Basınçlı Döküm Referanslar

Basınçlı döküm prosesi otomotiv parçalarının üretiminde kullanılan temel imalat tekniklerinden biri olarak öne çıkmaktadır. Bu teknik seri üretim için rekabet avantajı sağlarken aynı zamanda dar toleranslara sahip parçaların üretiminde dahi yüksek verimlilik ile çalışmayı mümkün kılmaktadır.

Bu prosesin dezavantajı ise piston tarafından uygulanan basıncın meydana getirdiği yüksek metal akış hızlarının metalin kalıp içerisine türbülanslı akış profili ile dolmasına neden olmasıdır. Bu durum hava sıkışması oluşumuna ve kalıbın yeterli oranda metalle dolmamasına sebep olabilmektedir. Dolayısıyla, optimize bir işlem penceresi elde edilmesi için prosesin efektif ve dikkatli bir şekilde tasarlanması büyük önem taşımaktadır. Özellikle, planlama aşamasında ideal bir kalıp ve parça tasarımı yapılmış olmasına dikkat edilmesi gerekmektedir.

İtalya'da bulunan Tecnopress S.p.A. firması otomotiv parçalarının üretim proseslerinin geliştirilmesinde sadece MAGMASOFT® Sanal deney tasarımı modülünü tercih etmektedir. Firma bu sayede üretim maliyetlerini etkilemeden katı kalite kriterlerini kolaylıkla karşılayabilmektedir. İtalyan mühendisler tarafından tasarlanan ve yazıya konu olan otomotiv parçalarından biri de çoğunlukla ağır iş makinalarının fren sisteminde kullanılan pnömatik bir valfin muhafazasıdır. Çalışma koşullarında ağır bir mekanik yüke maruz kalmamakla birlikte parçanın ciddi seviyede basınç altında sızdırmazlığa sahip olması gerekmektedir. Dolayısıyla üretimden montaja kadar her adımda çok sayıda kalite testine tabi tutulmaktadır.

Yapılan ilk analiz neticesinde Tecnopress mühendislerinin geliştirdiği tasarımın gereksinimleri dolum esnasındaki sıcaklık dağılımı ve hız profili verileri incelendiğinde net bir şekilde ortaya çıkmaktadır. Diğer yandan analize göre özellikle parça içerisindeki bazı bölgelerde hava sıkışması ihtimali bulunmaktadır (Figür 1).

Üretilen ilk numuneler üzerinde yapılan görsel incelemeler sonucunda parçada herhangi bir hata görülmemesine rağmen işlemeden sonra uygulanan basınç testlerinde (13 bar değerine kadar) parçanın beklenen mukavemeti sağlayamadığı görülmüştür. Akabinde parçaya CT taraması yapılarak hataların kök nedenleri araştırılmıştır (Figür 2).

Yapılan taramada parçanın işlenen yüzeylerine yakın ve iki bölgede yoğunlaşmış porozitenin yüksek hurda oranına neden olduğu görülmüştür. Görsel muayene sonuçları daha detaylı incelendiğinde hataların ana nedeninin hava sıkışması ve dolayısıyla metalin kalıp içerisine dolumu esnasındaki akış özelliklerinden kaynaklandığı doğrulanmıştır.

Sonuçlar neticesinde Tecnopress tasarımcıları proses koşullarını geliştirmek amacıyla MAGMASOFT® sanal deney tasarımı modulünü kullanmaya karar vermiştir. Üstün MAGMA yaklaşımı ile birlikte ilk adımda çalışmanın ana kriterleri belirlendi: proses parametrelerindeki değişiklikler ve yolluk besleyici sistemlerindeki modifikasyonlar ile hava boşluğu oluşumu, yüzey türbülansları ve çekinti porozite miktarlarının minimuma indirgenmesi. Akabinde ise optimum çözümü tespit edebilmek ve her detayı yakından inceleyebilmek amacıyla tam 192 farklı tasarım üzerinde analizler gerçekleştirildi.

MAGMASOFT® 'un oluşturduğu dağılım grafiği üzerindeki iki ana kriterin (dolum esnasında hava boşluğu ve yüzey türbülans miktarı) davranışları incelenerek en iyi dizayn tespit edildi (her bir nokta bir analiz sonucunu göstermektedir). Paralel koordinatlar diyagramı ile de optimum proses koşullarını oluşturan ve kalite kriterlerini karşılayan yolluk sistemi bileşenleri ile proses parametreleri kolayca belirlendi (Figür 3).

MAGMASOFT® ile gerçekleştirilen optimizasyon sonrası belirlenen en iyi çözüm konfigürasyonu Tecnopress tasarımcılarına kalıp içerisindeki olası hava sıkışmalarının daha çok giriş boyutlarına ve şekillerine bağlı olduğunu açıklıyordu. İlk tasarım tekrar incelendiğinde bu sistemde bulunan üç girişten birincisinin kalınlaştırılması gerektiği, ikincisinin yerinin değiştirilmesi ve yine kalınlaştırılması gerektiği, üçüncüsünün ise sadece yerinin değiştirilmesi gerektiği ortaya çıkarıldı. Optimizasyon sonrası oluşan tasarım tasarımcılara göre kesinlikle öngörülemez ve şaşırtıcı özellikteydi.

Kalıp bileşenleri optimum tasarım baz alınarak modifiye edildi ve buna göre üretilen numuneden elde edilen veriler prosesin tüm kriterleri karşıladığını gösteriyordu. Yeni tasarım ile üretim hattından çıkan fire oranı %30’lardan %2'ye düşüyor ve numune üzerinde yeni alınan CT ekipmanı ile gerçekleştirilen X-Ray taramasında ise hiçbir porozite yoğunlaşması görülmüyordu (Figür 4).

Sanal optimizasyon sayesinde proses geliştirme süreci gayet hızlı ve düşük maliyetli bir şekilde gerçekleştirilerek parçadaki porozite miktarı ciddi ölçülde azaltılmıştır. Tecnopress mühendislerinin proaktif çözüm felsefesi ile birlikte karmaşık dinamiklere sahip proje başarıyla optimize edilmiş, maliyet ve zaman açısından son derece başarılı bir çözüm ortaya konulmuştur.

Kalıp bileşenleri optimum tasarım baz alınarak modifiye edildi ve buna göre üretilen numuneden elde edilen veriler prosesin tüm kriterleri karşıladığını gösteriyordu. Yeni tasarım ile üretim hattından çıkan fire oranı %30’lardan %2'ye düşüyor ve numune üzerinde yeni alınan CT ekipmanı ile gerçekleştirilen X-Ray taramasında ise hiçbir porozite yoğunlaşması görülmüyordu (Figür 5).

Sanal optimizasyon sayesinde proses geliştirme süreci gayet hızlı ve düşük maliyetli bir şekilde gerçekleştirilerek parçadaki porozite miktarı ciddi ölçülde azaltılmıştır. Tecnopress mühendislerinin proaktif çözüm felsefesi ile birlikte karmaşık dinamiklere sahip proje başarıyla optimize edilmiş, maliyet ve zaman açısından son derece başarılı bir çözüm ortaya konulmuştur.