Çelik Döküm Tasarımında ve Metodunda Optimizasyon Uygulamaları
Çelik dökümde en sık karşılaşılan problemlerden biri de sıcak yırtılmadır. Parçalarda oluşan hataların giderilmesi için gerçekleştirilen yüksek maliyetli tamir çalışmaları yerine tasarımın ve metodolojinin tekrar incelenmesi işletmeleri bu büyük yükten kurtarıyor.
Eagle Alloy işletmesinde optimizasyon çalışması sonrası shell kalıplama ile üretilen çelik döküm parçaların yüzde 80’inin uzunlamasına eksenlerinin iç köşelerinde sıcak yırtılma hataları tespit edildi. Hataların giderilmesi amacıyla belirlenen noktaların kaynaklanması suretiyle uzun çalışmalar yapılmaktaydı ve ayrıca üretilen tüm parçaların manyetik partikül tekniği ile kontrolden geçirilmesi gerekiyordu. Sonuç olarak, söz konusu parçaların mevcut araçlarla üretimi ekonomik olmaktan çıkmak üzereydi.
Eagle Alloy ekibi parçayı optimize etmek için sadece parça modeli yerine yolluk ve besleyicileri tasarımlarının da gözden geçirmeye karar verdi. Bu projeyi zamanında tamamlamak ve düşük bir maliyetle yürütmek amacıyla güncel MAGMASOFT® sürümünde yer alan otonom optimizasyon modülünün kullanılmasına karar verildi. İlk etapta ekip, modülün sağladığı özellikleri kullanarak değişik parametrelerin prosese etkilerini inceledi. İlk hedef olarak sorunlu bölgedeki hatanın nasıl giderileceği, ikinci olarak ise planlanan değişikliklerin çekinti gözeneklerine neden olarak parçanın mukavemetini düşürmesine nasıl engel olunacağı araştırıldı. Bu doğrultuda farklı parça geometrileri ve besleyici sistemleri seçilip MAGMASOFT®'un içinde bulunan DoE uygulaması kullanılarak simüle edildi. Farklı kombinasyonlar sonucu ortaya çıkan katılaşma, oda sıcaklığına soğuma, muhtemel kalıntı gerilmeler ve muhtemel çatlak verileri her bir besleyici ve yolluk tasarımı için detaylı olarak incelendi. Kritik bölgeler üzerindeki sıcak yırtılma olasılıkları ve besleme sisteminin etkileri otomatik olarak modül tarafından karşılaştırıldı.
Toplamda 12 simülasyon modeli geliştirildi ve çalışma süresince parça pozisyonu, geometrisi, besleyici sistemi ve proses parametreleri optimize edildi.
Optimizasyonların değerlendirilmesi aşamasında mühendisler en uygun kombinasyonu belirlemek amacıyla MAGMA’da yer alan istatistik ve sonuç analizi özelliklerini kullandılar.
Aşağıdaki grafikte her bir simülasyon için belirlenen hedefler verilmekte. Porozite ve sıcak yırtılmaya yol açan eğilimler açıkça görülüyor.
Sıcak yırtılmaya karşı en yüksek eğilim; minimum çekintiye ve optimum beslemeye sahip olan simülasyonda tespit edildi. Veriler incelendiğinde bunun sebebinin uzun katılaşma süresiyle beraber besleyici ile parça arasındaki yüksek sıcaklık farkları sonucu oluşan (besleyicilerin daha iyi çalışmasına karşın) yüksek gerilim ve dolayısıyla yüksek yırtılma riskinin olduğu tespit edildi. Elde edilen grafik mühendislere bu açıdan oldukça faydalı bilgiler vermekteydi.
Üretilen hatalı parçalar ve sonrasında yapılan optimizasyon çalışmaları sonucu belirlenen uygun kombinasyon karşılaştırıldığında; parça ve besleyici sisteminde yapılacak olan geometrik değişimlerin gerilimi ve poroziteyi aynı oranda azalttığı gözlendi.
Yeni tasarımın devreye alınması halinde, kritik katılaşma aralığında muhtemel çekinti ve plastik deformasyonların %61 oranında azaltılabileceği görüldü. MAGMASOFT® değerlendirme araçları sayesinde her bir parametrenin etkileri kantitatif olarak incelenerek yolluk sistemi değişikliği ile çekinti ihtimalinin %30 oranında azalacağının öngörülmesine karşın optimize edilmiş parça tasarımı ile bu oranın %44’e çıktığı tespit edildi.
Başarılı optimizasyon çalışması sayesinde proses gereği yapılması gereken manyetik partikül test sayısında ve tamir süresinde hatırı sayılır oranda düşüş sağlandı. 12 modelin simülasyonu 8 çekirdekli sürümde yalnızca 22,5 saat sürdü. Aynı modellerin üretimde denenmesi ise belki aylar sürecek, malzeme ve işçilik maliyeti inanılmaz oranda yükselecekti. Bu da simülasyon yazılımının kullanılmadığı durumlarda modelin bu kadar hızlı bir şekilde düzeltilmesinin mümkün olamayacağına işaret etmekte.
Otonom optimizasyon modülünün kullanımı ile Eagle Alloy mühendisleri efektif ve ekonomik bir şekilde parçayı modifiye ederek gerekli kriterleri karşılama fırsatını yakaladılar.
