Basınçlı döküm

Basınçlı döküm, erimiş metalin yüksek basınç altında kalıp boşluğuna basınç altında basılmasıyla ifade edilen metal döküm işlemidir. Kalıp boşluğu, şekillendirilmiş ve enjeksiyon işleminde enjeksiyon kalıbına benzer çalışan iki sertleştirilmiş takım çeliğinden kalıp yarımı kullanılarak yapılır. Çoğu basınçlı döküm demir dışı metallerden, özellikle çinko, bakır, alüminyum, magnezyum, kurşun, kalay ve kalay esaslı alaşımlardan yapılır. Dökülen metalin türüne bağlı olarak sıcak veya soğuk kamaralı makineler kullanılır.

Döküm ekipmanı ve metal kalıplar büyük sermaye maliyetlerini temsil eder ve bu nedenle proses yüksek miktarlı üretimlerde kullanılır. Basınçlı döküm kullanarak yapılan parçaların imalatı nispeten basittir; yalnızca dört adımı içerir, bu nedenle parça başına artan maliyeti azdır. Özellikle büyük miktardaki küçük ve orta büyüklükteki döküm parçalar için uygundur, bu yüzden basınçlı dökümde diğer döküm proseslerinden daha çok döküm parça üretilir. Basınçlı döküm, çok iyi bir yüzey kalitesi (döküm standartlarına göre) ve boyutsal tutarlılık ile karakterize edilir.

Tarihçe
Basınçlı döküm ekipmanı, matbaa endüstrisi için hareketli tip üretmek amacıyla 1838 yılında icat edildi. Basınçlı dökümle ilgili ilk patent, 1849'da mekanize baskı tipi üretim amacıyla elle çalıştırılan küçük bir makine için verildi. 1885 yılında Ottmar Mergenthaler, basınçlı döküm prosesi kullanarak tüm tip hattını tek bir ünite halinde döken Linotype makinesini icat etti. Yayıncılık endüstrisinde elle ayar tipinin neredeyse tamamen yerini aldı. Brooklyn, NY'de üretilen Soss basınçlı döküm makinesi, Kuzey Amerika'da açık piyasada satılan ilk makineydi. Yüksek hacimlerdeki karmaşık parçaların üretim maliyetini büyük ölçüde azaltarak, tüketim mallarının ve cihazların büyümesini kolaylaştıran basınçlı döküm ile diğer uygulamalar hızla büyüdü. 1966'da General Motors Acurad sürecini yayınladı.

Kullanılan metaller
Ana basınçlı döküm alaşımları şunlardır: çinko, alüminyum, magnezyum, bakır, kurşun ve kalay; nadir olmasına rağmen demirli döküm de mümkündür.Degarmo, p. 328. Özel basınçlı döküm alaşımları şunlardır: çinko alüminyum; alüminyuma, ör. Alüminyum Birliği (AA) standartları: AA 380, AA 384, AA 386, AA 390; ve AZ91D magnezyum.. Aşağıda her alaşımın avantajları özetlenmiştir:.

Çinko: dökümü en kolay metaldir; çok sünektir; darbeye çok iyi dayanır; kolayca kaplanır; küçük parçalar için ekonomiktir; kalıp ömrü uzundur.
Alüminyum: hafiftir; çok karmaşık şekiller ve ince duvarlar için hassas boyutsal kararlılık sağlanır; iyi korozyon direnci vardır; mekanik özellikleri iyidir; yüksek ısıl ve elektriksel iletkenliği vardır; orta derecede yüksek sıcaklıklarda mukavemetini korur.
Magnezyum: işlenmesi en kolay olan metaldir; mükemmel mukavemet-ağırlık oranı vardır; basınçlı dökümde kullanılan en hafif alaşımdır.
Bakır: çok serttir; korozyon direnci çok iyidir; basınçlı döküm alaşımlarının en yüksek mekanik özellikleri bakırdadır; aşınma direnci mükemmeldir; boyutsal kararlılığı mükemmeldir; mukavemeti çelik parçalarınkine yakındır.
Silisyum tombak: bakır, çinko ve silisyumundan yapılmış yüksek mukavemetli alaşımdır. Genellikle hassas döküm çelik parçalara alternatif olarak kullanılır.
Kurşun ve kalay: çok yoğundur; son derece yakın boyutsal doğruluk; özel korozyon direnci formları için kullanılır. Bu tür alaşımlar, halk sağlığı nedenleriyle gıda uygulama hizmetlerinde kullanılmaz. Tipo baskı ve sıcak yaldız bloklamada el tipi döküm için kurşun, kalay ve antimon alaşımı (bazen bakır izleri içeren) tipi metal kullanılır. Geleneksel olarak el tipi kalıplarla döküm, artık tip dökümhanelerin sanayileşmesinden sonra ağırlıklı olarak basınçlı döküm ile yapılmaktadır. 1900 civarında slug döküm makineleri piyasaya çıktı ve bazen bir gazete ofisinde düzinelerce döküm makinesiyle daha fazla otomasyon ekledi.

2008 itibarıyla, alüminyum, pirinç, magnezyum ve çinko dökümler için maksimum ağırlık limitlerinin sırasıyla yaklaşık , ,  ve  olduğu tahmin edilmektedir.. 2019'un sonlarına doğru, otomobiller için alüminyum şasi parçaları yapmak için  üzerinde tek parça kalıp dökümü yapabilen basınçlı döküm makineleri kullanılıyordu.

Kullanılan malzeme, aşağıdaki tabloda özetlendiği gibi döküm için gerekli minimum kesit kalınlığını ve minimum çıkarma açısını tanımlar. En kalın bölüm  az olmalıdır ancak daha fazla da olabilir.

 Metal Minimum kesit Minimum çıkarma açısı Alüminyum alaşımları  1:100 (0,6°) Prinç ve bronz  1:80 (0,7°) Mağnezyum alaşımları  1:100 (0,6°) Çinko alaşımları  1:200 (0,3°)

Zamak alaşımı, Çinko ve Alüminyum karışımından oluşur. Zamak kelimesi ingilizce olarak "Zinc" ve "Aluminium"un birleşimi gibidir.

Tasarım geometrisi
Basınçlı dökümün parametrik modelini oluştururken dikkate alınması gereken birçok geometrik özellik vardır:
Çıkarma açısı, dökümün kalıptan kolayca çıkarılmasını sağlamak için maçalara veya kalıp boşluğunun diğer kısımlarına verilen eğim veya koniklik miktarıdır. Kalıbın açılma yönüne paralel olan tüm basınçlı döküm yüzeyleri, dökümün kalıptan uygun şekilde çıkarılması için çekiş gerektirir. Uygun çıkarma açılı basınçlı dökümlerin kalıptan çıkarılması daha kolaydır ve çok kaliteli yüzeyler ve daha hassas son ürün elde edilir.
Yarıçaplı yüzey, radyüs (ing: Fillet), aksi takdirde keskin bir köşe veya kenarda buluşacak olan iki yüzeyin kavisli birleşimidir. Basitçe, istenmeyen kenarları ve köşeleri ortadan kaldırmak için basınçlı döküme yarıçaplı yüzey eklenebilir.
Ayrım çizgisi, bir kalıbın iki farklı tarafının bir araya geldiği noktayı temsil eder. Ayırma çizgisinin konumu, kalıbın hangi tarafının kapak, hangisinin itici olduğunu tanımlar
Takılması gereken parçalar için stand-off ve montaj noktaları olarak hizmet vermek üzere basınçlı dökümlere çıkıntılar eklenir. Basınçlı dökümün maksimum bütünlüğü ve sağlamlığı için, çıkıntıların evrensel duvar kalınlığına sahip olması gerekir.
Duvar kalınlığını artırmadan maksimum güç gerektiren tasarımlara ilave destek sağlamak amacıyla basınçlı döküme kaburgalar eklenir.
Delikler ve pencereler, basınçlı döküm sırasında özel dikkat gerektirir çünkü bu özelliklerin çevreleri, katılaşma sırasında kalıp çeliğini kavrayacaktır. Bu etkiyi ortadan kaldırmak için delik ve pencere özelliklerine cömert bir çıkarma açısı eklenmelidir.

Ekipman
Basınçlı döküm makinelerinin iki temel türü vardır: sıcak kamaralı makineler ve soğuk kamaralı makineler.

Bunlar, ne kadar sıkma kuvveti uygulayabilecekleri ile derecelendirilir. Tipik derecelendirmeler  arasındadır.

Sıcak kamara basınçlı döküm
küçükresim|Sıcak kamaralı bir makinenin şeması

Kaz boyunlu makineler olarak da bilinen sıcak kamaralı basınçlı döküm, kalıbı doldurmak için erimiş metal havuzuna dayanır. Döngünün başlangıcında makinenin pistonu geri çekilir, bu da erimiş metalin "kaz boynunu" doldurmasına izin verir. Pnömatik veya hidrolik güçle çalışan piston daha sonra bu metali kaz boynundan kalıba doğru basar. Bu sistemin avantajları arasında hızlı çevrim süreleri (dakikada yaklaşık 15 çevrim) ve metalin döküm makinesinde eritilmesinin kolaylığıdır. Bu sistemin dezavantajları, erime noktası alçak metallerle kullanımının sınırlı olması ve alüminyumun eriyik havuzunda demirin bir kısmını alması nedeniyle kullanılamamasıdır. Bu nedenle sıcak hazneli makineler öncelikle çinko, kalay ve kurşun bazlı alaşımlarla kullanılır.

Soğuk kamaralı basınçlı döküm
küçükresim|Soğuk kamaralı basınçlı döküm makinesinin şeması.

Bunlar, döküm alaşımının sıcak hazneli makinelerde kullanılamadığı durumlarda kullanılır; bunlara alüminyum, magnezyum ve bakırdan oluşan geniş bir bileşime sahip alüminyum ve çinko alaşımları dahildir. Bu makinelerde işlem, metalin ayrı bir fırında eritilmesiyle başlar. Daha sonra belirli miktarda erimiş metal, ısıtılmamış atış odasına (veya enjeksiyon silindirine) beslendiği soğuk kamara makinesine taşınır. Bu atış daha sonra hidrolik veya mekanik bir pistonla kalıba yönlendirilir. Bu sistemin en büyük dezavantajı, erimiş metalin fırından soğuk kamara makinesine aktarılması ihtiyacından dolayı çevrim süresinin daha yavaş olmasıdır.

Kalıp
küçükresim|upright=2.05|İtici kalıp yarımı
küçükresim|upright=2.05|Kapak kalıp yarımı

Basınçlı dökümde iki kalıp kullanılır; bunlardan birine "kapak kalıp yarımı" ve diğerine "itici kalıp yarımı" denir. Buluştukları yere ayrım çizgisi denir. Kapak kalıbı, erimiş metalin kalıba akmasını sağlayan yolluk (sıcak kamaralı makineler için) veya atış deliğini (soğuk kamaralı makineler için) içerir; bu özellik, sıcak kamaralı makinelerde enjektör memesi veya soğuk hazneli makinelerde püskürtme haznesiyle örtüşür. İtici kalıbı, itici pimlerini ve genellikle yolluk veya atış deliğinden kalıp boşluğuna giden yol olan yolluğu kapsar. Kapak kalıbı basınçlı döküm makinesinin sabit veya ön plakasına sabitlenirken, itici kalıbı hareketli plakaya bağlanır. Erimiş metal basılacak kalıp boşluğu, nispeten kolay değiştirilebilen ve kalıp yarımlarına vidalanabilen ayrı iki çeliğe işlenmiştir..

Kalıp yarımları, bitmiş döküm kalıbın kapak yarısından kayacak ve kalıplar açıldığında itici yarımında kalacak şekilde tasarlanmıştır. Bu, dökümün her döngüde çıkarılmasını sağlar çünkü ejektör yarısı, dökümü bu kalıp yarısından dışarı itmek için itici pimlerini içerir. İtici pimler, tüm pimleri aynı anda ve aynı kuvvetle doğru bir şekilde hareket ettiren ve böylece dökümün hasar görmesini engelleyen bir itici pim plakası tarafından tahrik edilir. İtici pim plakası ayrıca bir sonraki atışa hazırlanmak için dökümün çıkarılmasından sonra pimleri geri çeker. Döküm hâlâ sıcak olduğundan ve aşırı kuvvetten zarar görebileceğinden, her bir pim üzerindeki genel kuvveti düşük tutmak için yeterli sayıda itici pimi olmalıdır. Pimler yine de iz bırakmaktadır, dolayısıyla bu izlerin dökümün amacına engel olmayacağı yerlere yerleştirilmelidir.

Diğer kalıp bileşenleri çekirdekler ve kızaklar 'dır. Çekirdekler genellikle delik veya açıklık oluşturan parçalardır ancak başka ayrıntılar oluşturmak için de kullanılabilirler. Üç tip çekirdek vardır: sabit, hareketli ve gevşek. Sabit çekirdekler, kalıpların çekme yönüne (yani kalıpların açılma yönüne) paralel yönlendirilmiş olanlardır, dolayısıyla kalıba sabitlenirler veya kalıcı olarak bağlanırlar. Hareketli çekirdekler, çekme yönüne paralel olmayan herhangi bir şekilde yönlendirilmiş olanlardır. Bu maçalar, atım katılaştıktan sonra, ancak kalıplar açılmadan önce, ayrı bir mekanizma kullanılarak kalıp boşluğundan çıkarılmalıdır. Kızaklar, alttan boşaltılmış yüzeyler oluşturmak için kullanılmaları dışında hareketli çekirdeklere benzer. Hareketli maçaların ve kızakların kullanılması kalıpların maliyetini büyük ölçüde artırır. Ayrıca seçme ( ing:pick-outs) parçaları da denilen gevşek maçalar, vida dişli delikler gibi karmaşık özelliklerin dökümü için kullanılır. Bu gevşek maçalar, her döngüden önce elle kalıba yerleştirilir ve döngü sonunda parçayla birlikte çıkarılır. Daha sonra çekirdek elle çıkarılmalıdır. Gevşek maçalar, fazladan işçilik ve artan çevrim süresi nedeniyle en pahalı maça türüdür.Degarmo, p. 331. Kalıplardaki diğer unsurlar arasında su soğutma geçişleri ve ayırma hatları boyunca havalandırma delikleri bulunur. Havalandırma delikleri genellikle geniş ve incedir (yaklaşık ), böylece erimiş metal bunları doldurmaya başladığında metal hızla katılaşır ve hurdayı en aza indirir. Yüksek basınç, metalin kapıdan sürekli beslenmesini sağladığından yükseltici kullanılmaz.
Kullanım alanları
Basınçlı döküm oyuncak sanayisinde de kullanılır. İlk basınçlı döküm oyuncaklar 20. yüzyıl başlarında İngiltere de "Meccano (Dinky Toys)" ve Amerika’da "Dowst Brothers (Tootsietoys)" firmaları tarafından üretildi. Önceleri basınçlı döküm oyuncaklar iç detayı az araba ya da kamyon tiplerinde üretilmişti. O zamanlardaki teknoloji ile üretilen bu metal daha kırılgan yapılıydı ve kolay kırılırdı. Bu nedenle II. Dünya Savaşı öncesi basınçlı döküm modellere rastlamak  çok zordur. 1950'li yıllarda diecast oyuncak sanayisi daha da değer kazandı ve sonradan "Corgi" ve "Hot Wheels - Mattel" gibi firmalar ortaya çıkarak bu sektörü daha da ileriye götürdüler. Halen onlarca basınçlı döküm firması bu alanda faaliyet göstermektedir ve bu firmaların çoğu Çin'dedir.

Kaynakça

Ek kaynaklar

Kategori:Dökümcülük
Kategori:Koleksiyonculuk