Küçük Serilerde Yüksek Kalite : Az Adetli Siparişlerin Ekonomik Üretimi için Doğru Döküm Teknolojileri
Emerson Process Management (Tianjin) Valve Co., Ltd., kimya endüstrisinden enerji üretimine kadar çoğu endüstride kullanılan kontrol valfleri için valf kapakları tasarlıyor.
Emerson, son projesinde yüksek sıcaklık ve yüksek basınç uygulamaları için ostenitik paslanmaz çelik, martenzitik çelik veya çelik kalitesinden yapılmış küçük bir valf kapağı serisi (Şekil 1) üretmeyi planladı. Amaç, her üç alaşımı da kalite kaybı olmadan dökmek için kullanılabilecek standart bir yolluk ve besleyici sistemi tasarlamaktı.
Son dönemde pazarlarda daha çok büyüyen ve daha niş alanlar öne çıktığı için genellikle dökümhanelerden daha küçük seriler talep ediliyor. Bu durum, Emerson'ın tasarımcıları için büyük serilere alışık olduklarından bazı detayların çözülmesini gerektirdi. Üretime başlamadan önce, dökümhane genellikle parçaları kapsamlı bir şekilde numunelerle test etmekteydi.
Mühendisler, yolluk sistemini ayarlamak, sorunları düzeltmek veya döküm süresini azaltmak için ancak üretim başladıktan sonra döküm proses simülasyonunu kullanmaktaydı.
Bu yaklaşım için harcanan çaba, serinin üretim hacmine göre önemli ölçüde artmaktaydı. Testler ve denemeler de genel maliyetleri artırıyordu. Tasarımcılar bu sebeple bu koşullara uyum sağlamalı ve henüz parçayı tasarlarken, hatta üretim başlamadan önce simülasyon süreçlerini gerçekleştirmeliydi. Bu, geliştirme sırasında yüksek bir kalite düzeyi sağlamanın yanı sıra, döküm hatalarını belirlemelerine ve bunlardan kaçınmalarına olanak tanıyacaktı. Böylece sağlam ve hatasız bir üretimi garanti eden uygun bir yolluk ve besleyici sistemi kolaylıkla tasarlanabilir hale gelebilecekti.
Bu doğrultuda sistematik bir yaklaşım olarak dökümhane uzmanları, en iyi döküm süresini göz önünde bulundurarak önce besleyicileri yerleştirmek ve ardından yolluk sistemini tasarlamak için MAGMASOFT® kullanmaya karar verdiler.
Yeni Bir Besleyiciyle Başarı?
Valf kapağı, halihazırda karbon çeliğinden büyük miktarlarda üretilmekteydi. Mühendisler, besleyicinin tasarımını uyarlamak için bu malzemenin döküm sistemini referans olarak kullandılar. Karbon çeliğinden büyük ölçekli üretim için dökümhane, boyutsal doğrulukla hatasız bir döküm üretmek için merkezi olarak yerleştirilmiş tek bir besleyici kullanmaktaydı (Şekil 2). Bu kurulum diğer alaşımlarla da çalışacak mıydı?
Uzmanlar, üç alaşımın her biri için farklı döküm sıcaklıklarında katılaşmayı simüle ettiler. Böylece, üretim sırasında meydana gelen gerçek sıcaklık dalgalanmalarını dikkate aldılar. Kalite, sanal analiz tasarımı (DoE) kullanılarak değerlendirildi.
Sonuçlar, ostenitik paslanmaz çelikten yapılan dökümlerde döküm hatası beklenmediğini gösterdi. Ancak, yüksek sıcaklık uygulamaları için üretilen parça, tüm kalite gerekliliklerini karşılamak için sabit bir döküm sıcaklığı gerektiriyordu. Sıcaklıktaki minimum düşüş, porozite nedeniyle fire oranlarında önemli bir artışa yol açabilirdi. Martenzitik çelik döküm ise belirli bir döküm sıcaklığında önemli döküm hataları göstermekteydi. Bu alaşım için dökümhanenin besleyiciyi optimize etmesi gerekiyordu.
MAGMASOFT® ile yapılan ayrıntılı bir analiz, her zaman prosese dair çok kritik bulgular sunuyor. Katılaşma sırasında, iki Hot Spot (sıcak bölge) ile tanımlanan iki besleme bölgesi gelişmekteydi (Şekil 3): besleyicinin altındaki dairesel bir alan izole olarak besleyici etkinliği kesilmekteydi. Bu da o bölgede poroziteye sebep olmaktaydı. Mühendisler tasarımı büyük bir çaba harcamadan uyarlayabilecekler miydi?
Besleyicinin boyutunu büyütmenin ekonomik olmadığı ortaya çıktı. Bunun üzerine dökümhane kritik dairesel alanı beslemek üzere yeni bir çözüm arayışına girdi. Bu nedenle, parçanın ortasındaki besleyicinin boyutunu küçülterek, kritik alanın üzerine dört besleyici yerleştirdiler ve tasarıma dört soğutucu eklediler.
Bu konfigürasyonu kullanarak, daha sonra parçanın katılaşmasını simüle ettiler ve kusurları bulmak için dökümü değerlendirdiler. Dökümün, her üç alaşımdan da sorunsuz - hatasız şekilde üretilebildiği görüldü (Şekil 4).
Doğru Yolluk Sistemi ile Hedefinize Daha Hızlı Ulaşın
MAGMASOFT® ile besleyiciyi tanımladıktan sonra, mühendisler yolluk sistemini yenilediler. Kalıbın pürüzsüz ve istikrarlı olduğu kadar hızlı bir dolum profiline sahip olduğunu dikkate aldılar. İki farklı iniş geometrisi mevcuttu (Şekil 5): spiral ve konik.
Mühendisler, iki yolluk sistemi ve üç farklı alaşım için, farklı döküm sıcaklıkları ve süreleri ile kalıp dolumunu simüle ettiler ve sonuçları değerlendirdiler. Sanal analizin (DoE) korelasyon matrisi, bir bakışta hangi proses değişkenlerinin sonuçları önemli ölçüde etkilediğini göstermekteydi: gölgenin koyuluk derecesi kalite üzerindeki etkinin ne denli güçlü olduğunu ifade ediyordu.
Spiral yolluk analizi (Şekil 6a), ne çelik kalitesinin ne de döküm sıcaklığının doldurma davranışını etkilemediğini gösteriyor (gri şekilde gösterilmiştir). Öte yandan, döküm hızı kaliteyi önemli ölçüde etkiliyor (şekilde kırmızı veya koyu kırmızı): 12-16 saniye arasındaki döküm süreleri, hava sıkışması olmadan düzgün bir kalıp dolumunu sağlıyor.
Konik dikey yolluğun sanal analizi (Şekil 6b) ayrıca malzeme ve döküm sıcaklıklarının dolumu etkilemediğini gösteriyor. Konik yolluk ile kalıp en iyi senaryoda 8 saniye içinde doluyor: Ergiyik akışı, tüm kalite gerekliliklerini karşılayacak kadar düzgün ve sabit bir davranış gösteriyor. Böylece konik yolluğun yeni yolluk sisteminin bir parçası olmasına karar verildi.
Emerson, yeni besleyici ve optimize edilmiş yolluk ile valf kapağını üç alaşımdan üretti. Tedarikçilerin kalite kayıtları, bu tipteki tüm valf kapaklarının kalite kabul kriterlerini karşıladığını gösteriyor. Emerson beklenen hedeflerine ulaştı: kalite kaybı olmaksızın üç çelik sınıfının tümü için valf kapağı üretimine olanak tanıyan standart bir yolluk ve besleyici sistemi tasarlamayı başardılar.
Henüz İhtiyaç Duymadan Önce Dahi Doğru Yolluk ve Besleyici Sistemini Bulun
MAGMASOFT®, üretim hacmindeki veya malzeme özelliklerindeki farklılıklara rağmen döküm tasarımı veya proses geliştirme tarafında yüksek kaliteli dökümleri güvence altına almak için mükemmel bir araçtır. Sanal Analiz tasarımı, üretim sürecinin birçok kısıtlamasını ve değişkenini göz önünde bulundurarak, dökümlerin tasarımının üretime uygunluğunu sağlıyor. Bu örnekte, mühendisler farklı çelik kalitelerinden hatasız valf kapakları üretmek için yeni bir yolluk ve besleyici sistemini başarıyla tasarladılar ve kullandılar.
Böylelikle, mühendisler numune süreci olmadan küçük seriler için mükemmel bir proses tasarlama imkanına sahip oldular. Gelecekte, Emerson'ın mühendisleri, kapsamlı denemelerden ve maliyetli prototip parçalarından tasarruf etmek için MAGMASOFT® ile daha büyük serileri önceden daha yoğun bir şekilde planlayacaklar. Bu şekilde, fiili üretim başlamadan önce yeni pazar gereksinimlerine, malzeme taleplerine ve seri miktarlarına verimli bir şekilde tepki verebilecek ve Emerson böylece zamandan ve paradan tasarruf sağlayarak ekonomik proseslerle üretme imkanı bulacak.
Emerson Hakkında
Emerson Electric Company, uluslararası alanda faaliyet gösteren bir holding ve şu anda dünya çapında 200'den fazla tesisi işleten en büyük küresel güç teknolojisi üreticilerinden biri durumunda. Çin yan kuruluşu Emerson Process Management (Tianjin) Valve Co. Ltd. 2004 yılında açıldı. Satış, eğitim merkezi ve üretim tesislerini içeriyor. Emerson, Tianjin'de lider markalar Fisher ve Yarway için regülatörler, aktüatörler ve kontrol valfleri üretmekte.
