Yazan: FAT GmbH, Almanya
Çeviri: İDEAL MODEL, Türkiye
Dökümhaneler rekabetçi olabilmek için başta kalite olmak üzere, verimlilik ve üretim esnekliği gibi avantajlara sahip olmalıdır. Gelişmiş üretim yöntemlerini ve teknolojiyi yakından takip ederek kendilerini geliştirmelidir. İşlem döngülerinin çok iyi planlanması (Şekil 1) gerekmektedir. Kaynakların en iyi şekilde kullanımı, kalıplama hattının akıcılığı, daha yüksek verimlilik ve üretim artışı sağlayacaktır. Reçineli kalıplama sistemlerinde uygun kum bağlayıcısının seçimi de çok önemli bir faktördür.
Şekil 1: Alfa-set metodu kullanılan dereceli kalıplama tesisi
Döküm parçaların talebi gelişen teknolojilerle birlikte kalite standartları yükselmekte ve karmaşık geometrilere dönüşmektedir. Buna bağlı olarak döküm tesislerindeki makine yatırımı ve modernizasyonu kaçınılmaz hale gelmektedir. Yüzey kalitesinin iyileştirilmesi ve yüzey temizleme işlemlerinin azaltılması konusu da firmalara rekabet anlamında büyük kazançlar sağlayacaktır.
Optimize edilmiş üretim yöntemleri, iyi planlanmış işlem döngüleri, mevcut kaynak ve kapasitelerin uyumlu hale getirilmesi ile birlikte kaliteli malzemeleri kullanmak, verimlilik ve döküm kalitesini önemli ölçüde iyileştirecektir. Bu işlemler kum hazırlama (Şekil 2) ve tüm kalıplama tesisini içermelidir.
Şekil 2: Alfa-set kumu reklamasyon tesisi
Alfa-Set mi? Furan mı?
Bu görevi çözmek için, dereceli veya derecesiz sistemler de dahil olmak üzere farklı kavramların yanı sıra farklı bağlayıcı maddeler konusu da tartışılmalıdır. En uygun bağlayıcı madde seçimi de önemlidir. Bağlayıcı sistemi; döküm prosesi ve hepsinden önemlisi sürekli olarak iyi kazanılmış malzeme özelliklerinin gerekliliği ile belirlenir. Çoğunlukla furan reçineler, demir ve alüminyum dökümhanelerinin kalıplama sistemlerinde bağlayıcı maddeler olarak kullanılır.
Çelik döküm ve yüksek alaşımlı özel çelikler için alfa-set kalıplama yöntemi olarak da bilinen alfa-set reçine (çözelti) yöntemi kendi önemini kanıtlamıştır. Alman reçineli sistem üreticisi FAT firması, alfa-set kalıplama tesisleri ve çelik dökümhaneleri konusunda yüksek tecrübe ve bilgi birikimine sahiptir.
Bu yazıda FAT firmasının Almanya’da kurmuş olduğu çelik dökümhanesi (Şekil 3) örnek olarak konu alınmıştır.
Şekil 3: Alfa-set reçineli ve dereceli döküm tesisi
Bu tip alfa-set reçine kullanan kalıplama tesisleri, çelik ve özel çelik dökümhanelerdeki diğer soğuk reçine kalıplama yöntemlerine (örneğin furan reçine yöntemi) göre aşağıdaki avantajlara sahiptir:
- Çok iyi döküm yüzeylerinin sağlanması,
- Termal çatlaklar, parıltı oluşumu, inceltme ve erozyon etkileri gibi kusurlara karşı düşük yatkınlıkta olması,
- Azot, kükürt ve fosfor içermeyen bir sistem olması,
- Kompleks geometrili kalıplarla döküm yapma imkânı vermesi,
- Kolay kalıp sıyırma imkânı,
- İyi kalıp mukavemet özelliklerine sahip olması,
- Döküm ve döküm sırasında düşük koku oluşumu,
- Atık kalıplama malzemesinin nispeten düşük kirletici kategoride olması.
Projede; bağlayıcı reçine kararının verilmesi öncesinde, aynı parçayı furan ve alfa-set reçinesiyle ayrı ayrı kalıplayıp dökmek, aralarındaki kalite ve ekonomik farklılıklarını incelemek kullanılacak reçinenin tespiti için son derece yararlı olacaktır. Zaman içerisinde yaygın olarak tercih edilen alfa-set reçineleri bağlayıcı olarak kullanılması ile kumun geri kazanılmasının zor olduğu düşüncesi de FAT tarafınca aksi ispatlanmıştır.
Çelik dökümhanesinde bu tür kalıplama tesisleriyle ilgili daha az deneyim olduğundan, yeniden kazanılmış kum kaybı ve toz konsantrasyonu gibi özellikler, denemeler sırasında belirlenen dayanım değerleri dışında FAT sözleşmelerinde sabitlenmiştir.
Dereceli kalıplama mı, Derecesiz kalıplama mı?
En uygun kalıplama hattının seçilmesinde ikinci önemli husus, kalıplama tesisinin dereceli ya da derecesiz sistem olması konusudur. Konu aldığımız FAT konsepti, dereceli kalıplama tesisine dayanıyor. Dereceli kalıplama tesislerinde, derecelerin boşaltılıp yeniden kullanım için geri gönderilmesi zorunluluğu dezavantaj gibi görünmesine rağmen, birçok avantajı da vardır. Örneğin, derecesiz kalıplar, genel olarak, daha fazla kum ve gerekli kum kalıbı mukavemetini elde etmek için daha yüksek miktarda bağlayıcı madde eklenmesini gerektirir. Dereceler kullanıldığında, daha zayıf bir bağlayıcı madde karışımı kullanmak mümkündür. Buna bağlı olarak ta dereceli sistemlerde daha az kum miktarı ve dolayısıyla daha az reçine kullanılmış olur.
Ayrıca derece pimleri kullanıldığı için derece kapatma işlemi çok daha efektif hale gelir. Derece kilitleme işlemleri de daha kolay ve güvenilirdir. 2000 mm x 1400 mm x 500/500 mm ölçülerinde bir kalıbın derecesiz olarak taşınması, kapatılması, bozulması vb. aktarım işlemleri, dereceli olarak yapılmasına göre çok daha zordur. Daha küçük kalıplarda derecesiz kalıplama sistemleri kullanılabilir.
Yukarıda belirtilen faydalar nedeniyle, özellikle büyük çelik parçalar döken konu aldığımız örnek tesis, alfa-set bağlayıcı reçine sistemine dayanan ve mekanik reklamasyon yanı sıra kromit kumu ayırma sistemi içeren (Şekil 4), FAT’ ın dereceli kalıplama sistemi tercih edilmiştir.
Şekil 4: Kromit kumu ayırma sistemi
Reçineli Sistemin Adaptasyonu
Tesis tasarımı sırasında bazı zorlukların üstesinden gelinmesi gerekiyordu. Örneğin, orta ölçekteki dökümler için mekanize bir kalıplama tesisi ve ağır parça dökümleri için manuel kalıplama sisteminin mevcut binaya uyarlanması gerekiyordu. Ek olarak, mevcut alandan ayrı, Isıl işlem fırın yeri, maça hane yeri, taşlama ve temizleme işlemlerinin yapılacağı bölümlerin de dikkate alınması gerekiyordu. Bütün bunların yanı sıra fabrika binası altyapısının da göz önünde bulundurulması gerekiyordu. Mevcut vinçlerin yerleri ve yolları da dikkate alınması gerekiyordu. Çünkü vinçler arasındaki çarpışmalar istenmeyen bekleme sürelerine neden olacak ve artan devir süreleri nedeniyle sözleşmede kararlaştırılan kalıp tesisinin performansını tehlikeye atacaktı.
Kalıplama tesisini tasarlarken bir diğer önemli husus, geçen sürelerin gerçekçi bir şekilde ele alınmasıdır. Bu süreler, hangi özel döküm işleminin kullanıldığına güçlü bir şekilde bağlı olduğundan, herhangi bir tasarım kararını vermeden önce müşteri ile yakın bir işbirliği yapılması şarttır. Detay tasarımı başlatılıncaya kadar, kavramı optimize etmek ve mevcut koşullara mükemmel bir şekilde adapte etmek için müşterilerle birçok görüşme yapılması gerekir.
Tesis kurulduğunda, iki adet mikser içeren bir kalıplama bölümüne sahipti. Bu mikserlerin biri orta ölçeklerdeki dökümler için, diğeri ağır parça dökümleri için kullanılıyordu. Orta ölçekteki dökümler için çevrim süresi her bir yarım kalıp için ortalama 5 dakika olup, büyük dökümlerde süre oldukça uzamaktaydı. Diğer bir önemli husus, bağlayıcı madde karışımını belirli bir döküm prosedürüne göre ayarlamaktır. Alfa-set metodu, uygulama sırasındaki kimyasal reaksiyona göre diğer soğuk reçine metotlarına göre farklılık gösterir. Alfa-set reçine (çözelti), ester eklenerek sertleştirilir. Bu esterler, birçok bağlayıcı üreticisi tarafından kimyasal reaksiyon için gerekli olan suyu içeren çözelti halinde sunulur. Ancak, kalıp üretimi sırasında yeterli esnekliğe izin vermez. Bu nedenle FAT, suyun yalnızca soğuk akışlı karıştırıcılarda karıştırılması sırasında ilave edildiği bir Alfa-Set bağlayıcı madde kullanılmasını önerilmiştir. Soğuk akışlı karıştırıcılar uygun bir su dozajlama ünitesi (dozaj vanası içeren ek bir pompa) ile donatılmıştır. Nemlendirilmiş yeni kumun yüzey kumu olarak kullanılması istenmese de, bu ekipman müşteri istediği takdirde nemlendirmenin geri kazanılmış kum ile yapılmasına olanak tanır. Sonuç olarak, müşteri, belirli bir kalıp üretiminde ihtiyaca göre su ilavesini ayarlayabilir.
Kum kalıpları, doldurma işlemi sırasında mümkünse titreşimlerle kum eşit şekilde dağıtılır ve ardından kalıptan ayrılana kadar konveyör istasyonlarında kürlemeye bırakılır. Dolum istasyonlarının tam olarak nereye konumlandırılacağı ve kaç tane kürleme istasyonunun kullanılabileceği, daha önce teorik olarak belirlenmiş olan üretim performansını elde etmek için temel faktörlerdir.
Kalıp, özel olarak tasarlanmış kalıp ayırma masası kullanılarak modelden ayrılır. Hidrolik çeneler model plakasını yerinde tutar. Bu sayede kaldırma paralel olarak yapılır ve kum kırılmaları yaşanmaz.
Hidrolik veya zincirli tip manipülatör, dereceyi ters çevirir ve prosesin devamı için makaralı konveyöre koyar. Kalıbın kurutulması alfa-set reçinelerde gerekli değildir, çünkü alfa-set reçinelerin sertleşmesi polikondenzasyon reaksiyonu değil, poliadisyon reaksiyonudur. Sonuç olarak, su serbest bırakılmaz ancak kimyasal olarak bağlanır.
Yüzey iyileştirme işlemi için, manipülatörün konumlandırdığı bir tankın üzerinde boya yıkama şeklinde gerçekleştirilir. Yüzeyi iyileştiren kalıp, çelik bir levha taşıyıcısının üstüne yerleştirilir ve yüzey kurutulur. Bu işlemle, derece, tüm kirli gazı güvenli bir şekilde çıkarmak için bir tünelden hareket ettirilir. Daha sonra, baş üstü vinç kullanılarak maçalar yerleştirilir. Kalıplar dökümhanede ayrı bir döküm bölümünde dökülür. Soğutulduktan sonra, dereceler titreşimli bir sarsak üzerine boşaltılır (şekil 5) ve kum, kromit kumu ayrıştırmayı içeren kum reklamasyon ünitesine beslenir.
Şekil 5: Götürücülü sarsak
Siparişin verilmesinden, tarif edilen boyutta bu tür bir mekanize kalıplama tesisinin devreye alınmasına kadar geçen süre yaklaşık 8-14 aylık bir süredir. Tesis, çelik dökümhane çalışanları ve bağlayıcı tedarikçisi ile yakın işbirliği içinde optimize edildi. Tanımlanan tesis şimdi tablo 1’de listelenen performans verileriyle çalışmaktadır. Kalıplama tesisisin mekanize edilmesi sayesinde, çelik dökümhanesi artık büyük miktarlardaki çok zor geometrili döküm parçalarını hızlı bir şekilde ve daha az finiş işlemi uygulayarak üretebilmektedir.
Tablo 1: Örnek Alfa-set kalıplama tesisi performans verileri
Daha fazla bilgi için:
www.f-a-t.de
Şekil 1: Alfa-set metodu kullanılarak dereceli kalıplama tesisi
Şekil 2: Alfa-set kalıplama malzemesinin ıslahı
Şekil 3: Alfa-set metodu kullanılarak ağır döküm için dereceli döküm tesisi
Şekil 4: Kromit kumu ayırma sistemi
Şekil 5: Tahliye istasyonu dahil titreşimli ızgara
Tablo 1: Alfa-set kalıplama tesisi performans verileri