dÖkÜm parÇalarinda dİstorsİyon

8/8/2019 DKM PARALARINDA DSTORSYON

1/12

DKM PARALARINDA DSTORSYON

ZET

Dkm paralarnda distorsiyon,metallerin orijinal eklini bozan erilme,arplma veya ime

gibi tm hatalarn genel addr.Katlama ve oda scakl arasnda,ekilme dnda oluan

deformasyonlardr.Katlamas tamamlanm olduu halde scak mukavemeti dk dkm

paralarda, kalp iinde souma srasnda serbest ekilmenin gereklememesi nedeniyle i

gerilmeler olumaktadr. gerilmeler daha dk scaklklarda souk atlaklara veya

arplmalara neden olabilirler.Distorsiyon ve scak yrtlma yakndan ilikilidir.Distorsiyona

neden olan kuvvetler,yeterince byk veya kritik bir noktaya uygulanm ise,scak yrtlma da

meydana gelebilir.Dkmn farkl ksmlarnn katlap ekilmeye balad srelerin

farkndan ve kalbn sert blgelerinden dolay gerilmeler oluabilir.Katlama zaman farklar

ve kalp snrlamalar,metalin normal ekilmesini snrlar ve kuvvetin byklne gre

kalnt gerilme,distorsiyon ve scak yrtlmalar oluur.Isl ilem,alamlama ve ileme

distorsiyona neden olan dier etkenlerdir.

Anahtar kelimeler: Katlama, Distorsiyon, Scak yrtlma.

1.Giri

Her retimde olduu gibi dkmde de hatal paralarn ortaya kmas kanlmazdr.Hata

oran,para boyut ve biimi, malzeme ile dkm uygulamalarna bal olarak %30a kadar

kabilir.retimin deiik aamalarndan kaynaklanabilen dkm hatalar,para,model,kalp

tasarmnda,dkm srasnda ve bitirme ilemlerinde hatalar,yanl malzeme seimi gibi

deiik nedenlerle ortaya kabilir [1].

Katlamas tamamlanm,ancak hala scak olmas nedeniyle yeterli dayanma sahip olmayan

dkm paralar kalp iinde sourlarken bzlme serbeste gerekleemez,yani i gerilmeler

ortaya kar ise,kritik kesitlerde scak yrtlmalar oluur.Yrtlma yzeyi przl ve

oksitlenmi bir grnmdedir.Bu i gerilmeler,daha dk scaklklarda souk atlaklara veya

arplmalara da neden olabilirler.arplmalarn bir dier nedeni de,deiik kalnlklardaki

kesitlerin souma hzlar arasndaki farklardr [1].

2.Distorsiyonun Nedenleri


2/12

Distorsiyonun nedenleri, katlama zaman fark, kalp-metal genleme fark, sl ilem, metal

bileimi ve ileme prosesidir.

2.1.Katlama zaman fark

Distorsiyon, tm dkm proseslerinde yaygn bir sorun ve boyutsal tolerans kontrolnde

nemli bir etmendir.Metal ktleleri katlap oda scaklna souduunda, proses kontrol ve

retim yntemlerine bal olarak ok byk gerilmeler ortaya kar.Bu gerilmeler, katlama

veya e olmayan kesit kalnlklarnn soumas srasndaki sl farklarn veya zayf kalp

blgelerinin ekilmesine gsterilen direncin sonucudur[2].

Gerilmeler,yapda ok farkl biimlerde bulunabilir,katlama veya souma srasnda,dkm

parada scak yrtlma veya atlamaya neden olabilecek bykle ulaabilirler.Kaln

kesitlerdeki kalnt ekme gerilmeleri,souma srasnda dkm paray atlatabilir veya daha

sonraki ileme aamalarnda bu gerilmeler artabilir.Bu durum,dkme demir gibi gevrek

malzemelerde dkm sonras ilemler srasnda meydana gelen aklanamayan atlamalarn

nedenidir[2].

ekil 1 Hatal tasarmn dkm parasnda arplma eilimini artrmas[3].

Distorsiyonun nedeni, ince kesidin kaln kesitten nce katlap ekilmesidir.ekil1de kenar

ksmlar,ar olan orta blgeden nce ekilmektedir.Ar orta blgenin ekilmesi,kenarlar

tarafndan engellenmekte ve bylece kenarlar yukar doru kalkmaktadr. Kenar kalnlnn

arttrlmas veya para tasarmnn deitirilmesi ile bu sorun zlebilir.Katlama zaman

farkna bal dier bir rnek de ekil2de grlmektedir[4].

ekil 2 Dkme silindir kafas.Orijinal tasarm(solda) ve distorsiyonu nlemek amacyla

yeniden tasarm[5].


3/12

ekil2de grlen silindir kafas,6,89MPa hidrostatik basn altnda almaktadr.Orijinal

tasarm ile,test ve servis koullarnda tayc ksmlarn tabannda atlaklar

olumutur.Orijinal tasarmda,besleyicilerin yerletirildii d tekerlek kesit ile tayc kesit

orantl deildir.Besleyiciler,nakliye ncesinde kartld iin gsterilmemitir.nce kesitte

ilk katlaan ve d tekerlek kesitten beslemeyi zayflatan metal,tayc kesitte kontrolsz

ekilmeye neden olmutur.Yeniden tasarm,uygun ynsel katlama iin d tekerleklere doru

metal kesidini artrmtr.Mukavemet kaybna neden olmadan,ileme maliyetlerini drmek

iin maa kullanlan delikler ieren ar tayc kesidin azaltlmas salanmtr.atlamaya

neden olan koullar ortadan kaldrlarak dkm kalitesi arttrlmtr.Dkm ve ileme

kayplar azaltlarak maliyet %9,4 drlmtr[5].

Distorsiyon, besleyicinin yeri ve saysna da baldr. Besleyici saysnn distorsiyon zerine

etkisi aadaki ekilde aklanabilir.Tek bir srekli besleyici kullanldnda,dkm paras

besleyiciden nce katlar.Besleyicinin ekilme kuvvetleri,paray besleyiciye doru bker

ve arptr.Uzun tek bir besleyici yerine,iki ksa besleyici kullanlmas,distorsiyonu

nlemektedir.Besleyicinin yeri, metal aknn dolaysyla katlamann ynn ve metalin

ekilmesini belirler.Besleyicinin yeri deitirilerek eliptik (distorsiyon) yerine daire ekilli

delik oluumu salanabilir.Malzeme,mevcut kalnt gerilmelere ilave olarak,servis

koullarndaki gerilmelerin etkisi altnda kaldnda akma veya ekme mukavemeti alarak

malzemede hasar oluabilir.Balantlar ve d duvarlarn kesime noktalarnda scak noktalar

veya d duvar kalnlnn eit olmamas nedeniyle scak yrtlmalar meydana

gelebilir.Balant kalnl arttrlarak veya d duvar kalnl azaltlarak e kalnlk

salanarak bu sorun giderilebilir [4].

Dier bir tr distorsiyon,niform kalnlkta dz yzeylerin i bkey distorsiyonudur.nce

keside uygulanan kuvvet,bu blgenin dar doru distorsiyonuna yol aar.Yeterli tolerans ve

tasarm deiiklii,zm olabilir.ekil 3deki tekerlek gbei ve tekerlek parmaklar,janta

gre daha hzl katlamaktadr[4].


4/12

ekil 3 (a)Tekerlek gbei ve tekerlek parmaklar,janta gre daha hzl katlamaktadr

(b)Distorsiyonu nlemek iin yeniden tasarm[4].

Bunun sonucunda,jant-parmakbalantlarnda scak yrtlmalar,balantlarda parmaklarn

uygulad ekilme kuvvetine dayanabilecek yeterli metal katlam ise kalnt gerilmeler

oluabilir ve jantn parmaklara uygulad kuvvet,tekerlek gbeinde yer deitirmeye neden

olabilir.Parmak kalnl arttrlarak ezamanl katlama salanabilir,jantn uygulad

kuvvete dayanabilmesi iin U eklinde parmak kesidi oluturulabilir veya tasarm deiiklii

ile yorulma mukavemeti arttrlabilir[4].

2.2.Kalp-metal genleme fark

Dkm srasnda kalp kumu taneciklerinin genlemesi ve oluan basma gerilmeleri sonucu

kalp yzeyinde ekil 4de grlen trde atlama ve dklmeler ortaya kabilir.Bu kusuru

gidermek iin,kum esasl kalp malzemelerinin genleme zelliklerinin uygun olmas ok

nemlidir[1].

nce duvar ile ar iki blge arasndaki balantlarda da scak yrtlmalar mevcut

olabilir.Kalbn d metalle,ii kalp kumu ile temastadr ve kalp ince ksmlarn

ekilmesinden etkilenmez.Ar blgelerin varl,kalbn s tutmas ve rijitlii sorun

olmaktadr.Merkezin il olarak kullanlmas, balant duvar kalnlnn arttrlmas ve ar

blgelerin kalnlnn azaltlmas veya tasarmn deitirilmesi zm olabilir.Kalp etkisi ile

dikey ksmlarn dar bklmesini nlemek iin destekleyici ubuklar,kalptaki ekilmeyi


5/12

niform hale getirmek ve distorsiyonu nlemek amacyla balant ubuklar kullanlabilir[4].

ekil 4 Kalp malzemesinin genlemesi sonucu oluan hatalar[1].

Ekonomik olmas asndan ayn zamanda hem besleyici hem de balant ubuu grevi

gren bir yap,iki kenar blge arasndaki boyutu korumak iin uygun olabilir[4].

Hassas dkm prosesinde kullanlan mum model dzgnlnn istatistiksel analizi zerine

yaplan almada,farkl kalp trlerinin modelin distorsiyonu zerine etkisi

incelenmitir.Poliretan kalplar,silikon kalplara gre daha dzgn modeller

vermektedir.Poliretan kalp ile dk basn ve yksek scaklkta,uygun sre seilerek

dzgn modeller retilebilmektedir.Ksa srelerde daha dzgn modeller retilmektedir ancak

srenin ok ksa olmas,kalptan karlrken ok yumuak olmas nedeniyle distorsiyona

neden olmaktadr.Elde edilen sonular, boyutsal kararll iyi dkm paralarn retilebilmesi

iin CAD izimlerinde gerekli toleransn verilebilmesine yardmc olur.Poliretan ve silikon

kalplar kullanlarak retilen mum model boyutlarndaki deimeler, ekil 5de

gsterilmitir.Silikon kalp kullanlarak retilen mum modellerde distorsiyon daha

fazladr.Silikon kalptan retilen modellerde ortalama deiim 0,63mm ve poliretan kalpta

0,23mmdir[6].

Dkm paralarnda hata,metal ak hz ile ilgilidir.Hatalar nlemede, kalp yzeyini

koruyucu bir metal tabakas ile kaplamak iin gerekli sre nemli bir parametredir.

Genleme,koruyucu metal tabakas olumadan gerekleirse hata meydana gelir.Bu adan

dkm dizayn,kalp tertibat,boaz sistemi ve kalp kumu zellikleri iyi ayarlanmaldr.

Dkm dizayn asndan geni dz yzeyler,hzl ak ve dolaysyla youn s nedeniyle ar


6/12

Poliretan kalp Silikon kalp

ekil 5 Mum modellerde distorsiyonun karlatrlmas[6].

genleme gsterirler.Kalbn ar snmas da kesikli aka neden olur.Uygun boaz yaps ile

veya tasarm deiiklii ile bu durum nlenebilir.Dkm tasarm asndan uygun olmayan

yarap,keskin kelere neden olabilir.Yzeyin serbeste genlemesi,bozulmu ve krk yap

oluturur.Ayrca iki taraftan s konsantrasyonu ile genleme scaklna hzl ulalr.Geni

yzeyli i bkey veya d bkey yzeylerde kalp ekli,genlemi yzeyin krlmasn tevik

eder.Yava ve kesikli aka eilim nedeniyle dz yzeylerden daha risklidir.Kalp tertibat da

dier bir parametredir.Kalbn model yzeyine ok yakn olmas,niform olmayan ak,sert ve

yumuak blgeler ve dolaysyla niform olmayan genleme hz meydana getirir.Bunun

sonucunda kum kayar ve kalp yzeyinin bir ksm,komu yzeyin iine doru genleir ve

kum yzeyinde oluan atlak,metalde kmeye neden olur.Bu nedenle,byk numunelerin

uygun olmayan kalba dklmesi engellenmelidir.Uygun ak hzn engelleyecek tertibat ise

metal tabakas olumadan nce genlemeye neden olur.Derin olmayan kalp kullanm sonucu

hzl genleen kum,mekanik zelikleri olumsuz ynde etkiler.Uygun metal akn

engelleyen,kesikli metal akna neden olan ve kalp yzeyinin niform olmayan snmasna

yol aan boaz sistemi de uygun deildir[3].


7/12

ekil 6 Scak deformasyonun dk olmas nedeniyle kabuklanma ve erilme[3].

Kalp-metal genleme fark asndan,kalp kumu zelliklerinin de uygun olmas

istenir.Karbon ieren katk miktar dk ve scak deformasyonu az olan kalp

kumu,genlemenin elverisiz olmasna neden olur.Kumun tane boyut dalm ve ekli de

nemli bir parametredir.Normal genleme kontroln salayan karbon ierii yksek

katklarn yetersiz olmas,yer yer kmelere veya kabarmalara neden olur.Yine bir kalp kumu

zellii olan scak deformasyonun dk olmas nedeniyle,yksek scaklkta kum gevrek hale

gelir ve genleme srasnda krlr(ekil 6)[3].

2.3.Isl ilemin etkisi

eliklere su verme ileminde,zellikle byk paralar hzla soutulduunda atlar hatta bazen

birka yerinden kopar.Bunun nedeni,byk parada stma ile hacim art meydana gelmesi

ve sonradan hzla soutma sonucu,blgesel scaklk farklar nedeniyle dnmn parann

her yerinde ayn olmamasdr.Hacim deimeleri,i gerilmelere neden olur ve snek olmayan

yerler atlar.Soutma hznn dk tutulmas ile blgesel scaklk farklar az olduundan i

gerilmeler,paray atlatacak kadar kuvvetli olmaz.Ayrca zellikle, su verilmi karbonlu

eliklere,kullanlmadan nce tavlama ilemi uygulanarak atlama tehlikesi giderilir[7].


8/12

ekil 7 Yumuatma tav sonunda dzensiz soumann,dkm parasnda arplmaya neden

olmas[3].

Isl ilem srasnda uygun destek salanmamas sonucunda dkm paralarnda arplma

meydana gelebilir(ekil 7)[3].Kalnlk arttrlarak daha iyi besleme yaplr,ekilme ve sl

ilem srasnda gerilme dalm dzenlenerek arplma azaltlabilir[4].

2.4.Metal bileiminin etkisi

Metalin i gerilme iermesi,bileim ile ilgilidir.Baz metaller,parann boyutuna ve souma

hzna normalin stnde duyarldrlar.Yanl bileim alamn mukavemetinde azalmaya ve

bylece normal gerilmelere kar bile dayanksz hale gelmeye neden olabilir.Yanl ergitme

teknii ise,yksek ekilme zelliine sahip bileim oluturulmasna yol aar.Metal bileiminin

ekilme zerinde dorudan etkileri vardr.ekil 8de % 0,14ten fazla fosfor ierii nedeniyle

diler arasnda ekilme grlmektedir.Dk karbonlu eliklerde toplam ekilme,yksek

karbonlu eliklerden daha fazladr.Demir d alamlarda ekilme,katlama aral

geniletilerek veya katlamaya yardmc katklar kullanlarak azaltlabilir.Metal bileiminin

dolayl etkisi,kalp duvarnn hareketi zerinedir.Kalp duvarnn hareketi,metal basnc ve

kalp direnci nedeniyle gerekleir.Metal basnc ve kalp direncinin bykl,metal bileimi

ile ilgilidir[3].

Katlamann son aamasnda (yani sv metalin % 80 kat ierdii durumlarda) ilk ve son

oluan dendritler arasndaki uyum durumu,scak yrtlmann metalurjik nedenidir.Scak

yrtlma,geri kalan % 20 kadar svnn metalurjik scaklk aralnn uzunluuna baldr.Eer

bu % 20 sv sabit scaklkta katlarsa,scak yrtlmaya eilim de byk miktarda azalr.Scak

yrtlmalar,katlama aral gsteren metallerde meydana gelir.Yani saf ve tektik alamlar

scak atlama pek gstermezler.Bunun nedeni, katlamann sabit scaklkta olmasdr. Dkme


9/12

ekil 8 Dk karbonlu eliklerde fosfor ieriinin fazla olmas nedeniyle diler arasnda

ekilme[3].

demirin kimyasal bileimini tektik noktasna yaklatrrsak, yrtlmalar nlemi oluruz.Dier

taraftan kr dkme ve temper dkme demirler, ikinci katlama ve ikinci grafitleme

aamasnda grafit kustuklarndan, genilediklerinden yrtlmazlar[8].

2.5.lemenin etkisi

leme ile ksmi bir gerilim giderme sz konusu ise,ileme srasnda veya sonrasnda

arplmalar meydana gelebilir.leme ncesinde gerilimlerin giderilmesi (gerektii hallerde

parann dzeltilmesi) zm olabilir[3].

ekil 9 Dkm parada ileme nedeniyle oluan distorsiyon[9].

Fan kanatlarnn bitirme ilemlerinden nce bir kaba ileme prosesi uygulanr.Fan kanatlarnn

retiminde,farkl hacimdeki blgelerde souma hzndaki deiimler,grafit kelmesi sonucu

katlama srasnda genleme ve kalbn genlemesi nedeniyle oluan distorsiyon,ileme

prosesi srasnda nemli miktarda metal kaybna neden olur.Kalp duvarnn

incelmesine,performans ve mrn azalmasna yol aar.Dkm geometrisi,kanatlarn

retiminde kullanlan kalp distorsiyonu daha doru olarak tahmin edilerek gelitirilebilir.Elde

edilen tasarm bilgileri ile kalp tasarm daha doru olarak yaplabilir.leme nemli lde

azaltlarak kalp mr arttrlabilir[9].

Dk ve yksek hacimli malzeme blgelerinin karmndan oluan dkmlerde nemli

distorsiyon nemli bir sorundur.Distorsiyonun miktar kalp tasarmna baldr ve

distorsiyonun deikenlii ileme prosesini gerektirir.Dkm paralar e kalnlkta deildir ve

ekilme hz,kesitteki malzeme hacmine bal olduundan distorsiyon meydana gelir.Kaln

kesitlerde i gerilmeler,scak yrtlma veya souk atlaklara neden olurken ekme ve basma


10/12

gerilmeleri birlikte kalp distorsiyonuna yol aar.Arl azaltmak ve mukavemeti salamak

amacyla dkm iine yerletirilen e kalnlkta paralar,soumann son aamalarnda

gerilmelere ve dolaysyla soumu dkm parada kalnt gerilmelere,distorsiyon,scak

yrtlma veya souk atlaklara neden olur[9].

Dier bir etken de dkm malzemesine uygulanan niform ekilme toleransnn

doruluudur.ekilme iin yer salamak amacyla model daha byk yaplabilir ancak

dkm parasnn ekilmesi kalp tarafndan snrlanabilir.nce katlaan ince kesitlerin

genlemesine yer salamak iin dkmn daha kaln kesitleri iebilir.Bu olay,snek demir

dkmlerde grafit kelmesi olarak adlandrlr.Ergimi malzeme eklendiinde,kalp

malzemesinin sl genlemesi ile kalp byyebilir.Bu olaya kalp genilemesi ad verilir[9].

leme prosesi srasnda,dkm parann temas yzeylerinde distorsiyonun fazla

olmas,malzeme kaybnn da fazla olmasna neden olur.Bunun sonucunda,kalbn prosese

uygun temas yzeyini bozan ve servis mrn ksaltan kalp duvarnn incelmesi

nedeniyle,dkm parasnda maliyeti yksek ve telafi edilemeyen zararlar meydana

gelir.ekil 9da distorsiyon ve ileme sonucu kalp krlmas gzlenmektedir.Tek bir dkm

parann n ilemesi, 35 saat srmektedir[9].

3.Sonular

Gerilme ve distorsiyonun nedeninin gerek kesit kalnlnn kendisi deil,souma srasnda

oluan scaklk fark,T olduunun bilinmesi nemlidir.Bu nedenle,niform kesitli ancak

farkl souyan youn ktle dalmlarna sahip dkm paralar da yksek gerilmelere ve

distorsiyona eilimli olabilir.Bu sorun,T drlerek gerilmenin ve distorsiyonun azaltlmas

ile zlebilir.niform souma salamak iin gelitirilmi eitli yntemler

mevcuttur.Bunlar;il kullanm,zorlamal seici soutma yaplmas veya kumun baz dkm

blgelerinden uzaklatrlarak dier yzeylerde kullanlmasdr[2].Katlama modelleri de

fiziksel dkm parametrelerinin hesaplanmasnda nemli lde baarl olmutur.Kalpmetal

yapsnda katlama fiziinin anlalmas ve matematiksel olarak ifade edilmesi,bu

modellerle salanmtr.Ancak tm bu veriler,hatalar ve mekanik zelliklerin

haritalanmasnda kullanlmaldr.Katlama modellerinde,bir sonraki adm bu haritalamann


11/12

gerekletirilmesidir[10].

Krlgan dkmlerde distorsiyonun dier bir nemli nedeni dkme para souyup ekilirken

kalbn uygulad snrlayc kuvvetlerdir.Bu sorunun tek zm,tasarmn deitirilmesi

veya balant ubuklar kullanlarak serbest kesitlerin bamsz hareketinin nlenmesidir[2].

Dk soutma hz ile blgesel scaklk farklar azaltlarak i gerilmelerin,paray atlatacak

kadar kuvvetli olmas nlenebilir.Su verilmi karbonlu eliklere,kullanlmadan nce tavlama

ilemi uygulanarak atlama tehlikesi giderilebilir[8].Kalnln arttrlmas ve dolaysyla daha

iyi besleme yaplmas,ekilme ve sl ilem srasnda gerilme dalmnn dzenlenmesi ile

arplma azaltlabilir[4].

Demir d alamlarda ekilme,katlama aral geniletilerek veya katlamaya yardmc

katklar kullanlarak azaltlabilir ve bylece dkm parann distorsiyonu minimum dzeye

KAYNAKLAR

[1]Aran, A., 1993.Metal Dkm Teknolojisi, .T.. Makine Fakltesi, Birsen Yaynevi.

[2]Metals Handbook, Dimensional Tolerances and Allowances,1988.9th Edition,Vol.15

Casting,616-617.

[3]Analysis of Casting Defects,1974.Chp.32 Warped Castings, American Foundrymens

Society,129-131.

[4]Casting Design Handbook,1962.American Society for Metals,57-64.

[5]Blair,M. and Stevens,T.L.,1995.Steel Castings Handbook, Part 3-4: Designing Castings

and Manufacturing of Castings, Steel Founders Society of America.

[6]Yarlagadda,P.K.D.V. and Hock T.S.,2003.Statistical analysis on accuracy of wax patterns

used in investment casting process, Journal of Materials Processing Technology.

[7]Ersmer, A., 1980.elik Dkm, .T.. Makine Fakltesi, Birsen Yaynevi.

[8]Ersmer, A., 1986.Demir Dkm, .T.. Makine Fakltesi, Birsen Yaynevi.

[9]Mavromihales,M., Mason,J. and Weston,W.,2003.A case of reverse engineering for the

manufacture of wide chord fan blades (WCFB) used in Rolls Royce aero engines, Journal of

Materials Processing Technology,134,279-286.

[10]Stefanescu,D.M. and Pang,H.,1998.Modeling of casting solidification stochastic or

deterministic?, Canadian Metallurgical Quarterly,37,229-239.


12/12

Burcu ERTU1(*), Akn ODABAI1, Niyazi ERUSLU1, Okan ADDEMR1

1 T Kimya-Metalurji Fakltesi, Metalurji ve Malzeme Mhendislii Blm

dÖkÜm parÇalarinda dİstorsİyon

Documents