enjeksiyon kalıp tasarımı ve mukavemet hesapları - Fen Bilimleri ...

ENJEKSİYON KALIP TASARIMI VE MUKAVEMETHESAPLARIGörkem ÖZÇELİKHaziran, 2004İZMİR

ENJEKSİYON KALIP TASARIMI VE MUKAVEMETHESAPLARIDokuz Eylül ÜniversitesiFen Bilimleri EnstitüsüYüksek Lisans TeziMakina Mühendisliği Bölümü, Mekanik Anabilim DalıGörkem ÖZÇELİKHaziran,2004İZMİR

IVİÇİNDEKİLERSayfaTeşekkür…………………………………………………………………………....IÖzet……………………………………………………………………………......IIAbstract……………………………………………………………………………IIIİçindekiler…………………………………………………………………………IVTablo Listesi………………………………………………………………………VIIŞekil Listesi………………………………………………………………………VIIISimgeler…………………………………………………………………………..XIIIBölüm 1ALÜMİNYUMA GENEL BİR BAKIŞ1.1 Alüminyum Tarihsel Gelişimi………………………………………… 11.2 Alüminyumun Üretimi………………………………………………….. 2Bölüm 2ALÜMİNYUM ENJEKSİYON KALIPLARI2.1 Giriş……………………………………………………………………….. 52.2 Alüminyum Enjeksiyon Kalıplarının Çalışma Prensipleri………………... 62.2.1 Sıcak Kamaralı Yöntem İle Döküm…………………………….. 72.2.2 Soğuk Kamaralı Yöntem İle Döküm…………………………… 72.3 Genel Akış Teorisine Bakış………………………………………………. 92.3.1 Laminer Akış Tipi ….……………………………………………. 102.3.2 Türbülanslı Akış Tipi ……………………………………………. 102.4 Yüksek Basınçlı Enjeksiyon Kalıbı Parçaları ……………………………… 112.5 Enjeksiyon Kalıbı Dizaynı…………………………………………………. 14

V2.5.1 Parça Gereklilikleri……………………………………………….. 152.5.2 Kalıp Taslağı………………………………………………………. 182.5.3 Dökülebilirlik Çalışması…………………………………………... 242.5.4 Tezgah Seçimi…………………………………………………….. 262.5.5 Doldurma Oranı Hesabı…………………………………………… 30Bölüm 3YOLLUK HESAPLARI3.1 Kapı Giriş Kesiti…………………………………………………………….. 333.2 Ana Yolluk Kesitleri Hesabı ve Tasarımı ………………………………… 37Bölüm 4ISIL DAĞILIM4.1 Giriş……………………………………………………………………………434.2 Kalıpta Isıl Dağılım……………………………………………………………44Bölüm 5DİZAYNIN GÖZDEN GEÇİRİLMESİ VE ANALİZİ5.1 Braket Parçasının Yolluk ve Doldurma Analizi……………………………….55Bölüm 6KALIBIN DİZAYNI6.1 Parça Ayırma Düzlemleri………………………………………………………636.2 Aplik Boyutları…………………………………………………………………646.3 Blok Boyutları………………………………………………………………….656.4 Soğutma Sistemi………………………………………………………………..716.5 Maçanın Boyutları……………………………………………………………...736.6 Maça Taşıyıcısı Boyutları……………………………………………………...746.7 Eksenleme Sistemi……………………………………………………………..816.8 İtici sistemi……………………………………………………………………..846.9 Hava Cepleri ve Hava Tahliye Kanalları………………………………………85

VIBölüm 7SONUÇ7.1 Sonuç……………………………………………………………………………87KAYNAKLAR……………………………………………………………………..88

VIITABLO LİSTESİTablo 1.1 Yıllara göre alüminyum üretimi……………………………………. 2Tablo 2.1 Yüksek basınçlı enjeksiyon kalıplarında kullanılan malzemeler…... 13Tablo 2.2 Parça özelliklerine göre uygulanması gerekli final basınçları ……... 16Tablo 2.3 Malzeme Standartları ………………………………………………. 16Tablo 2.4 Örnek tezgahlar ve kilitleme kuvvetleri……………………………. 30Tablo 2.5 Farklı çaplardaki doldurma oranı…………………………………... 31Tablo 3.1 Et kalınlıklarına göre doldurma zamanı……………………………. 35Tablo 3.2 Doldurma zamanı hesaplamaları…………………………………… 36Tablo 4.1 Yüksek basınçlı dökümde kullanılan bazı alüminyum alaşımlarının 1 kgalaşım için ısıl özellikleri………………………………………………………… 46Tablo 4.2 Boru çaplarına göre çeper kalınlıkları……………………………… 53Tablo 6.1 Parça yüzey alanlarına göre kolon çapları………………………….. 84Tablo 6.2 İtici pim standart ölçüleri ( DME)………………………………….. 86

VIIIŞEKİL LİSTESİŞekil 1.1 Bayer Prosesi (Bühler) Alümina eldesi…………………………… 3Şekil 1.2 Alüminyum elde edilmesi…………………………………………… 4Şekil 2.1 Frommer’e göre kalıp gözünün dolumu……………………............ 6Şekil2.2 a-Sıcak Kamaralı Döküm Tezgahı……………………………….…... 7Şekil2.2 b-Sıcak Kamaralı Döküm Tezgahı Çalışması………………………... 7Şekil 2.3 a Yatay tipte yüksek basınçlı soğuk kamara döküm tezgahı………... 8Şekil 2.3 b Yatay tipte yüksek basınçlı soğuk kamara döküm tezgahı çalışması.……………………………………………………………………………. 8Şekil 2.4 Dikey tipte yüksek basınçlı döküm tezgahı…………………………. 8Şekil 2.5 Enjeksiyonda 3 faz…………………………………………………... 9Şekil 2.6 Yollukta Laminer akış……………………………………………..... 10

IXŞekil 2.7 Yollukta Türbülanslı Akış…………………………………………... 11Şekil 2.8 Yüksek Basınçlı Enjeksiyon Kalıbı Parçaları……………………….. 11Şekil 2.9 Braket parçası görünüşleri…………………………………………... 21Şekil 2.10 Maça çalışması gereken bölge……………………………………... 22Şekil 2.11 Aynı yönde çekilebilir maçalı yolluk tasarımı……………………... 23Şekil 2.12 Farklı yönde çekilebilir maçalı yolluk tasarımı……………………. 23Şekil 2.13 Kalıp ayırma çisgisi………………………………………………... 24Şekil 2.14 Tezgah kilitleme ve açma kuvvetleri……………………………… 27Şekil 2.15 Kalıp projeksiyon alanı…………………………………………….. 28Şekil 2.16 Tezgah hidrolik sisteminin yarattığı basıncın , kalıp kovanına iletilmesi……………………………………………………………………………………. 28Şekil 2.17 Maça taşıyıcısına etkiyen kuvvetler………………………………... 29Şekil 2.18 Kovan ve piston……………………………………………………. 31Şekil 3.1 Kapı giriş kesitinden sonra parçada alüminyumun ilerlemesi………. 34Şekil 3.2 Braket parçası kapı giriş yerleri ve kesitleri………………………… 38Şekil 3.3 Kapı giriş kesiti ve besleyici bölgenin hesaplanması……………….. 39

XŞekil 3.4 Ani dönüşlerde meydana gelen yapışmalar………………………… 41Şekil 3.5 Daha büyük radüsler ile dönüşler…………………………………… 41Şekil 3.6 Dönüşlerde kesitlerde yapılacak büyültmeler……………………….. 42Şekil 3.7 Kapı giriş kesitleri ve ana yolluk hesaplamaları…………………….. 43Şekil 4.1 Akış Tipleri…………………………………………………………. 50Şekil 4.2 Soğutma sisteminin yerleşimi………………………………………. 53Şekil 4.3 a Lamelli Soğutma Tüpleri ; yağ kullanılan sistemlerde C= 35-40, sukullanılan sistemlerde C= 50-60 mm olmalıdır…………………………………... 54Şekil 4.3 b Helzon Soğutma Tüpleri ; yağ kullanılan sistemlerde C= 35-40, sukullanılan sistemlerde C= 50-60 mm olmalıdır…………………………………... 55Şekil 5.1 Parça, yolluk modellerinin Magma Soft programında boyutlandırılması..……………………………………………………………………………. 57Şekil 5.2 Doldurma zamanı……………………………………………………. 58Şekil 5.3 Sıcak birleşme yüzeyleri…………………………………………….. 59Şekil5.4 Katılaşma zamanı…..….........……………………………………....... 60Şekil 5.5 Prozite bölgeleri……………………………………………………... 61Şekil 5.6 Parçada proziteli bölgeler…………………………………………... 62Şekil 5.7 Parçada proziteli bölgeler…………………………………………... 62

XIŞekil 5.8 Prozitelerin derinliklerinin incelenmesi……………………………... 63Şekil 5.9 Prozitelerin derinliklerinin incelenmesi……………………………... 63Şekil 6.1 Braket parçası kalıp ayırma çizgisi………………………………….. 65Şekil 6.2 Aplik Boyutlarının belirlenmesi…………………………………….. 66Şekil 6.3 Hareketli apliğin 3D modellenmesi…………………………………. 67Şekil 6.4 ItalPress 1350 Ton tezgah plakası ölçüleri………………………….. 69Şekil 6.5 Hareketli Blok Ölçüleri……………………………………………… 70Şekil 6.6 İtici plaka çalışma bölgesinde, blokta oluşan çökme………………... 71Şekil 6.7 Hareketli aplikte soğutma sistemi…………………………………… 73Şekil 6.8 Sabit aplikte soğutma sistemi……………………………………….. 74Şekil 6.9 Maçanın aplikte yataklanması için (2-30) açı verilmesi ve soğutmasistemi ……………………………………………………………………………. 75Şekil 6.10 Maça taşıyıcısı, Kilitleme kaması ve Boynuz milinin konumu……. 76Şekil 6.11 Maçanın yataklanması için maça taşıyıcında boşaltma yapılır……. 77Şekil 6.12 Maça taşıyıcısının boyutlandırılması……………………………… 77Şekil 6.13 Maçanın ve maça taşıyıcısının montajlı hali……………………… 78

XIIŞekil 6.14 Maça taşıyıcısının ölçüleri………………………………………… 78Şekil 6.15 Blokta ve maça taşıyıcısının yerleşimi…………………………….. 79Şekil 6.16 Hareketli blokta maça taşıyıcısı ve kızak yuvaları………………... 80Şekil 6.17 Maça taşıyıcısını, merkezleme ve yataklama görevi yapan kızaklar..……………………………………………………………………………. 80Şekil 6.18 Maça ve kızakların konumu……………………………………….. 81Şekil 6.19 Maça taşıyıcısının, Hareketli blokta yerleşimi…………………….. 81Şekil 6.20 Maça taşıyıcısı, Maça, Kilitleme Takozu ve Boynuz Mili………… 82Şekil 6.21 Kalıp eksenleme mili………………………………………………. 83Şekil 6.22 Kalıp eksenleme burcu…………………………………………….. 83Şekil 6.23 İticilerin ve itici deliklerinin ölçülendirilmesi ve gösterilmesi…….. 85Şekil 6.24 Hava cebi ve firarı tasarımı………………………………………… 88

XIIISİMGELERKısaltma Terim Birim%F Doldurma Oranı -µ Kinematik viskozite m 2 /sna Blokta köşelerden yüke olan mesafe mmAIM Parça projeksiyon alanı cm 2C Özgül ısı kcal/kg/ o CC B ,C t Yolluk kesit ölçüleri mmCg Gizli ergime sıcaklığı kcal/kg/ o Cd, l, b, h Maça taşıyıcısı boyutları mmD Soğutucu devrenin çapı mDc Tezgah hidrolik sistem piston çapı mm 2Dp Kovan piston çapı mm 2E Elastite modülü GpaFc Tezgah hidrolik sistem enjeksiyon kuvveti KN

XIVFeKovan pistonunun uyguladığı enjeksiyon kuvveti KNFLI Kalıp açma kuvveti KNFLN Tezgah kitleme kuvveti KNFm, Fh Maça açma kuvveti bileşenleri KNg Yerçekimi ivmesi m/sn 2H Akışkanın hidromekanik yüksekliği mI Atalet momenti m 4 /4L Aktif kovan boyu mmLh Bloğun toplam uzunluğu mmM Parça, yolluk ve hava cebi ağırlıkları toplamı kgm A Parça ve hava cebi ağırlıkları toplamı Kgm part Parça ağırlığı Kgn Göz sayısı Adetp Yoğunluk gr/cm 3Pc Tezgah hidrolik sistem basıncı BarPe Spesifik enjeksiyon basıncı BarQ Kalıba giren ısı miktarı kcalQd Devreden geçen soğutucu akışkan debisi l/saatRe Reynold sayısı -Sa Kapı giriş kesiti mm 2So Soğutucu devre boru alanı cm 2

XVT f Doldurma zamanı msU Noktasal hız m/snV Soğutucu akışkanın ortalama hızı m/sV A Parça hacmi mm 3V ma Kapı giriş kesiti hızı m/snW Maksimum yükleme Nf Çökme mm

1BÖLÜM BİRALÜMİNYUMA GENEL BİR BAKIŞ1.1 Alüminyumun Tarihsel Gelişimi19. yüzyıl başlarında laboratuarlarda bulunmuş olan alüminyum, teknolojide ilkdefa 19. yüzyılın 2. yarısında kullanılmıştır. Yaklaşık 100 yıl önce, günümüzde halakullanılan elektrolitik arıtma işlemi ile ortaya çıkmıştır. Pek çok demir içermeyenmetal için alüminyum avantajlıdır. Eğer alüminyumun tarihi gelişimi kronolijik birsıra ile daha yakından incelenirse:1807: Sir Humphery Davy alüminanın metal alüminyum içerdiğine inanmaktadır.Elektroliz yöntemi ile metal alüminyumu izole etmeye çalışmış ancak yaptığıdenemeler başarısız olmuştur.1821: M.P.Berthier, Güney Fransa da Les Baux’da Alüminyum içeren bir mineralkeşfetti. Bu minerale buluşun yapıldığı yerden dolayı Bauxite adı verildi.1825: Christian Qrsted potasyum amalgam kullanarak kimyasal indirgeme ilealüminyumu çok küçük bir miktarda ayırmayı başardı.1827: Friedrich Wöhler çok küçük miktarda alüminyum üretimini, Berlin dekilaboratuarında başardı.1845: Wöhler, toplu iğne başı büyüklüğünde ufak alüminyum topları üretti.1886: Paul T. Heroult Nisan ayında Paris’te ve Charles M. Hall Temmuz ayındaAmerika Birleşik Devletleri’nde, birbirlerinden habersiz olarak, arıtılmış alüminadanelektroliz ile alüminyum üretimi için patent başvurusunda bulunmuşlardır. Bu yöntemABD’de hala kullanılmaktadır.

21887/88: K. J. Bayer bauxiteden, Al 2 O 3 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 ilealüminyumun endüstriyel çapta üretimi çok kolaylaşmış ve bu genç metal, demirçelikten sonra dünyada en çok kullanılan ikinci metal olmuştur1897: İlk defa uçan balonun kafes ve gondolu 4 ton alüminyum levha ileAvusturyalı David Schwarz tarafından yapıldı.1903: Alüminyumun, makinalar da ilk denemeleri alüminyumdan piston yapılmasıile başladı. Kısa bir süre içinde de ilk hafif uçaklar Dornier, Junkers(1917) veRohrbach (1919) tarafından tasarlandı.1921: Pacz, erime kabiliyeti olan AlSi12’nin -ancak yetersiz uzamadan dolayıbugün hala eleştirilen- sodyumla arıtılmasını buldu.Tablo 1.1’e göre alüminyum yıllık üretimini incelendiğinde sektördeki gelişiminne kadar hızlı artığını görülür.Tablo 1.1 Yıllara göre alüminyum üretimi1880 2 ton1900 7750 ton1913 75000 ton1920 128000 ton1985 1543000 ton1.2 Alüminyumun ÜretimiAlüminyum, yeryüzünde oksijen ve silisyumdan sonra en çok bulunan üçüncüelementtir. Alüminyum eldesi, iki aşamada gerçekleşir. Birinci aşamada, şekil 1.1’degörüleceği gibi; Bayer metodu ile boksit cevherinden alümina elde edilir. İkinci

3aşamada ise, elektroliz ile alüminadan alüminyum elde edilir(Şekil 2.2). Alüminatesisleri, genellikle boksit cevherlerinin yanına kurulur. Madenden çıkarılan boksitcevheri, Sudkostik eriyiği ile muamele edilerek alüminyum hidroksit eldesigerçekleşir. Bu işlem sonucunda oluşan erimiyen kalıntılar (kırmızı çamur) ayrılır vealüminyum hidroksitin kalsinasyonu ile alümina yani alüminyum oksit elde edilir.Bundan sonraki aşama “alümina” nın “alüminyuma” dönüştürülmesidir. Beyaz birtoz görünümündeki alümina, elektroliz yapılacağı hücrelere alınır. Burada amaç,alüminyumu oksijenden ayırmaktır. Elektroliz işlemi için 45 volt gerilimde doğruakım uygulanır. Dipte biriken alüminyumun alınması ile işlem tamamlanır.Genel olarak, ağırlıkça 4 birim boksitten 2 birim alümina ve 2 birim alüminadan da1 birim alüminyum elde edilir. İlk zamanlarda üretilen birincil alüminyumun her tonuiçin 42.000 kwh olan enerji sarfiyatı, ortalama 16.500 kwh değerine düşmüştür. Buişlemler sonucu elde edilen alüminyum birincil (primary alüminyum) olaraktanımlanır.Şekil 1-1 Bayer Prosesi (Bühler) Alümina eldesi

Şekil 1-2 Alüminyum elde edilmesi4

5BÖLÜM İKİALÜMİNYUM ENJEKSİYON KALIPLARI2.1 GirişErimiş metalin bir kalıba dökülmesi yoluyla parça üretimi çok eski dönemlerdenberi uygulanan bir yöntemdir. Günümüze kadar bir parçanın üretilmesi için pek çokfarklı yöntem kullanılmıştır.Bu yöntemler kum döküm, kokil döküm, basınçlı dökümolarak tanımlanabilir.Bunlardan basınçlı döküm metodu diğer yöntemlere nazaran çok yenidir. Fakatyüksek kaliteye sahip parçaların daha hızlı ve ekonomik üretilebilmesinden dolayı çokhızlı bir gelişme göstermiştir. Basınçlı dökümün gelişimi, toplumdaki gelişmeler,tüketim eşyalarının gelişimi ve üretilen ürünlerde karmaşık parçaların artması, dahahızlı ve geri dönüşüm özelliği olan demirden daha hafif malzemelerin kullanılmasıgerekliliğini ortaya çıkarmıştır.Basınçlı döküm parçaların üretimi için gerekli olan makina özel bir prosesiçermelidir. Kokil dökümde ki süreyi kısaltmak için, kalıba malzeme basınç ilegönderilir. 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 malzemelerile 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 alaşımları2.2 Alüminyum Enjeksiyon Kalıplarının Çalışma PrensipleriMetalin kalıp içine basılması için pek çok teori üretilmiş. Bunlardan gerçeğe enyakını, L. Frommer tarafından yapılmıştır. Bu hipotez, alüminyuma benzer bir akıcılıkve özgül ağırlığa sahip bir malzemenin, şeffaf kalıplar içerisinde yüksek hızlardafilme alınması ile doğrulanmıştır. Malzeme, yolluktan, kalıbın karşıt uç kısmınapüskürtülmüştür. Daha sonra, malzeme yolluğa doğru geri dönerek, daha düşük dirençyolları ile verilen tercihli yolları izleyerek geri akmaktadır. Sonuç olarak, yollukşeklinin, pozisyonunun, boyutlarının ve parçanın geometrik biçiminin başarı üzerindebelirgin bir etkiye sahip olduğu anlaşılmaktadır.Şekil 2-1 Frommer’e göre kalıp gözünün dolumuDöküm yolluklarının geometrisi, pozisyonu ve tasarımcının tecrübesi ile becerisi,bu safhanın ilerlemesinde belirleyici rol oynamaktadır.Günümüzde yüksek basınçlı enjeksiyon kalıplarında döküm için 2 farklı yöntemuygulanmaktadır. Bunlar sıcak kamara yöntemi ile döküm ve soğuk kamara yöntemiile dökümdür.

72.2.1 Sıcak Kamaralı Yöntem İle Dökümİnce et kalınlığına sahip çinko ve bazı magnezyum alaşımları, bakır, kurşun veerime noktası düşük alaşımlı parçaları dökmek için kullanılır. Enjeksiyonmekanizması erimiş malzemenin bulunduğu ocağın içinde bulunur. Bu ocak bir yol ilemakinaya direkt bağlıdır. Enjeksiyon pistonu yükselince, açılan giriş deliğindenkovana dolan eriyik metal, enjeksiyon pistonunun tekrar aşağıya ilerlemesi ile kovaniçindeki yolu izleyerek nozula ulaşır ve buradan da kalıp içine basılır.(Şekil 2.2 a-b)Şekil2.2 a-Sıcak kamaralı döküm tezgahıHAZIRLAMA ENJEKSİYON İTİCİŞekil2.2 b-Sıcak kamaralı döküm tezgahı çalışması2.2.2 Soğuk Kamaralı Yöntem İle DökümDikey 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 kapıgirişine kadar yavaş bir hızla itilir ve ikinci fazda, yüksek basınçla çok kısa bir süreiçinde metal kalıp gözüne basılır. 3. fazda ise döküm, yoğunlaştırıcı kontrol sistemi

8desteği ile yüksek basınç altında döküm parçasına çok kısa bir sürede 400- 1000 bararasında basınç uygular (Şekil2.5).Şekil 2.3 a Yatay tipte yüksek basınçlı soğuk kamara döküm tezgahıDOLUM ENJEKSİYON İTİCİŞekil 2.3 b Yatay tipte yüksek basınçlı soğuk kamara döküm tezgahı çalışmasıDOLUM ENJEKSİYON İTİCİŞekil 2.4 Dikey tipte yüksek basınçlı döküm tezgahı

9VURUŞBASINÇ1.Faz2.FazDoldurmazamanı3.FazYavaş ilerleme zamanıDoldurma basıncıŞekil 2.5 Enjeksiyonda 3 faz2.3 Genel Akış Teorisine BakışOptimum bir akış ve kaliteli istenilen şartlara uygun parça dökebilmek için,yolluk dizaynı çok önemlidir. Bu nedenle kalıplardaki yollukların dizaynlarındaeritilmiş sıcak alüminyumun türbülans yaratmadan, içine hava almadan ilerlemesive 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.

102.3.1 Laminer Akış TipiLaminer akış da, eriyik haldeki alüminyum alaşımı yolluk eksenine paralel vebirbirlerine karışmaksızın hareket eder(Şekil2.6). Bu yolluk dizaynlarındaki enönemli faktörlerden biridir. Çünkü laminer olmayan bir akış sonucu; mikro vemakro porozitelere neden olan parçaların iç kısımlarında hava ve gazsegregasyonları oluşur. Buda parça kalitesini düşürür.Şekil 2.6 Yollukta laminer akış2.3.2 Türbülanslı Akış TipiTürbülanslı akış; yolluk dizaynındaki yanlışlıklar veya belli bir mesafedensonra akışkan hareket ve çizgilerinde oluşan düzensizlikler sonucu akışçizgilerinin birbirlerini kesmesidir (Şekil2.7). Kalıp gözü içerisindeki sıvı metalintürbülans hareketinden parçada boşluklar oluşur. Parça kalitesi düşer, kalıpgözünde doldurma sorunları ortaya çıkar.Şekil 2.7 Yollukta türbülanslı akış

112.4. Yüksek Basınçlı Enjeksiyon Kalıbı ParçalarıYüksek basınçlı döküm yapan bir enjeksiyon kalıbını oluşturan parçalarşekil2.8’de gösterilmiştir.Şekil 2.8 Yüksek basınçlı enjeksiyon kalıbı parçaları1- Kalıp destek taşıyıcı ayakları2- Kovan3- Sabit blok( hamil)4- Kalıp eksenleme mili ve burcu5- Sabit aplik (Çekirdek)6- Kalıp eksenleme mili burcu

127- Hareketli blok (Hamil)8- Destek takozları9- İtici plaka eksenleme mili ve burcu10- Hareketli aplik (Çekirdek)11- İtici pim12- İtici plakalar13- Arka bağlama tablası14- Topuk15- Ana yolluk16- Maça taşıyıcı17- Boynuz pimi18- KilitlemeTablo 2.1 de bu parçaların üretiminde kullanılan malzemeler ve bu malzemelereuygulanan sertlik değerleri gösterilmiştir.

13Tablo 2.1 Yüksek basınçlı enjeksiyon kalıplarında kullanılan malzemelerN0 PARÇA ADI MALZEME 1 SERTLİK AÇIKLAMA(HRc)1 KONTÜNÖR DINX40CRMOV5146 HRc 700 – 800 HvNİTRASYON2 BLOKLAR GS 70 ---- ----3 APLİKLER DIN44 – 46----X40CRMOV51 HRc4 ARKA PLAKA C1010 ---- ----5 SİLİNDİRC1010 ---- ----BAĞLAMA PLAKASI6 BOYNUZ 4140 (SAE) 50 – 52----HRc7 TEZGAH4140 (SAE) 46 HRc ----KİLİTLEME MİLİ8 KİLİTLEMEDIN40 – 42----KAMASIX40CRMOV51 HRc9 MAÇA DINX40CRMOV5144 – 46HRcGEREKİRSE 800Hv NİTRASYON10 MAÇA TAŞIYICI DIN46 HRc ----X40CRMOV5111 İTİCİ PLAKALARI C1010 ---- ----12 İTİCİ EKSENLEME C1050 44 – 46 Ø 32 İTİCİ PİMİMİLİHRc13 KIZAKLAR DINX40CRMOV5146 HRc GEREKİRSE 800Hv NİTRASYON14 APLİK ve MAÇAPİMLERİQRO 90 ---- PİM KAPLAMASIKROM NITRUR15 BLOK4140 (SAE) 54 – 56----EKSENLEME MİLİHRc16 BLOK4140 (SAE) 50 – 52----EKSENLEME MİLİHRc17 YOLLUK TAKOZU DIN46 HRc ----X40CRMOV5118 KALIP AYAKLARI C1010 ---- ----19 BORU BORU ---- ----20 ITICI PLKC 1050 44 – 46----EKSENLEME BURCUHRc21 TAMPON C1010 ---- ----22SİLİNDİRADAPTÖRÜ4140 (SAE) ---- ----

142.5 Enjeksiyon Kalıbı DizaynıBir kalıbın yapımı için dizaynına başlamadan önce bazı parametrelerin dizaynelemanı veya oluşturulan bir ekip tarafından gözden geçirilmesi gerekmektedir.1- Parça Gereklilikleri• Parçanın tanımlanması• Parçanın dizayn için uygun olması• Görünüş• İstenilen kalite özellikleri2- Kalıp Taslağı• Parçanın ayrım yüzeyi• Kalıbın göz sayısı• Makina boyutları• Yolluk sistemi• Farklı tip parçaların olabilirliği3- Dökülebilirlik Çalışması• Çekme payı hesabı• Kalıbın bağlanabilirliği• Spreylenmesi4- Hangi makinede basılacağına karar verilmesi5- Doldurma oranı6- Yolluk hesapları

157- Isıl dağılım8- Yapılan ön dizayn çalışmasının gözden geçirilmesi9- Kalıbın dizaynı2.5.1 Parça GereklilikleriDökülmesi istenilen parçanın kullanılacağı yere göre çeşitli şartlarda dökülmesigerekmektedir. Yüksek basınçta dökülmüş bir parçanın estetik sunumu ve yapısalbütünlük 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 degösterildiği gibi farklı olacaktır.

16Tablo 2.2 Parça özelliklerine göre uygulanması gerekli final basınçlarıYüksek basınçlı Al. ParçadanBeklenen özelliklerBu Özellikleri sağlamak içinönerilen basınçlarParça küçük ve mekenikgerilmelerden uzak bir parça ise300- 400 barParçadan daha mukavemetli olmasıbekleniyor ise400- 800 barBüyük ve ince kesitlere sahipsızdırmazlık istenen parçalarda800- 1200 barKullanılması istenilen malzeme, parçanın özelliklerine etki ettiği gibi kalıpdizaynına da etki eden önemli faktörlerdendir. Tablo 2.3 de yüksek basınçlıenjeksiyon parçalarında en çok kullanılan malzemelerin listesi görülmektedir.Tablo 2.3 Malzeme StandartlarıAlaşımın Adı Cu Zn Si Fe Ti Ni Mn Mg Pb SnG-2-8,0-0,1-0,1-Alloy226AlSi9Cu33,5 1,211,0 1,2 0,15 0,30,50,5 0,2 0,1G-10,5-0,1-Alloy231AlSi12(Cu) 1,2 0,5,13,5 1,2 0,15 0,20,5 0,4G-10,5-0,001-Alloy230AlSi12(Cu) 0,1 0,113,5 1 0,150,4 0,05G-9,0-0,001-0,2-Alloy239AlSi10Mg 0,1 0,111,0 1 0,150,40,5

17- 226 genel olarak çok iyi döküm özellikleri verir. Parçanın kalıptaçekme eğilimi düşüktür.- 231 iyi doldurma özeliği olan ötektik alaşımdır. Yüksek sıcaklığadayanıklı ve çok iyi döküm özelliklerine sahiptir.- 230 iyi doldurma özeliği olan ötektik alaşımdır. Yüksek sıcaklığadayanıklı ve yüksek kimyasal dayanıma sahip çok iyi döküm özelliklerinesahiptir.- 239 iyi döküm özelliklerine sahiptir. Yüksek sıcaklık dayanımı vekimyasal direnci yüksek olmasının yanında kolay işlenebilirlik de çok önemlibir özelliğidir.Bu malzemelerden 226 alaşımı, 230 ve 231 alaşımlarının katılaşma zamanlarıbirbirlerinden çok farklıdır, yani parçanın kalıbı doldurma zamanları da farklıolmaktadır. Genellikle, alaşım 226 daha kalın parçalarda tercih edilirken, alaşım 230ve 231 daha ince cidarlı parçaların dökümü için tercih edilir. Bu nedenle kalıp yollukhesaplarında, kullanılan malzemenin de önemi vardır. Bu alaşımlarda kullanılanelementlerin, aliminyum alaşımlarındaki etkisini incelenirse;Demir, daima alüminyum içerisinde safsızlık yaratmakta olup, genellikledökümcülükte istenmeyen bir elementtir. Buna karşın, yüksek basınçlı dökümdeoldukça önem taşımaktadır. Demir, gerçekte, yapışma risklerini azaltmakta, sıcaktakimekanik direnci iyileştirmekte, parçanın kalıptan çıkartılmasını kolaylaştırmaktadır.Oranı yüzde birin altında ise, bu durum, tane inceltme ve büzülme hassasiyetiniazaltmaktadır.Silisyum, ötektik değere ulaşana kadar, akabilirliği iyileştirmekte, çekintiye karşıhassasiyeti azaltmakta ve sıkıştırılmış parçalar elde edilmesine imkan sağlamaktadır.Korozyona karşı direnci hissedilir bir şekilde azaltmamakta ancak işlenebilirliğiazaltmaktadır.

18Bakır, çatlama risklerini, sertliği ve sıcağa karşı direnci arttırmakta veişlenebilirliği iyileştirmektedir. Buna karşın, korozyona karşı direnci belirgin birşekilde azaltmaktadır. Çok az miktarlarda bulunsa bile bu etkisi ortaya çıkmaktadır.Çinko, alaşım içerisinde bulunması, mekanik direnci, işlenebilirliğiiyileştirmektedir. Buna karşın, korozyon direncini ağırlaştırmakta ve ısıya karşıönemli bir hassasiyet oluşturmaktadır.Magnezyum, çatlama ve sertleşme risklerini arttırmaktadır. Korozyona karşıdirenci ve kabuk kalitesini iyileştirmektedir. Bunlara karşın akabilirliği azaltmakta veçekinti hassasiyetini arttırmaktadır. Bunun için, magnezyum alaşımından parçalar,giderek fazlalaşan çatlaklar içermektedirler.2.5.2 Kalıp TaslağıKalıp, direkt olarak parçaya formunu veren bölümdür. Bir enjeksiyon dökümdenbeklenenler;- Parçanın boyutlarının ve formunun tam olarak kopyalanması- Uygun bir sıcaklıkta parçanın çıkartılması ve hareketli kısımlar arasında bağlantılıhareketlerin sağlanması- Sıvı metal tarafından uygulanan basınç ve enjeksiyon ile ilişkili olan mekanikkuvvetler ve ısıl etkilere karşı direnç- Metalin katılaşmasından sonra, parçanın ve kalıbın deformasyonu ya daçatlamalar oluşmaksızın parçanın çıkartılmasına imkan sağlanması gerekmektedir.Yüksek basınçta dökülmüş bir parçanın kalitesi ve hassasiyeti, tezgaha monte edilenkalıbın 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 zamanlarınıazaltmaya yardımcı olmaktadır. Hassasiyetin önemli olmadığı aplikler, kısmi genelçizgiler üzerinde ve basit çizgiler üzerinde direkt olarak gerçekleştirilebilmektedir.

19Tasarım, mümkün olduğunca daha sonra çapak alma işlemi uygulanmasınısağlamalıdır.Çıkış açısı;Çıkış açısı mutlaka bulunmalı ve parçanın aplikten rahatlıkla ayrılabileceği değerlerarasında olmalıdır. Kalıp üreten kuruluşların büyük çoğunluğu, yarım derecelik açıdeğerini seçme imkanına sahiptir. Çıkış açısı değeri, büyük oranda et payı kalınlığınabağımlıdır.Ara kesit;Daha öncede bahsedildiği gibi, bir parçanın iyi dizaynı için ara kesiti de hesabakatılmalıdır. Öyle ki, kalıp imalatının mümkün olduğunca basit ve buna bağlı olarakda ucuz olması için kalıp ayrıldığında ortaya çıkan ara kesit de dikkatealınmalıdır.Tasarım, mümkün olduğunca basit bir çapak alma işlemi uygulanmasınısağlamalıdır.Kontur Çıkış Açılarının Mümkün Olduğunca Azaltılması,Parçanın dış çeperinde mevcut basit ve sınırlı olabilen kontur çıkış açıları, kalıbıdaha karmaşık kılan ve imalatını güçleştiren yatay hareketlere yani maçalaragereksinim göstermektedir. Kurslarına göre bu hareketler, mekanik ya da hidrolikmekanizmalar ile elde edilebilmektedir. Hidrolik mekanizma, ek maliyetlergerektirmekte 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 parçanındeformasyonuna yol açan iç gerilimleri de ortadan kaldırmaktadır. İnce et payları,kalıbın soğumasını kolaylaştırmakta ve daha yüksek bir üretim miktarına ulaşılmasınaimkan sağlamaktadır. Çeperlere daha yüksek bir direnç kazandırılması gerekendurumlarda belirlenen bölgelerde feder oluşturulması gerekmektedir. Gerek soğumaesnasında gerekse kesme işleminde, az miktardaki bir malzeme ile deformasyonlarakarşı parçalar korunmaktadır. Kalın et payları, derin ve düşük çapa sahip delikleretrafında, metal yapışmasını ve deliği oluşturan pimin aşırı ısınması ile kaçınılmaz

20bozulmayı engellemek açısından tavsiye edilmemektedir. Köşeler ve keskin açılar,dinamik metal akışında karanlık bölgeler oluşturarak türbülanslara nedenolmaktadırlar. Bu şekilde boşluklar ile hava ceplerinin oluşumu kaçınılmaz halegelmektedirler. Parça et paylarına karşılık gelen radyus bağlantı hatlarının kullanımı,daha laminer bir akış sağlamakta ve kalıp gözünün dolumunu kolaylaştırmaktadırEşit ya da sabit et payı kalınlıkları, kimi zaman kopyalama işlemine imkansağladığından çalışma ivmesi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bir kalıbınbasitleştirilmesini sağlayan farklı parça dizayn elemanları da bulunmaktadır. Ancakbunlar, bazı imkanların ortadan kalkmasına neden olabilmektedir. Örneğin:- Bazı işlemelerin gerçekleştirilmesinin imkansızlığı,- Birleştirme zorlukları,- Basınç dayanımı ( yüksek basınçlı dökülmüş parça başına maksimum 15 – 25 atmya da 1,5 – 2,5 MPa ). Bu verilere dayanarak, parçanın kalıptan çıkarılabilmesi içinuygun ayırma yüzeyinin belirlenmesi gerekmektedir. Parçanın motiflerinin bir kısmıhareketli aplikte diğer kısmı ise sabit aplik üzerine işlenmektedir. Parçanın her ikiaplikten de çıkabilmesi için daha önce de belirtildiği gibi çıkma açılarının her ikiaplikte de verilmesi gerekmektedir.İşte bu çıkma açılarının parçada birleştiği nokta,kalıp ayırma yüzeyidir. Tabi ki müşterinin resim üzerinde belirttiği çıkış açılarınauyularak da ayırma yüzeyi belirlenebilir, ancak; mutlaka çıkış açıları kontroledilmelidir. Bu aşamadan sonra yapılacak işlemler Şekil 2.9’da verilen braket parçasıüzerinde tanımlanırsa:

21Parça Adı: BraketParçanın Ağırlığı: 1750 grMalzemesi: AlSi9Cu3Maçadan çıkmasıgereken bölgeŞekil 2.9 Braket parçası görünüşleriGöz Sayısı;Kalıptaki göz sayısı; bir baskıda çıkacak parça adedi anlamına gelmektedir ve çokönemlidir. Elbette bir baskıda ne kadar çok parça elde edilirse bu işçilik süresininkısalması ve üretim adetlerinin artması anlamına gelecektir. Ancak kalıptaki gözsayısını belirleyen faktörler vardır. Bunlardan en önemlisi mevcut tezgahlarınkapasitesidir. Ancak bir diğer önemli etken de her zamanki gibi parçanın dizaynıdır.Özellikle parçanın yan duvarlarında maça yapılarak çıkarılacak motif veya deliklerinsayısı, yönü ve açısı kalıbın göz sayısını belirlemeyi sağlar(Şekil 2.10). 4 yönde de

22maça yapılmasını gerektiren motif veya deliklere sahip olan bir parçada bir gözlükalıp yapılması daha kolaydır. 4 yönde maçası olan bir parçanın birden fazla gözlükalıp tasarımı yapıldığında görülecektir ki, maçaların ilerleme mekanizmalarıbirbirlerinin çalışmasını engellemektedir.maça ekseniŞekil 2.10 Maçadan çıkarılması gereken bölgeParçanın büyüklüğü de göz sayısını etkileyen faktörlerdendir. Düz bir parçada hiçmaça olmamasına rağmen kalıp dizaynı yapıldığı zaman, bu kalıp tezgaha sığmıyorise, bu parçanın mevcut tezgahlarda dökülmesi mümkün değildir. İlk kalıp tasarlamaaşamasında yaklaşık olarak parçaya malzemenin nereden girmesinin uygun olacağınınve genel yolluk şeklinin belirlenmesi gelecekte dizayn yapılırken hesaplamalardakolaylık sağlayacaktır. Kalıp dizaynı yapılacak braket modelinin olası yollukgirişlerini ve yolluk taslak dizaynı şekil 2.11 ve şekil 2.12’de gösterilmiştir:

23Şekil 2.11 Aynı yönde çekilebilir maçalı yolluk tasarımıMaçaların aynı yönde çekilebilir olması dizaynı kolaylaştırır. Ancak yolluk sistemiuzun ve simetrik olmadığı zaman basınç kaybı oluşur ve parçalara giren sıvı metalsıcaklığı eşit olmadığı için parça kaliteleri de farklı olacaktır. Ayrıca yolluk girişleriile parça sonu arasındaki mesafe uzun olduğu için parça dolana kadar metalsoğuyacak bu da büzülme ve soğuk birleşmelerin oluşmasına neden olacaktır. Kalıpboyutları diğer alternatiflere göre büyük olacaktır.Şekil 2.12 Farklı yönde çekilebilir maçalı yolluk tasarımı

24Yolluk girişleri daha simetrik ve parçaya yayılması daha kolay olan federlerinüzerinden verilmiştir. Böylece parçada çekinti riski azaltılmaya çalışılmıştır.Dezavantajı ise 1.faz daha önce başladığı için türbülans oluşma riski vardır.Uygunyolluk dizaynı ile bu risk azaltılırsa bu yolluk sistemi ile dökümden daha kaliteli parçaelde edilebilir. Şekil 2.13’de parça da oluşacak muhtemel kalıp ayırma yüzeylerioluşturulursa.Şekil 2.13 Kalıp ayırma çizgisi2.5.3 Dökülebilirlik ÇalışmasıÜretilmesi istenilen parçadaki çekme payı çok önemlidir. 620-720 0 C de dökümyapıldığında aplik ve blok malzemelerin de genleşme oluşacak ve sonra ortamsıcaklığına dönülmesi sonucu büzülme meydana gelecektir. Yani parçanın boyutsalhassasiyetinin elde edilmesi ve muhafaza edilmesindeki zorluk, kalıbın ısı genleşmeolayları nedeniyle, kalıptan çıkarıldıktan sonra parçanın büzülmesidir. Isıdeğişimlerine maruz kalan tüm cisimler, ısıtıldıklarında genleşmekte vesoğuduklarında büzülmektedirler.Buna göre; kalıp belirli bir sıcaklıkta çalışmaktadır ( 200 – 350 o C ) ve apliklerinorijinal boyutlarını arttırarak genleşmektedir. Alaşım genleşmiş apliklerin içerisinebelli bir sıcaklıkta ( 620 – 720 o C ) sıvı durumda enjekte edilmektedirler. Parça 220 ila370 o C arasındaki bir sıcaklıkta kalıptan çıkarılmaktadır. Ortam sıcaklığına kadarsoğutularak, yeni bir büzülme geçirmektedir.

25Kalıbın bu kasılma ve genleşme değeri, kullanılan malzeme özelliğine ve termikşokların şiddet ve sıklığına bağlıdır. Sıcaklık katsayıları, sabit değildir ancakhesaplama için sabit bir değer alınmaktadır. Aplik yapımında kullanılması tavsiyeedilen 2344 sıcak iş çelikleri için ısıl genleşme katsayısı, yaklaşık olarak 0,0000123mm/1 o C’dır. Sık kullanılan alüminyum alaşımlarının ısıl genleşme katsayısı iseyaklaşık olarak 0,0000236 mm/1 o C’dır.Örneğin aplik boyutlarından bir tanesi 100 mm olsun. Kalıp 300getirildiğinde, bu boyut, genleşme etkisi ileo C’ye0,0000123 x 100 x 300 = 0,369 mm olacaktır.Aplikteki toplam uzama; 100+0,369 =100,369 mm olacaktır.Parça 300 o C’den alarak 20 o C’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 faktörleregöre, aplik boyutu 100 mm olarak alındı. Kalıp genleşmesi ve parça büzülmesininbirlikte 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. Ohalde; İstenen 100 mm boyutunu elde etmek için, aplik boyutunu 0,66 mm arttırmakgerekmektedir.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 imkansağlamaktadır.Kalıp döküm yaptıktan sonra kapılar açılır ve parça alınır ve işte bu noktadan sonraspreyleme işlemi başlar. Spreyleme işlemi kalıptaki ısıl dengeyi sağlamak, aplikyüzeyini genel olarak soğutmak, özellikle çok ısınan maça pimi, ince feder gibibölgeleri soğutmak ve kalıbın üzerine yapışarak ince bir film tabakası oluşturmaktır.

26Böylece 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 sökülebileceğidüşünülmelidir. Blok boyutlarının tezgah bağlama plakasına uygun olması çalışanınveya rabot kolun parçayı kalıptan rahat bir şekilde alabilmesi ve işletmede dökümyapılacak kalıbın bağlanacağı makinenin konumu da göz önüne alınarak kalıp tasarımıyapılmalıdır.2.5.4 Tezgah SeçimiTezgah seçimindeki en önemli faktör, kalıba enjeksiyon uygulandığı zaman oluşanaçma kuvveti ile tezgahın kilitleme kuvveti arasındaki ilişkidir. Tezgah kilitlemekuvveti; kapatma pozisyonunda mafsal tablalarının uzaklaştırılması için uygulanan birkuvvettir. Şekil 2.14’de görüleceği gibi; kapatma kuvveti, iki tablayı uzaklaştırmayayönelik bir kuvvet ile ifade edilmektedir. Bu kuvvet kalıbın açılmasını ve kalıp gözüiçine preslenen metalin dışa akmasını engellemek için diğer kuvvetten fazla olmalıdır.Bu nedenle, kapatma kuvveti, ilgili açma kuvvetine oranla % 15 ila % 20 civarındadaha yüksek olmaktadır. Tezgah açma kuvvetine etkileyen faktörler ise parçanıntoplam projeksiyon alanı, uygulanan enjeksiyon basıncına bağlı olarak oluşan spesifikbasınçtır.

27Şekil 2.14 Tezgah kilitleme ve açma kuvvetleriNFLN> FLI(N) = AIM(cm2) x Pe ( )2cmx 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 önünealınır. 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.

28Projeksiyon Alanı: 390 cm² dir.AIM= 390cm²x 2 gözlü x1.4= 1092 cm²Şekil 2.15 Kalıp projeksiyon alanıPe= Spesifik Basınç; Tezgahın hidrolik sisteminin uyguladığı basıncın, piston koluve kovan pistonu ile kalıba aktarılması sonucu oluşan basınçtır. Kovan pistonunseçimi ise tezgahın özelliklerine ve doldurma oranın hesaplarına göre değişmektedir(Şekil 2.16).Piston Çapı(Dp)=100mmTezgah Hidrolik SistemiPc=360 barPiston Çapı=Dc=150PeKovanŞekil 2.16 Tezgah hidrolik sisteminin yarattığı basıncın, kalıp kovanınailetilmesi

29Kuvvet Eşitliğinden; Fe=Fc=Pe*Ae=Pc*AcDc2Pe = Pcx( ) = Dp150360x ( )1002=810 bar basınç kalıba uygulanmaktadır.Braket parçası dinamik yüklere maruz kalacağı ve parça dizaynındaki ince etkalınlıklarından dolayı 800 ile 900 bar arasında bir basınç ile dökülmelidir.Fm= Enjeksiyon sırasında hereketli maçaya uygulanan basınç sonucu; Kalıp açmayönünde oluşan kuvvettir. Maça taşıyıcı dizaynlarında;Kilitleme açısı hidrolik sistemle yapılacak maçalar için 6-8 oKilitleme açısı mekanik sistemle yapılacak maçalar için 18-21 oŞekil 2.17 Maça taşıyıcısına etkiyen kuvvetlerNFh = PexAmaça = 8100 ( )2cmFm kuvveti hesaplanırsa;x 85 (cm 2 ) = 6885 N olarak hesaplanır. BuradanFm= 6885 x tan 21 = 2642 (N) kuvvet maçalar tarafından kalıba açmaya yöneliketki yapmaktadır.Toplam 2 adet maça olduğuna göre; Fm= 2 x 2642 = 5285 (N) olarak hesaplanır.Sonuç olarak; FLI tezgah açma kuvveti;

30NFLI(N) = AIM(cm2) x Pe ( )2cmx 1.2(güvenlik faktörü) + Fm(N)FLI= 1092 (cm 2 N) x 8100 ( ) x 1.2 + 5285 = 10619525 (N) = 10619 KN olarak2cmbulunur. Bundan sonra bu açma kuvvetine uygun tezgah seçilir. Bu seçim için bazıtezgahlara ait kilitleme kuvvetleri Tablo 2.4’de verilmiştir. Buna göre; FLN> FLIeşitliği için en uygun tezgah ItalPress 1350 olarak belirlenir. Çünkü Italpress 1350tonluk tezgahın kilitleme kuvveti 13500 KN dur ve bu değer kalıbın açmakuvvetinden yüksek olduğu için kalıp bu tezgahta güvenle döküm yapabilir.Tablo 2.4 Örnek tezgahlar ve kilitleme kuvvetleriTEZGAH ADI KİTLEME KUVVETİ(KN)TEZGAH ADIKİTLEME 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 18500Dizayn edilecek olan kalıpta bu tezgahın özellikleri göz önünde bulundurulmalıdır.2.5.5 Doldurma Oranı HesabıDoldurma oranı hesabı yapmak için öncelikle kovan ve piston mekanizmasınıtanımlanmalıdır. Kovan ve enjeksiyon pistonu çok basit yapıdaki iki bölümdür.Bunlar, enjeksiyon mekanizmasının iki anahtar noktasını oluşturmaktadırlar.Enjeksiyon grubu tarafından ortaya konan hız-kuvvet parametreleri, metaleiletilmektedir. Bu bölümlerin bütünlüğü, etkinliği ve işlevselliği, üretilecek parçalarınkalitesi ve miktarı için çok önemlidir. Kovanın dolum oranı, genellikle ( % ) yüzdeolarak gösterilmektedir. Kalıp gözünün dolumunda gerekli olduğu gibi çok kısazamanda havanın boşaltılması, yüksek basınçlı dökümde en büyük sorunuoluşturduğundan kovanın dolum oranının hesaba katılması önemlidir. Günümüzuygulamalarda bu oran % 30 – 40 arasında tutulmaya çalışılmaktadır (Şekil 2.18).Tablo 2.5’de görüldüğü gibi, farklı çaplara göre doldurma oranı hesaplanır ve uygunolanı seçilir.

31ma * 4F =π D 2* L * 2.5%2Doldurma oranı hesabı;.Braket parçası için uygulanırsa;m A = n x (m part +m havacebi )n=2m part =1750 grm havacebi = 260 gr ( parça ağırlığının %15-25 arasında olmalıdır.)L( kovan aktif boyu) kovanda pistonun ilerleme mesafesidir..Şekil 2.18 Kovan ve piston

32Tablo 2.5 Farklı çaplardaki doldurma oranıAktif¢PistonBoyuKovan DoldurmaOranı60 633 0.8970 633 0.6680 633 0.5090 633 0.39100 633 0.32110 633 0.26120 633 0.22130 6330.19140 633 0.16150 633 0.14O halde en uygun piston çapı 100 mm olmalıdır ve kalıp doldurma oranı %32olarak seçilmelidir.

33BÖLÜM 3YOLLUK HESAPLARI3.1 Kapı Giriş Kesiti (Sa)Yolluk dizaynlarında en önemli noktalardan biri malzemenin kalıp gözüne ilkgirdiği noktadaki şekil ve kesit alanıdır. Buna kapı giriş kesitide (Sa) denilebilir.VASa =Vma * Tf=mAp * Vma * TfVma’nın teorik hesaplanması için malzemenin yolluk girişinden parçayagirdikten sonraki geometrisi önemlidir.Eğer kapı girişinden sonra parçada hızlı yön değişimleri var ise 20- 40 m/s hızyeterlidir daha hızlı metal akışı aplik üzerindeki bu duvarlara metalin hızla çarpmasısonucu erezyon oluşturur. Bu da zamanla bu bölgelerde sıcak malzemeninyapışmasına neden olur.Şekil 3.1 Kapı giriş kesitinden sonra parçada alüminyumun ilerlemesiAncak; 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

34iyi bir dolum sağlanabilir. Bu nedenle braket parçasında kapı girişlerini mümkünolduğunca az yön değişimi olan bölgelerden girme gerekliliği ortaya çıkar. Bununyanında vakum uygulanan kalıplarda alınacak hız değerleri 15-35 m/s arasındadeğişmelidir. Braket parçası gibi federli, büyük ve girintili çıkıntılı parçalarda vakumuygulaması parça kalitesini iyileştirici yönde etki yapar. Braket kalıbının kapı girişhızı teorik olarak 30 m/s alınabilirTf; dolum zamanı, sağlam bir parça elde etmek için, parçanın kalıp içerisindekatılaşmasından önce, metalin kalıp gözünü tamamen doldurması için geçen süredir.Bu katılaşma zamanı, şu faktörlere bağlıdır: katılaşma aralığı ( her alaşım için özelkatılaşma başlangıcı ve sonu arasındaki sıcalık farkı ), metal sıcaklığı, kalıp sıcaklığı,parça et kalınlığı. Parça et kalınlığına göre, bazı katılaşma zamanları aşağıda Tablo3.1’de gösterilmiştir. Belirlenmiş bir aralıkta yer alan çok kısa süreler; alaşım tipi,girişteki metalin ısı koşulları ve diğer işlem parametreleri gibi farklı faktörlerebağımlıdır.Tablo 3.1 Et kalınlıklarına göre doldurma zamanıS (mm)Tf (ms)1.5 10…301.8 20…402. 20…602.3 30…702.5 40…903. 50…1003.8 50…1205 60…200

35Braket parçasının federler dışındaki min et kalınlığı 3 mm dir. Buna göre doldurmazamanı 50-100 ms arasındadır. Bu süreyi daha net bulabilmek için tablo 3.2’de kisorular yaklaşık olarak cevaplanmalıdır.Tablo 3.2 Doldurma zamanı hesaplamalarıDuvar KalınlığıDoldurma ZamanıNos=3 mm Hızlı (50ms) Yavaş(100ms)1En ince etkalınlığı yollukgirişine uzakEn ince etkalınlığı yollukgirişine yakınXX2Malzeme 230Malzeme 226XXParçada girinti-çıkıntılar fazlave yükseklikleri farkı büyük iseX3Parçada girinti çıkıntı sayısı azve bunların yükseklik farkları azXise4Kalıp sıcaklığı hesaplanandeğerlerden düşük iseKalıp sıcaklığı hesaplanandeğerlerden yüksek iseXX5Yolluk uzun ve parçaya birdençok yerden giriş yapılıyorsaYolluk kısa ve tek bir yerdengiriş yapılıyorsaXX

36Cevap1: Braket parçasında en ince duvar kalınlığının olduğu bölge parçanın ortabölgesindedir.O halde taslak yolluk dizaynına göre doldurma zamanı orta değer yani65 ms alınabilir.Cevap2: Braket parçası malzemesi; AlSi9Cu3 (226) dır. O halde Tf burda 90 msalınabilir.Cevap3: Parçadaki girinti çıkıntılar fazla olamasına rağmen yüksekli farkları çokdeğildir bu nedenle hızlı bir doldurma beklenebilir. Tf değeri 60 ms dir.Cevap4: Kalıpta istenen sıcaklık kalıp kapalı halde iken 300-350 C o olan sıcaklığınkalıp açıldığında 180-200 o C a düşürülmesidir. Bunu sağlamak için kalıba sprey ilesoğutma yapıldığı gibi kalıbın kendi içinde soğutma kanalları açılarak da busağlanabilir. Kalıp için gerekli ısı transferini sağlayacak sistem daha sonrahesaplanacaktır. Bu nedenle soğutmayı tam yapıp kalıp sıcaklığını istenilen ölçülerdetutulduğu varsayılırsa; Tf=70 ms alınabilir.Cevap5: Taslak dizaynda da görüleceği gibi parçaya birden çok noktadan girmeninparçayı doldurmak için daha etkili olduğunu düşünülmüştür. O halde Tf değeri 50 msalınabilir.Tüm bu sorular sonucunda ortaya çıkan zamanların ortalaması alınırsa, teorikdoldurma zamanı bulunur.65 + 90 + 60 + 70 + 50 335Tf == = 67 ms55olarak hesaplanır. Bulunan değerler yerine konulur ve kapı giriş kesiti hesaplanırsa;VASa =Vma * Tf=mAp * Vma * Tf2=2x(1750+ 260)= 6.85cm* 0.12.5x35x67x0.1= 685mm2değerine ulaşılır. Yani parça başına enaz 340 mm 2 yolluk girişi yapılmalıdır. Braketparçasının tam olarak doldurulabilmesi için feder yapısı incelemeli ve kapı girişkesitlerini bu federlerin akışa destek verebileceği noktalardan girilmelidir. Kapı girişkesiti yüksekliği döküm yapıldıktan sonra yolluğun parçadan kolayca kesilebilmesi ve

37negatif koparma yapmaması için 1.5-3 mm arasında seçilmelidir. Şekil 3.2’de braketparçası için kapı giriş kesitleri gösterilmiştir.Şekil 3.2 Braket parçası kapı giriş yerleri ve kesitleri3.2 Ana Yolluk Kesitleri Hesabı ve TasarımıAna yolluk dizaynı tüm kapı giriş kesitlerini besleyecek ve türbülans yaratmadanmalzemenin istenilen hızda ilerlemesini sağlayacak şekilde dizayn edilmelidir. Kapıgiriş kesiti uzunluğu 3-5 mm olmalı böylece bu bölge trimlemede parçayı yolluktankolayca kesmek için gerekli uzunluk sağlamış olur. Daha sonrada giriş kesitinibesleyecek ve gerekli hızı sağlayacak şekilde arka bölge dizayn edilmelidir. Anayolluk dizaynı için uygulanacak yöntemler şekil 3.3’de gösterilmiştir.

38Şekil 3.3 Kapı giriş kesiti ve besleyici bölgenin hesaplanmasıSa= 340 mm 2 olduğuna göre besleme kesiti kapı giriş kesitinin 1.8~2.5 katıalınabilir. Buna göre kesit boyutu hesaplanır.S2=Sa x 2 = CB x CT – CT 2 x Tan 10 0CB= 1.5~2 x CT olmalıdır. O halde;S2= 1.5~2 x CT 2 - CT 2 x Tan 10 2CT =Sax2( )1.8...1.3Yolluk giriş kesitlerine göre hesaplanırsa;1. Bölge Sa = 100 mm 2 olarak hesaplanmıştı. O halde S2 =200 mm² olarakalınabilir. Yolluk kesitleri;Sax2CT = ( )1.8...1.3100x2CT = = 11.6mm1.5CB = 11.6x1.5= 17.4mmolarak hesaplanır.

392. Bölge Sa=50 mm² olarak hesaplanmıştı. O halde 2. bölge için S2=100 mm²alınabilir. Yolluk kesitleri;Sax2CT = ( )1.8...1.350x2CT = = 8.2mm1.5CB = 8.2x1.5= 12.3mmolarak hesaplanır.3. Bölge Sa=90 mm² olarak hesaplanmıştı. O Halde 3. bölge için S2=180 mm²alınabilir. Yolluk kesitleri;Sax2CT = ( )1.8...1.390x2CT = = 10.9mm1.5CB = 10.9x1.5= 16.35mmolarak hesaplanır.4. Bölge Sa=100 mm² hesaplanmıştı. O Halde 4. bölge için S2=200 mm² alınabilir.Yolluk kesitleri;Sax2CT = ( )1.8...1.3100x2CT = = 11.6mm.1.5CB = 11.6x1.5= 17.4mmolarak hesaplanır.S2 kesitlerinden sonra ara yolluklar ana yolluğa bağlanır. Bunun için ise şekil3.4’de gösterilen koşullar uygulanmaya çalışılır.

40Şekil 3.4 Ani dönüşlerde meydana gelen yapışmalarSıvı alaşım yönü çok ani bir şekilde değiştirildiğinde, hava ve gaz ceplerioluşmaktadır. Bunlar, metal tarafından yeniden emilme eğilimindedirler. Sıvı metalbasıncının etkisi ile bu küçük gaz birikimleri nedeniyle, büyük bir enerji açığaçıkmaktadır. Bunlar, koruma tabakalarını kırmakta ve yapışma oluşturarak kalıpçeliğine ulaşmaktadırlar. İşte bu noktada kalıp yağlamasının önemi ortaya çıkar çünkükalıp ayırıcı yağlar sayesinde bunlar önlenebilmektedir. Ancak yolluk dizaynıaşamasında da; şekil 3.5’de gösterildiği gibi daha geniş dönüşlerle bu karanlıkbölgelerin oluşması engellenebilir.Şekil 3.5 Daha büyük radüsler ile dönüşlerMetal akışı yön değiştirdiğinde besleme sistemi içindeki metal akış boşluklarınıortadan kaldırmak için, döküm kanalındaki pürüzlülük ve dönüş açısına göre ilgilibölge kesiti, % 10 ila % 30 arasında azaltılmaktadır(Şekil 3.6).

Şekil 3.6 Dönüşlerde kesitlerde yapılacak büyültmeler.41

42Şekil 3.7 Kapı giriş kesitleri ve ana yolluk hesaplamalarıS3= 340 x 1.2 x 2 = 816 mm² olarak hesaplanır.CT =S3( )1.8...1.3816CT = = 23mm1.5CB = 23x1.5= 34.5mm

43BÖLÜM 4ISIL DAĞILIM4.1 GirişEnjeksiyon sıcaklığının da, metalin katılaşması üzerinde bir etkisi bulunmaktadır.Akışkanlığı yeterince uzun muhafaza etmek için, sıvı metal mümkün olduğuncayüksek bir sıcaklıkta bulunmalıdır. Al-Si ve Al-Si-Cu grubundan sık kullanılanalaşımlar için, enjeksiyon sıcaklığı minimum 620 o C ila maksimum 700 o C arasındadeğişmektedir. Birçok durumda, enjeksiyon sıcaklığı 640 – 660 o C’dir. Bu sıcaklıktadökülen parçanın kalıp içinde katılaşana kadar geçirdiği sürede kalıp ile ısı alış verişiolur. Bu sıcaklık alışverişi uygun sıcaklığa düşene kadar devam etmelidir. Kalıptarafından emilen bu ısının da soğutma kanalları ile kalıptan uzaklaştırılmasıgerekmektedir. Bir kalıptaki sıcaklık dağılımı; parçanın kalitesine, çekme oranına,parça da meydana gelebilecek büzülmelere, yolluk ve parçada sıcak metalinakışkanlığına, 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 bölgeseldeğişikliklerden 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 sorunlarlakarşılaşılır.Isı alışverişi, kalıptan geçen saatteki alaşım miktarı ile verilmektedir. Bu etkiyle veyayılan ısı miktarı ile orantılı olarak, kalıp sıcaklığı belli bir ısı dengesini yakalayanakadar artmaktadır. Isı denge noktası, belirli bir ısı rejimi ve kalıp dağılım kapasitesinegöre belli bir sıcaklıkta stabil hale gelmektedir.4.2 Kalıpta Isıl DağılımKalıpta ısıl dağılım; tezgah plakası ile iletim yaparak, aplikte oluşturulan soğutmakanalları, aplik yüzeyine püskürtülen soğutucu ve yağ ile ısı transferi yaparak, sonolarak da ortamda bulunan havaya ışıma ile olmaktadır. Yüksek basınçlı enjeksiyonkalıplarında, alüminyum ve magnezyum alaşımlı dökümlerde her bir baskıda ortayaçıkan enerji 607 kj/kg dır. Bu enerjinin kalıptan uzaklaştırılması için dizayn olarakyapabilecek olan ise aplikte soğutma kanalları dolaştırarak bu enerjiyi almaktır.Açılan bu kanallarda parçaya ve alaşıma göre su veya yağ dolaştırılır. Yoğunsoğutmada ( hissedilir seviyede yüksek ısı ), su, halen kalıp iç soğutması için en çokkullanılan akışkandır. Su ile soğutmadan ileri gelebilecek ısı şoklarının ortadankaldırılması çok büyük bir önem taşımaktadır. Bölgesel olarak soğutma çok yoğunolduğunda ve ısıl şok çok yüksek olduğunda, çatlaklara yol açabilen ve hatta kalıp

45bloklarında kırılmalara neden olabilen çelik direncini aşacak şekilde çok kuvvetli içgerilmeler ortaya çıkmaktadır. Tablo 4.1’de enjeksiyon parçalarında en çok kullanılanmalzemelerin ısıl özellikleri verilmiştir.Tablo 4.1 Yüksek basınçlı dökümde kullanılan bazı alüminyum alaşımlarının 1kg alaşım için ısıl özellikleriDIN ALAŞIMI 226 230/231 239ÖZGÜL AĞIRLIK kg/dm 3 2,72 2,67 2,65ISI İLETKENLİĞİ kcal/cm 2 /cm/sn/ o C 0,25 0,33 0,32ÖZGÜL ISI kcal/kg/ o C 0,23 0,23 0,23GİZLİ ERGİME SICAKLIĞI kcal/kg/ o C 93 93 93ÜST ERGİME NOKTASIo C 588 580 577ALT ERGİME NOKTASIo C 521 525 -KATILAŞMA ARALIĞIo C 67 55 -MAKSİMUM DÖKÜMSICAKLIĞIo C 710 730 700İLGİLİ ISI MİKTARI kcal/kg 256 261 254PARÇANIN KALIPTANÇIKARTILMA SICAKLIĞIo C 350 350 350KALIBA AKTARILANSICAKLIKkcal/kg 176 180 173MİNİMUM DÖKÜMSICAKLIĞIo C 630 650 640İLGİLİ ISI MİKTARI kcal/kg 238 242 240PARÇANIN KALIPTANÇIKARTILMA SICAKLIĞIo C 250 250 250KALIBA AKTARILANSICAKLIKkcal/kg 180 185 183

46Kalıptaki ısı alışverişi açıklanırsa:680 o C’de enjekte edilen AlSi9Cu3 ( DIN226) 1750 gram’lık braket parçası için.Parça 300 o C’de kalıptan çıkartılacak ve saatte 70 parça üretimi yapılabilir kabuledilirse, kalıba giren ısı miktarı;Q = MxCx∆T+ C xM formülü ile hesaplanır.gToplam Parça Ağırlığı;Parça ağırlığı1.75 kgGöz sayısı 2Hava cebi 0.26 kgYolluk 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 kcalBraket parçası için ısı miktarı 180,4 kcal x 4.02 = 725.2 kcal dirParçanın kalıba ilettiği ısı; saateki üretim miktarı ve iletilen ısıya bağlıdır.725.2 x 70 = 50764 kcal / saatTek bir çevrim süresi esnasında, giren ısının yoğunluğunun, çevrimin kendi fazlarıfonksiyonunda nasıl etkilendiği incelenirse;Enjeksiyon fazı:- Alaşım sıcaklığı : 680 o C- Alaşımın üst ergime noktasının sıcaklık düşüşü : 580 o C- Aktarılan ısı : 92.4 kcal

47Katılaşma fazı:- Alaşımın alt ergime noktası sıcaklığının düşüşü : 525 o C- Aktarılan ısı : 425 kcalSoğuma fazı- Komple parçanın kalıptan çıkarılma sıcaklığının düşüşü : 300 o C- Aktarılan ısı : 207 kcal.Isı akış yoğunluğundaki bu değişimin, normal bir çevrim boyunca, apliklerin yüzeysıcaklıklarında bir değişime neden olduğu anlaşılmıştır. Bununla ilgili olarak, 1kilogramlık alaşım için 1 o C’lik bir düşüş elde etmek için iletilen ısı, saf alüminyumiçin ortalama olarak şöyledir:Qs = 0,22 ( kcal / kg. o C ).1 kg.1 o CAynı element için, gizli ısı ( 1 o C civarında ) şu değere eşittir:Ql = ( 93 / 420 ). ( kcal / kg ). 1İki miktar arasındaki oran: Ql = 400 QsBuna 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 ifadeedilen 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

48Reynolds sayıları, soğutucu etütü için çok büyük bir önem taşımaktadır. Çünkü, ısıtransfer kapasitesi, direkt olarak buna bağlıdır.Minimum ısı transfer kapasitesi, 0 ila 2000 arasında değişen Reynolds sayılarınakarşılık gelmektedir. Maksimum ısı transfer kapasitesi 3000 ve daha fazla olanReynolds sayılarına ( türbülanslı rejim ) karşılık gelmektedir.Yüksek basınçlı döküm kalıpları için soğutucu devrelerdeki akışkan rejimi, kalıpnormal üretimde olduğunda genellikle türbülanslı tiptedir. Laminar rejim koşulları,anlık kesintilere uğradığında kullanılmaktadır Türbülanslı akış rejimi söz konusuolduğunda, akışkanın yeniden ısınması ( giriş sıcaklığı ile çıkış sıcaklığı arasındakifark ) genellikle düşüktür. Laminer rejim söz konusu olduğunda, akışkanın yenidenısınması yüksektir. Akışkanın sıcaklığı girişe göre oldukça artmıştır ve bazıdurumlarda kaynama olabilmektedir ve su kullanıldığında buharlaşmagerçekleşebilmektedir.Kalıpların soğutucu devreleri, giriş ve çıkışlarda, musluk ve vanalarladonatılmışlardır. 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 / µD = Devre çapı ( m )V = Akışkanın ortalama hızı ( m/sn )µ = Kinematik viskozite ( m 2 / sn)

49Şekil 4.1 Akış tipleriV = Ortalama hızU = Noktasal hızV max / U = 0,5 laminer akış içinV 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.V = 2xgxH ( m/sn )g = yer çekimi ivmesi ( 9,81 m/sn 2 )H = Akışkanın hidrometrik yüksekliği ( m )1 atmosfer basınçta su kullanıldığında H = 10 m’dir.Uygulamada; devrelerde bu şekilde hesaplanan hızı, devrenin kendisindenkaynaklanan harekete karşı direnç nedeniyle ölçülemez. Ancak daha düşük hızlarıölçülebilir. Bu direnç, bir basınç düşüşüne neden olmaktadır. Hız, uzunluk,pürüzlülük, yön değişiklikleri gibi devrenin yapısal özellikleri ile belirlenmektedir.V = 2 x9.81x10= 14m/ s

50Eğer devrede ¢12 mm soğutma kanalları kullanırsa, akışkanın soğutucudevrelerinin içinde akarken sahip olduğu hıza göre ve fiziksel boyutlarına göre, birimzamanda, devreden geçen soğutucu akışkan (Qd),Qd = V (cm / sn) x So(cm 2 )Qd2πx1.2= 140x= 140 x 1.133 = 158.25 cm 3 /sn = 570.6 l/saat4Kalıbın emmesi gereken ısının büyük bir kısmı, apliklerin sıcaklığını arttırmaya yolaçmaktadır. Sıcaklığın artması, katılaşma süresini uzatmaktadır. Bu süre, parçanınkalıptan çıkartılmasındaki optimum sıcaklığa kadar soğutmak için, parçanın ihtiyaçgösterdiği süredir. Kalıp sıcaklığının artmasından ileri gelen katılaşma zamanındakiartış, parçanın direnç ve dayanım kalitesine bağlı olan tane irileşmesine yolaçmaktadır. Sonuç olarak, parçanın kalitesinde bir azalma olacaktır. Verimliliğiarttırmak için, yapabilek tek şey soğutmayı arttırmaktır. Soğutma sistemihesaplarında; soğutucu akışkan su olduğunda, devre yüzeyi, parça yüzeyine eşitolacak şekilde ayarlanmalıdır. Soğutucu akışkan olarak yağ kullanıldığında, kanallarınyüzeyi, parça yüzeyinin 2 ya da 3 katı olmalıdır. Önemli noktalardan biride soğutucudevrelerinin çapıdır. Yüksek basınçlı döküm tezgahları üzerindeki tertibatlarıbasitleştirmek için, tüm kalıplar için standart bir ölçü kullanılmaktadır. Isı taransferiaçısından sırası ile; ø8 mm’lik çaplar, r1/8’’ ölçüsündeki tüpler ile bağlantı içinuyarlanmaktadır. Bu boyut iyi bir ısı transfer kontrolu sağlamaktadır. ø11 mm çaplarr1/8’’ ölçüsündeki tüpler ile bağlantı için uyarlanmaktadır ve ısı transferi bakımındandaha etkindirler. ø15-12 mm, r3/8’’ ölçüsündeki tüpler ile bağlantı içinuyarlanmaktadır ve ısı transferi bakımından çok fazla etkin değildirler. Büyük çaplısoğutma kanalları, soğutucu akışkan olarak yağ kullanıldığında ve büyük kalıplar sözkonusu olduğunda daha çok kullanılmaktadır. Braket kalıbı da büyük kalıp sınıfınagirmektedir.Buna göre; braket parçası için daha önce hesaplanan parça, hava cebi, yolluk vetopuk projeksiyon yani yüzey alanı; 1092 cm² dir. 12 mm çaplı devre içinde su akışıile soğutma sağlanır ise 1092 cm 2 yüzey alanı ile devrenin uzunluğunun ne olacağıbelirlenebilir.

51- Birim yüzey alanı; ø1.2 cm x 3.14 = 3.768 cm 2- Devrelerin uzunluğu; ( 1092 cm 2 / 3.76 cm 2 ) = 290.43 cmParça termik yağ ile soğutulursa- ki bu tasarımı yapılan braket parçası kalıbı içindaha uygundur- soğutma devrelerinin yüzeyi, parça yüzeyinin 2 ya da 3 katı olarakhesaplanmalıdır.- Devrelerin uzunluğu: ( 1092 cm 2 / 3.76 cm 2 ) x 3 = 871 cm’lik bir uzunluğaihtiyaç duyulmaktadır.Kalıp soğutucu mekanizmasının boyutsal yaklaşımını gösteren bu hipotez, tamolarak kesin değildir. Çünkü, üretilecek parçanın alın yüzeyi ve kalıbın muhafazaetmesi gereken soğutucu mekanizması yüzeyini karşılaştırmaktadır. Daha önce debelirtildiği gibi sistemde oluşan basınç, hız ve debi ısının kalıptan uzaklaştırılmasınısağlar. Nekadar iyi yerleştirilmiş bir soğutma sistemi olursa olsun sistemdeki yetersizdebi sonucu uzaklaştırılacak ısıda yetersiz olacağından soğutma sistemi tam olarakişlevini yerine getiremez. Bununla beraber soğutma sisteminin, parça yüzey alanınauzaklığıda önemli etkenlerdendir.Soğutucu akışkan ile ısı alışverişinin etkinliği bağlı olan devre çeperlerininsıcaklığı, aplik yüzeyi tarafından giren ısı akış değeri ve aynı yüzeye oranla devreninbulunduğu mesafe ile belirlenmektedir. Deneysel veriler, 10 – 20 kcal/h/cm 2 giriş ısıakışı ile, sıcaklık, yüzeyin kendisi ile her milimetre mesafe için, yaklaşık 2-3 o Cazalmaktadır. İki değer arasındaki ortalama alınarak sıcaklığın 2,5 o C / mm azaldığıkabul edilmektedir. Aplik yüzey sıcaklığının 300 o C olduğunu düşünelim, devre 40mm mesafededir. Çeper sıcaklığı şu şekilde hesaplanmaktadır:-Mesafe40 mm x 2,5 o C/mm = 100 o C-Aplik sıcaklığı300 – 100 = 150 o C

52Devre çeperinin sıcaklığı, 200 o C’dir. En önemli noktalardan biri de; devre çeperi,soğutucu akışkan ile temas halindedir ve sıcaklığı, akışkanın buharlaşmasına yolaçabilecek bir değerde olmamalıdır. Sistem içinde laminer rejimde akan (Re < 2000)su söz konusu olduğunda, devre çeperinin sıcaklığı, 90 – 95 o C’i geçmemelidir. Eğersu, türbülanslı bir rejimde akıyor ise, (Re > 3000), çeper sıcaklığı, 150-200 o C’igeçmemelidir. Soğutucu akışkan olarak yağ kullanıldığında, yağ daha yüksekkaynama noktasına sahiptir, çeper sıcaklığı daha yüksek gerçekleşebilmekte vesoğutucu devre, aplik yüzeyine daha yakın olabilmektedir. Sistemin parçaya olanuzaklıkları ve alternatif soğutma şekilleri incelenirse;Şekil 4.2 Soğutma sisteminin yerleşimiDüşük b aralıklı kanallar, yüksek aralıklı kanallara göre daha iyi transfer sağlarancak bu seferde basınç kayıplarının da artacağı mutlak olarak göz önündebulundurulmalıdır (Şekil 4.2). İyi bir ısı transferi için çaplara göre seçilebilecek olanboru çeperleri, Tablo 4.2’de görülmektedir.Tablo 4.2 Boru çaplarına göre çeper kalınlıklarıÇeper kalınlığı2mm4mm6mmBoru Çapı8-10 mm10-12 mm12-15 mm olmalıdır.Ayrıca parçada gerekli görülen bölgelerde, yani et kalınlığının olduğu ve parçadasıcak kalacağı ve porozite oluşacağı düşünülen bölgelerde veya soğutma kanallarınınrahatça dolaştırılamayacağı bölgelerde soğutma tüpleri kullanılabilir (Şekil 4.3).

53Şekil 4.3 a Lamelli Soğutma Tüpleri; yağ kullanılan sistemlerde C= 35-40, sukullanılan sistemlerde C= 50-60 mm olmalıdır.

54Şekil 4.3 b Helzon Soğutma Tüpleri; yağ kullanılan sistemlerde C= 35-40, sukullanılan sistemlerde C= 50-60 mm olmalıdır.Özellikle yapılan analizler sonucunda ortaya çıkan poroziteli bölgelerde bu tipnoktasal soğutma yapılarak ısı transferi yoğunlaştırılır ve bu bölgelerde çekintiönlenebilir.

55BÖLÜM 5DİZAYNIN GÖZDEN GEÇİRİLMESİ VE ANALİZİ5.1 Braket Parçasının Yolluk ve Doldurma AnaliziAnaliz yöntemi olarak kullanılan pek çok program bulunmaktadır. Bunlardanyüksek basınçlı enjeksiyon kalıbı dizaynında gerçeğe en yakın sonuç verenlerindenbiride Magma Soft programıdır. Programda; parçanın, yolluğun ve eğer istenir isehava cebi, soğutma kanalları 3 boyutlu olarak modellenir. İstenilen tezgahparametreleri girilerek; yolluğun doldurma analizi, parçada katılaşma, porozite oranıgibi pek çok bilgiye ulaşılır. Braket parçası modellendikten sonra aşağıdaki verilereuygun olarak analizi yapılmıştır.Parça ağırlığı: 1750grParça projeksiyon alanı: 390 cm²Toplam projeksiyon alanı: 1092 cm²Kovan boyu: 700 mmAktif kovan boyu: 633 mmPiston çapı: 100 mmDoldurma zamanı: 67 msKapı giriş hızı: 35 m/sKapı giriş kesiti: 340 mm 2

56Şekil 5.1 Parça, yolluk modellerinin Magma Soft programındaboyutlandırılmasıParçanın 3 boyutlu olarak modellenmesi ve verilerin girilmesi sonucu oluşandöküm similasyon sonuçları;

Şekil 5.2 Doldurma zamanı57

Şekil 5.3 Sıcak birleşme yüzeyleri58

Şekil 5.4 Katılaşma zamanı59

Şekil 5.5 Porozite bölgeleri60

61Şekil 5.6 Parçada poroziteli bölgelerŞekil 5.7 Parçada poroziteli bölgeler

62Şekil 5.8 Porozitelerin derinliklerinin incelenmesiŞekil 5.9 Porozitelerin derinliklerinin incelenmesiParçada kalıp ayırma yüzeyine yakın bölgelerde oluşan poroziteler hava cebikonularak, daha içeride kalan poroziteler ise bu bölgelerin noktasal olarak soğutulmasısonucu giderilebilir.

63BÖLÜM 6KALIBIN DİZAYNI6.1 Parça Ayırma DüzlemleriKalıp içerisinde parçanın ve arakesitin farklı yerleştirilmesi, kalıp tasarım veimalatında köklü değişikliklere yol açabilmektedir. Bu seçim, estetik, mekanik,boyutsal, yapısal özellikler üzerinde, finiş işlemlerinde ve özellikle kalıp maliyeti vesonuç olarak da parça maliyeti üzerinde belirleyici bir etkiye sahip olabilmektedir.Braket parçasının kalıp ayırma yüzeyleri şekil 6.1’de gösterilmiştir.Maça arakesitiŞekil 6.1 Braket parçası kalıp ayırma çizgisi

64Tasarım; direnç, işlenebilirlik ve bileşenlerin minimum aşınmasını garanti etmekzorundadır. Kalıp bileşenlerinin maruz kaldığı kuvvetler dikkate alınarak tasarımdatitiz davranılmalıdır. Kırılma ve çatlamalara ve erken aşınmaya neden olan esnemeyede dikkat edilmelidir. Bunlar döküm esnasında özellikle parçanın iticilerle çıkarılmasıaşamasında sorunlara neden olmaktadır. Aşağıda, kalıp çeliği üreticilerinin kalıpboyutları için sundukları bazı pratik tavsiyeler yer almaktadır:6.2 Aplik BoyutlarıAplik ve dış yüzey arasındaki mesafe, 70 mm’nin altında olmamalıdır. Böylecekalıpta basma yüzeyi artırılarak esneme engellenir. Maçalı parçalarda, maça şeklineve maça yataklama mesafesine göre gözün dış yüzeye olan mesafesi büyüktutulur(Şekil 6.2). Braket parçası için; A= 90 mm ( maça çalışma yüzeyi) B= 70 mmolarak alınabilir.Şekil 6.2 Aplik boyutlarının belirlenmesi

65D yüksekliği ise parçanın motifli bölgesinden sonra kalıp pimlerininyataklanabileceği ve soğutma sisteminin dizaynı için yeterli yer kalacak ölçüdeolmalıdır. 30 mm aralıklı çift katlı bir soğutma sistemi için; aplikteki motif sonrasıyükseklik 110 mm olmalıdır. Parçanın aplik gözündeki en derin noktası 45 mm iseaplik yüksekliği minimum E= 155 mm olmalıdır. Kalıp ayırma çizgisine göreapliklerin modellenmesi yapılınca tam net ölçü oluşacaktır.Şekil 6.3 Hareketli apliğin 3D modellenmesi6.3 Blok BoyutlarıKalıp tasarımında ana gövdeyi oluşturan blok tasarımında dikkat edilmesi gerekenbazı noktalar;- Kalıbın, kolonlar arasından kolaylıkla geçebilecek şekilde, herhangi bir parçasısökülmeksizin tezgaha monte edilmesidir.- Kalıp, mümkün olduğu taktirde tezgah eksenlerine dik olarak ancak özellikletezgahın merkez kısmına yerleştirilmelidir.

66- Hareketli ve sabit kalıplar arasında yer alan dört merkezleme pimlerinden birtanesi, kalıp montaj hatalarını ortadan kaldırmak için asimetrik olarakyerleştirilmelidir ( İtici plakalarına ait dört pim için de bu geçerlidir ).- Bloklar ile merkezlemenin yanı sıra aplik üzerinde merkezlemelerin bulunmasıdaha sağlıklıdır.- Ana gövde ve maça taşıyıcı arasındaki birleşme, basınç etkisi ile yer değişimiengellenecek şekilde tasarlanmalıdır.- Kalıp ara kesitinin, kalıbın kapanmasını engelleyen ve yatay maça taşıyıcılarınkurs sonlarının kötü işlemesine neden olan kirlilik ve çapak birikimlerine yol açanvida başlarını içermemesi gerekmektedir. Bu nedenle tüm tasarımda civata kafalarıparçaların içine gömülecek şekilde dizayn edilmelidir.- Mümkün olduğunca, aplik bütününü ittiren merkezin tezgah plakası merkezi ileuyumlu olması gerekmektedir.Sıkıştırma fazı olan 3. fazda kalıplar aşırı derecede zorlanmaya tabidirler.Malzemenin teknolojik özelliklerine göre kalıp yüzeylerinin güvenliği için özeldöküm adetlerinde gerilim giderme tavlamasının yapılmasına ihtiyaç duyulmaktadırGenel olarak aplik derinliği ve kalıp kalınlığı arasındaki oran 1/3’ün altındaolmamalıdır.Özellikle hareketli blokta çökmeler sonucu parçada boyutsal değişikliklerve 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 bloğunutaşıyan hamilin yan çeperleri ve itici plakanın çalışması için hamilde açılanboşaltmada olan çökmedir. Bu kısımların, tezgahın kapatma kuvvetine dirençgöstermesi gerekmektedir. Ayrıca kalıp tasarımında, kalıbın takılacağı yüksek basınçlıdöküm tezgahıda dikkate alınmalıdır. Özellikle, plakaların boyutlarında, enjeksiyon

67eksenleri pozisyonlarına göre itici pimlerinin geçiş deliklerinin pozisyonlarına dikkatedilmelidir. Tasarım, tezgah için verilen minimum kalıp boyutlarından büyük olmalı,kalıp montajı sırasında kilitleme takozlarının bağlanabileceği mesafe bırakılmalı vetabi ki maça taşıyıcısının strok boyuna uygun uzunlukta yapılmalıdır. Parçaprojeksiyon alanı kullanılarak hesaplanan tezgah açma kuvetinden daha büyükdeğerde kilitleme kuvvetine sahip olan Italpress 1350 tonluk tezgah daha önceseçilmişti. Şekil 6.4’de bu tezgaha ait tabla ölüleri verilmiştir.Hareketli TarafSabit TarafŞekil 6.4 ItalPress 1350 ton tezgah plakası ölçüleriTezgah boyutlarına göre hareketli ve sabit blok tasarımı yapılırken dikkate edilmesigerekli olan noktalardan biri de kalıbın tezgah tablasına bağlanabilmesi, kolonlararasından rahatlıkla geçebilmesi ve uygun kovan yüksekliği bulunarak bu noktayagöre bloğun şekillendirilmesidir. Italpress 1350 ton tezgahında sabit tarafta bulunan

68kovan 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 tasarımıparçanın büyüklüğü de göz önüne alınarak -250mm’lik eksenden bağlanacak şekildeyapılacaktır. Sabit hamil yüksekliği; 1350 tonluk tezgahın piston stroğuna görebelirlenir. Eğer blok kalınlığının piston stroğundan daha uzun yapılması gerekiyor iseyolluk ile piston stroğunun bitiş noktası arasındaki mesafeye topuk yolluk yapılır.1350 ton tezgahı için piston stoğu 290 mm olmaktadır. Daha öncede aplik boy 155mmolarak hesaplanmıştı. Ohalde blok kalınlığı 290-155= 135 mm olmaktadır.Şekil 6.5 Hareketli blok ölçüleriHareketli hamil yüksekliği = 3 x aplik yüksekliği = 3 x 155 = 465 mm

69Şekil 6.6 İtici plaka çalışma bölgesinde, blokta oluşan deformasyon ve düzgünyayılı yüke sahip bir kirişte deformasyonİmalat gerekliklerinden dolayı, dirençli yüzeyler sınırlıdır. ( H ) Yüksekliği, gerekliitici kursu ile belirlenmektedir. İtici kursu parçanın kalıptan rahatça çıkabileceği verobot kol veya çalışanın alabileceği şekilde parçayı yerinden oynatmalıdır.Hamilde H yüksekliği hesaplanabilir. Blokta en uzun boşaltmanın olduğu bölgereferans alınabilir. Deformasyon hesabını kolaylaştırmak için bu bölge, yayılı yükemaruz bir kiriş olarak kabul edilebilir. Kirişteki maksimum deformasyon 0,6 mm’dir.Düzgün yayılı yüke maruz bir kirişteki maksimum deformasyon şekil 6.6'dagösterilmiştir.fd(mm)= Deformasyon, W (N/m)= Yayılı yük, Lh=Toplam Boy(m), a(m)=Yükeolan mesafe(m), b = Lh/ a , E=Elastite Modülü=190 GPa = 190x10 9 N/m²

703WxLh2 4f = x(5− 24b+ 16b) formülü ile hesaplanır.384EI(1− 2b)W = FLN olarak alınır. Yani 1350 tonluk tezgah için maksimum 13500 KN yükuygulanacaktır.Lh= 0.66 mb= a/Lh = 0.26/ 1.18 = 0.22 dir.Şekil 6.7’de görüldüğü gibi blok; 5 basit dikdörtgene bölünerek atalet momentihesaplanır.Şekil 6.7 Atalet momentinin hesaplanması−(018x0.14x0.07)x2+ (0.304x0.18x0.292)x2+ (0.65x0.17x0.225)y == 0.3169m 20.0252+0.05472+0.110530.18x0.142I1= 2x(+ 0.0252x0.2469) = 0.003115 m 41230.18x0.3042I2= 2x(+ 0.05472x0.0249) = 0.00097 m 412

7130.65x0.172I3= ( + 0.1105x0.0919) = 0.0011912I= I 1 +I 2 +I 3 = 0.005275 m 4 olarak hesaplanır.f3 313500x10x1.1824= x(5− 24x0.22+ 16x0.22) = 0.00039m9384x190x10x0.005275x(1− 2x0.22)yani parçada 0.39 mm çökme oluşmaktadır.6.4 Soğutma SistemiAplik ve soğutma kanalları arasındaki mesafe, yağ ile soğutmada 35-40 mm’ninaltında olmamalıdır. Daha önceki bölümde de hesaplandığı gibi 871 cm uzunluğundasoğutma kullanılmalıdır. Ayrıca Magma soft programı ile yapılan analiz sonucu ortayaçıkan poroziteli bölgelerde noktasal soğutmalar yaparak poroziteyi engellenmelidir.Şekil 6.7 ve 6.8‘de görüleceği gibi sabit aplik ve hareketli aplikte 871/ 2 = 436 cmuzunluğunda 2 katlı soğutma sistemleri dizaynı yapılabilir.

Şekil 6.8 Hareketli aplikte soğutma sistemi72

73Şekil 6.9 Sabit aplikte soğutma sistemi6.5 Maçanın BoyutlarıMaça dizaynında uygulanan çeşitli yöntemler vardır. Parçada çıkarılması gerekliyüzeyin oluştulmasından sonra maçanın parçadaki konumuna göre mümkünolduğunca maça yan yüzeylerine açı verilmelidir. Böylece maçanın aplik içerisindemerkezlemesi daha sağlıklı olacaktır. Braket parçası maça dizaynında şekil 6.9’da

74görüleceği gibi, maça ayırım yüzeyinden 45 mm uzaklığa kadar 3 yönde 2 derece açıverilmiştir. Ayrıca maçada uygulanacak soğutma sistemi de görülmektedir.Şekil 6.10 Maçanın aplikte yataklanması için (2-3 0 ) açı verilmesi ve soğutmasistemi6.6 Maça Taşıyıcısı BoyutlarıMaça taşıcısının dizaynı için önemli faktörler; maçanın şekli, boyutları, maçanınmekanik veya hidrolik sistemle çalışmasıdır.

75Şekil 6.11 Maça taşıyıcısı, kilitleme kaması ve boynuz milinin konumuMekanik sistem; Kalıplarda hareketli bloğun hareketi ile ve açılı bir milin maçataşıyıcısını istenilen kurs mesafesinde ileri ve geri hareketi yapmasını sağlamasıdır.Kullanılan açılı milin açısı, maça kilitleme açısından 2-3 0 daha küçük olmalıdır. Şekil6.10’da da görüleceği gibi, 21 0 kilitleme açısına sahip maça taşıyıcında boynuz açısı18 0 olmalıdır.Avantajlar: Tezgahın kapanma ve açılma çevrim süresi, gerçekten çok uzundeğildir. İmalatı, sınırlı bir maliyete sahiptir.Sakıncaları: Kurslar, 30 – 50 mm ile sınırlanmıştır. Maça taşıyıcıların boyutu vepozisyonlarının hassasiyeti önem kazanmaktadır.Hidrolik sistem; maça ve yanal maça taşıyıcılar için, özel elektrovalfler tezgahınhidrolik sistemi tarafından beslenen ve kalıbın yan tarafına monte edilmiş hidrolik

76silindirlerden faydalanmaktadır. Yanal maça taşıyıcıların ve maçaların hareketi,tezgahın kapanma ve açılma hareketi ile kazandırılmaktadır.Avantajlar: Hareketlerin sırası, parça geometrisi ile belirlenen gerekliliklere göreprogramlanabilmektedir. 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 boşaltmagörülmektedir. Şekil 6.12’de ised +2 2 2= l + b h formülü ile bloktaki boşaltmamiktarları belirlenmektedir. B ve h ölçüleri maçanın boyutlarına göre oluşmakta vel(min)= 1.5 x h olmalıdır. Şekil 6.13’de maça ve maça taşıyıcısının 3 boyutlumodellenmesi tamamlanmıştır. Şekil 6.14’de oluşturulan maça taşıyıcısıölçülendirilmiş olarak görülmektedir.Şekil 6.12 Maçanın yataklanması için maça taşıyıcında boşaltma yapılır.

77Şekil 6.13 Maça taşıyıcısının boyutlandırılmasıŞekil 6.14 Maçanın ve maça taşıyıcısının montajlı haliŞekil 6.15 Maça taşıyıcısının ölçüleri

78Maça taşıyıcısı, Şekil 6.15’de belirtilen toleranslar dahilinde gösterilen kızaklarüzerinde hareket etmekte ve bu toleranslara uygun olarak blokta boşaltmalaryapılmaktadır. 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 taşıyıcısınınhareket mekanizması elemanları yani boynuz mili ve kitleme kaması görülmektedir.ABCDELFA-2BD8h6D8h6H7/h6H7/h6H7/h6h7Şekil 6.16 Blokta, maça taşıyıcısının yerleşimi

79Şekil 6.17 Hareketli blokta maça taşıyıcısı ve kızak yuvalarıŞekil 6.18 Maça taşıyıcısını, merkezleme ve yataklama görevi yapan kızaklar

80Şekil 6.19 Maça ve kızakların konumuŞekil 6.20 Maça taşıyıcısının, hareketli blokta yerleşimi

81MaçaBoynuz MiliKitlemeTakozuMaçaTaşıyıcıŞekil 6.21 Maça taşıyıcısı, maça, kilitleme takozu ve boynuz mili6.7 Eksenleme SistemiHareketli ve sabit kalıp parçaları arasında istenen karşılıklı pozisyon, genellikleaplik üzerinde eksenleme için konulan pim veya kalıp arakesitine uygun olarakköşelerden merkezleme takozları ile sağlanmaktadır. Bloklar üzerinde ise; hareketlikalıp üzerinde burçlar ve sabit kalıp üzerindeki kolonlar ile elde edilmektedir(Şekil6.21 ve Şekil 6.22).Kolonlar ve burçlar arasındaki boşluk, kalıp imalat safhasında kesin ve hassas birşekilde belirlenmektedir. Ancak bu boşluk, her iki kalıp parçasının döküm esnasındabirleşebilmesi için bir miktar arttırılmalıdır. Kalıp sıcaklıklarında değişiklikler sözkonusu olduğunda, kalıp parçalarının karşılıklı pozisyonu değişebilmekte ve bunabağlı olarak ta sonuçta parçada boyutsal değişiklikler söz konusu olabilmektedir.Bu hareketleri sınırlamak yada ortadan kaldırmak için, iki kalıp parçası arasında Xve Y eksenlerinde yer alan merkezleme takozları yerleştirilmektedir. Bunların sayılarıve yerleri, kalıp yapısına bağlıdır.Şekil 6.23’de görüleceği gibi, ana amaç hareketli blok ile sabit bloğunmerkezlemesini sağlamaktır. Ayrıca mekanik maçalı sistemlerde; boynuz milinin,

82maça taşıyıcısına temasından önce merkezleme yaparak kilitlemenin sağlıklı olmasınıve boynuzlara yük binmesini engellemektir.Şekil 6.22 Kalıp eksenleme miliŞekil 6.23 Kalıp eksenleme burcu

83Şekil 6.24 Kalıp eksenleme mili ve burcuTablo 6.1 ‘de parça yüzey alanına bağlı tavsiye edilen kolon çapları görülmektedir,Kolon ile burç arasındaki yataklama mesafesinin, çaptan büyük tutulması tavsiyeedilmektedir.Tablo 6.1 Parça yüzey alanlarına göre kolon çaplarıKolon çapıKalıp parçalarının yüzeyleri ( mm )300’e kadar 12300 ila 600 20600 ila 1200 221200 ila 1800 251800 ila 2400 302400 ila 4500 354500 ila 6500 406500 ila 10 000 65

846.8 İtici sistemiParçanın dökümü yapıldıktan sonra, Hareketli tarafta kalan parçanın aplikyüzeyinden ayrılması oparatörün veya robot kolun parçayı rahat alabilmesi içinuygulanmaktadır. Haraketini tezgahtan otomatik olarak veya aplik üzerineyerleştirilen geri dönüş pimlerinden almaktadır. Şekil 6.23’de iticinin yerleşimi veiticinin rahat çalışabilmesi için gerekli toleranslar görülmektedir. Tablo 6.2’de isestandart itici ölçüleri görülmektedir.Önemli olan, iticilerin parça üzerinde yeterli sayıda ve dengeli bir dağılıma sahipolmasıdır.AplikİticiplakasıHareketlikısımŞekil 6.25 İticilerin ve itici deliklerinin ölçülendirilmesi ve gösterilmesiD= İtici çapıD Aplik = Geçiş deliği çapı= D + 0,05 veya +0,10 (boşluk)

85F= Kılavuz (yataklama) boyuD boşluğu ile uzunluk : D = 8 mm için F = 30 mmD boşluğu ile uzunluk : D > 8 mm için F = 40 mmN= Parça üzerindeki itici izleri 0 ile +0,5mm olmalıdır.C= D + 1,5 mmH= İtici pim kafası çapıY= H + 1mm veya 2 mmT= İtici kursu; Parçanın hareket edebilmesi için uygun mesafede olmalıdır.Tablo 6.2 İtici pim standart ölçüleri ( DME)d1g6(mm)k –0,05d2 –0,2 r L3 3 6 0,3 100 – 5004 3 8 0,3 100 – 5005 3 10 0,3 100 – 8006 5 12,5 0,5 100 – 8008 5 14 0,5 100 – 12509 5 14 0,5 100 – 63010 5 16 0,5 100 – 160011 5 17 0,5 100 – 63012 7 20 0,8 100 – 160014 7 22 0,8 100 – 160016 7 22 0,8 100 – 100018 7 24 0,8 100 – 200020 8 26 0,8 125 – 20006.9 Hava Cepleri ve Hava Tahliye KanallarıKalıpta döküm sırasında kalıp gözü içerisindeki havanın, su buharının ve kalıpayırıcı yağların ayrışmasından çıkan gaz ürünlerinin çıkışına imkan sağlamalıdır.Bunun için parçada belli noktalara hava cebi ve hava firarları konulmaktadır. Böylecegöz içinde sıkışan hava bu ceplere dolmakta ve parçanın ana gövdesinde porozite

86oluşmasını engellemektedir. Dikkat edilecek nokta sıcak metalin, aplik gözünde enson ulaşacağı yani havanın sıkışacağı bölgelere hava cebi konulması gerekliliğidir.Sıkışan havanın ilerlemesi ve tekrar aplik içine dönmesini engellemek için havaceplerinin arkasına hava firar kanalları açılmalıdır.Şekil 6.26 Hava cebi ve firarı tasarımıHava cebi sayısı; parça ağırlığı 1 kg’mın üzerinde ise, parça ağılığının %20_30’ukadar olmalıdır. Parça ağırlığı 1 kg’mın altında ise parça ağırlığının %15-20’si kadaralınabilir. 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 alimünyumungeçmesine izin vermemelidir. Bunun için hava firar kanalları malzemenin cinsine göre0.1 ile 0.5 mm kalınlıkta açılmalıdır. Hatırlanmalıdır ki; basınçlı alimünyumunulaştığı her düzlem projeksiyon alanını büyütmekte bu da kalıp açma kuvvetiniarttırmaktadır.

87BÖLÜM 7SONUÇLAR7.1 SonuçBu çalışmada yüksek basınçlı alüminyumun enjeksiyon kalıplarının tasarımınıetkileyen faktörler üzerinde durulmuştur. Kalıp tasarımı etkileyen; parça boyutu veparçadan istenen özellikler, parçaya uygun tezgah seçimi, yolluk tasarımı, kalıpta ısıldağılım, aplik ve blok boyutlarının hesaplanması üzerinde durulmuştur. Bu hesaplaryapılırken kullanılan yöntemler incelenmiş ve bu hesapları etkileyen faktörlerüzerinde durulmuştur.Tüm bu hesaplamalar sonucu ortaya çıkan yolluk ve parça dizaynı modellenmiş veMagma Soft programı vasıtasıyla, parça katılaşma, soğuma, porozite ve yollukdoldurma analizleri yapılmış. Bu analizler sonucu yolluk dizaynı doğrulanmıştır.Ancak analiz sonucu, parçada belli bölgelerde görülen porozite sonucu bunu gidermekiçin 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 tasarımınınyapılması için, günümüzde uygulanan tasarım koşulları belirlenmiştir.

88KAYNAKLARAndreoni, L.,Case,M., Pomesano, G. (1994). Quadernı Della Colata A Pressıone DelleLeghe Dı Alumınıo Il Processo Della Pressofusıone. Milan: Edmit SpaAndreoni, L.,Case,M., Pomesano, G. (1996). The Pressure Die-Casting Process.Milan: Edmit SpaAndreoni, L.,Case,M.,Pomesano,G.(1994). Lo Stampo Diesgno- Calcolo-Costruzione. Milan: EdmitBrunhuber,E. (1991). Praxis Der Druckgussfertigung.(4 th ed.). Berlin: Schiele& SchönBühler Druckguss (1990). Die Casting Metrology And Gating Technique. Uzwil:Bühler AGBühler Druckguss (1998). Die Engineering. Uzwil: Bühler AGBühler Druckguss (2000). Process Optimization. Uzwil: Bühler AGBühler Druckguss (2002). Die Casting Process. Uzwil: Bühler AGDennis, L. (1986). Cad/Cam: Fantasy or fact, Die Casting Engineer,30, 34-35Faura, F., Lopez, J. (2001). On the optimum plunger acceleration law in the slow shotphase of pressure die casting machines. Internationel Journal of Machine Tools &Manufacture, 41, 173-191Frech GmbH+Co. (1999). Seminar On Die Casting. İtaly: Oskar Frech GmbhGarber L.W. (1982). Theoretical analysis and experimental observation of airentrapment during cold chamber filling, Die Casting Engineer,22, 14-22

89Gordon, A., Meszaros, G., Naizer, J., Gangasani, P., and Mobley, C. (1991).Comparison of Methods for Characterizing Porosity in Die Castings, The OhioState University Engineering Research CenterGroeneveld, T.P., Kaiser,W.D. (1979).Effectss of metal velocity and die temperatureon metal-flow distance and casting quality, Die Casting Eng., 23, 44-49Henry, H., Chen, F., Xiang, C., Cheng, P. (2004). Effect of cooling water flow rateson local temperatures and heat transfer of casting dies, Journal of MaterialsProcessing Technology, 148, 57-67Kluz J. (1992). Moldmaking and Die Cast Dies for Apprentice Trainning (G. Erci &A.Şahin) Ankara: BaylanLiu, G.W., Morsi, Y.S., Clayton, B.R. (1999). Characterisation of the spray coolingheat transfer involved in a high pressure die casting process. Int. Journal of Therm.Sci.,39, 582-591Lu, H.Y., Lee, W.B. (1999). A simplified approach for the simulation of metal flow ina cylindirical sleeve diecasting cavity, Journal of Materials ProcessingTechnology, 91, 116-120Lu, H.Y., Lee, W.B. (1999). Modeling of air back pressure in die_casting dies,Journal of Materials Processing Technology, 91, 264-269Michael, N., Xiao-Ming, H., Kevin, W. (2001). The use of plasma immersion ionprocessing in the synthesisi of protective coating for Al die casting. Surface andCoatings Techonology,136, 162-167NADCA. (1998). Rapid Die Cast Cost Estimation. U.S.A: Kirkman SNADCA. (2002). High Integrity Die Casting Processes. USA: Vinarcik,E. JNADCA.(2000). PQ 2 Machine Power and Die Compatability. NADCA Publications,USA: Cox, M., Fish, R.R., Wronowicz, J.PNADCA.(2002). Seven Steps to Quality Gating Design. USA: Walkington,B

90Niu, X.P., Hu, B.H., Pinwill, I., Li, H. (2000). Vacuum assisted high pressure diecasting of aluminium alloys. Journal of Materials Processing Techonology, 105,119-127Paul, C., Joseph, H., Vladimir, A., Thang, N. (2002). Flow modelling in castingprocesses. Applied Mathematical Modelling, 26, 171-190Robert Bosch Produktie.(1994). Einflub Der Druckgubteilekonstruktion Auf Qualtaet,Kosten Und Preise. Tienen: BoschStreet, C.A. (1986). The Diecasting Book. (2 nd ed). England: Portcullies PressSulaiman, S., Hamouda, A.M.S., Abedin, S., Osman, M.R. (2000). Simulation ofMetaln Filling Progress During The Casting Process, Journal of MaterialsProcessing Technology, 100, 224-229Süperpar A.Ş. (2001). Basınçlı Döküm Seminer Notları. İzmir:Daniel RoyerTai, C.C. (2000). The optimization accuracy of a die- casting product part, Journal ofMaterials Processing Technology, 103, 173-188Tai, C.C., Lin, J.C. (1999). The optimal position for the injection gate of a die-castindie, Journal of Materials Processing Technology, 86, 87-100Tekin, E. (2000). Uluslar Arası Kalıp Çelikleri Semineri Kitabı. Ankara: ODTÜTian, 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 automotivealuminium high pressure die castings, Journal of Materials ProcessingTechnology, 122, 82-93Tszeng, T.C., Chu, Y., (1994). A study of wave formation in shot-sleeve of a diecasting machine, Journal of Engineer Industry, 116-175WEB_1.(2004).Intoduction to Die Casting.http://www.diecasting.org/faq/introduction,10/04/2004WEB_2.(2004). Metal Processing. http://www.efunda.com/processes/, 15/01/2004

91WEB_3.(2003). Aluminium alloys. http://www.diecasting.com/die-casting-alloys.htm,05/12/2003WEB_4.(2003).DieCastingDesign. http://www.diecasting.com/die-casting-alloys.htm,05/12/2003WEB_5.(2003). AMC’s web site. http://amc.aticorp.org/designedproperties.html,22/12/2003