Parça Tasarımında Vaka Analizleri

Döküm endüstrisinde rekabetçi kalabilmek için maliyetleri düşürmek bir zorunluluktur. Kum kalıba dökümde, hem kalıp hem de ergiyik hacminin artması sıklıkla maliyetlerin artmasına neden olur. MAGMA YAKLAŞIMI, kum dökümcülerin kalıp kumunda %30 tasarruf etmelerine ve kalitede herhangi bir bozulma olmadan verimi %9 oranında artırmalarına yardımcı oluyor.

Usipe, paletli araçlarda kullanılan 5,85 kg'lık bir ızgara çubuğunu havada sertleşen reçine prosesiyle sinterleme için üretti (Şekil 1). İki gözlü derecesiz kalıbın ağırlığı 139 kg civarındaydı ve toplam döküm ağırlığı 11,7 kg idi. Usipe, %55,7 verimle ürettiği parça için yolluk ve besleyici sistemleri ile 21 kg sıvı metale ihtiyaç duymaktaydı ve kum-metal oranı 6,6:1 idi.

Rekabetçi bir ortamda, yeni kum tüketimi giderek daha önemli hale gelmektedir: Yeni kum kullanımındaki bir azalma, maliyette de bir azalmaya yol açacaktır. Kum tüketimini azaltmak için dökümhaneler kullanılmış döküm kumlarını büyük miktarlarda geri dönüştürmektedir [1]. Ancak kullanılmış kumun yoğun bir şekilde temizlenmesi ve yeniden kullanım için şartlandırılması gerekmektedir. Bu, kalıntı kirlerin veya bağlayıcıların neden olduğu kusurları önlemenin tek yoludur [2]. Diğer yandan, tam da bu nedenle işletme maliyetleri önemli ölçüde artmaktadır.

Usipe'deki mühendisler kumu hiç kullanmamanın daha iyi olacağını düşündüler. Bu sayede hem üretim hem de kum hazırlama maliyetlerini azaltabileceklerdi. Dökümcüler MAGMA YAKLAŞIMINI biliyordu. Ve kullandılar. Amaçları, döküm sürecindeki kalıp malzemesi miktarını sistematik olarak azaltmak ve böylece kum-metal oranını iyileştirmek ve sonuçta üretim maliyetlerini düşürmekti

Mühendisler kum tüketimini azaltmak için kalıbın et kalınlıklarını güncellemeyi planladılar (Şekil 2). Ayrıca döküm parçaların boyutsal doğruluğundan ve kalitesinden ödün vermeden besleyici boyutunu küçültmek istediler. Hedef kriterler açıktı: besleyici boyutları ve kalıbın dış konturu.

Buradaki zorluklar şunlardı: Mühendisler kalıbın et kalınlığını değiştirirse, termal bağlayıcı koşulları, mekanik özellikler ve kalıbın rijitliği değişecekti. Bilindiği üzere, et kalınlığı aynı zamanda kalıp malzemesindeki sıcaklık döngüsünü ve dolayısıyla bağlayıcı bozunmasını da etkileyen bir parametre. Bağlayıcı çok hızlı bozunursa, bu durum döküm hatalarına yol açabilir ve kalıp, katılaşmış bir kabuk oluşmadan önce dolum sırasında kırılabilir.

Bu nedenle Usipe, farklı kalıp geometrileri ile simülasyonlar gerçekleştirmeye karar verdi. İlk olarak, uzmanlar kalıbın hangi kısımlarının değişebileceğini anlamak için mevcut süreci değerlendirdi. Şekil 3'te gösterildiği gibi, her iki kalıp yarısının yüksekliğini azaltırken (Şekil 3b), dört köşeyi ve dikey simetri ekseni boyunca iki büyük alanı çıkarmayı planladılar (Şekil 3a). Ayrıca besleyici boyutunu da küçülttüler: besleyici yüksekliğini yarıya indirerek sıcak noktalar oluşmaması koşuluyla döküm başına 1,8 kg erimiş metal tasarrufu sağladılar

Yeni kalıp tasarımını test etmek ve döküm hatalarını elemek için mühendisler dolum ve katılaşma simülasyonu yaptı. Küçülen besleyicinin döküm kalitesini etkilemediğini gördüler. Hem sıcak noktalar hem de porozite hafifçe kaymış, ancak yine de besleyiciyle sınırlı kalmıştı (Şekil 4, sol: orijinal kalıp; sağ: yeni kalıp). Modifiye edilmiş kalıp tasarımı ince etli bölümlere sahipti. Bu bölgelerdeki bağlayıcı bozunması çok belirgin olsaydı, özellikle de o zamana kadar dökümde kararlı bir katılaşmış kabuk oluşmamışsa, kalıbın stabilitesi azalacaktı. Uzmanlar bu alanları daha yakından inceledi ve simülasyon sonuçlarını, dolum tamamlandıktan 10 dakika sonra, yani kararlı bir katılaşmış kabuk oluşması gereken zaman için orijinal kalıbın sonuçlarıyla karşılaştırdı.

Orijinal tasarımda, bağlayıcı bozunması kalıp içinde yaklaşık 8,7 mm ±2 mm'ye ulaşmıştı. Bu alanda bağlayıcı içeriği 0,133 kg/m³'e düşmüştü (Şekil 5a). Ayarlanmış kalıp ile bitişik alanlar daha fazla ısınmış, böylece bağlayıcı bozunması 16 mm ±3 mm derinliğe kadar ulaşmıştı. Ancak bağlayıcı içeriği bu alanlarda o kadar azalmamıştı (1.317 kg/m³, Şekil 5b). Bu koşullar altında, mühendisler büyük döküm kusurlarının meydana gelmesini beklemiyorlardı.

Bu nedenle Usipe bir prototip üretti. Ancak test sırasında kalıbın alt yarısında bir çatlak oluştu (Şekil 6). Bu çatlak potansiyel olarak fire oranında önemli bir artışa yol açabilirdi. Bu kusurun dökümün kalitesini etkileyip etkilemediğini ve kalıpta ayarlama yapılmasının gerekli olup olmadığını kontrol etmek için dökümcüler MAGMAstress kullanarak dökümün gerilim dağılımlarını ve deformasyonlarını hesapladılar.

Sonuçlar, kalıbın yarısında çatlağa neden olan parçanın ana ekseni boyunca katılaşmaya bağlı bir çarpılma olduğunu ortaya koydu (Şekil 7). Deformasyon kalıba zarar vermiş olsa da, parçadaki çarpılma tolerans aralığı içindeydi: Usipe böylece fireyi artırmadan parçayı üretebildi.