Bu makalede alüminyum basınçlı döküm ayrıntılı olarak ele alınacaktır. Sürece genel bakış, alaşım türleri, tasarım hususları, zorluklar vb. ile birlikte bu tekniğin temel uygulamalarını öğrenin.

Alüminyum Basınçlı Döküm Nedir?

Alüminyum basınçlı döküm, erimiş alüminyumu kalıplara beslerken yüksek basınç (100-1000 bar) kullanır. Bu kalıplar genellikle çelikten yapılır ve tekrar kullanılabilir.

Kalıp dolumu erimiş metal akışkanlığına bağlıdır. En uygun sıvı formu kalıbı anında (saniyeler içinde) doldurur. Bu malzeme soğurken gerçek parça şeklini alır. Örneğin, araba motor blokları, akıllı telefon çerçeveleri veya drone bileşenleri.

Bu üretim süreci, 10.000'den fazla aynı ürünü hızlı ve ucuz bir şekilde üretmek için idealdir.

Sürecin Fiziği

Yüksek Basınç (100-1000 bar):

Basınç ne kadar yüksek olursa, alüminyum kalıbın içinde o kadar eşit bir şekilde yayılarak en küçük boşlukları doldurur. Bu basınç kabarcık oluşumunu ortadan kaldırır ve yüzeylerdeki pürüzsüzlük geçişini korur. Örneğin, 500 bar kalıbı sadece 0,02 saniyede doldurabilir.

Hızlı Soğutma (saniyede 500-1000°C):

Alüminyum, HPDC'de kum dökümden 100 kat daha hızlı soğuyarak gerçek bir ürün şeklini alır. Soğutma hızının yaptığı şey budur: ince kristal taneli (0,01 mm) yoğun mikroyapı oluşturmak. Bu da 20-30%'ye daha yavaş seçeneklerle yapılanlara göre daha fazla mukavemet kazandırır.

Basınçlı Döküm Makinesi Çeşitleri

Sıcak Oda Makineleri:

Sıcak kamara makineleri çoğunlukla çinko (420°C) gibi daha düşük erime noktasına sahip metaller kullanır. Bunun nedeni, 660°C'deki alüminyum gibi yüksek erime noktalı alaşımları işleyememeleridir. Sıcak kamaralı bir makinede alüminyum döküm yapsanız bile, bu ekipmana zarar verebilir.

Soğuk Oda Makineleri:

Soğuk kamara makineleri alüminyum gibi orta sıcaklıktaki metallerle iyi çalışır. Bu süreçte, kalıp dökümcüleri erimiş alaşım formunu hazırlar. Malzemeyi 1000 bar'a kadar basınç altında kalıba enjekte etmek için pistona doldururlar. Bununla birlikte, bu teknik daha uzun sürer (döngü süresi: 30-60 saniye) ancak sert malzemeler için çok daha güvenlidir.

Alüminyum Alaşımları için Uygunluk

Uygun alüminyum alaşımları arasında A380 (85% alüminyum, 8% silikon) ve A383 (84% alüminyum, 10.5% silikon) bulunur. Bu alaşımlar yüksek basınçlara dayanabilir ve soğutma sırasında çatlamayı önleyebilir. Örneğin, A380 metali kalıbı sorunsuz bir şekilde doldurarak 1 mm kadar ince bir et kalınlığı oluşturur.

Basınçlı Döküm Tekniklerinin Karşılaştırılması

Basınçlı Döküm Hakkında Önemli Detaylar

• Tek bir HPDC makinesinin üretim hızı saatte 100-200 üretim yapabilmektedir.
• İlk kurulumların maliyeti 50.000-1 milyon civarındadır. Ancak, 50.000 birimin üzerindeki büyük siparişler için birim başına maliyet $0,50'ye kadar düşmektedir.
• Delikleri 1,5 mm kadar küçük açabilirsiniz.
• Bu işlem, 0,8 mm'ye kadar ince duvarlı parçalar üretir.
• Çelik kullanımı, dayanıklılığı yaklaşık 50.000-500.000 döngüye kadar artırabilir.

Alüminyum Basınçlı Döküm Süreci

1. Kalıp Tasarımı ve Üretimi

Kalıp Tasarımı:

Kalıp tasarımları, üretilmekte olan ürünün neredeyse net şeklini içerir. Ana görevi erimiş alüminyumu bu şekillere dönüştürmektir. Bu, tasarım mükemmeliyetlerinin (boyut, kalınlık vb.) ince kaliteli parçalar elde etmenizi sağladığı anlamına gelir.

Yolluk Sistemleri

Yolluk kanalları, erimiş alüminyumun kalıba doğru aktığı yollardır. Genellikle 3-8 mm genişliğindedirler. Metal akış hızını (1-5 m/s) düzenlemek için türbülansı ve hava sıkışmasını önler.

Koşucu Tasarımı:

Yolluk sistemleri metali kalıp içinde eşit olarak dağıtır veya yayar. Kalınlıkları 5 ila 15 mm arasında değişir. Ayrıca yanlış şekilden kaçınılması durumunda tutarsızlıkları azaltır.

Havalandırma:

Makineye monte edilmiş 0,1-0,3 mm genişliğinde küçük havalandırma delikleri vardır. Gözeneklilik ve hava cepleri gibi kusurları azaltmak için sıkışan havanın çıkarılmasına yardımcı olurlar.

Soğutma Kanalları:

Soğutma kanalları tüp gibidir. Dakikada 10-20 litre kalıp döküm suyu akıtırlar. Sistemleri, parçaları fırlatmaya hazırlamak için 200-300°C arasındaki sıcaklıkları korur. Bu sıcaklığın korunması, aşırı ısınmayı önlemek ve düzgün yapılar elde etmek için önemlidir.

Kalıp Malzemeleri:

Yaygın olarak kullanılan çelik H13 malzemesi 45-50 HRC sertlik sunar. Ayrıca, bu metalin zaten doğal yüksek mukavemet ve aşınma direnci özellikleri vardır. Bu, 50.000-500.000 döküm döngüsüne dayanmak için mevcuttur.

Simülasyon Yazılımı:

Gibi araçlar AutoCAST HPDC sürecinde yardımcı olur ve takım arızası nedenini erken tahmin eder. Metal akışını optimize edebilir ve yolluk kanalını daha iyi yerleştirebilirsiniz. Bunu yaparak, üretim başlamadan önce hataları 30%'ye kadar azaltmak mümkün hale gelir.

Kalıp Bakımı:

Kalıbı korumak için, her 5 ila 10 döngüde bir yağlama spreyi uygulamak değerlidir. Metal yapışkanlığını durdurur ve düzgün fırlatma sağlar.

2. Malzeme Seçimi ve Hazırlama

Alüminyum Alaşımlar:

En önemli şey sadece alüminyum alaşımlarını seçmek değildir. Bu, mukavemet, akışkanlık ve uygulama uygunluğunu etkileyen döküm gereksinimlerine bağlıdır.

• A380: Kolay akar ve yüksek mukavemet sağlar. Üreticiler bunu otomotiv parçalarında yaygın olarak kullanırlar.
• ADC12: Bu metal elektronik muhafazalar ve ince duvarlı parçalar (1-2 mm kalınlığında) için iyi çalışır. Sorunsuz bir şekilde akar ve kusurları azaltır. Ayrıca, son derece hassas parçalar üretebilirler.

Eriyik Kalitesi:

Mantıksal olarak konuşursak, alüminyum saflık bakımı hatasız ve güçlü parçalar verir. Bekletme fırını çalışması bunun içindir. Erimiş alüminyumu 660-700°C'de tutarak katılaşmayı önlerler. Ek olarak, sıkışan hidrojen gaz giderme nitrojen gazı kullanarak çıkarır aslında 90% kadar gözenekliliği azaltır ve iç boşlukları önler.

3. Eritme ve Dökme

• Eritici gaz yakıtlı bir fırındır. Üretici bunu katı alüminyum topaklarını 700-750°C sıcaklıklar altında eritmek için kullanır. Tutarlı bir erimiş durum sağlar.
• Bekletme fırını erimiş alüminyumu depolar. Üretim döngüsü tamamlanana kadar kontrollü sıcaklıklarda likidite içinde tutarlar.
• İşlemin ram ve shot sleeve kısımları, metali yüksek basınç altında 4-10 m/s hızla kalıp boşluğuna zorlar. Görevleri kalıbı tamamen doldurmak ve düzgün sıkıştırma yapmaktır.
• Basınçlı döküm makineleri enjeksiyonun mekanik sistemlerini otomatikleştirir. Döküm parçalarda keskin detaylı sonuçlar ve tekrarlanabilirlik sağlar.
• Soğuk kamara makineleri bir piston kullanır. Metali enjekte eder ve yüksek verimlilik için 30-60 saniye içinde döngüleri tamamlar.

4. Enjeksiyon ve Katılaştırma

İlk Aşama: Erimiş malzeme kalıp boşluğunun 80-90%'sini doldurur. Enjeksiyon için 0,01-0,1 saniye gerekir. Malzemenin boşlukları eşit şekilde doldurduğundan ve her kalıp köşesine ulaştığından emin olun.

İkinci Aşama: Üretici yüksek basınç (200-400 bar) uygular. Hava boşluklarını giderir ve yoğun kalite ve yapısal bütünlük sağlar.

Soğutma: Kalıp döküm suyu veya soğutma havası, enjekte edilen metali saniyede 500-1000°C hızla soğutur. Bu sırada, ince tane boyutları (0,01-0,05 mm) ile verimli bir şekilde güçlü bir mikroyapı alırlar.

5. Fırlatma ve İşlem Sonrası

Parça katılaştığında, fırlatma pimleri dökümün kalıptan güvenli bir şekilde çıkarılmasına yardımcı olur. 5-20 ton kuvvet uygular.

Bu arada, su verme tankı döküm parçalarını 10-30 saniye boyunca hızla soğutmak için su kullanır. Bu ek işlem çarpılmayı önler ve malzeme niteliklerini yükseltir.

Ayrıca, trim makineleri metal kalıntılarını (kapılar, flaş) kesmek için 20-50 ton kuvvet kullanır. Daha yüksek kalitede parçalar yapmanıza yardımcı olur.

Terbiye Bölümü:

Üreticiler keskin kenarları gidermek için çapak alma tekniğini kullanır. Bu işlemler, Ra 1,6-3,2 µm pürüzlülük değerine ulaşan pürüzsüz yüzeyler sunar.

İşlemenin yaptığı hassas delikler ve özellikler sıkı toleranslar (±0,05 mm) yaratır. Sonuç olarak ürün özel spesifikasyonları karşılamaktadır.

7. Atık Yönetimi

Kalıp dökümcüler 5-10% alüminyum atığı yeniden eritti veya yeniden kullandı. Çünkü hurda geri dönüşümü ham metal maliyetlerini düşürür.

Yağlayıcılardan ve metal kalıntılarından kaynaklanan atıklar atık su arıtma sisteminde arıtılabilir. Bu çamur ve yağ arıtımı, bertaraf edilmeden önce 95% kirletici maddeyi giderir.

Buna ek olarak, üreticiler egzoz yıkayıcılar kullanmaktadır. Bunların görevi zararlı gazları filtreleyerek emisyonları kontrol altına almaktır. Bu araçlar hava kirliliğini azaltmada 99% başarı oranı elde edilmesine yardımcı olur.

Soğutma kuleleri gibi sürdürülebilir kaynaklar kullanılmış suyun 80%'sini yeniden dolaştırır. Bu teknikler çevresel etkiyi de en aza indirir.

Uygulamalar ve Sektörler

Otomotiv

Avrupa'da üretilen otomobillerde araç başına 200 kg'ın üzerinde alüminyum içeriğinin yaygın olarak kullanıldığı tespit edilmiştir. Bunun yanı sıra, otomotiv sektörleri HPDC süreci ile çeşitli hafif ve güçlü parçalar üretmektedir. Örneğin, motor blokları, silecek motoru gövdesi, AC/DC kontrolörleri, akü gövdeleri vb.

Havacılık ve Uzay

Alüminyum basınçlı döküm ile üretilen havacılık parçaları daha güçlü ve daha hafif olacaktır. Örneğin, uçak braketleri ve uydular 300 MPa'ya kadar gerilme mukavemetine sahiptir. Sonuç olarak, parça iyi performans gösterir ve daha az yakıt kullanır.

Tüketim Malları

Döküm işlemi, ince duvarlı parçaların yapımında yardımcı olur. Bu özellikle tüketim malları kategorileri için geçerlidir. Örneğin, 1 mm kadar ince duvarlara sahip dizüstü bilgisayarlar ve telefonlar için elektronik muhafazalar yapabilir. Üreticiler bu teknikle yılda 50 binden fazla çamaşır makinesi ünitesi üretmektedir.

Endüstriyel Ekipmanlar

Daha yüksek basınçlara (100 bar'a kadar) dayanabilen bileşenler için, pompa gövdeleri ve valfler gibi döküm parçaların seçilmesi değerlidir. Bu parçalar sızdırmaz maddelere ve Ra 1,6 ve 3,2 µm civarında dalgalanan finisaj pürüzlülüğüne sahiptir.

Alüminyum Basınçlı Dökümün Avantajları

• Bu proses, ±0,1 mm'lik sıkı toleransa sahip parçaları gerçekten dökebilir (kum dökümden 5 kat daha iyi).
• Mükemmel bir uyum sağlar.
• Parçalar pürüzsüz yüzeylere sahiptir (Ra 1,6 µm kadar ince)
• İşlem sonrasını azaltın.
• Alüminyum alaşımları 100% geri dönüştürülebilir.
• Bu işlem kum dökümden 40-50% daha az güç kullanır.
• Karbon ayak izini azaltır.
• Döküm parçalar çeliğin yarı ağırlığında güçlüdür.
• Seri üretim parça başına maliyeti düşürür.

Zorluklar ve Sınırlamalar

Parça Boyutu ve Karmaşıklığı:

Maksimum boyutta bir sınırlama vardır, bunun nedeni yaklaşık 600 x 600 mm (kabaca bir araba kapısının boyutları) üretebilmesidir.

0,8-1,5 mm'nin altındaki ince duvarlar eksik doluma neden olacaktır. Bu ihtiyaç 4 m/s'ye varan enjeksiyon hızlarını aşar. Ayrıca, 0,5 mm'nin altındaki karmaşık özellikleri yeniden üretmek zor olabilir.

Malzeme Sınırları:

Bu proses sadece A380 gibi özel alaşımlar için uygundur. Bunun nedeni iyi akışkanlığı ve döküm özellikleridir.

Yaygın Kusurlar

Hava sıkışması gaz gözenekliliğine neden olur ve bu gazlar genişlediğinde kabarma gibi kusurlara dönüşür. Bu genellikle daha kalın parçalarda (10 mm'nin altında) meydana gelir ve gaz giderme yoluyla kontrol edilebilir.

Benzer şekilde, soğuma hızı düzensiz olduğunda ve 500°C/s'nin altına düştüğünde büzülme gözenekliliği ve çatlaklar meydana gelir. Bunu önlemek için, 200-400 bar basınç katılaşma sırasında yoğunluğu ve bütünlüğü koruyabilir.

Test ve Kontrol:

Sadece proje performansınızı tahmin etmeniz ve birkaç adım önde olmanız gerekiyor tahri̇batsiz testler. Bir X-ray kontrol sistemi bir tüp kafası kullanır. Bu, odak noktasının döküm boyunca ışınlar yaydığı noktadır. Bir boşluğun varlığı X ışını penetrasyonunu değiştirir. Analizi basitleştirmek için benzersiz bir görüntü üretir.

Aynı şekilde, ultrason testinin benimsenmesi, parça başına 2-5 saniye içinde iç çatlakların bulunmasına yardımcı olur. Sensörleri enjeksiyon hızını (±0,1 m/s) ve basıncı (±10 bar) izler. Bu nedenle tutarlı kalite güvencesi sağlar.

Sonuç:

Alüminyum basınçlı döküm güvenilir bir süreçtir. Otomotiv, havacılık ve elektronik dahil olmak üzere çoğu sektör, büyük siparişler için uygun fiyatlı olması ve yüksek iletkenliği nedeniyle bunu kullanır.

Bu, daha az enerji kullanırken doğru şekiller ve pürüzsüz yüzeyler elde etmek için işe yarayan seçenektir. Öyle olmasa da, boyut sınırları ve ara sıra ortaya çıkan kusurlar gibi zorluklar vardır. Bunun için modern test ve kontrollerin kullanılması üretimi sabit tutar.