Farklı Döküm Tasarımlarının Metodik Değerlendirmesi

Döküm proses simülasyonunun sürekli olarak uygulanması halinde dahi, döküm parçalarının artan karmaşıklığı ve kalite taleplerinin çeşitliliği, hadde ve kalıpların optimal tasarımına yönelik erken ve sağlam kararlara varmayı daha da zorlaştırmaktadır. Buna bir örnek de Almanya’daki ZI’de üretilen yüksek basınçlı döküm dişli kutusudur. Döküm CAD verisinden elde edilen bilgiye göre, uygun üretim planı döküm proses simülasyonu ile oluşturulacaktı. Döküm pozisyonları ve yolluk konseptlerine yönelik birkaç deneme tabanlı teklif oluşturuldu ve en iyi çözümü belirlemek amacıyla analiz için hazırlandı.

Dört farklı başlangıç tasarımı, ZI takımı tarafından ayrıntılı analiz için seçildi. Soğuk birleşmeyi ve poroziteyi önlemek için özel dikkat gösterildi. Doldurma ve katılaşma simülasyon değerlendirmesinde sıcaklık dağılımı, metal hızı ve hava basıncı kalıp dolumunun başlangıcından sonuna kadar spesifik olarak hesaba katıldı. Piston hızı 3 m/s olduğunda herhangi bir soğuk birleşmeye rastlanmadı fakat tüm tasarımlarda lokal sıkışmış hava ve makroporozite görüldü.

Bütün parça kalitesini tanımlayan çeşitli kriterlerin doğrudan karşılaştırılması ve değerlendirilmesi, 3D animasyon ve sonuçları temel alınarak gerçekleştirildi. Birbirinden oldukça farklı döküm konseptlerinin olması nedeniyle, en iyi tasarımın belirlenmesi ve devam eden problemlerin azaltılması ya da ortadan kaldırılması yalnızca bu sanal analiz ile kolay değildi.

Döküm tasarımlarının farklı dolum davranışları

Tüm varyasyonlar ve değişkenleri içeren net ve kapsamlı bir karşılaştırmayı başarılı bir şekilde oluşturmak için ZI’deki uzmanlar MAGMASOFT® Değerlendirme Perspektifi içerisindeki yeni imkanları kullandılar. Daha önce simüle edilmiş proje versiyonlarını içe aktardıktan sonra, yeni araçların kullanımıyla sonuçlar hızlı bir şekilde hesaplamaları tekrarlamaya gerek kalmadan değerlendirme için uygun hale geldi. Ulaşılması gereken hedefler ilgili parametreler ve kalite kriterleri kullanılarak yazılımın Optimizasyon Perspektifinde hızlıca tanımlandı: maliyet hedefleri verim değerleriyle gösterilirken, ‘Pürüzsüz Döküm’, ‘Hava Basıncı’, ‘Sıcak Bölge Besleme) süresi’ ve ‘Porozite’ kaliteyi değerlendirmek amacıyla kuruldu.

Sıralama: Tanımlanmış kalite kriterleri için kantitatif değerlerle tasarımların doğrudan karşılaştırılması

Karşılaştırmaya başlamak için öncelikle farklı tasarımların sıralandırılmasına başvuruldu. Tüm kriterleri eşit şekilde önemle değerlendirerek tasarım 2’nin en uygun olduğu sonucuna ulaşıldı. Hedefler arasında önceliklerin değiştirilmesi ile farklı varyasyonlar hızlı bir şekilde kontrol edilebildi. Örneğin, verim %X düşürüldüğünde ulaşılabilen kalite üzerindeki etkiler araştırılabildi. Tasarım 2’nin açık ara en yüksek işleme koşullarına sahip olduğu hesaba katıldığında, ZI uzmanları tasarım 3’ün optimizasyonuna devam etmeye karar verdiler.

Tasarım 3’te gözlemlenen kabul edilemez porozite seviyelerine sahip bölgeler yüzünden döküm planının daha fazla modifikasyonu gerekli olmuştur. Bu da akış optimizasyonu yapılmış yolluk tasarımı ve yeniden boyutlandırılmış oluklar olarak sonuç vermiştir. Buna ek olarak, prosesi sağlamlaştırmak için ejeksiyon oryantasyonu değiştirilmiştir. Bu 5. Tasarımın simülasyon sonuçları ilk dört tasarımın sonuçları ile Değerlendirme Perspektifi’nde kantitatif olarak karşılaştırılmıştır. Paralel Koordinatlar Diyagramı’nda, uygulanan değişikliklerin her kalite kriteri üzerindeki etkileri doğrudan görselleştirilmiştir. Tasarım 5’in hem dolum hem de katılaşma davranışı en sonunda tatmin edici sonuçlar vermiştir.

Paralel Koordinatlar Diyagramında tüm tasarımlar için kalite kriterlerinin eş zamanlı değerlendirilmesi

Tasarım 3’te gözlemlenen kabul edilemez porozite seviyelerine sahip bölgeler yüzünden döküm planının daha fazla modifikasyonu gerekli olmuştur. Bu da akış optimizasyonu yapılmış yolluk tasarımı ve yeniden boyutlandırılmış oluklar olarak sonuç vermiştir. Buna ek olarak, prosesi sağlamlaştırmak için ejeksiyon oryantasyonu değiştirilmiştir. Bu 5. Tasarımın simülasyon sonuçları ilk dört tasarımın sonuçları ile Değerlendirme Perspektifi’nde kantitatif olarak karşılaştırılmıştır. Paralel Koordinatlar Diyagramı’nda, uygulanan değişikliklerin her kalite kriteri üzerindeki etkileri doğrudan görselleştirilmiştir. Tasarım 5’in hem dolum hem de katılaşma davranışı en sonunda tatmin edici sonuçlar vermiştir.

Birbirinden tamamen farklı döküm konseptlerinin MAGMASOFT®’un yeni optimizasyon ve değerlendirme araçları kullanılarak değerlendirilmesine sistematik yaklaşım, ZI için hızlı bir şekilde kritik ve yerinde kararlar alınmasında etkili olmuştur. Kalitatif olarak karşılaştırılması zor olan 3D simülasyon sonuçları, kantitatif karakteristik değerler halinde özetlenerek ve görselleştirilerek, bir bütün olarak prosesin ve dökümün belli bölgelerinin doğrudan karşılaştırılması ve kriter tabanlı oluşturulması imkanı bulunmuştur. Çalışanların yıllar içinde kazandıkları döküm uzmanlığının ve MAGMASOFT® Değerlendirme Perspektifi içerisindeki kalite ve maliyet kriterlerinin kantitatif karşılaştırmasının yapılabilme imkanının birleşmesiyle ZI’deki döküm proses planının oluşturulmasında değişiklikler yapılmış, iş akışı hızlanmış ve kararların sağlamlığı artmıştır.

Firma Bilgisi

ZI Aluminium Druckguss GmbH yüksek basınçlı alüminyum döküm bileşenlerinin bilinen bir üreticisidir. 40 yılı aşkın süredir makine yapım endüstrisi için yüksek kaliteli ürünler, 2003’ten beri farklı farklı endüstri alanlarından müşterilerin de katılımıyla Almanya, Bad Bergzabern’de üretilmektedir. İstenen özelliklerde bileşenlerin tam vaktinde ve rekabetçi bir fiyatta realizasyonu firma yetkinliğinin merkezinde yer almaktadır. Bunu başarabilmek için ZI uzmanları ürün geliştirme fazının başlangıcından itibaren müşterilerini desteklemektedir. Bunun sonucunda ulaşılan uzun soluklu iş bağlantıları firma başarısının temelini oluşturmaktadır.

* Metin ve görseller ZI Aluminium-Druckguss GmbH'ye aittir, izinsiz kullanılamaz.