T.C. KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ METAL ENJEKSİYON KALIP MAKİNASI TASARIMI BİTİRME PROJESİ

(1)

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

METAL ENJEKSİYON KALIP MAKİNASI TASARIMI

BİTİRME PROJESİ

Murat Berk ÇINAR Pelda KAPLAN (I. Öğretim)

TEMMUZ 2020 TRABZON

(2)

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

METAL ENJEKSİYON KALIP MAKİNASI TASARIMI

BİTİRME PROJESİ

Murat Berk ÇINAR Pelda KAPLAN

(I.Öğretim)

Jüri Üyesi

Danışman: Doç. Dr. Yasin Alemdağ

Bölüm Başkanı: Prof. Dr. Burhan ÇUHADAROĞLU

TEMMUZ 2020 TRABZON

(3)

II ÖNSÖZ

Geçmişten günümüze insanlar ihtiyaçları doğrultusunda hep bir gelişme göstermektedirler.

Çağımızdaki teknolojik gelişmeler doğrultusunda metal enjeksiyon kalıplama sitemleri oldukça gelişme göstermektedir. Günümüzde metal enjeksiyon kalıplama çok geniş bir kullanım alanı vardır. Havacılık, otomotiv, tıp ve diş hekimliği cihazları, ateşli silah bileşenleri , bilgisayar ve elektronik gibi sistemlerde metal enjeksiyon ürünleri kullanılmaktadır. Bu kadar yoğun bir kullanım alanı bulunan sektörlerde düşük maliyetli, kaliteli ve çevre dostu üretim önem arz etmektedir. Bu projede amaç metal enjeksiyon kalıplama tezgahının üretilmesi amaçlanmıştır.

Çalışmalarımız esnasında bilgi ve yardımlarını esirgemeyen, tezimizin her aşamasında her türlü desteği veren tez danışmanımız Doç. Dr. Yasin ALEMDAĞ hocamıza ve her türlü problemimizde yanımızda olan Arş. Gör. Sadun KARABIYIK’a teşekkürlerimizi borç biliriz.

Murat Berk ÇINAR Pelda KAPLAN

Trabzon 2020

(4)

III ÖZET

METAL ENJEKSİYON KALIP MAKİNASI TASARIMI

Bu projede geleneksel yöntemlerle üretilmesi zor olan karmaşık geometriye sahip parçaların yüksek mekanik özelliklerde, hassas yüzey toleranslarında daha kısa sürede üretilmesi amacıyla bir metal enjeksiyon kalıplama tezgâhı tasarımı yapılması amaçlanmıştır. Bu tezgâhın tasarımında boyut, güç ve üretim kapasitesinin belirlenmesi için toz titanyum referans alınmıştır. Üretim için gerekli olan sıcaklık ve basınç gibi parametreler titanyuma göre belirlenmiş olup tezgâh boyutlandırılması bu parametrelere göre yapılmıştır.

Metal enjeksiyon kalıplama üretim yöntemi genel olarak dört farklı proses adımı içermektedir.

Bunlar karışım hazırlama, kalıplama, bağlayıcı giderme ve son olarak sinterleme aşamalarından oluşmaktadır. Proses adımları, MIM tezgahının tasarımının amacı ve tasarım detayları raporda sunulmuştur.

Anahtar Kelimeler: Metal enjeksiyon kalıplama, toz metalürjisi, sinterleme, titanyum, bağlayıcı, kalıplama

(5)

IV SUMMARY

DESIGN OF A METAL INJECTION MOLDING MACHINE

The goal of this project is to design a metal injection moulding(MIM) machine to produce parts, with complex shapes, high mechanical properties and precise surface tolerant, in less time.

Powder titanium’s properties were taken as a reference to specify the size, power and the capacity of the machine. Parameters like temperature and pressure were determined according to titanium. The machine were designed according to the these parameters.

Metal injection moulding method contains four different process steps. These steps are:

compounding, injecting, de-binding and sintering. The details about the process, goal of designing a MIM machine and the details of the design are presented in the report.

Keywords: metal injection molding, powder metallurgy, sintering, titanium, binding, moulding

(6)

V

İÇİNDEKİLER

Sayfa No ÖNSÖZ………..………….II

ÖZET ………....III

SUMMARY………..IV

İÇİNDEKİLER……… ….VI

ŞEKİLLER DİZİNİ………...VII

1. GENEL BİLGİLER...………..1

1.1. GİRİŞ………1

1.2. LİTERATÜR TARAMASI………..2

1.3. TASARIMIN AMACI VE HEDEFLERİ……….2

1.4. TASARIMIN KARŞILAYABİLECEĞİ GEREKSİNİMLER ..……….2

1.5. TASARIMDA İZLENİLEN YOL …..………....3

2. YAPILAN TASARIM ÇALIŞMALARI………3

2.1.TEZGAH TASARIMI………...3

2.2.TEZGAHIN KURULUMU………...4

2.3. METAL ENJEKSİYON YÖNTEMİNİN ÜRETİM AŞAMALARI………5

2.3.1.KARIŞIM HAZIRLAMA………..5

(7)

VI

2.3.2.KALIPLAMA………8

2.3.3.BAĞLAYICI GİDERME………...9

2.3.4.SİNTERLEME……….10

3.TEORİK BULGULAR VE TARTIŞMALAR………...11

4.SONUÇLAR………..11

5.ÖNERİLER………12

6.KAYNAKLAR………..12

7.EKLER………...13

(8)

VII ŞEKİLLER DİZİNİ

Sayfa No

Şekil 1. MIM ile üretilmiş titanyum parça örnekleri ……….1

Şekil 2. MIM tezgahı için yapılan tasarım çalışması………..3

Şekil 3. Metal enjeksiyon kalıplama prosesi adımları………5

Şekil 4. Titanyum tozları ve bağlayıcı ait mikro görüntü………...6

Şekil 5. Atomize titanyum tozuna ait elektron mikroskop (SEM) görüntü örnekleri…………7

Şekil 6. Metal enjeksiyon kalıplama tezgahı şematik resmi………...9

Şekil 7. Örnek bir MIM parçası ………...10

(9)

1 1.GENEL BİLGİLER

1.1 GİRİŞ

Metal Enjeksiyon kalıplama (MIM), yüksek yoğunluklu ve karmaşık şekillere sahip metal parçaların üretiminde kullanılan toz metalürjisi yöntemini plastik enjeksiyon işlemi ile birleştiren bir üretim yöntemidir. 1979 yılında Amerikan firması MIM yöntemi ilk kez kullanarak Şekil 1 de gösterilen ürünleri üretmiş ve bu ürünler Boeing firmasında ve diğer bir havacılık şirketi olan Alman VFW’de kullanılmıştır. Söz konusu ürünlerden kanatlı vida contaları saf nikelden, Rocketdyne roket sistemleri için kullanılan itme haznesi parçaları ise niyobyum alaşımından üretilmiştir [5]. Diğer teknolojilere kıyasla bu parçaların karmaşık geometrilerine rağmen düşük maliyette, hassas toleranslarda (±0,3% ile ±0.5% arasında) ve yüzey kalitesinde (0.5 μm-0.8 μm) MIM yöntemiyle üretilmesi sağlanmıştır. Bu durum MIM yönteminin geleneksel yöntemlerin yerini almasının yanı sıra imalat içinde yeni alanlar keşfedilmesine ve geliştirilmesine de olanak sağlamıştır. Nitekim bu yöntem otomotiv, savuma sanayi ve havacılık sektöründe bazı parçaların üretilmesinde yaygın bir biçimde kullanılmaya başlanmıştır.

MIM yönteminde plastik enjeksiyondan farklı olarak yüksek oranda metal tozunu bir bağlayıcıyla karıştırılarak enjeksiyon ile kalıba basılır ve daha sonra sinterleme ile bu ürün metal bir parçaya dönüştürülür. Bağlayıcı olarak daha çok termoplastik malzemeler (parafin, antipirin, balmumu, naftalin, fıstık yağı ya da poliasetel) kullanılır. Toz dan üretimi geleneksel yöntemlerle mümkün olan nikel, paslanmaz çelikler, pirinç, bronz, düşük alaşımlı çelikler, yüksek alaşımlı çelikler ve Titanyum gibi malzemeler MIM yöntemi ile üretilebilme potansiyeline sahiptir.

Şekil 1. MIM ile üretilmiş titanyum parça örnekleri

(10)

2 1.2 LİTERATÜR TARAMASI

Metal enjeksiyon kalıplama yönteminin tarihi incelendiğinde 1920’li yıllardan beri geliştirilmekte olan bir üretim yöntemi olduğu görülmüştür. Üzerinden bir asır geçmesine rağmen söz konusu yöntemin esasını oluşturan ilk patent 1872’ de John Hyatt tarafından alınmıştır. MIM teknolojisi plastik enjeksiyon ve toz metalürjisinin birleşmesiyle ortaya çıkmıştır. Nitekim İkinci Dünya Savaşı sıralarında uranyum zenginleştirmek için kullanılan tüpler organik bağlayıcılar ile nikel tozları kullanılarak üretilmiştir. 1950’lerde Sovyetler Birliği boyutsal olarak küçük ve karmaşık parçaların (epoksi, parafin ya da selüloz bağlayıcılar kullanılarak) üretiminde MIM kullanmıştır. 1951 yılında ise ilk kez sonsuz vida sistemi prosese eklenmiş ve devamlı olarak kalıplama sağlanmıştır. En önemli gelişmeler ise 1980’lerde, bilgisayar teknolojisinin de ilerlemesiyle birlikte gerçekleşmiştir. Bu tarihten sonra MIM, endüstride yaygınlaşmaya başlamıştır. Bu yıllardan beri ticari olarak metal enjeksiyon kalıplama yöntemi otomotiv, tıp ve diş hekimliği cihazları, ortodonti, silah donanım ve kilitleme mekanizmalarında kullanılmıştır. 1979 yılında ise uçaklarda kullanılan vida tıkacı ve niyobyum alaşımlı roket parçası MIM ile üretilmiş ve bu çalışma ödüle layık görülmüştür [5].

1998’de MPIF (Metal Powder Industries Federation, ABD) tarafından helisel dişli ve cerrahide kullanılan kavisli makas üretilmiş ve bu ürünlerde ödüllendirilmiştir.

1.3 TASARIMIN AMACI VE HEDEFLERİ

Bu çalışmada, geleneksel yöntemlerle üretilmesi zor olan karmaşık geometriye sahip parçaların üretimine olanak sağlayan bir metal enjeksiyon kalıp tezgahının imal edilmesi amaçlanmıştır. Bu tezgâhın boyut, güç ve üretim kapasitesinin belirlenmesi için titanyum referans alındı ve söz konusu koşullar titanyumun özellikleri dikkate alınarak belirlendi.

Tezgâhın tasarlanmasındaki amaç savunma sanayinde silah yapımında kullanılan ve talaşlı imalat ile bazı parçaların metal enjeksiyon yöntemi kullanarak daha hassas boyutlarda üretimine olanak sağlamaktır.

1.4 TASARIMIN KARŞILAYABİLECEĞİ GEREKSİNİMLER

Metal enjeksiyon kalıplama tezgâhları, yüksek yoğunluklu ve karmaşık şekillere sahip metal parçaların hassas toleranslarda ve hassas yüzey kalitesinde üretilmesine olanak sağlar.

Piyasadaki diğer teknolojiler ile kıyaslandığında ise bu fonksiyonu çok daha düşük maliyetlerle

(11)

3

sağlarken, zamandan da tasarruf sağlar. Bu özellikleriyle ise piyasadaki ihtiyaçları azımsanamayacak derecede karşılarlar.

1.5 TASARIMDA İZLENEN YOL

• Metal enjeksiyon kalıplama tezgahlarında malzemelerin araştırılması,

• Tezgâhın tasarımı,

• Tasarım için gerekli hesaplamaların yapılması

• Tasarım için gerekli analizlerin yapılması,

• Tezgâhın üretimi için malzemelerin temin edilmesi,

• Tezgâhın imalatı ve montajı,

• Tezgâhtan ürün çıktısı alınması ve ısıl işlem uygulanması,

• Elde edilen sonuçların değerlendirilmesi.

2. YAPILAN ÇALIŞMALAR

2.1 TEZGAH TASARIMI

Şekil 2. MIM tezgahı için yapılan tasarım çalışması

Yukarıdaki görselde SolidWorks programı kullanılarak tasarlanmış tezgâhın görüntüsü görülmektedir. Yapılan bu tasarım çalışmasında vidalı mil kare profilli ve L/D oranı 14:1 olarak alınmıştır. Enjeksiyon vidası malzemesi olarak St 44-2 seçilmiştir. Bu şekilde MIM de tavsiye edilen sıkıştırma oranı 1,7 ile 2,2 arasında tutulmuştur. Enjeksiyon vidası malzemesi olarak St 44-2 seçilmiştir.

(12)

4

Kalıp tasarımı ateşli silahlarda kullanılan tetik mekanizması ve hacmi 22 cm³ olan bir kalıp tasarlanmıştır. Kalıp sıkıştırma işlemi cıvata somun çifti ile sağlanacaktır.

Enjeksiyon vidasına hareketini elektrik motoru sağlayacak ve enjeksiyon vidası ile motor bağlantısı kama ile sağlanacaktır. Yapılmış olan tasarım için kullanılan ürünler aşağıdaki gibidir.

- 1 adet enjeksiyon Vidası - 1 adet nozzle

- 1 adet elektrik motoru - 1 adet kalıp

- 1 adet koruyucu plaka - 4 adet Isıtıcılar

- 1 adet Besleme hunisi - 1 kg titanyum tozu - 7 adet bağlama elemanı - 1 adet bağlayıcı

2.2 TEZGAHIN KURULUMU

İlk olarak tezgâhı inşa etmek için kalıplar üretildi. Üretilen bu kalıplar cıvata ve somun yardımıyla birleştirildi. Ardından tezgâhta kullanılacak olan helisel mil ile motorun montajı gerçekleştirildi. Helisel milin etrafını kaplayacak silindirik parçanın da montajı gerçekleştirildi.

Ardından toz sirkülasyonunu sağlayabilmek adına besleme hunisi de silindirik parçanın üzerindeki dairesel boşluktan montajlanarak sabitlendi. Bu işlemin de ardından nozzle milin ucuna sabitlendi. Bu aşamadan sonra ise önemli olan nokta, nozzle ın ucunun kalıp kanalına oturması. Nozzle ın düzgün oturması önemli çünkü mil motor tarafından tahrik edilerek döndürülüp basınç yardımıyla tozları kalıp içine itmeli. Uygun basınç sağlandığında ise ürün kalıptan çıkarıldığında green-compact (yeşil parça) bir parça elde edilir. Bu parça ise bazı işlemlerden geçtikten nihai sonuç elde edilmiş olunur. Son olarak ise nozzle kalıp kanalına oturtulur ve tezgah çalışmak üzere hazır halde gelir.

(13)

5

2.3 METAL ENJEKSİYON YÖNTEMİNİN ÜRETİM AŞAMALARI

MIM prosesinden detaylı olarak bahsetmeden önce, sürecin nasıl ilerleyeceğine dair fikir vermesi adına şematik olarak Şekil 2 de gösterilmiştir. Bu şekilde görüldüğü gibi söz konusu prosesin metal tozu, bağlayıcı, karışım hazırlama, kalıplama, bağlayıcı giderme ve sinterleme aşamalarından oluşur. Ancak bu aşamalardan ilk ikisi genelde piyasadan temin edilir. Diğer aşamalar aşağıda ayrıntılı bir biçimde açıklanmıştır.

Şekil 3. Metal enjeksiyon kalıplama prosesi adımları

2.3.1 KARIŞIM HAZIRLAMA

Söz konusu prosesin ilk aşamasını karışım hazırlama aşaması oluşturur. Metal tozlarını direk sisteme enjekte etmek ve kalıplamak çok zordur. Metal tozları gerekli akışkanlığı sistemde sağlayamazlar ve homojen olarak kalıplanamazlar. Bu nedenle akışkanlık aynı plastik şekil vermede olduğu gibi bir bağlayıcı katılarak sağlanır. Bu durum metal tozlarının uygun bağlayıcılar ile uygun sıcaklıkta karıştırılmasının üretim için kolaylık sağlayacağını göstermektedir.

Karışım hazırlamada uygun toz metal boyutu, uygun bağlayıcı, uygun toz/bağlayıcı oranı belirlemek önemli bir adımdır. Çünkü uygun viskozite değerleri ancak bu parametrelerin uygun

(14)

6

belirlenmesi ile sağlanabilir. Diğer taraftan enjeksiyon işleminde tozların birbirlerinden ayrılmamaları için toz ve bağlayıcı birbirine çok iyi yapışması gerekmektedir.

MIM teknolojisinde kullanılan tozlar mikro boyutlardadır. Kimyasal ve fiziksel özellikleri dikkate alınarak seçilen termoplastik ve metal tozları sıcak bir ortamda karıştırılır. Bu sıcaklık bağlayıcının ergime noktası civarlarında olup elde edilen karışım bir macun kıvamındadır.

Genellikle küresel şekillere yakın 20µm’dan küçük metal tozları çok hassas miktarlarda bağlayıcılarla karıştırılır.

Şekil 4. Titanyum tozları ve bağlayıcı ait mikro görüntü

Metal enjeksiyon kalıplamada metal tozlarının boyutu ve şekli akışkanlık açısından dikkate alınması gereken en önemli özeliklerdir. Şekil 3 de MIM işleminde kullanılmak üzere atomizasyon yöntemi ile üretilmiş titanyum tozlarının ve bağlayıcıların durumunu gösteren bir mikro görüntü verilmiştir. Bu tozların ve yüzeylerinde oluşan deformasyonların elektron mikroskobu görüntüsü ise Şekil 4 de verilmiştir. Bu görüntü metal tozlarının küresel bir formda olduğunu ve bağlayıcıların bu kerenin etrafında toplandıkları görülmektedir. Uygulamalarda genellikle 20 µm çapında küresel şekle yakın tozlar tercih edilir. Toz çapının bu değerden yüksek olması durumunda viskozitenin arttığı akışkanlığın düştüğü gözlenmiştir. Diğer taraftan küresel formlar izotropinin sağlanması, bağlayıcı giderme işlemini kolaylaştırması ve tozların birbirine olan temas yüzeylerini artırması bakımından da tercih edilmektedir. Uygun bir karışımın elde edilmesi için, tozun boyutu ve dağılımı, şekli, yüzey alanı, içyapısı ve tozlar arası sürtünme gibi faktörler dikkate alınmalıdır.

(15)

7

Şekil 5.Atomize titanyum tozuna ait elektron mikroskop (SEM) görüntü örnekleri (a) Titanyum tozu (b) Titanyum tozu yüzeyinde deformasyon örneği

Metal enjeksiyon kalıplamada bağlayıcı olarak genellikle termoplastik malzemeler (parafin, antipirin, balmumu, naftalin, fıstık yağı, stearik ve oleik asitler, esterler vs.), poliasetal (polioksimetilen) ve jelatin türevi malzemeler (metil selüloz, gliserin, borik asit vs.) kullanılmaktadır. Bağlayıcı seçiminde hangi bağlayıcının kullanılacağına karşı özel bir formül yoktur. Bağlayıcının daha çok metal tozu ile iyi yapışabilme, düşük viskozite, iyi kalıplanabilme yeteneği ve iyi akışkanlık gibi özellikleri dikkate alınır. Ayrıca bağlayıcı giderme işleminde kullanılacak olan yöntemle de kolay giderilebilme diğer ifadeyle ayrışma durumuna da bakılır. Bağlayıcılardan beklenen özellikler aşağıda verilmiştir.

Akış özellikleri;

• Viskozitesi düşük olmalıdır.

• Kalıplama esnasında viskozite az değişim göstermelidir.

• Soğuduktan sonra rijit olmalıdır.

Metal tozu ile etkileşimleri;

• Toza iyi yapışabilmeli

• Yüksek sıcaklıklarda kimyasal tepkimeye uğramamalıdır.

(16)

8 Bağlayıcı uçurma;

• Çözündüğünde zehirli bir kimyasal tepkime göstermemelidir.

• Üründe gerektiği kadar az kalıntı bırakmalıdır.

• Ürünün daha rijit olabilmesi için neredeyse tamamen uzaklaştırılması gerekmektedir.

Üretim;

• Kolay bulunabilirlik ve maliyeti ucuz olmalıdır.

• Zehirli kimyasal bir tepkime oluşturmamalı ve çevreye karşı duyarlı olmalıdır.

• Tekrar ısıtılabilme yeteneği olmalıdır.

• Yağlayıcı özellikleri bulunmalıdır.

• Rijitliği ve mukavemeti yüksek olmalıdır.

• Bilinen çözücüler içinde iyi çözünebilmelidir.

• Raf ömrü uzun olmalıdır.

• Çok yüksek bir ergime sıcaklığın sahip olmamalıdır.

2.3.2 KALIPLAMA

Plastik enjeksiyon kalıplamada kullanılan makinalar metal enjeksiyon kalıplama makinalarıyla benzerdir. Söz konusu makinanın şematik resmi Şekil 5 gösterilmiştir.

Hazırlanan hammadde enjeksiyon makinasının besleme stoğuna koyulur ve daha sonra sonsuz vida yardımıyla hem karıştırılır hem de kalıba iletilir. Enjeksiyon işlemi 150-200 C arasında gerçekleştirilir. Bu sıcaklık bağlayıcının ergime sıcaklığına göre değişim gösterebilir. Daha sonra ürün kalıp içerisinde soğumaya bırakılır. Klasik olarak bir enjeksiyon çevrimi 20 saniye olarak belirlenmiştir. Bu süre az olduğu zaman istenen rijitlik sağlanamaz, sürenin fazla olması ise seri üretimi yavaşlatır. Enjeksiyon işlemi tamamlandıktan sonra kalıptan çıkarılan ürün green-compact (yeşil parça) adı verilen parçada metal ve bağlayıcının bir arada olduğu herhangi bir metalik bağ bulunmayan ve çekme payları dikkate alınarak tasarlanan geometride bir parça elde edilir.

(17)

9

Şekil 6. Metal enjeksiyon kalıplama tezgahı şematik resmi

2.3.3 BAĞLAYICI GİDERME

Kalıplama işleminin ardından bağlayıcının yapıdan uzaklaştırılması işlemi bağlayıcı giderme olarak tanımlanır. Bu işlem MIM sürecindeki 4 büyük adımdan (karışım hazırlama, kalıplama, bağlayıcı giderme, sinterleme) en kritik olanlardan biridir [4]. Karmaşık bir süreç olup oldukça fazla zaman alır [2]. Bu işlem sırasında parçaların dağılmaması, geometrilerinin korunması ve mukavemeti açısından özenle yapılmalıdır. Şöyle ki bağlayıcı giderildiğinde parça her ne kadar kırılgan bir yapıda olsa da şeklini koruyabilmelidir. Diğer taraftan yapıda bağlayıcı kalması sinterleme aşamasında birtakım sorunlara yol açmaktadır. Giderme işlemi termal yollarla ve/veya solventlerle yapılır.

Termal gidermede bağlayıcı, ısının etkisiyle ve yapının içindeki gaz akışına bağlı bir şekilde yapıdan sıvı halde kompaktın yüzeylerinden akarak uzaklaşır. Burada polimer ergime noktasının çok daha üzerinde bir sıcaklığa kadar ısıtılır. Buharlaştırmada ise bağlayıcının buhar basıncına göre vakumlu ortamda polimer difüzyon etkisiyle ya da ortam basıncında porlardan dışarıya doğru nüfuz ederek yapıdan uzaklaşır [1]. Solventle gidermede ise parça solvent içinde daldırılır ve bağlayıcının bileşeni çözünür. Sıvı akışıyla beraber yapıdan uzaklaşır [1]. Solventle giderme yönteminin beraberinde getirdiği kimyasal madde kullanımı, solvent buharının sağılığa etkilerinin endişesi ve sağlığın geri kazanımı gibi faktörler sebebiyle tercih edilmemesi öngörülmüştür. Bunun yerine en popüler giderme işlemi olan termal gidermenin argon

(18)

10

atmosferi altında kullanılması hem basitlik hem de güvenlik ve çevreye saygı gibi nedenlerle tercih edilebilir [2].

2.3.4. SİNTERLEME:

Bağlayıcı giderme işleminden sonra uygulanan sinterleme işlemi, temas içerisinde olan ancak birbirleriyle hiçbir bağ yapmamış zayıf ve kırılgan yapıyı ısıl bağlanmayla bir araya getirir. Toz özelliklerine bağlı olarak toz kompaktında değişen şekillerde boşluklar bulunur.

Aynı şekilde yapıdan uzaklaşan bağlayıcı sebebiyle de boşluklar oluşur. Bu boşluklar, sinterleme aşamasındaki toz partiküllerinin birbirine bağlanmasıyla ortadan kalkar. Bu durum sinterlenen parçaların boyutlarında küçülmeye yol açabilir. Sinterleme sıcaklıkları ise metallerin ergime sıcaklıklarına yakındır. Şöyle ki titanyumun ergime sıcaklığı 1668 °C olup sinterleme sıcaklığı yaklaşık 1350 °C dir. Bu durum sinterleme sıcaklığının metallerin ergime sıcaklığının yaklaşık %80-90 arasında bir sıcaklığa karşılık geldiğini göstermektedir. Şekil 6’da ise örnek bir MIM parçasının kalıptan çıktıktan sonra, bağlayıcı uçurulduktan sonra ve sinterleme aşamasından sonraki görüntüleri gözlemlenebilir.

Şekil 7. Örnek bir MIM parçası a) kalıplanmış olarak b) bağlayıcı çıkarıldıktan sonra c)sinterlendikten sonra

(19)

11

3) TEORİKSEL BULGULAR VE TARTIŞMALAR

Yapılan bu çalışma da elde edilen teoriksel bulgular;

• Az sayıda parça üretimi yapılırken başlangıçtaki yüksek maliyet bir dezavantaj haline gelebilir. Fırındaki yer kapasitesi sebebiyle büyük parça üretimi pek tercih edilmez. Bu sebeple küçük parçaların üretimi maliyet açısından daha uygundur.

• Sinterleme sırasında çarpılmayı kontrol etmek ve termoplastik bağlayıcıyı efektif bir şekilde parçadan uzaklaştırmak için kalınlık genellikle 6.25mm’den düşük tutulmalıdır.

• Çok daha düşük toleranslar elde etmek için talaşlı imalat veya taşlama gerekebilir.

• Kalıba 100 gram ya da daha az malzeme enjekte edilebilir. Bu da üretilecek parçanın boyutlarını önemli ölçüde kısıtlar.

• Sinterleme için yüksek sıcaklıklara ulaşılması gerekir

• Bir MIM parçası yaklaşık olarak %15-20 büzülmeye maruz kalır. Büzülme payı da hesaplamalara dahil edilmelidir.

• MIM’de üretim döngü süresi oldukça kısadır. Bu durumda üretilecek parçaların kısa sürede cok fazla ürün ortaya çıkarmasını sağlamıştır.

• MIM de üretilen parçaların yani numunelerin oldukça kaliteli ve hassas yüzey kalitesi elde edilebilmektedir.

• Ulaşılabilen yüksek yoğunluk sebebiyle yüksek mukavemet, manyetik ve korozyon dayanımı gibi üstün özellikler sergiler.

• Süper alaşım, tungsten alaşımları ve titanyum gibi çok zor işlenen malzemelerden, istenen net şekilde parçaların üretilmesi

4) SONUÇLAR

MIM teknolojisi ile küçük, karmaşık ve zor parçaların kaliteli bir biçimde ve yüksek miktarlarda üretilmesine olanak sağlamıştır. Yüksek yüzey kalitesi, dar ölçü toleranslarını karşılayabilme kabiliyeti, yüksek yoğunluk nedeniyle üstün malzeme mekanik özellikleri, seri imalata yatkın işlemleri, malzeme tasarrufu sağlayan tasarım ve imalat seçenekleri, çevresel faktörler ve geri dönüşüm açısından gelişmiş uygulamaları ve hepsinden önemlisi maliyet avantajı MIM teknolojisinin kullanılmasının en önemli özellikleridir.

(20)

12 5) ÖNERİLER

Metal enjeksiyon kalıplama ve bu sürece ait proseslime kademelerini oluşturan parametreler üzerinde durulmuştur. Karışım hazırlama, kalıplama ve sinterleme gibi proses kademeleri önemli üst başlıkları oluşturmaktadır. Her bir proses kademesi kendi içerisinde değişken birçok kavramı içermekte olup bu parametrelerin değişimi numunenin çoğu özelliğini direkt ya da indirekt olarak etkilemektedir.

Tozun sahip olduğu şekil, boyut ve boyut aralığı gibi değişkenler, diğer işlem kademelerini doğrudan etkilemekte olup optimizasyon açısından önemlidir. Kalıplama esnasında uygun basıncın seçilmesi önemli bir parametredir. Diğer taraftan sinterleme sıcaklığı seçilen malzemeye göre değişkenlik göstermesi ve sinterleme sonrasında numunenin %15 lere varan bir boyutsal küçülmeye uğramasıdır.

6) KAYNAKLAR

1) İhvan, S. 2008; Metal Enjeksiyon Kalıplama ile metal üretimi, 506051417 2) Kong, X.. 2013; Development And Characterization Of Polymermetallıc Powder Feedstocks For Micro-Injectıon Molding

3) Ewart, P.- Verbeek, J. – Ahn, S. 2013; A Comparison Of Titanium MIM Parts Produced Using Various Furnace Conditions

4) Guıan Wen, Peng Cao, Brıan Gabbıtas, Delıang Zhang, And Neıl Edmonds, 2012;

Development and Design of Binder Systems for Titanium Metal Injection Molding 5)Ewart, P. 2012; Metal Powder Injection Moulding, Research and Industry

7)Mehdi Shahedi Asl-Abbas Sabahi Namini-Amir Motallebzadeh- Maziyer Azadbeh, 2017;

Effects Of Sintering Temperature On Microstructure And Mechanical Properties Of Spark Plasma Sintered Titanium

8) Benson, J.M. – Chikwanda, H. K. The Challenges of Titanium Metal Injection Molding 9) https://www.mobile.chinasavvy.com/industrial/metal-injection-molding.html

10) Horizon Technology, 2019; Metal Injection Molding: Materials, Applications, Costs, &

How it Works

11) ZCMIM, 2017; Limitation Of Metal Injection Molding

12) PIM International; Optimising Your Design For MIM Production

(21)

ı ı

ıı ııı ıp ğıır ır ır

PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT VERSION

PR OD UC ED B Y A N A UT OD ES K S TU DE NT V ER SIO N

(22)

ıı

(23)

ıı

(24)

ıı

ğı

(25)

ıı

(26)

ıı

ıp

(27)

ıı

ğı