MÜHENDİSLİK

BASINÇLI DÖKÜM KALIPLARINDA ALTERNATİF ISITMA İŞLEMİ

date29 Nisan 2017

Erdem AYDOĞMUŞ

Metalurji & Malzeme Mühendisi

Çelikel Alüminyum A.Ş.- Basınçlı Döküm Üretim Ekip Lideri


Özet

Basınçlı döküm prosesinde kalıp ısıtma işlemi kaliteli üretimin birinci adımıdır. Üretim öncesinde kalıp yüzeyinin gerekli sıcaklıkta olması, kısa vadede kaliteli ürüne daha kısa sürede daha az rejim baskısı ile ulaşmak demektir. Uzun vadede ise bu işlem, kalıp ömrü ve yüzey kalitesi açısından önem arz etmektedir. Günümüzde basınçlı döküm sektöründe çeşitli ısıtma sistemleri kullanılmaktadır. Bu yöntemlerden en ilkel olanı düşük basınç ve düşük ingate hızı ile döküm yaparak kalıbı ısıtmak ya da pürümüz ile kalıp yüzeyini ısıtmak iken, kızgın yağ ve sıcak su sirkülâsyonu gibi işlemler ise günümüzde giderek yaygınlaşmaktadır. Bu çalışmada ise kalıp ısıtma işleminin, yağ sirkülâsyonuna ek olarak daha kısa sürede daha etkin olmasını sağlayan infrared ısıtma işleminin etkileri anlatılacaktır.

1. Giriş

Basınçlı döküm kalıplarında kalıp sıcaklığı; üretilen parçanın kalitesine, fire oranlarına ve kalıp ömrüne direkt olarak etken bir parametredir. Üretim öncesinde kalıp sıcaklık kontrolü yaparak kısa vadeli ve uzun vadeli birçok maliyet arttırıcı etken yok edilebilir.

Basınçlı döküm prosesinde kullanılan kalıp çelikleri arasında beklenen özellikleri sağlayan en uygun materyal AISI H13 tipi sıcak iş takım çeliğidir. Ancak ergimiş metal ile temas eden ısıtılmamış soğuk çeliğin yüzeyi ani mekanik gerilmelere ve termal yorulmalara maruz kalmaktadır. Bu etkilerle kalıp yüzeyinde meydana gelen hasarlar, kalıpların kullanım ömürlerini sınırlar ve ürün kalitesini bozar [1]. Kalıp çeliğinin yüzeyi, ani sıcaklık değişiminden ötürü termal şoka maruz kalır. Bununla beraber mikro çatlak oluşumları gözlenir ve kalıp kısa sürede kullanılmaz duruma gelir.

Kalıp sıcaklığı, oda sıcaklığından başlayarak istenen sıcaklığa doğru ne kadar hızlı artış gösterirse üretim o kadar önce başlayacaktır. Hızlı kalıp ısıtma sistemleri ile zaman daha verimli kullanılmaktadır. Günümüzde bir ürünü sadece üretebilmek artık yeterli değildir, hem kaliteli hem verimli üretim sektörün temel anlayışı olmuştur.


2. Materyal ve Metot

H13 sıcak iş takım çeliğinden imal edilmiş Tablo-1’de kimyasal kompozisyonu belirtilmiş seri üretimdeki bir kalıp, denemeler için seçilmiştir. Kalıbın toplam ağırlığı 3500kg, apliklerin projeksiyon alanı ise 1233cm2’ dir. Isıtma işleminde kapasitesi 25900W olan termoregülasyon cihazı kullanılmıştır.

H13 sıcak iş takım çeliklerinin döküm öncesi sıcaklığı kritiktir. Çelik yüzeyinde deformasyon oluşmaması için minimum 150°C sıcaklığa ulaşması gerekmektedir. Bunun nedeni ise H13 çeliklerinde DBTT sıcaklığının 150°C civarında olmasıdır [2]. Bu nedenle deneme esnasında DBTT sıcaklığı baz alınmıştır.

Birinci denemede döküm kalıbı seri üretim şartlarında enjeksiyon presine bağlanmış ve kalıp içerisinde yağ çevrimi için gerekli olan rakor bağlantıları yapılmıştır. Termoregülasyon cihazı 200°C ’ye set edilmiştir. Isıtma işlemi 80 dakika sürmüştür. Bu deneme esnasında kalıp yüzeyinde oluşan sıcaklık, FlirCam termal analiz cihazı ile kontrol edilmiştir. Termal kameradan alınan görüntülerin analizi yapılarak, ısıtma için harcanan sürede kalıp yüzeyinde oluşan sıcaklık oluşumları incelenmiştir.

İşlem sonrasında kalıp yüzeyindeki sıcaklık ortalama 160°C olarak analiz edilmiştir. Kalıp sıcaklığa ulaştıktan sonra, gerekli parametre değerleri set edilerek rejim baskıları için enjeksiyon döküme başlanmış, 8. enjeksiyon çevriminde yüzey kalitesi uygun parça üretimi gerçekleştirilmiştir.

Aynı döküm kalıbı oda sıcaklığına ulaştıktan sonra yapılan ikinci denemede ise aynı kapasitedeki termoregülasyon cihazına ek olarak, kalıbın sıvı metalle direkt temasta olduğu ve en fazla deformasyona uğrayan bölgesi olan kalıp yüzeyine infrared ısıtıcı yerleştirilmiştir(Bkz Resim 1–2). Infrared ısıtıcı özel olarak bu tür kalıplar için tasarlanmıştır. Deneme esnasında yağ termoregülasyonu ve Infrared ısıtma işlemi aynı anda başlatılmıştır. Sonuçta ise Infrared ısıtıcının parça kalitesine ve set-up süresine olan etkileri araştırılmıştır.

Deneme sonucunda istenilen T kalıp > 160°C sıcaklığına 30 dakikada ulaşılmıştır. Birinci denemeye nazaran, üretim öncesi ısıtmada kaybedilen zaman %62 oranında geri kazanılmıştır. Kalıp sıcaklığa ulaştıktan sonra yine gerekli parametre değerleri set edilerek rejim baskıları için enjeksiyon döküme başlanmıştır. Bu kez 6. enjeksiyon çevriminde yüzey kalitesi uygun parça üretimi gerçekleştirilmiştir.

3. Sonuçlar ve Tartışma
Yapılan ikinci deneme ile ortalama 80 dakika zaman alan kalıbın döküm sıcaklığına gelmesi işlemi, 30 dakikaya düşürülmüştür. Kalıp ısıtma süresinde 50 dakika azalma sağlanmıştır. Tablo–2’ de kalıp ısıtma işlemlerinin kıyaslanması belirtilmiştir.

Bu çalışma sonrasında Çelik el Alüminyum A.Ş. dökümhanesinde aktif olarak uygulamaya alınan yağ sirkülâsyonu ve Infrared ısıtma sistemi, online izleme sisteminden alınan verilere göre toplam duruş süresini %5 azaltmıştır. Set up süresi ise % 25 oranında kısaltılmıştır. Böylelikle SMED (Single minute Exchange of Dies) çalışmaları için ilk adım atılmıştır. Daha kısa sürede daha kaliteli parçaya ulaşılarak verimlilik arttırılmıştır. Kalıp ömrüne olan olumlu etkileri ise uzun vadede kayıt altına alınacaktır.

4. Kaynaklar

[1] Ö. Đlter, 2008. Aluminyum enjeksiyon döküm kalıplarında sıvı metal – kalıp etkileşimine yüzey işlemlerinin etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Đ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Đstanbul.

[2] Edimet Casting Book, Book–6 “Die Preheating”, 

  • tw
  • fb
  • mail