Yüksek basınçlı döküm, ergimiş sıvı metalin, basınç altında güvenli bir şekilde kalıp boşluğunun doldurulmasıdır , metal katılaşana kadar basınç altında bekletilir. Pistonun hızını, basıncını, bulunduğu konumun bir fonksiyonu olarak üç temel fazdan (aşama) oluşmaktadır.
Birinci fazda, ergimiş sıvı metali kovana doldurur; hava, pistonun önünde, oluşan bir ergimiş metal dalgası tarafından zorlanır. Kovandaki türbülansı azaltmak için optimum bir piston hızı çok yüksek olmamalıdır (0,25-0,35 m s-1).İkinci faza geçişte, metal kalıp yolluğundayken meydana gelir; yolluğun daha dar olan kısmı karşı basınca neden olur, bu nedenle kalıbın hızlı bir şekilde dolmasını sağlamak için daha yüksek bir piston hızı gereklidir.Üçüncü son (faz) aşama, ergimiş sıvı metal kalıp boşluğunu tamamen doldurduğunda ve aşırı yüksek basınç uygulandığında başlar.Yüksek basınç metalin içine sıkışmış herhangi bir gazı sıkıştırabilir ve metalin katılaştıkça büzülmesini ortadan kaldırmak için boşluğa ilave metal besler.
Metal katılaşdıktan sonra, kalıbın kilidi açılır, ve parça kalıptan çıkarılır. Dökülen parçanın kalıptan çıkarılmasından sonra yağlayıcı,ayırıcı malzemelerin püskürtülmesinden sonra, kalıp kapatılır ve bir sonraki çevrim için kalıp kilitlenir. Metalin kalıp boşluğuna enjeksiyonu birkaç milisaniyede tamamlanırken, tüm döngü tipik olarak 30 ila 80 sn arasında değişir. Genellikle yüksek basınç alüminyum enjeksiyon döküm yöntemi ile dökülecek malzemelerin ergime sıcaklığı 800 ºC’nin altındadır. İşlemler tamamıyla basınçlı döküm makinaları tarafından gerçekleştirildiği için yüksek üretim hızlarına erişilebilir. Kullanılan basınç 400 bara kadar çıkmaktadır. Yüksek basınç enjeksiyon döküm sonucu elde edilen parçalarda düşük tolerans aralığında çalışma yeteneği sayesinde genellikle talaşlı imalata gerek kalmaz
Yüksek basınç alüminyum enjeksiyon döküm kalıpları genellikle çift parçalıdır ve üzerlerinde parçaları çıkarabilmek için itici çubuklar bulunur. Kalıpların sıcaklığının sabit kalması için genellikle su ve ısı transfer yağı kullanılarak şartlandırılır. Hem kalıp ömrü artar hem de katılaşma esnasında hızlı soğuma sağlanır. İnce cidarlı ve yüksek adette üretimlerde bu üretim yöntemi kullanılır. Otomotiv, aydınlatma, beyaz eşya gibi endüstriyel ürünlerin üretiminde tercih edilir
Ergimiş metalin kalıba enjekte edilmesi iki çeşittir.
Sıcak kamara sistemi, çinko, magnezyum ve kurşun gibi metaller için kullanılır. Sıcak kamara makinesinin enjeksiyon sistemi, ergimiş sıvı metal banyosuna daldırılır. Piston hareket ettikçe metali nozülden kalıba iter.
Soğuk kamara sistemi, alüminyum, pirinç ve magnezyum gibi yüksek sıcaklıklarda ergiyen metaller için kullanılır. Her iki sistem kullanılarak da magnezyum parçaları üretilebilir, ancak genellikle sıcak kamara makinelerinde küçük parçalar ve soğuk kamara makinelerinde büyük parçalar üretilir, çünkü sıcak kamara makinelerinin boyutları sınırlıdır. Soğuk kamara işleminde yatay ve dikey enjeksiyonda kullanılan iki enjeksiyon sistemi vardır.
Soğuk kamara işleminde, ergimiş metal elle ya da otomatik yollarla soğuk kamara kovanının portuna dökülür. Hidrolik olarak çalıştırılan bir piston, bu çelik kovandan ilerler, portu kapatır ve metali kalıba yüksek hızda ve basınçta zorlar. Dökümün katılaşmasından sonra, piston geri çekilir, kalıp açılır, döküm çıkarılır ve sistem daha sonraki döngü için hazır hale gelir. Bu sistemde sıcak kamara prosesinden daha yüksek basınç kullanılır. Sıcak kamara makinesinin üretim hızı, döküm işlemi sırasında gereken daha kısa zaman nedeniyle, soğuk kamara makinesine göre daha yüksektir.
Yüksek basınçlı dökümün en önemli avantajı; kokil veya alçak basınçlı dökümden daha yüksek bir üretim hızına sahip olması,yüksek boyut hassasiyeti talaşlı imalat işlerini büyük ölçüde azaltılmasıdır. Hızlı soğuma sonucu oluşan ince taneli yapının mekanik özellikleri iyidir.
Yüksek basınçlı kalıp dökümleri, kaplama için temel bir gereksinim olan iyi bir yüzey gönünüm kalitesine sahiptir ve döküm ağırlığının az olması ve daha ince cidar kalınlığında parçaların üretilmesidir.Yüksek basınçlı dökümlerinde kullanılan kalıpların ömrünün uzun olmasıdır.Birim parça maliyetleriniZ az olması ve daha karmaşık parçaların üretilmesi en önemli avantaj sağlamaktadır
Yüksek basınçlı dökümün dezavantajı, az adetli parçalar için uygun olmamasıdır. Yüksek takım maliyetleri nedeniyle düşük üretim yapılan yerlerde ekonomik olmamasıdır. Ayrıca yüksek basınçlı dökümlerde yaygın olan iç gözeneklilik, sık sık alternatif ve ileri işlemlerin kullanılmasını gerektiren, basınca dayanıklı parçaların üretilmesini zorlaştırır
Döküm için sınırlı sayıda alaşım vardır ve bu durum bitmiş dökümlerin ısıl işlemini veya kaynaklanabilirliğini sınırlar. Demir veya çelik alaşımlarına basınçlı döküm yapılamaz. Yüksek basınçlı döküm makinesinin bakım maliyetleri, diğer döküm makinalarından yüksektir.
Vakumlu basınçlı döküm sistemi, ergimiş sıvı metalin enjeksiyonundan önce gazı boşluktan çıkarmak için kalıp boşluğuna bir vakum sistemi uygulanır ve yüksek basınçlı dökümde çok önemlidir. Bu vakum sistemi sayesinde, gözeneklilik minimum seviyelere düşer ve yüksek mekanik özelliklere sahip yüksek bütünlüklü parça üretilmiş olur.Bu proses, motorlu taşıtlar için yapısal ve güvenlik bileşenleri gibi, hafif alaşımlardan, kritik bileşenler üretmek için uygulanır. Bu vakum sistemi geleneksel dökümden daha yüksek maliyetlidir.
Vakumlu yüksek basınçlı dökümde, bir vakum pompası, sıvı metalin pompaya girmesini engellemek için bir vakum kesme valfi, vakum kontrol sistemi ve deliksiz bir kalıba sahip bir sistemle birleştirilmiş normal bir yüksek basınçlı kalıp döküm makinesi kullanılır.
Yüksek basınç alüminyum enjeksiyon yöntemiyle üretim esnasında yolluk tasarımı, kalıp tasarımı, yüksek hız, yüksek sıcaklık, alaşım oranı gibi birçok farklı etmene bağlı olarak hata türleri meydana gelebilmektedir. Döküm hataları; proses ve kalıp kaynaklı hatalar olarak adlandırılır. Bu hataları önlemek için sorunu doğru olarak tanımlanmalı, problem çözme teknikleri kullanılarak hata için kök neden tespiti yapılmalı ve gerekli aksiyonlar alınarak sonuçlar takip edilmelidir.
Hafif ve yüksek üretim hızı ile üretilen parçalara yönelik artan eğilim, alüminyum basınçlı döküm prosesiyle üretilen parçaların oluşturduğu bir pazarın gelişimini destekleyecektir. 2020 yılına gelindiğinde, dünya alüminyum döküm üretiminin 17 milyon tona ulaşması beklenmektedir. Bu hacmin yarısı Asya kaynaklı olacaktır (Çin pazarı yalnızca 5 milyon ton üretecek). Türkiye de dahil olmak üzere Avrupa yaklaşık 4,8 milyon tona ulaşacaktır ve Amerika kıtası için de bir büyüme beklenmektedir . Bu dökümlerin en az % 90’ ının basınçlı döküm prosesi ile üretileceğini tahmin edilmektedir. Basınçlı döküm prosesi en çok alüminyumda kullanılan bir prosestir. Yüksek basınçlı döküm prosesi ile üretilen parçaların % 84,5’ini otomotiv sektöründe kullanılan parçalar oluşturmakta, ardından makine parçaları (% 34,5), elektronik parçalar (% 25,8) ve mimarlık ve tasarım uygulamaları (% 10,3) gelmektedir.
Kaynak : Bonollo, F. Timelli, G. Aluminium Alloy Castings