Shell maçalarkullanılmıştır. Bu maçalar hazırlanmış kum kalıp içerisindeki model boşluğununmerkezine supportlar yardımıyla sabitlenip döküme hazır hale getirilmiş ve dökümyapılmıştır. Cold Box ile gerçekleştirilen dökümlerde gaz boşluğu hatası nedeni ile buyöntem uygun bulunmamıştır. Özel üretilmiş Shell maça kumu ile gerçekleştirilendökümlerde yapılan testler sonucu istenilen kalitede ürün elde edilmiştir. Testlersonucunda Cold Box sistemi yerine özel maça kumu ile üretilen Shell Maçasisteminin ağırlık azaltma projesinde kullanılmasına karar verilmiştir.

Eksantrik Mili NedirMotor içerisinde subapların açılma ve kapanma zamanını belirleyen vehareketini krank milinden alan motor parçasına eksantrik veya bir diğerismiyle kam mili denilmektedir. Motorda krank mili ile beraber zamanlamakontrolünü gerçekleştirmektedir. Üzerinde subapların açılma-kapanmasınısağlayabilmek amacıyla yükselti şeklinde subap sayısı kadar sıralı dizilmişkamlar bulunmaktadır.

Maça NedirDöküm yolu ile üretilecek parçaların kalıplama yöntemine göre ters açı,kalıp ayrım yüzeyinin altında ya da üstünde kalan kısımların ya da karmaşık figürlüparçalarda kalıp kumu ile çıkartılması mümkün olmayan yerlerde kullanılır. Maçakumu silika ve az miktarda doğal veya sentetik kimyasallardan oluşur. Maçakumundan kullanma şartları bakımından farklı özellikler beklenir. Genelliklemaçaların her bir yanı sıvı metal ile çevrili olacaktır. Bu bakımdan kalıp kumunanazaran daha yüksek ısı dayanımı, gaz geçirme kabiliyeti bulunmalıdır. Bunlardanbaşka maça mukavemeti ve sıcak ve soğuk dayanımından yüksek olması gerektiğigibi, gerek metalin katılaşmasından sonra parça içinden kolaylıkla parçalanıpçıkması ve gerekse de depolanma süresince bu özellikleri kaybetmemesi arananşartlardır.

Cold Box maça üretimi esnasında maça kumlarının şekil alabilmekabiliyeti ve doğal olarak dayanıklı olma kabiliyeti, gaz geçirmekabiliyeti, ısıya dayanabilme kabiliyeti, mukavemet özellikleri, madenbasıncına dayanabilmesi, madenin çekmesine uygun esnekliği olması, azgaz meydana getirmesi, döküm sonrası temizliğinin kolay yapılabilmesiavantajlı yönleri iken, metot diğer yöntemlere göre daha pahalı biraltyapıya sahiptir.Shell Maça yönteminde kuma herhangi bir reçine ilave edilmezçünkü kum reçine ile kaplanmış olarak hazırdır. Kürleşme ısı ile olur.Maça mukavemeti çok yüksektir. 1500- 2500 N/mm2 ancak 1 kg a kadarmaçaların üretimi için idealdir daha ağır maçalar da makine kapasitesinegöre üretilebilir. Maçaları kabuk olarak üretilmesi yüksek mukavemetdeğerleri, boya ihtiyacı olmaması ve alt yapısının ucuz olması avantajlıyönleridir. Genel olarak kumun pahalı olması ve üretim birim zamanınınuzun olması dezavantajlarıdır.

Cold Box Maçanın hazırlanmasıMaça için gerekli maça kumu 40–50 AFS boyutlarında Silis kumu ve Kromitkumundan meydana gelmektedir. Silis kumu ağırlıkça %70, Kromit kumu da%30 olacak şekilde hazırlanmıştır. Bu özelliklerdeki maça kumları maçamakinesi kum hazırlama mikserinde farklı oranlarda reçine ilaveleri yapılarakhazırlanmıştır.(0,6-0,6;0,7-0,7;0,8-0,8) Maça makinesinde kum kalıplara havaüflemesinden sonra doldurulmuş ve sertleşmesi için amin gazı verilerekmaçaların sertleşmesi sağlanmıştır. Maçalar kalıp makinesinden alınarak dökümiçin hazır hale getirilmiştir.Millerinin üretiminde kullanılacak maçaya ait 3D katı model

Shell Maça HazırlanmasıShell maçalar 95–100 AFS özel Shell kum kullanılarak maçamakinesine üflenir. 250-300 0 C sıcaklıkta ısıtılması sonucu kum pişirilipsertleştirildi ve döküm için hazır hale getirildi.Maçaların Kalıplara YerleĢtirilmesiMaçalar, hazırlamış olan kalıpların içine eksen çizgisinden tammerkezine yerleştirilmiş. Maçaların kalıp içine sabitlenmesi ve dökümesnasında sabit kalması için özel olarak dizayn edilmiş supportlarkullanılmıştır. Bu supportlar maçaların belirli yerlerine sıkı geçmeuygulanarak geçirilip sabitlendi.Kalıba Yerleştirilmeye Hazır Supportları Takılmış Maça

DENEYSEL ÇALIġMALARKalıp Hazırlama ĠĢlemiDeneysel çalışmalarda kalıp için 55–60 AFS boyutlarında ve % 3.7–4.1 nembulunan kalıp kumu kullanılmaktadır. Hazırlanan kalıp kumlarınınkalıplaması yüksek basınçlı pres hattında yapılmıştır. Preslenen kalıbınsertliği shormetre cihazı ile ölçülerek sertliğin 80–95 shore olmasısağlanmıştır. Parçaların hatasız üretilebilmeleri için gerekli yolluk vebesleyici hesapları novacast simülasyonunda 3D katı modellemesi yapılarakmodellerin doğrulaması yapılmıştır.

DÖKÜM ĠġLEMĠDeneysel çalışmada Tablo 1 ‘de kimyasal kompozisyonu verilen gri dökümkullanılmıştır.C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu Sn3,1-3,6 1,7-2,2 0,6-1,1 0,2 max 0,15max 0,3 max 0,35-0,7 1 max 0,5 max 0,12maxÖzel Formu yaratacak maça resmiÖzel formlu kam milinin kesit görünüşü

DENEYSEL BULGULAR VE ĠRDELEMECold Box Maça Sisteminin Ağırlık Azaltma ÇalıĢmalarına Olan EtkisiYapılan tüm dökümler aşırı gaz boşluğu, kalptan gazın atılamaması vedökümün kalıbı dolduramaması gibi hatalar sebebiyle hurdaya ayrılmıştır.Meydana gelen gaz boşluğu hataları oldukça büyük ve neredeyse kam milinintamamında yer almaktadır. Çok fazla gaz boşluğunun yanı sıra kullanılanmaçalarda kırılma sorunu yaşanmıştır. Tekrar yapılan yolluk ve besleyicidizaynlarına rağmen gaz boşluğu sorunlarının önüne geçilememiş ve cold boxmaça yönteminin ağırlık azaltma çalışmalarına uygun olmadığı görülmüştür.Cold Box Maça Sistemindeki Hatalar

Özel Shell Maça Kumu kullanılan Shell Maça Sisteminin Ağırlık AzaltmaÇalıĢmalarına Olan EtkisiShell maça sisteminde kullanılan özel Shell maça kumu sayesinde karşılaşılangaz boşluğu, gazın kalıptan atılamaması, döküm esnasında maçalarda meydanagelen kırılmalar gibi tüm problemler çözülmüştür.. Döküm uniform olarakeksantrik milinin formunu aldı ve her yerinde aynı et kalınlığında dökümgerçekleştirildi.Shell Maça Sistemi

Yapılan Çalışmalarda Shell Maça Yöntemiyle Üretilmiş Mil

Yapılan Çalışmalarda Cold Box Maça Yöntemiyle Üretilmiş Mil

SONUÇLARİki farklı maça hazırlama yöntemiyle yapılan denemelerde elde edilensonuçlar;1. Cold Box maça yöntemiyle yapılan deneme dökümlerinde çok miktardagaz boşluğu hatalarına rastlanmıştır.2. Cold Box maça yöntemi kullanılarak hazırlanan maçalarda supportlarkullanılmasına rağmen kırılmalar meydana gelmiştir.3. Cold Box maça yöntemiyle yapılan dökümlerde farklı yolluk ve besleyicidizaynları yapılmasına rağmen kalıp içerisindeki gazın dışarı atılamamasınedeni ile döküm, kalıbın her yerini dolduramamıştır. Yapılan dökümlerdesağlam ürün elde edilememiştir.4. Özel Shell maça kumu kullanılarak hazırlanan Shell maçalar, kullanılankumun özel olması nedeni ile kalıp içerisinde daha az gaz meydana gelmiştirve atılması daha kolay olmuştur.5. Özel Shell maça kumu ile hazırlan Shell maçalarda döküm kalıbın tümyüzeylerinde aynı et kalınlığında uniform bir yapı oluşturarak hatasız birdöküm gerçekleştirilmiştir.

AR-GE KAZANIMLARIDöküm millerinde ağırlık azaltma çalışmaları, kullanılan maça teknikleri ilegeliştirilmiş ve üretim yapma kabiliyeti kazanılmıştır. Geliştirilen tekniklersayesinde ağırlığı azaltılmış döküm kam milleri yeni nesil motorlarda hacimküçültme prensipleri ve buna bağlı kalarak düşük hacimlerde yüksek performansve daha az yakıt maliyetleri oluşturması açısından üretim kabiliyeti kazanılmıştır.Bu çalışma ile, firmamız halen dünyada devam eden araçlarda ağırlık azaltmaçalışmalarına paralel yeni tasarım kam milleri üreterek ilerideki müşteriisteklerine hazır hale gelebilecek, aynı zamanda ülke menfaatlerine de ciddi birkazanım sağlayacaktır. Böylece firmamız yeni tasarım kam mili konusunda yenipazarlara ürün sunabilecektir. Firma bünyesinde ilk defa uygulanan maçalı kammili üretim teknikleri ile ilgili kazanılan bilgi ve deneyimler ile üretimdeteknolojik gelişme sağlanacak, böylece doğrudan otomobil üreticisi firmalarına(OEM) ulaşma noktasında ciddi bir kademe aşılmış olacaktır.

TEŞEKKÜRLER