Kokil kalıba dökümde ergitme işlemlerinde karşılaşılan en önemli metalurjik problem metal bileşimdeki değişmelerdir. İstenen özelliklere sahip bir alüminyum döküm elde etmek için ergitilen alaşımın önceden belirlenen bileşimde olması gerekir. Ancak genellikle ergitilen  şarjın bileşimi, son ürün bileşiminden farklı olup ergitme işlemi süresince değişimlere uğrar. Alüminyum döküme geçilirken ergimiş metalin yalnız istenen  bileşime uygun olması yeterli değildir, empurite elementleri açısından da şart koşulan limitleri sağlaması gerekir.

Ergitme işleminde alaşıma giren yabancı elementlerin başlıca kaynakları aşağıda belirtilmiştir:

a) Normal atmosfer: (O2,N2,H2O  ve CO2) örneğin elektrik fırınlarında bu şart mevcuttur ve çoğu alaşımlar için herhengi bir özel koruma tedbiri alınmaz.

b) Kullanılan gaz,akar ve katı yakıtların yanına ürünleri : (CO2,CO.H2O,SO2) ve havadan (O2,N2) ayrıca katı yakıt kullanıldığında kül içindeki fosfor, kükürt gibi elementler de sıvı metale zararlı katkı kaynağı olabilirler.

c) Refrakter astar : Metalin ergitildiği haznenin refrakterleri, sıvı metale karşı inert değilse, örneğin oksijen, hidrojen, silisyum, alüminyum ile metalik olmayan endüklizyon kaynağı teşkil edilebilir.

d) Şarj içinde veya üzerindeki maddeler ve ergitme işlemi süresince kullanılan değişik cihazlar : örneğin hurda, kum, pas veya korozyon ürünleri ile kaplı olabilir. Gaz giderme, karıştırma gibi işlemlerde kullanılan aletlerin gerek kendi bileşimleri gerkse taşıdıkları yağ pas  v.b.maddeler kontaminasyon’a neden olabilir.

Bileşim değişmeleri açısından ergitme işlemleri iki ana grupta toplanabilirler :

1) Doğruda ergitme  yöntemleri 2) Ergitme – Rafinasyon yöntemleri.

Birinci gruba ait yöntemlerde ergitme süresinde nisbeten küçük bileşim değişimleri olur ve gerekirse dökümden önce çok küçük oranda bileşim ayarları yapılabilir. Bu gruba tipik örneklerden düşük ergime dereceli metallerin veya hafif alaşımların örneğin hava  oranında ergitilmesi veya yüksek dereceli alaşımların vakumdan veya koruyucu atmosfer altında ergitilmesidir. İkinci grup yani ergitme ile rafinasyon işlemlerini birleştiren yöntemlerde ergimiş kitlenin istenen bileşimi kazanması için ayarlamalar gerekir. Örneğin, çelikteki karbon ve diğer elementlerin  miktarı ergitma süresinde oksidasyon ve oksit’eyici cüruf reaksiyonları ile azaltılır; ergimiş kitlenin oksijen muhtevası ise müteakiben deoksidanlar ile düzeltilir.

Hammadde, yakıt ve fırınların çok çeşitli oluşu, çok sayıda ergitme yönteminin geliştirilmesine yol açmıştır. Bir dökümhane için uygun bir ergitme yönteminin seçiminde teknik olduğu kadar ekonomik faktörlerinde  göz önünde  tutulması gerekir.

Alüminyum kokil dökümde kokil kalıp tasarımı yapılırken; yolluk, besleyici ve besleyicinin yeri, şekli ve hacmi çok önemlidir.

Yolluk şekli ve yerinin doğru tayin edilmemesi dökümün içerisine ergiyik malzeme içerisinde bulunan empüritelerin karışma ihtimalini yükseltir. Besleyicinin şekli ve yeri doğru tayin edilmez ise; buda besleyicinin malzemeyi beslemek yerine malzeme üzerinde çekinti ve çatlaklar oluşmasına neden olur.

Alüminyum kokil dökümde bu problemler alüminyum enjeksiyon döküm için de geçerlidir. Fakat enjeksiyon dökümde besleyici yerine hava ceplerinin olması gerekir.

Alüminyum döküm, kokil döküm ve döküm proseslerinde döküm işleminin kalitesini etkileyen başlıca faktör kokil kalıp tır.

Bunların başlıcaları; dönme hızı, döküm sıcaklığı, döküm hızı ve kalıp sıcaklığıdır. Bu faktörlerin etkileri daha çok gerçek savurma döküm için incelenmiştir. Dönme hızının ayrıca döküm yapısı gerek tane boyutunu küçültücü  gerekse mikro bileşenlerin  homojen dağılımını sağlayıcı bir etki de vardır.

Döküm sıcaklığı ise katılaşma şeklini etkilediğinden bu sıcaklığın seçiminde, dökümden istenen yapıda olması göz önünde tutulmalıdır. Düşük sıcaklık maksimum tane küçülmesi ve eşekseni kristallerin oluşumuna yol açar. Yüksek sıcaklık ise bir çok alaşımda kolonsal yapıyı teşvik eder. Genel uygulamada seçilen sıcaklık, yeterli metal akışını sağlayan, iri taneli oluşumuna ve sıcak yırtılmaya sebep olmayacak yükseklikteki sıcaklıktır.

Döküm hızını kontrol eden birinci faktör, döküm işleminin, sıvı metalin soğuyup hamur haline geçmeden bitirilmesi gereğidir; bununla beraber çok yüksek döküm hızları türbülans’a ve hatta sıvı metalin saçılmasına yol açabilir. Oysa yavaş hızla dökümün, yönlenmiş katılaşmayı ve beslemeyiteşvik etmek ve sıcak yırtılma eğilimini azaltmak gibi uygulamada büyük önem taşıyan avantajları vardır.

Kalıp malzemesinin kım yerine metal oluşu önemli oranda tane küçülmesine neden olur. Ancak kalıp sıcaklığının yapı üzerindeki etkisi ikinci derecededir. Birinci ve en önemli etki kalıbın sıcaklık etkisiyle genleşebilme  kabiliyetidir; genleşme miktarı  ne kadar fazla olursa, özellikle gerçek  savurma dökümde, sıcak yırtılma  riskide o kadar az olacaktır.

Gerçek savurma döküm uzun yıllardır boru  üretiminin başta gelen yöntemi olmuştur. Gerek dökülmüş halde kullanılan dökme demir veya çelikten borular, gerekse dökülüp işlenerek kullanılan silindir laynerleri, piston ringleri  uygulamaya örnek olarak verilebilir. Yarı savurma döküm için, bakır dişli çelik makara dökümleri; savurmalı döküm için ise  CO-Cr alaşımından dişçilikte gereksinilen dökümler, uygulama alanlarına örnektir.

Alüminyum döküm yöntemlerinde kokil kalıba dökümde ihtiyaç duyulan shell maça üretimi için öncelikle ihtiyaç duyulan shell maça yada maçalar shell maça presi ile basılarak min.1 gün rafta bekletilir. Normal şartlarda hemen kullanılabilir fakat ideal olan shell maçanın 1.gün rafta bekletilerek reaksiyonun sona ermesidir. (shell maça bünyesinde oluşan gazların dışarı atılmasını saglamaktır).

Kokil kalıp döküm öncesi hazırlanmalıdır; kalıba ilk yapılan uygulama kumlama prosesidir. Kalıp yüzeyinde önceki dökümden kalan boya ve loluşan oksit tabakanın temizlenmesi gereklidir. Kumlanan kalıplar daha sonra 300 Csıcaklığa ulaşana kadar ısıtılır. Akabinde kalıp boyama operasyonuna tabi tutulur, boyası atılan kalıp döküme hazır hale gelmiştir. İdeal şartlarda hazırlanmış olan ergimiş alüminyum (700-780 C0) operatör tarafından kalıp içine boşaltılır. Tecrübe edilen ideal süre sonrası kalıp açılır ve kalıp içinden parça çıkartılır.

Dökülmüş olan alüminyum parçalar bir sonraki proses safhası olan yolluk-besleyicisi kesilerek tesviye prosesine tabi tutulur. Tesviye sonrası parçaya kumlama prosesi uygulanır.

Parça sevke hazırlanır.

Firmamız bünyesinde bulunan talaşlı imalat ve su altı sızdırmazlık test kabiliyetleri  müşteri istekleri doğrultusunda uygulanmaktadır. Kumlama sonrası parçalar talaşlı imalat prosesine alınır ve her bir parçaya %100 su altı sızdırmazlık testi (0,1-10 bar)uygulanır.

Kokil Kalıbın Yararları

  • Kokil kalıplar, diğer kütle işleme yöntemlerine göre daha küçük hata toleranslarıyla, daha kompleks şekiller elde etmemizi sağlar.
  • Başka bir işlemeye gerek olmaksızın, yüksek oranlarda üretim yapılabilir.
  • Bir ürünü daha ince et kalınlığında ve diğer işleme yöntemleriyle elde edilenlerden daha sağlam olarak elde edebiliriz.
  • Kokil dökümle, yüzey kalitesi iyi ve her yönüyle sağlam ürünler elde edilir.
  • İlave bir aparat gerektirmeksizin, küçük toleranslarla, yüzlerce döküm yapılabilir.
  • Değişik sertliklerde, çeşitli yüzeyler elde edilebilir.
  • Elde edilen yüzeyler, diğer birçok işleme türüne göre daha pürüzsüz olur.
  • Parçalar üzerine, şerit ya da ip şeklinde döküm yapılabilir
  • Kokil döküm, özel civata ve saplama gibi ürünleri daha ekonomik elde etmemizi sağlar.
  • Kokil kalıpla döküm için atölyede küçük bir alan yeterlidir.
  • Kokil döküm tek parçadan ibaret olur. Kokil dökümde, kaynatılmış veya iliştirilmiş ayrı parçalar olmaz bundan dolayı da dayanımları, bir araya getirilenlerden daha iyi olur.

Kokil Kalıpların Sakıncaları

  • Kokil kalıp pahalı olduğundan bu yöntem ancak seri üretimde ekonomiktir.
  • Bu yöntemle her malzeme dökülemez.
  • Genelde küçük parçaların üretimi için uygundur.

Döküm Kalıbı Tasarımını Etkileyen Faktörler Nelerdir ?

  • Kalıp oyuğu (iş parçasının son şeklini gösterir)
  • (Core) Maça
  • (spru system) Kalıba dökülmüş bir metalin içine, atık metalin dışarı çıkmasını sağlamak amacıyla açılmış oyuk ya da açıklık.
  • (Runner system) Yolluk kombinasyonu -Kalıba dökülen metalin içinden aktığı kanal sistemi.
  • (Ingate System) Yolluk kalıplanan metalin içinden geçip ve kalıp oyuğuna döküldüğü ve sertleşme sonrası atık metalin atıldığı kalıpta açılan kanal.
  • Eklenecek ekstra metalin giriş ya da havanın çıkışını sağlamak için genişletilmiş açıklık ya da kanallar. Bu kanallar metalin katılaşması sırasında ortaya çıkacak eksikliği tamamlamak amacıyla açılırlar.
  • Belirli bir noktada katılaşma oranını artırmak veya büyük miktarlardaki ısıyı absorbe etmek amacıyla kalıba yerleştirilen objeler (chills)

Kalıp Malzemesi İçinde Isı Akışını Kontrol Eden Özellikler : 

  • Isıl iletkenlik katsayıları
  • Özgül ısı değerleri
  • Yoğunluk (özgül ağırlık) değerleri
  • Başlangıç sıcaklığı (döküş sıcaklığı, kalıp sıcaklığı, kalıp öntav sıcaklığı)

Döküm Alaşımları;

  • Katılaşma aralığı (liküdüs ve solidüs sıcaklıkları)
  • Ergime gizli ısısı
  • Katılaşma eğrisi
  • Hacimsel değişim (çekinti) eğrisi değerleri de program tarafından bizlere verilebildiği gibi isteğe bağlı olarak manuel olarak değiştirilmesi mümkündür.

Isı Transfer Katsayıları Malzemeler Arası Isı Akışını Kontrol Eder :

  • Kalıp kaplamaları
  • Hava boşlukları (air-gap)
  • Soğutma kanalları (su soğutma, hava soğutma vb.)
  • Yayınım, ışınım değerleri

Yüzey ayırıcı madde, kokil kalıp boşluğu iç yüzeyleri ile sıvı metal arasında ince bir katman meydana getirir. Amacı sıvı metalin kalıp yüzeylerinin olumsuz etkilenmesini önleyerek kalıp ömrünü uzatmaktır. Ayrıca kokil kalıplar dökümden sonra maça görevi gören çekme parçalar ile döküm parçanın kalıptan kolay çıkmasını da sağlar.

Yüzey ayırıcı maddeler kalıp yüzeyine ince bir katman hâlinde ve homojen yayılmalıdır. Kokil kalıbın yapıldığı ya da içine döküm yapılacak metalle etkileşmemelidir. Sıvı metalle karşılaştığında zehirli gaz ya da buhar oluşturmamalı ve sık sık sürülerek zaman kaybına neden olmamalıdır.

Kokil kalıplarda yüzey ayırıcı olarak birçok karışım kullanılmaktadır. Organik flor bileşikleri, silikonlar, molipten sülfit (MoS2) bunlardan bazılarıdır. Balmumu gibi doğal ve sentetik mumlar da kullanılmaktadır. Bir yüzey ayırıcı madde, bir alaşım için iyi sonuçlar verirken diğerinde zaralı olabilmektedir. Örneğin, balmumu çinko alaşımlarında tercik edilirken alüminyum alaşımlarında kullanılmaz. Madensel yağlar kalıbı etkilemedikleri ve oksitlenme yapmadıkları için alüminyumdan döküm yapılacak kokil kalıplarda yüzey ayırıcı olarak tercih edilir.

Kokil kalıplara döküm yapılacağı önceden düşünülerek gerekli özellikleri taşıması sağlanmalıdır. Kalıbın kısımlara ayrılması, sıvı metalin akışını kolaylaştırmak gibi noktalarda kum kalıplara döküm teknoloji kuralları uygulanmaktadır. Ancak kokil dökümcülüğünde konikliklerin daha fazla olması, en ince kesitin 3 mm’den az olmaması ve hızlı soğuma olması gibi temel kurallar unutulmamalıdır.

Kokil kalıplara sıvı metal genel olarak düşey olarak kalıbın havşasından dökülür. Kokillerde ve yolluk alttan verildiğinde parçanın büyük kısmı da altta olacak şekilde tasarlanarak kokil içine verilen sıvı metal akışı yavaşlatılarak kokil kullanım ömrü uzatılmaktadır.

Kokil kalıplar genellikle açılıp kapanan iki veya daha çok parçadan oluşur. Kalıp kapandıktan sonra erimiş metal kokil kalıbın havşalı gidicisinden dökülür ve katılaşmadan sonra kalıp açılarak parça çıkarılır. Kokil kalıpların açılıp kapanması elle yapılabileceği gibi sonsuz vida, pnomatik veya hidrolik bir tertibatla da yapılabilir. Kalıp malzemesi gaz geçirgen olmadığından kalıp içi hava kanallarının da açılması zorunludur. Kokil kalıp tasarımı büyük deneyim ister.

Kokil yolluk sistemi hazırlanırken sıvı metalin kokil kalıba kısa zamanda ama çalkalanma yaptırılmadan sakin ve düzgün bir sıvı metal akışı sağlayacak şekilde tasarlanması gerekir. Dar yolluklar döküm sırasında sıvı metalin katılaşmasına, çok geniş yolluklar ise sıvı metalin anafor yapması sonucu sıçrayarak katılaşan küçük metal damlacıklarının oluşturduğu döküm hatalarına yol açabilir. Alaşımın kokil kalıp içinde akışını yavaşlatmak ve kokile kaçan curufu da temizlemek amacıyla süzgeçli ya da sifonlu yolluklar kullanılabilir.

Metal kalıpların cidar kalınlığının belirlenmesinde ısı girdi ve çıktılarının dikkate alınması gerekir. Çünkü bu yöntemlerin başarısı ile kalıbın sürekli çalışması doğru orantılıdır. Kalıp cidar kalınlıkları genellikle 18-50 mm arasında seçilir. Gerektiğinde kokil kalıp soğutulabilir.

Kokil döküm, yüksek basınç altında erimiş metalin kalıp boşluğunda sıkıştırılarak şekle girmesiyle olan metal döküm işlemine kokil döküm denir. Kalıp boşluğu, şeklini içine işlenmiş ve enjeksiyon kalıba benzer olan iki sertleştirilmiş takım çeliğinden alır. Genellikle kokil döküm demir dışı metaller, özellikle çinko, bakır, alüminyum, magnezyum, kurşun, kalay ve kurşun ve kalay bazlı alaşımlarla yapılır.