Altı Temel Döküm Yöntemi: Kapsamlı Karşılaştırma & Analizler

giriiş

Döküm, insanlar için en eski ustalaşmış metal sıcak işleme süreçlerinden biri olarak, yaklaşık bir geçmişe sahip 6,000 yıllar.

Çin, bronz dökümünün en parlak dönemine girdi 1700 M.Ö. ve 1000 M.Ö., döküm işçiliğinin oldukça ileri seviyeye ulaşmasıyla.

Modern üretimde temel bir süreç olarak, Döküm, dövme veya işleme yoluyla üretilmesi zor olan karmaşık şekilli metal bileşenlerin oluşturulmasını sağlar, ve havacılıkta yaygın olarak uygulanmaktadır, otomotiv, makineler, ve hassas alet endüstrileri.

Döküm yöntemlerinin seçimi döküm kalitesini doğrudan belirler, üretim verimliliği, ve üretim maliyetleri.

1. Yeşil kum dökümü (Konvansiyonel Kum Döküm)

Çekirdek Tanımı & Proses Prensibi

Yeşil kum döküm dünya çapında en geleneksel ve yaygın olarak kullanılan döküm yöntemidir.

Temel hammaddeleri dökümhane kumudur (ağırlıklı olarak silis kumu; Silika kumu yüksek sıcaklık gereksinimlerini karşılayamadığı zaman zirkon kumu ve korindon kumu gibi özel kumlar kullanılır) ve kum bağlayıcılar (kil en yaygın olanıdır; kuru yağ, suda çözünür silikat, fosfat, ve sentetik reçineler alternatif seçeneklerdir).

Dış kum kalıpları bağlayıcılara ve mukavemet oluşturucu mekanizmalara göre üç tipte sınıflandırılır.: yeşil kil kum kalıbı, kuru kil kum kalıbı, ve kimyasal olarak bağlı kum kalıbı.

Erimiş metal kum kalıbına dökülür, dökümler oluşturmak üzere katılaşan, ve kalıp tek bir dökümden sonra hasar görür ve tekrar kullanılamaz.

Avantajları

• Uygun maliyetli hammaddeler: Kil kaynak açısından bol ve düşük fiyatlıdır; üzerinde 90% Kullanılan yeşil kil kumunun bir kısmı geri dönüştürülebilir ve kum işleminden sonra yeniden kullanılabilir, malzeme israfını azaltmak.
• Yüksek süreç esnekliği: Kısa kalıp yapım döngüsü ve yüksek verimlilik; karışık kalıp kumu uzun bir servis ömrüne sahiptir; küçüklere uyarlanabilir, büyük, basit, ve karmaşık dökümler, hem de tek parça, küçük parti, ve seri üretim senaryoları.
• Düşük ekipman eşiği: Üst düzey özel ekipman gerektirmez, küçük ve orta ölçekli dökümhaneler için uygundur.

Dezavantajları & Sınırlamalar

• Düşük üretim verimliliği: Her kum kalıbı yalnızca bir kez kullanılabilir ve sonraki dökümler için yeniden kalıplanması gerekir., sürekli üretim verimliliğinin düşük olmasına neden olur.
• Zayıf boyutsal doğruluk: Kum kalıplarının sertliği düşüktür, CT10–CT13 döküm boyut tolerans dereceleriyle sonuçlanır, yüksek hassasiyetli gereksinimleri karşılayamayan.
• Yüksek kusur riski: Dökümler kum yıkama gibi tipik kusurlara eğilimlidir, kum katılımı, gaz gözenekliliği, kum kalıplarının gevşek yapısından dolayı büzülme gözenekliliği.
• Düşük yüzey kalitesi: Döküm yüzeyi nispeten pürüzlüdür, bitişi iyileştirmek için ek işleme gerektirir.

2. Hassas Döküm (Kayıp Balmumu Dökümü)

Çekirdek Tanımı & Proses Prensibi

Hassas döküm, yaygın olarak kayıp balmumu dökümü olarak bilinir, karmaşık bir süreç akışına sahiptir:

eriyebilir malzemeler kullanarak balmumu desenleri üretin, Seramik bir kabuk oluşturmak için desen yüzeyine çok sayıda refrakter malzeme katmanı kaplayın, Yüzeyleri ayırmayan bir kalıp elde etmek için balmumu modelini eritin ve çıkarın, ve erimiş metali dökmeden önce yüksek sıcaklıkta kavurma yapın.

Çok çeşitli alaşımlara uygulanabilir, karbon çeliği dahil, alaşımlı çelik, ısıya dayanıklı alaşım, paslanmaz çelik, bakır alaşımı, alüminyum alaşımı, titanyum alaşımı, ve sünek demir, özellikle dövme veya kesme yoluyla işlenmesi zor malzemeler için.

Avantajları

• Mükemmel Boyutlu Doğruluk: Döküm toleransı notlar CT4 – CT6'ya ulaşıyor, Yeşil kum dökümünden çok daha yüksek (CT10 - CT13) ve basınçlı dökümle karşılaştırılabilir (CT5–CT7), döküm sonrası işlemenin en aza indirilmesi.
• Yüksek malzeme kullanımı: Şekillendirilmiş ve eşleşen yüzeylerin işleme hacmini önemli ölçüde azaltır, İşleme süresinden ve kesici takım tüketiminden tasarruf, malzeme kullanım oranının aşılmasıyla 90%.
• Güçlü şekil uyumu: Son derece karmaşık bileşenlerin dökümünü yapabilir, ince duvarlı parçalar (minimum duvar kalınlığı 0,5 mm), ve mikro boyutlu dökümler (minimum ağırlık 1g);
  aynı zamanda monte edilmiş parçaların entegre dökümünü de destekler, sonraki montaj süreçlerini basitleştirme.
• Geniş alaşım uyumluluğu: Hemen hemen tüm metal malzemeler için uygundur, yüksek sıcaklık alaşımları dahil, magnezyum alaşımları, titanyum alaşımları, ve diğer yöntemlerle işlenmesi zor olan değerli metaller.
• Esnek üretim ölçeği: Seri üretime uyum sağlar, küçük seri üretim, ve hatta tek parça kişiselleştirme, güçlü ölçeklenebilirlik ile.

Dezavantajları & Sınırlamalar

• Karmaşık süreç akışı: Tüm döküm yöntemleri arasında en karmaşık prosese sahiptir, balmumu desen yapımını içeren, kabuk kaplama, çiğneme, kavurma, ve dökmek, sıkı süreç kontrolü gerektiren.
• Sınırlı döküm boyutu: Büyük dökümler için uygun değildir; geleneksel hassas dökümlerin maksimum ağırlığı genellikle 50 kg'dır, Büyük kabuklar kavurma ve dökme sırasında çatlamaya eğilimli olduğundan.
• Yavaş soğutma hızı: Seramik kabuk düşük ısı iletkenliğine sahiptir, erimiş metalin yavaş katılaşmasına yol açar, bazı alaşımlarda iri taneli yapılara neden olabilir.
• Yüksek üretim maliyeti: Balmumu desenlerinin maliyeti, refrakter malzemeler, ve süreç kontrolü nispeten yüksektir; yalnızca azaltılmış işleme ve malzeme tasarrufuyla birleştirildiğinde ekonomik olarak uygulanabilir.

3. Döküm

Çekirdek Tanımı & Proses Prensibi

döküm erimiş metalin hassas bir metal kalıp boşluğuna yüksek hızda enjekte edilmesini içeren yüksek basınçlı bir döküm yöntemidir (10–50m/sn) yüksek basınç altında (20–150MPa), ve dökümler oluşturmak için metalin basınç altında katılaştırılması.

İki temel süreci vardır: Sıcak pıhtılaşma kalıp dökümü (erimiş metal otomatik olarak basınç odasına akar) ve soğuk hazneli döküm (erimiş metal manuel veya otomatik olarak basınç odasına dökülür).

Kalıp yüksek mukavemetli kalıp çeliğinden yapılmıştır, tekrarlanan kullanımın sağlanması.

Avantajları

• Üstün ürün kalitesi: Döküm boyutsal doğruluğu 6-7. seviyeye ulaşır (eşit dereceli 4 hassas ürünler için) Ra 5–8μm yüzey pürüzlülüğü ile;
  Basınçla katılaşma nedeniyle mukavemet ve sertlik yaş kum dökümlere göre %-30 daha yüksektir, Uzama yaklaşık olarak azalmasına rağmen 70%.
• Ultra yüksek üretim verimliliği: Yatay soğuk hazneli basınçlı döküm makinesi başına 600-700 çevrimi tamamlayabilir. 8 saat,
  küçük bir sıcak hazneli basınçlı döküm makinesi 3.000-7.000 çevrim gerçekleştirebilir, diğer döküm yöntemlerini çok aşıyor.
• Uzun kalıp ömrü: Çinko alaşımlı basınçlı döküm kalıpları yüzbinlerce, hatta milyonlarca kez dayanabilir, uzun vadeli üretim maliyetlerini azaltmak.
• Kolay otomasyon: Proses mekanizasyon ve otomasyona son derece uyumludur, İşçilik maliyetlerinin azaltılması ve üretim istikrarının iyileştirilmesi.
• Mükemmel ekonomik faydalar: Dökümler minimum düzeyde işleme gerektirir veya hiç işleme gerektirmez, Metal kullanımını iyileştirmek ve işleme ekipmanı yatırımını azaltmak;
  metal ve metal olmayan malzemelerin kombine basınçlı dökümü, montaj süresinden ve hammaddeden tasarruf sağlar.

Dezavantajları & Sınırlamalar

• Gaz gözenekliliği nedeniyle yüksek kusur riski: Yüksek hızlı doldurma, erimiş metalin dengesiz akışına yol açar,
  iç gözeneklilik oluşturmak için gazı kolayca hapseder, dökümlerin ısıl işleme tabi tutulamamasına neden olur (Isıl işlem gazın genleşmesine ve çatlamasına neden olur).
• Karmaşık iç içbükey parçalara zayıf uyum: İç içbükey karmaşık yapıların kalıptan çıkarılması zordur, döküm şekillerinin tasarımını sınırlamak.
• Yüksek erime noktalı alaşımlar için kısa kalıp ömrü: Bakır alaşımları ve demirli metaller gibi yüksek erime noktalı alaşımlar için, kalıp termal yorgunluğa ve aşınmaya eğilimlidir, servis ömrünü önemli ölçüde azaltır.
• Küçük seri üretime uygun değil: Kalıp üretim maliyeti yüksektir, ve basınçlı döküm makinelerinin yüksek verimliliği, küçük partili üretimi ekonomik açıdan sürdürülemez hale getiriyor.

4. Kalıcı Kalıp Döküm (Sert Kalıp Döküm)

Çekirdek Tanımı & Proses Prensibi

Kalıcı kalıp dökümü, sert kalıba döküm olarak da adlandırılır, dökümler oluşturmak için erimiş metalin metal bir kalıba dökülmesini içerir.

Kalıp dökme demirden veya dökme çelikten yapılmıştır ve yüzlerce ila binlerce kez yeniden kullanılabilir., dolayısıyla “kalıcı kalıp” adı.

Dökümlerin iç boşluğunda metal maçalar veya kum maçalar kullanılabilir, ve kalıp yapıları yatay ayrımlara bölünmüştür, dikey ayırma, ve farklı döküm şekillerine uyum sağlamak için kompozit ayırma:

dikey ayırma yolluk açmayı ve kalıptan çıkarmayı kolaylaştırır, yatay ayırma, ince duvarlı tekerlek şeklindeki parçalar içindir, ve kompozit ayırma karmaşık bileşenler içindir.

Avantajları

• Mükemmel kalıp yeniden kullanılabilirliği: "Birden fazla döküm için tek kalıp" tekrarlanan kalıp yapımı ihtiyacını ortadan kaldırır, kalıplama malzemelerinden ve zamandan tasarruf, ve üretim verimliliğinin arttırılması.
• Yüksek döküm performansı: Metal kalıp güçlü soğutma kapasitesine sahiptir, kum dökümlere göre yoğun döküm yapısına ve üstün mekanik özelliklere yol açar.
• İyi boyutsal doğruluk ve yüzey kalitesi: Döküm toleransı dereceleri IT12–IT14'e ulaşıyor, yüzey pürüzlülüğü Ra ≤6,3μm, işlem sonrası iş yükünün azaltılması.
• İyileştirilmiş çalışma koşulları: Çok az kum kullanır veya hiç kullanmaz, toz kirliliğinin önlenmesi ve işçiler için çalışma ortamının optimize edilmesi.

Dezavantajları & Sınırlamalar

• Yüksek kalıp maliyeti ve uzun üretim döngüsü: Metal kalıp, yüksek mukavemetli malzemeler ve hassas işleme gerektirir,
  yüksek ön yatırım ve uzun teslim süresi ile, tek parça ve küçük seri üretim için uygun değildir.
• Sınırlı uygulanabilir alaşımlar ve döküm boyutları: Esas olarak demir dışı alaşımlı dökümlerin seri üretimi için uygundur (alüminyum pistonlar, silindir blokları, silindir kafaları, bakır alaşımlı burçlar, vesaire.) otomobiller için, uçak, ve içten yanmalı motorlar;
  demir alaşımlı dökümler için, yalnızca basit şekillere sahip küçük ve orta büyüklükteki parçalara uygulanabilir.
• Sıkı süreç gereksinimleri: Soğuk kapanmayı ve kalıp çatlamasını önlemek için kalıbın ön ısıtmaya ve sıcaklık kontrolüne ihtiyacı vardır; uzun süreli kullanımdan sonra termal yorgunluğa eğilimlidir, döküm kalitesini etkileyen.

5. Alçak Basınçlı Döküm

Çekirdek Tanımı & Proses Prensibi

Düşük basınçlı döküm, kalıbı dolduran ve erimiş metali düşük basınç altında katılaştıran bir döküm yöntemidir. (0.02-0,06 MPa).

Çekirdek süreç şunları içerir:: erimiş metalin yalıtımlı bir potaya dökülmesi, potayı mühürlemek, yükseltici borunun kalıba bağlanması, kalıp boşluğunu doldurmak için erimiş metali yükseltici tüp boyunca yukarı doğru sürmek için potaya kuru basınçlı hava verilmesi,
metalin sabit basınç altında katılaştırılması, kalan erimiş metalin potaya geri akmasını sağlamak için basıncı serbest bırakın, ve son olarak dökümü çıkarmak için kalıbın açılması.

Avantajları

• Esnek süreç kontrolü: Erimiş metalin yükselme hızı ve katılaşma basıncı ayarlanabilir, çeşitli kalıplara uygun (metal kalıplar, kum kalıpları) ve alaşımlar, ve farklı boyutlarda dökümler.
• Stabil dolum ve düşük kusur oranı: Aşağıdan yukarıya dolum, erimiş metalin sıçramadan düzgün akışını sağlar, kalıp duvarlarının ve maçaların gaz sıkışmasını ve erozyonunu önlemek;
  Gaz gözenekliliği ve cüruf oluşumu gibi döküm kusurları önemli ölçüde azalır, yeterlilik oranı bitti 95%.
• Yüksek kaliteli dökümler: Basınçlı katılaştırma, dışarıdan içeriye doğru yönlü katılaşmayı gerçekleştirir, yoğun döküm yapısıyla sonuçlanır,
  net konturlar, pürüzsüz yüzeyler, ve mükemmel mekanik özellikler, özellikle büyük ince duvarlı parçalar için uygundur.
• Yüksek malzeme kullanımı: Besleme yükselticisine gerek yoktur, malzeme kullanım oranı �–98'e ulaştı, metal atıklarının azaltılması.
• Dost canlısı çalışma ortamı: Düşük emek yoğunluğu, basit ekipman, mekanizasyon ve otomasyonun kolay gerçekleştirilmesi, modern üretim gereksinimlerine uygun.

Dezavantajları & Sınırlamalar

• Kısa yükseltici boru servis ömrü: Yükseltici boru, yüksek sıcaklıktaki erimiş metalle uzun süre doğrudan temas halindedir, oksidasyona ve aşınmaya eğilimli, düzenli değiştirme gerektiren.
• Erimiş metal kirliliği riski: Isı koruması sırasında, erimiş metal kolayca oksitlenir ve cürufla karışır, Isı koruma ortamının sıkı kontrolünü ve erimiş metal saflaştırmasını gerektirir.
• Sınırlı uygulama kapsamı: Esas olarak yüksek kaliteli alüminyum alaşımlı ve magnezyum alaşımlı dökümlerin dökümü için kullanılır, silindir blokları gibi, silindir kafaları, karterler, ve yüksek hızlı içten yanmalı motor alüminyum pistonları; yüksek sıcaklık gereklilikleri nedeniyle demirli alaşımlarda nadiren kullanılır.

6. Savurma döküm

Çekirdek Tanımı & Proses Prensibi

Santrifüj döküm, erimiş metalin dönen bir kalıba dökülmesini içerir, metalin kalıbı doldurduğu ve merkezkaç kuvveti altında katılaştığı yer.

Kalıbın dönme ekseninin yönüne göre, üç türe ayrılır: yatay santrifüj döküm (eksen yatay veya <4° yataya, uzun silindirik parçalar için uygundur),

dikey santrifüj döküm (eksen dikey, kısa silindirik veya halka şeklindeki parçalar için uygundur), ve eğik eksenli santrifüj döküm (karmaşık çalışma nedeniyle nadiren kullanılır).

Merkezkaç kuvveti erimiş metalin yönsel hareketini sağlar, döküm yapısının optimize edilmesi.

Avantajları

• Basitleştirilmiş kalıp yapısı: İçi boş dönen parçalar için, çekirdek yok, geçit sistemi, veya yükselticiye ihtiyaç var, kalıp tasarımını basitleştirmek ve üretim maliyetlerini azaltmak.
• Yüksek kaliteli dökümler: Merkezkaç kuvveti düşük yoğunluklu gazları ve cürufları iç yüzeye ayırır,
  ve dışarıdan içeriye yönlü katılaşmayı destekler, yoğun döküm yapısıyla sonuçlanır, birkaç kusur, ve mükemmel mekanik özellikler.
• Bimetalik parçalar için maliyet tasarrufu: Burçlar ve yataklar gibi bimetalik bileşenlerin dökümü kolay (örneğin, ince bakır astarlı çelik kollu), Performansı garanti ederken pahalı demir dışı metallerden tasarruf edin.
• Güçlü doldurma kapasitesi: Merkezkaç kuvveti erimiş metalin akışkanlığını artırır, ince duvarlı parçaların ve akışkanlığı zayıf alaşımların dökümü için uygundur.
• Daha az malzeme israfı: Geçit sistemlerini ve yükselticileri ortadan kaldırır, malzeme kullanımının daha da iyileştirilmesi.

Dezavantajları & Sınırlamalar

• Kötü iç yüzey kalitesi: Dökümlerin iç serbest yüzeyi pürüzlüdür, büyük boyutsal hatalara ve zayıf tekdüzeliğe sahip, boyutsal gereksinimleri karşılamak için daha sonra işleme gerektiren.
• Bazı alaşımlar için uygun değil: Şiddetli yoğunluk ayrımı olan alaşımlara uygulanamaz (örneğin, kurşun bronz), merkezkaç kuvveti ayrışmayı şiddetlendireceğinden;
  düşük yoğunlukları ve zayıf santrifüj ayırma etkileri nedeniyle alüminyum ve magnezyum alaşımları için de uygun değildir.
• Sınırlı döküm şekilleri: Yalnızca dönen simetrik parçalar için uygundur (silindirler, yüzükler, kollu); Düzensiz konturlara sahip karmaşık şekilli parçalar dökülemez.
• Yüksek ekipman gereksinimleri: Sabit dönüş hızı kontrolüne sahip özel santrifüj döküm makineleri gerektirir, artan ekipman yatırımı.

7. Yaygın olarak kullanılan döküm yöntemlerinin karşılaştırma tablosu

8. Çözüm

Her döküm yöntemi, onu belirli uygulamalara uygun hale getiren benzersiz avantajlar ve sınırlamalar sunar.

Kum dökümü, büyük ölçekli uygulamalar için en çok yönlü ve ekonomik yöntem olmaya devam etmektedir., karmaşık döküm, hassas döküm, yüksek değerli bileşenler için olağanüstü hassasiyet sağlar.

Basınçlı döküm, ince duvarlı parçaların yüksek hacimli üretiminde öne çıkıyor, ve kalıcı kalıba döküm, orta hacimli demir dışı üretim için tutarlı kalite sağlar.

Düşük basınçlı döküm, yüksek bütünlüğe sahip alüminyum ve magnezyum bileşenler için idealdir, ve santrifüj döküm içi boş simetrik parçalar için eşsizdir.

Uygun bir döküm yönteminin seçimi, parça geometrisi gibi faktörlere bağlıdır, gerekli boyutsal doğruluk, yüzey kalitesi, malzeme tipi, üretim hacmi, ve maliyet hususları.

Modern üretim, tamamlayıcı avantajlardan yararlanmak için bu teknikleri giderek daha fazla birleştiriyor, Havacılık ve uzayda karmaşık bileşen üretiminde inovasyonu teşvik etmek, otomotiv, ve sanayi sektörleri.