Kum Döküm – Süreç, Kum Özellikleri, Artıları ve Eksileri

Join the forum for Designers!

Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!

Share, learn and grow with the best professionals in the industry.

Bu makalede, modern kum döküm sürecini inceleyecek, nasıl çalıştığını ve başlangıcından binlerce yıl sonra bile neden en yaygın kullanılan metal döküm tekniklerinden biri olmaya devam ettiğini inceleyeceğiz.

Kum Döküm Nedir?

Kum döküm veya kum kalıplı döküm, bir metal üretim sürecidir. kumdan yapılmış kalıplar kullanır metal ürünler yaratmak için. Kum, sıradan nesnelerle kolayca kalıplanabilir. İstenildiği gibi şekillendirildikten sonra, sıcak erimiş metal kalıba dökülür. Metal soğudukça, katılaşarak kalıbın şeklini alır. Nihai metal ürün daha sonra kum kalıptan çıkarılır ve kullanıma sunulmadan önce son işlemden geçirilir.

Kum döküm tekniği kullanılarak her boyutta ve karmaşıklık seviyesinde ürün üretilebilir. Eşyaları dökmek için kullanılabilir toplu iğne kadar küçük veya demiryolu lokomotifi kadar büyük. Ek olarak, aşağıdakilerle uyumludur geniş metal yelpazesiDökme demir, dövülebilir demir, çelik, nikel alaşımları, bakır alaşımları, alüminyum alaşımları ve magnezyum alaşımları dahil olmak üzere.

Çok yönlülüğü, kum dökümünü dünyada en yaygın kullanılan döküm işlemi haline getirmektedir ve tüm döküm metal ürünlerin %60’ından fazlası bu yöntem kullanılarak yapılmaktadır.

Kalıp Kumunun Özellikleri

Aralarından seçim yapabileceğiniz birçok farklı kum türü olsa da, bunların hepsi döküm işlemi için uygun değildir. Her biri, proje gereksinimleriyle uyumlu olabilecek veya olmayabilecek belirli özellikler sergiler.

Döküm prosesine ve metale bağlı olarak, kalıplama kumunda doğru özellik kombinasyonuna ihtiyaç duyulur. Uyumu artırmak için, özel katkı maddeleri ve bağlayıcılar eklenebilir temel kum, kil ve su karışımına ekleyin.

Organik veya inorganik olabilen bu bağlayıcılar arasında tahıllar, öğütülmüş zift, deniz kömürü, gilsonit, fuel oil, odun unu, silika unu, demir oksit ve perlit yer almaktadır. Bu bağlayıcılardan bazılarının çelişkili etkileri vardır ancak ödünleşmeler genellikle gereklidir belirli döküm uygulamaları için özellikleri dengelemek.

Bu en yaygın dört kum türü Döküm için kullanılan kumlar yeşil kum, kuru kum, sodyum silikat ve reçine kumudur:

1. Yeşil kum Bu şekilde adlandırılır çünkü esasen suyla karıştırılmış ham kumdur. Kil benzeri bir kıvam sergiler. Yeşil kum, yeniden kullanılabilirliği iyi olan döküm kumu için düşük maliyetli bir seçenek sunar ve yüksek üretim hızlarıyla uyumludur. Bununla birlikte, düşük işlenebilirliği belirli durumlarda kalıbın çökmesine neden olabilir. Ayrıca yüzey kusurları yaratma eğilimi de vardır.
2. Kuru kumDiğer yandan, kil kullanan ve bağlayıcı madde olarak çok az su içeren bir kalıp kumudur. Yerine oturtulduktan sonra şeklini oldukça iyi korur. Kuru kumun bir avantajı da dolum aşamasında çok az buhar oluşturmasıdır; bu da daha nemli kumlarda kontrol edilmediği takdirde kalıbın çatlamasına yol açabilir.
3. Sodyum silikatdiğer adıyla su camı, kumu bütünleştirmek için sodyum silikat bağlayıcı kullanan özel bir kumdur. Sodyum silikat, yeşil ve kuru kuma göre daha karmaşık veya girift şekiller oluşturabilir.
4. Reçine kumu, aka Furan kumukum döküm için kullanılan bir diğer popüler kumdur. Kumdan tutarlı bir kütle oluşturmak için bir furfuril alkol reçinesi kullanır. Sağlam ve son derece kararlı bileşiğin bozulma eğilimi çok azdır ve mükemmel boyutsal doğruluk ve yüzey kalitesi sağlar. Bununla birlikte, tüm kumlar arasında en pahalı olanıdır. Ayrıca daha yüksek bir teslim süresi vardır.

Döküm mühendisleri kum tipini metale, ürün geometrisine ve tolerans limitlerine göre seçerler. Ancak spesifikasyonlar ne olursa olsun, her zaman aşağıdaki özellikler için bir kum türünü tararlar:

Refrakterlik

Refrakterlik, bir malzemenin yüksek sıcaklıklara maruz kaldığında termal şoklara ve yanmaya dayanmasını sağlayan özelliğidir. Kum, erimiş metal için refrakter bir malzeme görevi görür ve bu nedenle yüksek bir erime noktasına sahip olması gerekir. Döküm için kum seçimi büyük ölçüde proses sıcaklığından etkilenir. Refrakterlik yetersizse, kum eriyecek ve döküme kaynaşacaktır.

Alüminyum gibi birçok metal için kumun yalnızca 700 santigrat derecelik bir sıcaklığa dayanması gerekir. Ancak, çelik döküm kumlarının erime noktası daha yüksek olduğu için en az 1500 santigrat dereceye dayanması gerekir.

Geçirgenlik

Kum, döküm işlemi sırasında oluşan buhar ve diğer gazları tahliye etmelidir. Kalıptaki her bir birim su 1600 birim buhar üretir.

Gazlar ve buhar sıkışırsa, nihai üründe hava delikleri ve gaz delikleri gibi kusurlara neden olabilir. İyi kalitede bir yüzey elde etmek için bunların giderilmesi çok önemlidir. Bu nedenle geçirgenlik, yüksek kaliteli bir nihai ürün elde etmek için kumda çok önemli bir özelliktir.

Kalıp kumunun özellikleri tane boyutu ve dağılımından etkilenir: küçük taneler kalıp mukavemetini artırırken geçirgenliği azaltır, büyük taneler ise geçirgenliği artırır. İnce taneler dökümlerde pürüzsüz bir yüzey kalitesi sağlar ancak düşük geçirgenliğe sahiptir, iri taneler ise daha yüksek geçirgenlik ancak daha pürüzlü bir yüzey sağlar.

Yüksek Termal İletkenlik

Termal iletkenlik, bir malzemenin ısının içinden akmasına izin veren özelliğidir. Etkili ısı akışı erimiş metalin daha hızlı soğumasını sağlar. Isıyı erimiş metalden atmosfere aktarmak için yüksek termal iletkenliğe sahip kumlar gereklidir.

Düşük Termal Genleşme

Termal genleşme, ısı eklendiğinde veya çıkarıldığında bir malzemenin hacmindeki artış veya azalmadır. Kum döküm işlemi için çok düşük termal genleşmeye sahip kuma ihtiyaç vardır. Bu tür kum, sıvı metalin dökülmesi ve ardından soğutulması da dahil olmak üzere döküm sürecinin çeşitli aşamalarında şeklini koruyacaktır.

Akışkanlık

Kumun desendeki boşluklar, girintiler ve derin kanallar gibi daha küçük alanlara akma kabiliyeti, karmaşık şekillerin dökümünde kullanıp kullanamayacağımızı belirler. Daha yüksek akışkanlığa sahip kum, harici basınç gerektirmeden bir desenin tüm özelliklerini dolduracaktır.

Rögar kapağı gibi basit şekiller için yüksek derecede akışkan bir kuma ihtiyaç duyulmaz, ancak heykel gibi daha karmaşık bir şey için gerekli olabilir. Bu nedenle ihtiyaç duyulan akışkanlık seviyesi duruma göre belirlenebilir.

Maliyet

Maliyet de kumdan kuma önemli ölçüde değişebilir. Örneğin silis kumu yüksek kullanılabilirliğe sahiptir, ancak aynı zamanda boyutsal istikrarsızlık ve termal şok altında mikron altı boyutlu parçacıklar oluşturmak için yanma ve hatta patlama eğilimi gibi sorunları da vardır. Silikozis çalışanların uzun süreler boyunca silikaya maruz kalması da son derece endişe verici bir konudur. Olivin ve kromit kumu ise daha pahalıdır ve daha az bulunur ancak yukarıda bahsedilen sorunlara sahip değildir.

Döküm işlemi basit ürünler için basittir. İstenen şekle sahip bir boşluk oluşturulur ve erimiş metal dikey bir kanaldan içine dökülür. Metal katılaştıktan sonra, etrafındaki kalıp kumu kaldırılarak çıkarılır.

Ancak karmaşık şekillerde kalıbın nasıl doldurulacağı, fazla metalin nasıl çıkarılacağı, yüksek kaliteli bir yüzey kalitesi elde edileceği ve homojen dolum için erimiş metalin optimum sıcaklık ve hızının nasıl sağlanacağı gibi hususlar dikkatle değerlendirilmelidir.

Tipik bir kum döküm sürecini daha ayrıntılı olarak inceleyelim:

1. Kalıp Oluşturma

Kalıp, istenen ürünün bir kopyası olan bir desen kullanılarak oluşturulur. Kalıp, talaşlı imalat veya eklemeli imalat gibi farklı bir malzeme veya işlemden yapılmış olabilir, ancak nihai ürünle aynı şekil ve boyutlara sahiptir. Tek bir kalıp kullanılarak birden fazla kalıp oluşturulabilir.

Desen, şeklin merkez hattı boyunca iki parçaya ayrılır. Daha sonra her bir yarım ayrı kum havuzlarına yerleştirilir ve kumdaki desenlerin izlerini oluşturmak için kum karışımı etraflarına doldurulur.

Kalıplar kumdan çıkarıldıktan sonra, iki kum havuzu üst üste yerleştirilerek tam kalıbı oluşturacak şekilde sabitlenir. Üst yarı ve alt yarı sırasıyla baş ve sürükleme olarak adlandırılır. Bu şekilde oluşturulan kalıp boşluğu ürünün negatif şekline sahiptir. Örneğin, nihai ürün üzerindeki bir çıkıntı, kalıpta bir çöküntü olarak görünür.

2. Yolluk Sistemi Oluşturma

Yolluk sistemi, erimiş metalin boşluğa akması için bir yol sağlar. İyi tasarlanmış bir sistem ürünün kalitesi için çok önemli olabilir. Etkili bir yolluk sistemi basit, verimli ve türbülansı en aza indirir. Ayrıca erimiş metalde bulunan gaz veya cürufu da hapseder.

Dikkatli tasarım gerektiren geçit sisteminin temel bileşenleri şunlardır:

• Dökme Havzası ve Yolluk – Dökme kabı, erimiş metal için huni şeklinde bir giriş noktası görevi görür. Metal, dökme havuzundan yolluk içine akar ve yerçekimi altında boşluğa doğru hareket eder.
• Koşucular – Yolluklar, erimiş metalin yolluktan kalıp boşluğuna ulaşması için yatay kanallardır.
• Gates – Kalıp boşluğunun giriş noktaları olan kapılar, erimiş metalin kalıp boşluğuna düzgün bir şekilde akmasını sağlar, basıncı korur ve parlamayı önler. Ayrıca cürufun kalıp boşluğuna girmesini engellemeye yardımcı olurlar.
• Yükselticiler – Metal soğudukça büzülmeye karşı koymak için yükselticiler yolluk sisteminde rezervuar görevi görerek fazladan erimiş metal depolar. Metal büzülmeye başladığında, yükselticiler boşluğa ek malzeme sağlayarak metal eksikliklerini önler.
• Çekirdekler – Bir ürün içi boş bir bölüm veya boşluk gerektirdiğinde, amaçlanan boşluğu oluşturmak için kalıbın içine maça adı verilen katı bir kum parçası yerleştirilir. Erimiş metal maçanın etrafını doldurarak nihai dökümde boşluğu oluşturur. Chapletler döküm sırasında çekirdeği yerinde tutar.

3. Erimiş Metalin Dökülmesi

Erimiş metal üstten boşluğa dökülür. Kullanılan metal hacmi, bir miktar fazla malzemenin yükselticilerde depolanmasını sağlamak için ürünün hacmini biraz aşmaktadır.

4. Dökümde Katılaştırma

Kalıp boşluğu doldurulduktan sonra döküm soğumaya bırakılır. Metale ve prosese bağlı olarak doğal veya zorlamalı soğutma uygulanabilir. İstenen özelliklerin elde edilmesi ve nihai üründe boyutsal doğruluğun korunması için uygun soğutma şarttır.

5. Sarsıntı ve Kum Kurtarma

Sarsma, kum dökümlerin kalıptan çıkarılması işlemidir. Kum, katılaşmış dökümü ayırmak için çalkalanır ve kaydırılır, daha sonra kum geri kazanımı başlarken son bitirme işlemleri için gönderilir.

Kumun tamamı geri kazanılamayacağından, eski kumun bir kısmı gelecekteki kum döküm işlemleri için taze kumla değiştirilir. Kumun özelliklerini yeniden kullanıma uygun hale getirmek için mekanik, kimyasal ve ısıl işlemlerin yanı sıra kayıp nemi ve katkı maddelerini telafi ederek bileşiminde ayarlamalar yapılabilir.

Kum Dökümün Avantajları

Son yıllarda birçok ileri teknolojinin geliştirilmesine rağmen, kum döküm en popüler metal imalat süreçlerinden biri olmaya devam etmektedir. Benzersiz avantajları, onu modern üretim ortamında vazgeçilmez kılmaktadır. Bugün, kum dökümü genellikle otomatiktirçağdaş üretim ortamlarının taleplerini karşılamak için uyarlanabilirliğini ve verimliliğini artırmaktadır. İşte kum dökümünü bu kadar değerli bir süreç haline getiren bazı temel avantajlar.

Her türlü üretim için uygundur

Kum döküm, tek parça, parti veya seri üretime olanak tanıyan çeşitli üretim kurulumlarıyla uyumludur. Bu yöntem otomotiv, savunma, tarım, madencilik, inşaat, sağlık ve yenilenebilir enerji gibi sektörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Otomotiv endüstrisinde kum döküm prototipler, motor blokları, silindir kafaları ve çeşitli IC motor parçaları geliştirmek için kullanılır. Uygulama alanı, kum dökümün yapısal bileşenler, motor gövdeleri, akü muhafazaları ve daha fazlasını üretmek için kullanıldığı elektrikli araç üretimine de yayılmıştır.

Burada boyut konusunda neredeyse hiç sınırlama yok aynı zamanda. Kütlesi birkaç gramdan birkaç tona kadar değişen ürünler matematiksel hassasiyetle dökülebilir.

Uygun maliyetli

Çeşitli sektörleri kum döküm teknolojisini benimsemeye iten başlıca faktörlerden biri maliyettir. Kum döküm, diğer döküm süreçlerine kıyasla önemli ölçüde daha uygun maliyetlidir. Kum, minimum işlemle gelecekteki dökümler için yeniden kullanılabilir.

Bu yüksek hacimli üretimde otomasyon tutarlı ve güvenilir kalite sağlarken parça başına maliyeti de düşürür. Kum dökümü ayrıca düşük takım maliyetleri diğer döküm yöntemlerine kıyasla.

Tüm metaller için uygundur

Kum döküm neredeyse tüm demirli veya demirsiz metal alaşımlarıyla çalışabilir. Örnekler arasında altın, demir, kurşun ve titanyum bulunur. Tek şart, eriyip sıvı metal olarak kalıbın içine akmasıdır. Bu esneklik, dökümhanelerin önemli süreç veya ekipman değişiklikleri gerektirmeden çok çeşitli metallerle çalışmasına olanak tanır.

Hızlı süreç

Santrifüj döküm gibi prosesler belirli şekiller için daha verimli olabilse de, kum döküm hem prototip oluşturma hem de büyük ölçekli uygulamalar için hızlı geri dönüş süreleri sunar.

Kum Dökümün Sınırlamaları

Tüm üretim süreçleri ödünleşim içerir. Ancak kum dökümü söz konusu olduğunda, bu ödünler faydalara kıyasla çok azdır. Şimdi bu sınırlamalardan bazılarını inceleyelim:

Kötü yüzey kalitesi

Kötü kum kalitesi ve proses sapmaları bazen kum dökümlerde kötü bir yüzey kalitesine neden olabilir. Kum kalıbındaki herhangi bir arıza pürüzlü bir yüzeye yol açabilir. Kapsamlı bir son işlem gerektirmeden yüksek kaliteli bir yüzey kaplamasına ihtiyaç duyan ürünler için genellikle basınçlı döküm ve hassas döküm tercih edilir, ancak kum döküm de doğru kum ve işlemlerle rafine yüzeyler üretebilir.

Yüksek kaliteli, daha ince kum kullanmak çok daha iyi bir yüzey kalitesi sağlar, ancak işlemin maliyetini artırır. Kum partiküllerinin uygun şekilde sıkıştırılması veya paketlenmesi de yüzey kalitesini iyileştirmeye yardımcı olur. Aşırı pürüzlü yüzey gibi yüzey kusurlarını gidermek için kum dökümler genellikle tornalama, taşlama ve kumlama gibi işleme operasyonlarından geçirilir.

Soğutma hızlarının gevşek kontrolü

Birçok metal imalat prosesinde soğutma hızları daha etkili bir şekilde kontrol edilebilirken, aynı şey kum döküm için söylenemez. Bir yalıtkan olan kum, soğutma aşamasıyla ilgili zorlukları daha da artırır. Kum dökümde soğutma aşaması önemli ölçüde uzar, bu da teslim sürelerini ve üretim oranlarını etkiler.

Değişen soğutma hızları nedeniyle mikroyapı anizotropisinde bazı farklılıklar meydana gelebilir. Anizotropi, malzemenin tane yönelimindeki değişikliklerden kaynaklanan mekanik özelliklerdeki değişiklikleri ifade eder.

İç boşlukları oluşturmak zor olabilir

Kum döküm yöntemi, iç boşlukları oluşturmak için kalıp boşluğuna maçaların yerleştirilmesini gerektirir. Örneğin, bir motor bloğu üretilirken, döküm işlemi sırasında motor silindirleri için boş boşluklar oluşturulması gerekir.

Kalıp boşluğu içinde iç bölmeler, delikler veya boşluklar oluşturmak zordur çünkü bunların doğru şekilde konumlandırılması ve döküm sürecine dayanacak şekilde yeterince desteklenmesi gerekir. Bu boşluklar ne kadar karmaşık hale gelirse, o kadar çok zorluğun üstesinden gelinmesi gerekir.

Süreç otomatikleştirilmemişse vasıflı işgücü gereklidir

Otomatik süreçler maliyetli olabilir. Bununla birlikte, otomasyon olmadan, süreç, yüksek kaliteli bir ürün sağlamak için kalıpları, kalıpları hazırlamak ve süreci denetlemek için yetenekli kum döküm uzmanlarına dayanır. Nitelikli işgücü olmadan, sonuçlar kabul edilebilir standartların önemli ölçüde altına düşebilir ve bu da itibar ve maddi kayıplara neden olabilir.

Kumun bertaraf edilmesi zor olabilir

Dökümhaneler kalıp kumunu mümkün olduğunca geri dönüştürür, ancak belirli bir döngü sayısından sonra artık yeniden kullanıma uygun değildir. Ancak dökümhanelerden çıkan atık kum, çevre sorunlarına yol açabilecek zararlı bir kirleticidir.

İnşaat, atık döküm kumunun artık bertaraf edilmek üzere yönlendirildiği sektörlerden biridir. Betonda ince agrega (kum) yerine kullanılmaktadır. Bu uygulama sadece kumun bertaraf edilmesi sorununu çözmekle kalmaz, aynı zamanda beton üretimiyle bağlantılı maliyet ve karbon emisyonlarını da azaltır.

Ancak bunun dışında, atık döküm kumunun çoğu, kesinlikle ideal olmayan bir depolama sahasında son bulmaktadır. Döküm kumunun geri dönüşümü için seçenekler sınırlıdır.

Sonuç

Geleneksel kum dökümü eski bir süreç olmasına rağmen, kayda değer iyileştirmelerden geçerek günümüzün üretim ortamında son derece alakalı ve kullanışlı hale gelmiştir. Popülerliği kısmen çeşitli metal türleri ve ürün boyutları arasındaki çok yönlülüğüne ve kısmen de diğer döküm süreçlerine kıyasla maliyet verimliliğine bağlanmaktadır.

Malzeme bilimi ve proses otomasyonunda devam eden yenilikler, kum dökümün otomotivden inşaata kadar çeşitli sektörlerdeki önemini daha da artırmaktadır. Endüstriler geliştikçe kum döküm, metal işleme tekniklerinde gelenek ve yeniliği harmanlayarak endüstriyel manzarayı şekillendirmeye devam edecektir.

Join the forum for Designers!

Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!

Share, learn and grow with the best professionals in the industry.