Kalıp genel manada özdeş parçaları istenilen ölçü tamlığı sınırları içerisinde ve en kısa zamanda üreten, malzeme sarfiyatı ve insan gücünün asgari düzeyde tutulmasına yardımcı olan ve takım tezgâhları ile çalışabilen aygıt olarak isimlendirilebilir. Enjeksiyon kalıbı ise, erimiş sıcak plastik malzemenin basınçla enjekte edildiği ve burada soğuduğu bir kalıp sistemidir. Enjeksiyon kalıbının görevleri arasında ergimiş plastiğe şekil vermek, kalıplanan sıcak malzemenin rijit ve katı hale gelene kadar soğumasını sağlamak, iyi bir katılaşma meydana geldikten sonra, iki (veya daha fazla) bölüme ayrılarak, parçayı kalıp dışına itmektir. Parça kalitesi tamamen kalıp tasarımına, üretimine ve kalıpçının işçilik kalitesine bağlıdır. Kalıbın büyüklüğü ve enjeksiyon makinesi kapasitesi arttıkça ortaya çıkan maliyetler de artmaktadır. Örnek vermek gerekirse çöp kovası ve kapağı üretiminde kullanılan kalıbın maliyeti 25.000 $’a kadar çıkabilmektedir. Bu maliyetler dışında orijinal tasarım fikri, pazar araştırması, parçanın prototipleri, geliştirme, pazarlama gibi konular ikincil maliyetlerdir[1].


Günümüzde enjeksiyon kalıplarının yapımı için çeşitli teknikler ve bunların kombinasyonları uygulanmaktadır ve kalıp yapım endüstrisi, hızlı bir şekilde otomatik üretim sistemleri için yeni teknikler geliştirilerek güçlenme eğilimi göstermektedir. Bu gelişmeler; kalıp göz boyutlarının kompleks olması, makine ile işlenen parçanın mekanik özelliklerinden kaynaklanan problemler ve makine ile işleme şartlarının etkinliğinde meydana gelen sınırlamalar esas alınarak sürmektedir. Kalıp endüstrisindeki gelişmeler imalat parçalarının oluşmasında yüksek becerili personel çalıştırma zorunluluğunu ortadan kaldırmaktadır. Şekil 1.de çeşitli malzemelerden yapılmış gözler için maliyetler gösterilmektedir [2].





Şekil 1. Çeşitli malzemelerden yapılmış gözlerin maliyeti [3].


 

2.1.Döküm

Pek çok halde makine ile işleme prosesi, kullanılan malzemenin yüzey durumu ya da mekanik özelliklerine bağlı olarak bazı sınırlamalara sahiptir. Bu, aynı zamanda pahalı ve zaman gerektiren bir durumdur. Daha çok günümüzdeki döküm teknikleri, özel çelik ve demir-dışı alaşımların kullanılması, her boyuttaki kalıp ve gözlere döküm yapılmasını mümkün kılmaktadır[2].


2.1.1. Döküm Teknikleri

Döküm tekniği; kum kalıba döküm, seramik kalıba döküm ve basınçlı döküm olmak üzere üç farklı proses altında incelenebilir. Bu yöntemlerin uygulanışı; kalıbın boyutlarına, istenilen boyutsal toleranslara, gerekli üretim kapasitesi ve istenilen yüzey kalitesine bağlıdır[2].


2.1.1.1.Kum Kalıba Döküm

Bu teknik, öncelikle; yarı kalıp başına 3 tona kadar olan büyük kalıpların imalatı için, özel yüzey kalitesi ve boyut hassasiyeti nedeniyle, başlangıçtan itibaren ilave mekanizasyon uygulanmış kalıplar için kullanılır.[4,5]


Bu yöntemi inceleyecek olursak; öncelikle mekanizasyon için uygun bir aralık bırakılmış negatif bir model yapılır. Bu aralık, kalıp şekil ve boyutlarına bağlı olarak 1 – 5 derece arasında değişebilir. Kalıba modelin şekli verildikten sonra model çıkarılır ve sıvı metalin gireceği boşluk oluşturulmuş olur. Kalıp tek sefer kullanılmaktadır. Döküm sonunda döküm parça kum kalıp bozularak çıkarılır. Kum kalıbın yapımında ana malzeme olarak; cam suyu yağ ya da soğuk reçine esaslı bağlayıcılar içeren kuvars, zirkonyum-silikat ya da krom cevheri kullanılmaktadır. Dökülecek sıvı metalin kum karışımı ile reaksiyonuna girmemesi önemlidir, aksi halde gözenek ve metal-dışı kalıntılar gibi kalıbın kalitesini düşüren hatalar meydana gelebilir. Kum kalıbın ve döküm yönteminin yanı sıra modelin kalitesi ve model malzemesi; dökümün yüzey kalitesini, boyut hassasiyetini ve genel boyutlarını etkiler. Bu üç etken, enjeksiyon kalıpta yeniden imalatta gerekli olduğu için epoksi reçinelerin kullanımı kısmı olarak tavsiye edilebilir. Tablo.1 çeşitli model malzemeleri arasındaki bir karşılaştırmayı vermektedir.[6,7]


 



Tablo 1. Model Malzemelerinin Değerlendirilmesi [7].


Model yapılırken, modelin çekme payı göz önüne alınması gerekmektedir. Soğutma ve katılaşma nedeniyle döküm metalinde oluşan boyutsal değişimi ve kalıptaki plastiklerin büzülmesini, kendini çekmeyi belirlemek ve çekme payı vermek zorunludur. Kum kalıba dökümde bazı metallerin boşluk değerleri Tablo.2’de verilmiştir.




Tablo 2. Döküm malzemelerin büzülme yani kendini çekme değerleri [6].


2.1.1.2. Seramik Kalıba Döküm

Seramik kalıba döküm, tekrar üretimin gerekli olduğu kalıplar ve gözler için kullanılır. Bu ağaç, deri, dokuma gibi doğal ürünlerin yüzey yapılarından üretilir. Master kalıptan genellikle bir doğal yapılı model ve ayrıca soğuk silikon kauçuktan yapılmış bir negatif model alınır. Bu model, dökülecek seramik için kalıp yapımında kullanılır. Bu kalıplama tahtasında sıvı seramik döküldüğü için kalıp kutusu içinde sıkıştırılır. Farklı çözümler numunenin boyutuna ve tam üretim için gereken şartlara bağlı olarak uygulanır. Çözüme bağlı olarak, özellikle bağlayıcı için çok küçük farklılığa sahip fakat standart işleme uygun farklı işlemler uygulanır. En iyi bilinenleri Show ve Unicast işlemleridir. Sıvı seramik kalıplama bileşiği, sıvı bağlayıcı ile karıştırılmış çok ince taneli zirkonyum kumunu içerir. Son işlemden hemen sonra, model sertleştirici bir banyonun içine daldırılır ya da bulama yapılır. Bağlayıcı ve sertleştiriciyle kimyasal olarak sabitlenme sağlandıktan sonra, yakılarak uzaklaştırma işlemi yapılır ve model bir fırında birkaç saat pişirilir. Sonra, döküm için hazır duruma getirilir. Diğer adımlar kum kalıba dökümle aynıdır[2,4,8].

2.1.1.3. Kalıp Döküm

Kalıp döküm, döküm işlemleri arasında özel bir yere sahiptir. Kum ve seramik kalıba dökümde sıvı metal, dış basıncın etkisi olmaksızın açık bir kalıpta katılaşmaktadır. Kalıp dökümde, malzeme; katılaşıncaya kadar dış basınç altındadır. Bundan ötürü, bir donanıma ihtiyaç duyulmamaktadır. Gerekli olan çelik kalıp ve hidrolik donanım kullanımı nedeniyle artan parça üretim maliyetleri; dönüşüm modeline ihtiyaç duyulmaması ve imalat zamanının daha kısa olması sayesinde dengelenmektedir. Açık kalıba dökümde pratikte bütün boyutlarda döküm yapılabilirken, bu proses donanımının sahip olduğu güçle sınırlandırılmıştır[2,5]. Bu nedenle bu teknik, dar toleransların ve en iyi imalatta en yüksek yüzey kalitesinin gerekli olduğu kalıplar için uygulanmaktadır.


Kalıp döküm sıcak iş çeliklerinden yapılmış çelik kalıplarla uygulanır. Havada sertleştirilmiş çelikler bu teknik için uygun görülmektedir [9]. Model yapıldığında en az 0,5 derece tercihen 1 derece veya daha fazla çekme payı dikkate alınmalıdır. Kalıp ile üretilen plastiğin kendini çekmesi, bir kalıp tabanında maçaların yerleştirilmesi; makina ile işlemeye uygun toleranslar içinde hesaplanmalıdır. İzin verilen tolerans minimum 5 mm olabilir. Çelik kalıplar kullanıldığında, kalıba dökülen metalin kendini çekmesi Tablo 3’de verilmektedir[10].


 

Tablo 3. Kalıplardaki modeller için çekme değerleri[10].


Kalıp döküm, kum kalıba dökümün tersine; döküm esnasında soğutma sisteminin uygulanmasına izin vermez. Çıkıcı, yolluk burcu ve kızaklar gibi diğer fonksiyonel elemanların kalıp içinde makine ile işlenmeleri gerekmektedir.


2.2. Metal Püskürtme

Yüksek ve düşük sıcaklıklarda metal püskürtme prototip kalıplar ve bunların küçük serileri için kullanılabilir. Yüksek sıcaklıklarda püskürtmede, katı metal bir oksi-asetilen alevi ile ısıtılarak eritilir. Bu teknik alev püskürtme olarak adlandırılır. Düşük sıcaklıkta püskürtme (229 volt, 800 watt, 400-500 kPa sıkıştırılmış hava) elektrik ısı elemanları ile metal eritilip, model üzerine püskürtülerek yapılır. Metal tabaka kalınlığı 1mm’den 3mm’ye kadardır. Soğutma sağlandıktan sonra, "maske kalıp" en az 2 toleransa sahip metalden çıkarılır ve bir dereceye yerleştirilir. Aynı zamanda tüplü soğutma sistemi de bu derece için konur. Her ikisi de derece üzerine dökülen bir alt malzeme ile sabitlenir. Alt malzeme olarak ya erime oranı düşük alaşımın kendisi ya da alüminyum tozu katkılı epoksi reçine kullanılır. Metal yüksek ısı iletkenliğinden dolayı seçilmiştir. Bazı durumlarda gözenekli kalıplarda alt malzeme olarak beton seçilir. Bu işin püskürtme kabininde yapılması önerilmektedir. Bu kirliliği önlemektedir ve metal tozlarının toplanmasına ve yeniden kullanılmasına imkan sağlamaktadır. Kalıplar iyi yüzey kalitesi ve yüksek boyut hassasiyeti göstermektedir. Bu işlemin diğer avantajları; kısa imalat zamanı, düşük maliyet (çeliklerde %10 civarında), tekrar kazanılan alaşımın çok yönlü olarak kullanımı ve her türlü model malzemesinin kullanım için seçilebilmesidir[2,11].


2.3. Elektrolitik Çökeltme

Elektrolitik çökeltme tekniği kullanılarak kalıp yapımı tekniğinde; model malzemesinin yapımına göre, modele bir ön işlem uygulanmak zorunludur. Uygulanan ön işlem sonrası, elektrolit olan bir metal tuzunun seyreltik çözeltisine daldırılır ve katod olarak bağlanır. Katoddan belirli bir mesafede anodlar güç kaynağının pozitif ucu olarak bağlanır. Anodlar, katoddaki modelin üzerine çökelen metalin aynısından yapılır. Eğer, çökeltilmiş metalin tuzundan yapılan elektrolitte bir akım akışı meydana gelirse, anod metali çözünür, metal iyonları şeklinde elektrolitte katoda taşınır ve modelin üzerine metal olarak çökelir[12]. Şekil.2 şematik olarak bir elektrolitik çözelti banyosunu göstermektedir.


 

Şekil 2. Elektroliz prosesindeki şematik diyagram[12].


Model genellikle; makine ile işleme, döküm yada tabakalama ile yapılır. Model malzemesinin seçimi, modelin ne kadar sıklıkta kullanılacağı ve nasıl çıkartılacağına göre belirlenir. Metalik ve metalik olmayan malzemelerin her ikisinin de kullanımına uygundur. Metalik modeller yağdan arındırılmak ve banyoya daldırılmadan önce uygun bir ayraç ile kaplanmak zorundadır. Metalik olmayan modeller elektrik iletkenliğine sahip olmalıdır. Bu işlem, kimyasal olarak indirgenmiş gümüş kaplama ile yapılır. Model yüzeyi önce hassas bir çözeltide hidroflorik ile temizlenir, sonra yüzey gümüş nitrat ve redüklenmiş bir çözelti ile işleme sokulur. Çözeltiler birbirleriyle reaksiyona girer. Bu aynı zamanda, metalik olmayan yüzeyler için bir ayraç olarak çalışan sıkıştırılmış bir gümüş filmi için gümüş nitratı azaltır.


Modellerin büyük dikkatle yapılması zorunludur ve özel uzmanlık gerektirmektedir. Modelin banyo içinde bulunduğu daha yüksek sıcaklıklar için (60derece civarı) dikkat gösterilmelidir. Genleşme sonucu boyut değişiklikleri ve çarpılmalar oluşabilir. Oluşan kabuğun yüzey kalitesi ve boyut hassasiyeti üretilen modelinki kadar iyi olabilir. Çökeltinin kötü dağılımı, modelin hatalı tasarımından (sivri köşe kenarları ya da anodun tercih edilmeyen durumlarından) kaynaklanır. Bazı hallerde orta derecede makine ile işleme zorunludur. Oluşan eksik ölçümler model tasarımında değiştirilir veya anodların düzenlenmesi ve çok yönlü katodların etkisiyle geliştirilir[12].

Önce 5mm kalınlığındaki genellikle nikel ya da kobalt-nikel alaşımlı sert tabaka elektrolitik olarak modelin üzerine çökeltir. Sonra tabaka, kutup veya lokmanın gerekli boyutlarını sağlamak için yeterli sayıda altlıkla beslenir. Bu adım ile bir soğutma sistemi konulması seçeneği de vardır. Altlık için en önemli malzemeler ve işlemler şunlardır.


•Bakırın elektrolitik olarak çökeltilmesi

•Epoksi reçinenin dökümü

•Düşük erime noktasına sahip alaşımların dökümü

•Metal püskürtme

•Bir çelik altlığın kullanılması


Altlığın türü kullanımda kalıbın maruz kaldığı yüklere ve kalıbın boyutuna bağlıdır. Alt kapak, en sonunda boyutlandırma için makine ile işlenir, modelden çıkarılır ve bir göz tutucu plakayla maçalanır. Elektro çökeltmenin avantajlarını; dokulu yüzeylerin tam olarak üretimi, çok derin ve geniş gözler, boyutsal hassasiyet ve master modelden farklı tipteki gözlerin üretim imkanı olarak sıralayabiliriz. Buna karşın zaman sarfiyatı bu yöntem için elbette önemli bir dezavantajdır[2,12].


2.4. Form Zımbalama

Soğuk zımbalama, dövme yoluyla talaşsız imalat kalıplar ya da gravürler üretmeye yarayan bir tekniktir. Kalıbın dış boyutlarına sahip sertleştirilmiş ve parlatılmış zımba, 0,1 ve 10 mm/dak arasındaki hızlarda ve sürekli artan basınçla yumuşak tavlanmış bir çelik kütüğe indirilir. Zımba ham kütükte bir negatif model olarak üretilir. Şekil 3. prosesi şematik olarak göstermektedir. Bu teknik, izin verilen maksimum 3000MPa zımba basıncıyla ve tavlamadan sonraki kütük malzemesinin akma mukavemeti ile sınırlıdır. Form zımbalama için en iyi şartlar 600MPa düşük mukavemetli tavlanmış çeliklerde elde edilir.


 

Şekil 3. Form zımbalamanın şematik gösterimi [2].


Tavlanmadan sonraki akma mukavemeti, öncelikle alaşımın içinde çözünmüş ferrit ve karbürlerin dağılım miktarına bağlıdır. Form zımbalama için kullanılan malzemeler tavlamadan sonraki sertliklerine ve kimyasal kompozisyonlarına göre seçilir. Şekil 4 özel zımbalama basıncına ve kütük sertliğine bağlı olarak elde edilebilecek zımbalama derinliğini göstermektedir. Boyutsuz zımbalama derinliği (t/d), derinlik (t) ve silindirik zımba çapı (d) arasındaki orandır. Eğer zımba farklı bir kesite sahipse örneğin dikdörtgen d = 1,13 / A, (A) kesit alanı alınır. Zımbalama derinliği belirtilen adımlarla Şekil 4’de gösterilen boyutlar için de arttırılabilir. Kütük malzemede pekleşme artan derinlikle oluşur. Bu pekleşme orta derecede tavlama ile giderilebilir.




Şekil 4. Zımbalama basıncına ve sertliğine bağlı zımba derinliği[14].


Bundan sonra, zımbada maksimum yüke ulaşılıncaya kadar, zımbalama işlemi devam eder. Sadece temiz yüzeyler optimum zımbalama sonuçlarını verdiği için, tavlama sonrasında pullanma kaçınılmasına dikkat edilmelidir. Ayrıca, zımba derinliğinde artış kütüğün ön ısıtılmasıyla da sağlanabilir. Malzemeye ve ön ısıtmaya bağlı olarak %20-50 arasında daha fazla bir zımbalama derinliği elde edilebilir. Sonuçta kanallar malzeme akışını ve artan zımbalama derinliğini kolaylaştırır. Zımbalama sırasında kütüğün yan yüzeyleri kopar. Bu geri çekme makinayla işlemeye engel olabilir ve bu yüzden zımbalama derinliği belirlendiği gibi alınmalıdır. Şekil 5 zımba hareketi, kullanılabilir derinlik ve geri çekme arasındaki bağlantıyı göstermektedir.





Şekil 5. Zımba hareketi kullanılabilir derinlik ve geri alma arasındaki ilişki[13].


Zımba ve kütüğün yüzey kalitesi, ıstampalama için özel bir öneme sahiptir. Parlatılmış yüzeyler sadece malzemenin akısına direnç göstermez, ayrıca yapışmayı ve kaynamayı önler. Aynı nedenden ötürü yağlamaya da çok önem verilmelidir. Yağ genellikle uygun olmayan bir basınç direnci sağlarken molibdendisülfit etkili bir yağlayıcıdır. Parlatmadan sonra sürtünmeyi azaltmak için zımba genellikle bakır sülfat çözeltisinde bakır kaplanır.


Zımba ve kütüğün yüzey kalitesin yanında, ayrıca kütüğün boyutları da malzemenin hatasız akışı için önemlidir. Katı

malzemenin form zımbalanması için, kütüğün başlangıç yüksekliği zımba çapından en az 2-2,5 kat fazla olmalıdır. Form plakaların açma plakalarına uygun kütük çapı, zımba çapının iki katı olmalıdır.


Form zımbalama genellikle az yükseklikteki küçük kalıplar için kullanılır. Diğer tekniklerin üstünde bazı avantajları sağlamaktadır. Son kalıplamada bir pozitif modelle oluşan zımba bir negatif modelden daha ekonomik yapılabilir. Bunun yanında çeşitli eşit kalıp maçaları kısa bir sürede bir zımba ile yapılabilir.


Malzemenin liflerinden kesilmesinden örtü makina ile işlemeye zıt olarak, kalıp daha iyi bir yüzey kalitesine sahiptir. Kesilmemiş lifler aynı zamanda çalışma ömründe bir artışa neden olur. Form zımbalama, zımba ve kütüğün mekanik özelliklerin sonucu olarak sınırlanmaktadır[13,14,15].


2.5. Makinada İşleme ve

Diğer Malzeme İmalat İşlemleri

2.5.1 Kesme İşlemleriyle

Şekillendirme - İşleme

Bütün kalıpların yaklaşık %90’ı makine işlemleriyle, yani tornalama frezeleme ve taşlama ile yapılır. Kullanıma hazır, iyi bir yüzey kalitesi elde etmek ancak taşlama ve parlatma sonucu elde edilebilir. Günümüzde yüzeyi önce çelik kadar iyi nitrürlenmiş ve 1500MPa’a kadar tamamen sertleştirilmiş çeliklerin makinalarda ve takımlarda işlenmeleri mümkündür. En ekonomiği 600-800 MPa çekme gerilmesine sahip çelikleri işlemektir. Makine işlemi, hemen ya da ısıl işlem esnasında distorsiyona neden olabilecek gerilmeler ya da serbest artık gerilmeler üretir. Bundan dolayı, makineyle işlemede meydana gelen pürüzlükten sonra tavlama ile gerilmeleri gidermek tavsiye edilir. Her bir oluşan distorsiyon genellikle ileri derecede gerilme oluşturmayan bitirme işlemiyle önlenebilir. Isıl işlemden sonra işlenmiş parçalar bir gözün yüzey sistem de en son da kalıbın kalitesinin ve işlemin kolaylığının bir cevabı olacağından iyi bir yüzey elde etmek için taşlanır ve parlatılır.


Gözün yüzeyindeki hatalar; kalıp veya erime sıcaklığı, püskürtme hızı ve püskürtme basıncı gibi az veya çok proses şartlarına bağlı olarak oluşur. Oluklar veya pürüzler gibi göz yüzeyinin ideal geometrik sınırlarında kaçıklar kısmi olarak optik özellikleri azaltır ve uygulanması gereken kuvvetle artışa sebep olan çapakları oluşturur. Göz yüzeyinin aşırı pürüzlüğünün sonucunda yüzeyde temiz bir görünüm yerine benekli kalıplama ile bulutlu bir görünüm oluşur.


Yüzey kalitesini belirlemek için öncelikle istenilen ortalama pürüzlülük tespit edilmelidir. Bu değerler kullanılan plastik malzemenin üretimi ve kullanımda gerekli özelliklere bağlıdır. Bir kalıbın yüzey kalitesinin sağlanması, numune parçaları temasla ya da gözle kontrol ederek yapılır. Ölçümler sadece ekotrem durumlarda yapılır. Makine ile işlemeden sonra, yüzey kısmı olarak işlemlere bağlı olarak az veya çok pürüzlüdür ve tekrar parlatılması gerekmektedir. Pürüzlü bir yüzeyi hassas hale getirmek için üç yol vardır. Bunlar; malzeme çıkarmak, malzemeyi yeniden yerleştirmek ya da malzeme eklemektir. Tablo 4. de zımparalama ve parlatma aşamaları gösterilmiştir.




Tablo 4. Taşlama ve parlatma için adımlar[2].


Klasik parlatma işleminde malzeme hassaslaştırmak için göz duvarlarında malzeme kaldırılır. Bir sonraki adımda daha ince tane ile hareket etmeden önce, her bir adım sonra kalıplar taşlama sonrası kalan parçacıkları uzaklaştırmak için parafinle çalkalanarak temizlenmelidir. Böylece sadece çiziklerden kaçınılabilir. Her bir adımda çalışma yönü 90 derece değiştirilmelidir. Bu bir önceki işlemin tam olarak yapılıp yapılmadığını kolaylaştırır. Son parlatma daima sertleştirmeden sonra yapılmalıdır. Bütün taşlama ve parlatma işlemleri, düşük basınçlarla ve geniş yüzeyleri kaplayacak şekilde gerçekleştirilmektedir[2,15,16].


2.5.2 Elektro Erezyon İşlemi (EDM)

Elektro erozyonla işleme, bir dielektrik sıvıda 20kV değişen voltajda elektrot ve iş parçası arasındaki elektrik erozyonlu kısa sürede malzeme kaldırma etkisini kullanan bir imalat prosesidir. Ard arda şoklarla, iş parçası malzemesinin küçük bir hacmi ve elektrod erime veya buharlaşma sıcaklığına kadar ısıtılır, elektrik ve mekanik kuvvetlerle çalışma bölgesinden parça koparılır. Bu, her iki elektrotta boyutlar çıkan kıvılcım enerjisine bağlı olarak kraterler oluşturulur. Böylece, biri pürüzlük ve planlama arasında ayırd edilir.


Erozyon kraterlerinin çokluğu istenmeyen bir yapıda yüzey pürüzlülük ve mat bir uygulama verir. Hasar kıvılcım boşluklarında temizlenir ve temiz elektrolitik bir sıvı setiyle bir hacim içinde çökeltilir. İş parçası ve takımın kutuplanması malzemelerin birleşmesine bağlıdır ve bu iş parçasının üzerinden en geniş şekilde bunun kaldırılması yoluyla yapılır. EDM prosesinin esası Şekil 6’de gösterilmiştir.





Şekil 6. Elektro erezyon işlemi prosesinin esası [17,18].

EDM prosesi günümüzde kalıp yapımında kalıcı bir yer bulmuştur. Bu karışık şekillerin imalatını ve normal işlemlerle şekillendirilmesi zor olan çelikler ve sinterlenmiş metallerin dış hatlarının imalatını mümkün kılmaktadır. Kullanılan metodlarla karşılaştırıldığında karmaşık uygulanmalı ve doğru elektrodun seçimi kalıbı % 40 daha ucuz yapmaktadır[17,18].


2.5.3 Tel Elektrotlu Kıvılcım

Erozyonla Kesme (Telerozyon)

Günümüzde, bu proses de kalıp yapımında uygulamada yer bulmuştur. Karışık şekilli boşlukların ve sıkma zımbalarındaki açıklıkların imali için kullanılır. Şekil 7’de bu yöntemin uygulanışı gösterilmiştir. Tel erozyon sallamalı ve zincir (şerit) testere gibi bir metal parçasını tahmini dış hatları keser. Elektrot ve iş parçası arasında nümerik olarak kontrol edilebilen izafi bir hareket vardır.




Şekil 7. Tel elektrotlu kıvılcım erezyonla kesme prosesinin şematik görünüşü[2].


0,01-0,2 mm çapları arasındaki bakır, pirinç, molibden ve özel çelik teller elektrot olarak kullanılır. 5 ve 30mm/dak arasındaki kesme hızları, <0.01mm geometrik hata ve <8,1 mm pürüzlülük için uygundur. Damıtılmış su dielektrik sıvıdır ve çok yönlü memelere doğru kesme bölgesine besleme yapılır. Ayrı cihazlarla temizlenir ve yeniden üretilir. Su, hidrokarbonların üstünde çeşitli avantajlara sahiptir. Daha geniş kıvılcım alanı oluşturur, püskürtmeyi arttırır, hasar daha azdır, dekompozisyonda hiçbir katı ürün yoktur ve tek kopmasına engel olunamayan ark üretimi yoktur. Dielektrik akışlarının yeniden üretilmesi özen gereken bir işlemdir ve parçalar bitirildikten sonra korozyona karşı konumu olmak zorundadır[2,19].


2.5.4 Elektro Kimyasal Makine İle İşleme (ECM)

Malzeme çıkartılan bu modern proses, bir iş parçasının iletken ya da yarı-iletken malzemesinin çözünmesi için elektrik aksiyon prensibini esas almaktadır. Elektrik akımının etkisiyle elektrolitik anod olarak iş parçası ve katot olarak takım arasındaki malzeme ve şarj değişimi çözünmeye neden olur. Uygun bir elektrolit seçildiğinde kaldırılan malzemenin miktarı, tam olarak Faraday kanunuyla belirlenen teorik değere bağlıdır.


Takım ve iş parçası elektrot olarak bir elektrolitik içine daldırılır. Anod oksitlendiği için doğru akım iş parçası ve şarjlar arasında değişime neden olur. Oksitlenen atomlar elektrolitik iyon haline dönüşürler ve ya çözünmüş bir kimyasal bileşik oluştururlar ya da metal hidroksit olarak çökelirler. Böylece oksidasyon ve metal kaldırma kısmen yüzeyi kaplayarak bölgeselleştirilebilir. Anod olarak hareket eden takım elektrodu genelde besleme hareketi yapar. Besleme yöntemi elektromanyetik ya da elektrohidroliktir ve 0,1 – 50mm/dak arasındaki hızlarda kontrol edilir. Elde edilen besleme hızı, işlenen alanın boyutuna, malzemenin kimyasal kompozisyonuna, kullanılan elektrolitik çözeltiye sıcaklığa ve kıvılcım bölgesindeki akış şartlarına bağlıdır. Bu, takım çelikleri için 0,5 - 1.0 mm/dk’dır. Kaldırılan malzeme serbest oksijen ve oluşan ısı (100oC üstünde), 500 – 5000kPa basınç altında takım elektrodun da oluşan boşluklardan bir jet oluşturulan elektrolit ile giderilir. Akım kaynağı 5-20 volt ve 1,4 A arasında çalışan bir redresördür. Amper ve dakika başına 1,8 - 2,4 mm3 düşük ve yüksek alaşımlı çelik kaldırılır.

Temel olarak bütün metalik malzemeler; sertlik, mukavemet, tokluk gibi mekanik özelliklerinden bağımsız olarak elektrokimyasal olarak işlenebilirler. İş genellikle takım elektrodunun sabit hızıyla yapılabilir. Son izleme gerektirmeyen iyi bir son yüzey elde edildiği için çalışma saatleri kolaylıkla önceden belirtilmelidir. Bu prosesin uygulaması seri üretim için uygundur[2,20].


2.5.5 Kimyasal Malzeme

Çıkarma – Dağlama

Bu prosesin temeli, asitlerdeki, bazlardaki ve tuz banyolarındaki metalin çözündürülmesidir. Metalik malzemeler malzemenin mikro bölgeleri arasındaki ya da malzeme ve dağlama ajan arasındaki potansiyel farklılığın sonucu olarak çözünürler. Metal atomları elektron yayarlar ve iyon olarak metal kafesinden koparlar. Serbest iyonlar dağlayıcının içindeki anyon ve katyonlarla birlikte prosesin indirgenmesi için kullanılır. Kaldırılmış metal titreleme ya da sentrifilemeyle dışlayıcıdan çıkartılan anyonlarla çözünmeyen bir metal tozu oluşturulur.


Dağlayıcının tam olarak kompozisyonu genelde geliştirilen ticari bir sırdır. Buna rağmen bütün çelikler nikel krom gibi alaşım eleman miktarı sınırlandırılmaksızın kimyasal olarak işlenebilirler. Çelik kalıpların yanında demir dışı metallerden yapılanlar da kimyasal olarak işlenebilir.


Kimyasal malzeme çıkarma ya da dağlama ile yapılan yüzey bitirme en çok malzemeye ve yüzey şartlarına ve elbetteki dağlayıcıya bağlıdır. Uniform çıkarma sadece homojen kompozisyonu ve yapıya sahip malzemelerde elde edilir. Tane yapısının daha incesi daha hassası ve daha iyisi dağlama yüzeyi olacaktır. Bundan ötürü kalıplar dağlamadan önce ısıl işleme tabi tutulur. Isıl işlem derinliği her zaman dağlama derinliğinden daha çok olmalıdır. Bu durum söz konusu değilse ısıl işlem tabakası çözünebilir. Bu çok düzensiz bir dağlama sonucunu doğuracaktır. Eşit tabakalar önceden yapılan sertleştirme ile elde edilir.


Bilindiği üzere kalıbın başlangıç pürüzlülüğü dağlama sonrası yüzey bitirme işlemi için önem taşımaktadır. İşlemeden kaynaklanan aşırı izler kapatılamaz fakat az veya çok azaltılmış şekilde kalabilir. Dağlama öncesi, yüzeyi 240 meş bir zımpara ile iyice zımparalanmalıdır.


Dağlamada gerekli derinlik; kalıpta üretilecek plastik malzemeye, proses şartlarına ve parçanın boyutlarına bağlıdır. 0.01 - 0.60mm arasında bir derinlik tamamen uniform olarak elde edilebilir.


Malzeme çıkarma hızı, dağlama alanına, sıcaklığa ve malzemeye bağlıdır. Genelde 0.01-0.08mm/dak’dır ve bu değerler yükselen sıcaklıkla beraber artar. Temelde dağlamak için; daldırarak dağlama ve püskürtmeli dağlama olarak iki prosedür vardır. Daldırarak dağlama ile her boyuttaki kalıplar kolaylıkla ve etkili bir şekilde işlenebilir, fakat reaksiyon ürünlerinin uzaklaştırılmasından ve parça yüzeyi yakınında dağlayıcının sabit olarak değişmesinden kaynaklanan problemler önlenemez. Püskürtmeli dağlamada; reaksiyon ürünlerinin uzaklaştırılması daha kolaydır ve parça yüzeyi yakınında dağlayıcı sürekli değişime uğrar fakat bu proseste kendisi dikkate değer şekilde yüksek güç gerektirmektedir ve cihazı daha pahalı olması dezavantaj olarak görülebilir[2,21,22].

3.Sonuçlar

Gelişen teknolojiyle birlikte enjeksiyon kalıplarının yapımı için mevcut teknikler geliştirilmiş ve yeni teknikler uygulanmaya başlanmıştır. Bu çalışmada kalıp yapım tekniklerinden; döküm teknikleri, metal püskürtme, elektrolitik çökeltme, form zımbalama ile makinada işleme ve diğer malzeme imalat işlemleri gözden geçirilmiştir. Sonuçta uygulanan bütün yöntemlerin kendilerine özgü avantajlarının olduğu tespit edilmiş ve bu avantajlarla birlikte bazı sınırlamalar getirmiştir. Enjeksiyon kalıp yapımı için başlı başına en iyi üretim yöntemini belirlemek mümkün değildir. Kalıbın kullanılacağı yere göre, büyüklüğüne göre malzemede istenen yüzey kalitesine göre uygulanacak teknik değişebilmektedir.


Kum kalıba döküm yönteminde; yarı kalıp başına 3 tona kadar olan büyük kalıpların imalatı için kullanılır. Seramik kalıba döküm, çelik, dökme demir ve diğer yüksek sıcaklık alaşımlarının dökümünde kullanılabilir ve yüzey kalitesi çok iyi olması istenen yerlerde kullanılır. Kum ve seramik kalıba dökümde sıvı metal, dış basıncın etkisi olmaksızın açık bir kalıpta katılaşırken, kalıp dökümde ise malzeme katılaşıncaya kadar dış basınç altındadır. Gerekli olan çelik kalıp ve hidrolik donanım kullanımı nedeniyle artan parça üretim maliyetleri; dönüşüm modeline ihtiyaç duyulmaması ve imalat zamanının daha kısa olması sayesinde dengelenmektedir. Açık kalıba dökümde pratikte bütün boyutlarda döküm yapılabilirken, bu proses donanımının sahip olduğu güçle sınırlandırılmıştır. Bu nedenle bu teknik, dar toleransların ve en iyi imalatta en yüksek yüzey kalitesinin gerekli olduğu kalıplar için uygulanmaktadır.


Metal Püskürtme tekniğinin avantajlarını; iyi yüzey kalitesi, yüksek boyut hassasiyeti, kısa imalat zamanı, çeliklerde %10’a varan düşük maliyet, tekrar kazanılan alaşımın çok yönlü olarak kullanımı ve her türlü model malzemesinin kullanım için seçilebilmesi olarak sıralayabiliriz.


Elektrolitik çökeltme tekniğinin avantajlarını; dokulu yüzeylerin tam olarak üretimi, çok derin ve geniş gözler, boyutsal hassasiyet ve master modelden farklı tipteki gözlerin üretim imkanı olarak sıralayabiliriz. Buna karşın zaman sarfiyatı bu yöntem için elbette önemli bir dezavantajdır.


Form zımbalama için en iyi şartlar 600MPa düşük mukavemetli tavlanmış çeliklerde elde edilir. Malzemenin liflerinden kesilmesinden örtü makina ile işlemeye zıt olarak, kalıp daha iyi bir yüzey kalitesine sahiptir. Kesilmemiş lifler aynı zamanda çalışma ömründe bir artışa neden olur. Form zımbalama, zımba ve kütüğün mekanik özelliklerin sonucu olarak sınırlanmaktadır.


Bütün kalıpların yaklaşık %90’ı makine işlemleriyle, yani tornalama frezeleme ve taşlama ile yapılır. Kullanıma hazır, iyi bir yüzey kalitesi elde etmek ancak taşlama ve parlatma sonucu elde edilebilir. Günümüzde yüzeyi önce çelik kadar iyi nitrürlenmiş ve 1500MPa’a kadar tamamen sertleştirilmiş çeliklerin makinalarda ve takımlarda işlenmeleri mümkündür. En ekonomiği 600-800 MPa çekme gerilmesine sahip çelikleri işlemektir. Tel erezyon tekniği de, karışık şekilli boşlukların ve sıkma zımbalarındaki açıklıkların imali için kalıp yapımında yer bulmuştur. ECM prosesi son izleme gerektirmeyen iyi bir son yüzey elde edildiği için, seri üretime uygundur. EDM prosesi günümüzde kalıp yapımında kalıcı bir yer bulmuştur. Bu karışık şekillerin imalatını ve normal işlemlerle şekillendirilmesi zor olan çelikler ve sinterlenmiş metallerin dış hatlarının imalatını mümkün kılmaktadır. Kullanılan metodlarla karşılaştırıldığında karmaşık uygulanmalı ve doğru elektrodun seçimi kalıbı % 40 daha ucuz yapmaktadır.