Dökümhanelerde mini besleyicilerin kullanımı

İster bir çelik dökümhanesinde çalışıyor olun, ister bir dökme demir dökümhanesinde, çekinti problemiyle ve dolayısıyla besleyicilerle tanışmamış bir mühendise denk gelmek herhalde pek mümkün değildir. Dökümhanelerde oldukça yaygın bir kullanıma sahip olmalarına rağmen, bildiğiniz gibi besleyiciler de kendi aralarında farklı sınıflara ayrılıp, farklı amaçlar doğrultusunda optimize edilebiliyorlar. Dolayısıyla her ne kadar besleyicilerle tanışmamış birini bulmak mümkün değildir desek de, farklı türlerde besleyicilere dair tecrübe eksiğimiz olması mümkün olabilir.

Bu yazıda ele alacağımız konu, nispeten yeni bir düşünce olarak değerlendirebileceğimiz mini besleyiciler. Biliyorsunuz, besleyici konusu dökümcüler için bir gereklilik olduğu kadar, aynı zamanda bir problem: Her ne kadar çekinti problemini giderme konusunda etkili bir çözüm yolu sunuyor olsalar da, hem kendi maliyetleri, hem de yarattıkları taşlama ve işleme maliyetleri açısından dökümcülerin besleyici kullanmaktan aslında pek de hoşlanmadıklarını söyleyebiliriz. Fakat böyle bazı dezavantjları olsa da, çekinti problemine karşı besleyiciler kadar garanti bir çözüm yolu sunan başka alternatifleri bulmak da pek kolay değil.

Besleyicilerin ardında oldukça basit bir düşünce yatıyor: Besleyici içinde kalan sıvı rezervuarının, beslemesini istediğimiz kesitten daha geç katılaşması gerekiyor. Bir kütlenin ne kadar hızlı katılaşacağını değerlendirmek için, kütlenin sahip olduğu hacim ile yüzey alanı arasındaki orana (V/A) bakıyoruz. Bu siteyi düzenli takip eden okuyucularımızın gayet iyi bildiği gibi, bu oranı dökümcülükte modül olarak isimlendiriyoruz. Bu oran, yani bir kesitin modülü ne kadar büyükse, diğer bir deyişle hacim başına düşen birim yüzey alanı ne kadar düşükse, kesit o ölçüde yavaş soğuyor. Bir kesitin ne kadar bir süre zarfında katılaşacağını basit bir şekilde değerlendirmek istediğimiz zaman, Nicolas Chvorinov tarafınıdan 1940 senesinde önerilen [1] ve dökümcüler için artık klasikleşen aşağıdaki denklemi dikkate alıyoruz.

t = B (V/A)2

Bu eşitlikte t kesitin katılaşma süresini, V kesitin hacmini, A ise yüzey alanını temsil ediyor. B ile gösterilen katsayı ise metal sıcaklığı, kalıp malzemesinin termofiziksel özellikleri ve kalıp duvarının kalınlığı gibi parametreleri içeren bir sabiti temsil ediyor. Bir besleyicinin katılaşan ve doğal olarak hacmi daralmaya başlayan bir parçayı besleyebilmesi için, daha geç katılaşması gerektiğini yukarıda söylemiştik hatırlarsanız. İşte bu değerlendirmeyi yapabilmek için, yani hangi geometrinin daha geç katılaşacağını anlayabilmek için, bu modül hesaplarından faydalanıyoruz.

Aslında besleyicilerin kullanışlı olabilmesi için dikkate almamız gereken tek parametrenin katılaşma zamanı olduğunu söylersek, eksik bilgi vermiş oluruz. Besleyicileri doğru bir şekilde kullandığımızdan emin olmak için, aşağıdaki parametrelerin tümünü dikkate almamız gerekiyor [2]:

• Besleyicinin mutlaka beslediği kesitten geç katılaşması gerekiyor.
• Sadece katılaşma süresi değil, besleyicinin sağladığı sıvı metal miktarı da önemli: Besleyicinin kesitteki hacim daralmasını karşılayabilecek kadar sıvı metal kapasitesine sahip olması gerekiyor.
• Maliyetlerin mümkün olduğunca düşük tutulması için hem kullanılan besleyici sayısının, hem de besleyicilerin döküm parçadan kesilme maliyetlerinin en düşük seviyede olması gerekiyor.
• Besleyicileri yerleştirirken, besleyebilecekleri mesafeleri de dikkate alarak konumlandırmak gerekiyor.

Mini besleyiciler

Yukarıda sıraladığımız koşullar çerçevesinde besleyici performansını değerlendirdiğimiz zaman, mini besleyicilerin güçlü tarafları kendiliğinden ortaya çıkıyor: Her şeyden önce küçük hacimleri ve ekzotermik özellikleri sayesinde nokta besleme yapabiliyorlar. Bu nedenle hem ince kesitlerde, hem de besleyici yerleştirmenin zor olduğu dar konumlarda kullanılabiliyorlar.

Mini besleyicilerin geçmişine baktığımızda, ilk olarak 1970’li yıllarda Almanya’daki Rexroth dökümhanesinde kullanıldıklarını görüyoruz [3]. Besleyici veriminin %70 gibi oldukça yüksek değerlere ulaşmasını mümkün kılan mini besleyiciler, bu kapasiteleri sayesinde besleyici hacminin ciddi bir şekilde küçülmesini mümkün kılıyorlar. Elde edilen verim artışı gerçekten etkileyici: Örneğin sfero dökme demir üretiminde ekzotermik gömlek kullanılması doğal besleyicilere kıyasla besleyici ağırlığının %60 oranında azaltılmasını sağlarken, mini besleyiciler kullanıldığında bu değer %94 civarına ulaşıyor. Benzer bir verim artışı taşlama alanı dikkate alındığında da görülüyor: Doğal besleyicilere kıyasla ekzotermik gömlek kullanılması taşlama alanını %54 oranında azaltırken, mini besleyicilerin kullanılması bu değerin %88 oranında azalmasına yol açıyor [3]. Dolayısıyla elde edilen verim artışı sadece kalıplama hattının performansında değil, taşlama işçiliği ve malzeme alanlarında da gerçekleşiyor.

Ekzotermik besleyicilerin performansını değerlendirirken dikkat etmemiz gereken bir nokta var: Isınma etkisi yaratan ekzotermik özellikleri nedeniyle, bu besleyicileri kendi modüllerinden daha büyük bir modüle sahipmiş gibi dikkate alıyoruz. Örneğin normal ekzotermik besleyicilerin modülünü, kum kalıp içindeki aynı hacime sahip normal bir besleyiciye kıyasla 1,4 – 1,5 oranında artmış gibi dikkate alıyoruz. Bu açıdan baktığımızda, mini besleyicilerin yine dikkate değer bir şekilde daha verimli olduklarını gözlemliyoruz: Mini besleyiciler kullanıldığında, modül artışını temsil eden bu katsayı 2,3’e kadar çıkabiliyor [4].

Sonuç olarak büyük resme baktığımız zaman, besleyici gibi çalışma prensipleri artık kanıksanmış bir bileşenin bile verimlilik açısından çok ciddi bir gelişme potansiyeline sahip olduğunu görebiliyoruz. O nedenle ne kadar verim alabileceğiniz konusunda net bir fikre sahip olduğunuzu düşündüğünüz alanlarda bile açık fikirli olmakta ve doğru bakış açısıyla yapılacak çalışmaların verimi daha da ileriye taşıyabileceğini akılda tutmakta fayda var.

Kaynaklar ve ek bilgiler

1. Theory of the solidification of castings. Giesserei, Vol. 27 (1940) 177.
2. Dökümde besleyiciler ve ekzotermik besleyici malzemeler. K.C. Candeğer. TMMOB Metalurji Mühendisleri Odası, Metalurji. Vol. 126 (2001) 5.
3. Döküm parça kalitesini arttıran yüksek performanslı besleyici gömleklerin gelişimi. S.A. Fischer, L.R. Horvath, R.E. Showman, U. Skerdi. ASK Chemicals: Orjinal döküman AFS Transactions (2012).
4. Ductile Iron. The essentials of gating and risering system design. Sorelmetal: Rio Tinto Iron & Titanium Inc. (2000) Canada.

İçerik hazırlığında kullanılan tüm kaynakların listesi için bu bağlantıyı takip edebilirsiniz.

Yazan: Dr. Arda Çetin. (Dökümhane Akademi ekibi hakkında ayrıntılı bilgi için bu bağlantıyı takip edebilirsiniz.)