Vaka Analizleri

Alçak basınçlı döküm prosesleri döküm tesislerine yüksek verimli üretim yapma imkanı sağlar. Kalıp boşluğu düzgün ve homojen bir şekilde doldurulurken bu proses dökümhanelere yüksek verimle birlikte yüksek oranda otomasyon imkânı da sunar. Çoğu zaman, boyutsal olarak doğru dökümler üretmek için ne besleyicilere ne de işleme paylarına gerek duyulur. Buna karşın, döküm daha karmaşık hale geldiğinde, sıcak kalan bölgelerden kaynaklanan porozite riski bu proseste de artar. Olası çözümler; besleyiciler, ek işleme payları ve kalıpla ilgili önlemlerdir. Ancak bu tür yaklaşımlar üretim verimliliğini azaltır. MAGMASOFT® bu noktada dökümhanelerin optimum verim, iyileştirilmiş enerji verimliliği ve minimum fire ile verimli bir şekilde üretim yapmasına yardımcı olur.

BMW Brilliance Automotive Ltd. (BBA), otomatize alçak basınçlı döküm (LPDC) prosesini kullanarak A356 alüminyum alaşımından silindir blokları (Şekil 1) üretiyor. Silindir bloklarında, motor titreşimlerini azaltmak için denge milleri tercih edilir. Denge milleri, balans mili deliklerine monte edilir. Bunların döküm sırasında doğru şekilde oluşmasını sağlamak için BBA, projenin ilk adımında iki noktaya kum maça yerleştirmeyi tercih etmişti (Şekil 1).

Ancak, BBA mühendisleri kum maça bölgesinde döküm hataları oluştuğundan şüpheleniyorlardı: Buradaki et kalınlığı yeterli beslemeyi sağlamak için çok inceydi ve bu da katılaşma sırasında sıcak kalan bölgelerin oluşmasına neden oluyordu. Bu nedenle, bitmiş bir prototip üzerinde X-ray incelemesi yaptılar ve sağ balans mili deliğinin üzerinde porozite tespit ettiler (Şekil 2).

Uzmanlar, porozitenin en az %1'lik bir fire oranına ve devam eden süreçte kalite güvence hususlarına neden olacağını öngördüler. Bu oran BBA için kabul edilemez bir seviyeye işaret ediyordu. Daha sonra, hatayı ortadan kaldırmak amacıyla prototipin gerçek döküm koşulları altında MAGMASOFT® ile döküm simülasyonunu gerçekleştirdiler (Şekil 3). Simülasyon sonuçları, poroziteye yol açan sıcak kalan bölgeyi ortaya çıkardı. Peki bu nokta yok edilebilir miydi?

BBA, prosesin hem kaynak hem de enerji açısından verimli kalması gerektiğini belirtmekteydi. Dolayısıyla bu şartlar altında verimi düşürmemek için besleyiciler çözüm olarak uygulanmadı. Masadaki olası çözümler; sıvı metalin sıcaklığını, kalıbın ısıtma sıcaklığını ve sağ taraftaki maçada ve alt kalıpta soğutmanın başlama zamanını enerji dengesini etkilemeden ayarlamaktı. MAGMASOFT® ile mühendisler bu döküm parametrelerini birleştirdi ve 72 uygulanabilir varyantı hesaplayıp değerlendirerek porozite seviyesine göre sıraladı: Varyant 36 en düşük değere işaret etmekteydi (Şekil 4).

Ana etki matrisi (Şekil 5) sonuçların daha doğru bir şekilde değerlendirilmesini sağladı. Mühendisler böylece maliyet etkinliği ve fizibilite gibi niteliksel hedefleri de dikkate aldılar. Hata üzerindeki en büyük etkiyi sıvı metal sıcaklığının gösterdiği tespit edildi. Sıcaklık yükselirse, porozite önemli ölçüde azalmaktaydı. Alt kalıbın soğumasını geciktirmek veya ısıtma sıcaklığını arttırmak, porozitede küçük bir azalmaya yol açarken sağ taraftaki maçanın ısıtma sıcaklığı arttırıldığında veya soğuması geciktirildiğinde porozitenin arttığı görülmekteydi

Bu bulgularla mühendisler önce sıvı metalin sıcaklığına odaklandılar ve dökümü 730°C'lik bir döküm sıcaklığı ile simüle ettiler. Sağ taraftaki maça, sıvı metal yolluktan girişe ulaşır ulaşmaz 200 saniye süreyle soğutuldu. Hesaplamaya göre, bu parametrelerin fire oranını yarı yarıya azaltması bekleniyordu. Ancak bu yine de mühendisler için yeterli değildi. Bu nedenle, iyileştirme için ek alternatifler aramaya başladılar. Buldukları bir yaklaşım, dolumdan 2 dakika sonraki 'Sıvı Oranı-Fraction Liquid' sonucuydu. Bu noktada, sağ balans mili deliğinin üzerinde izole bir sıvı metal bölgesi oluşmaktaydı (Şekil 6).

Ancak burada kullanılan kum maça beslemeyi engellediği için kritik alan beslenememekteydi. Besleme yolu genişletilerek kritik bölge yeterince beslenirse hatanın önüne geçilebilirdi.

Proses sorumluları, besleme kapasitesini artırmak için kum maçanın boyutunu küçültmeyi önerdiler. MAGMASOFT® arka arkaya kum maçanın sol yarısından sırasıyla üç segmenti (5, 10 ve 15 mm genişliğinde) çıkarmak için kullanıldı, (Şekil 7) ve katılaşma buna göre simüle edildi:

Kum maçadan 10 mm genişliğinde bir daire parçası çıkarıldığında, bu besleme yolunu artırmalı ve dökümdeki poroziteyi ortadan kaldırmalıydı. Peki bu sorunu çözebildi mi?

İşleme sorumlusu, asimetrik deliğin işleme takımına eşit olmayan baskı uygulanmasına ve bunun da takımın çok yüksek seviyede aşınmasına yol açtığını kaydetti.

Denge mili deliğinin çapının ayarlanmasını önerdi (Şekil 8) ve böylece işleme takımına eşit oranda kuvvet uygulanabilirdi. Başlangıçta, çap 36.5 mm idi ve mühendisler, 32, 28, 24 ve 20 mm çaplı dökümleri simüle ettiler: 28 mm'lik bir kum maça çapı için, porozite üçte bir oranında azalmakta ve 20 mm'de tamamen kaybolmaktaydı. Ancak, 20 veya 24 mm çap için işleme süresi uzamaktaydı. Aynı zamanda, bu çaplarda sağ maçanın yapısında bozulma ihtimali olabilirdi. Maçanın kırılması ise fire oranının artması anlamına geliyordu. Bu sebeple 28 mm çapın iyi bir denge noktası olduğuna karar verildi ve maçanın kararlılığı korunurken ek işleme süresinin de kabul edilebilir olduğu belirtildi.

BMW Brilliance Automotive Ltd. (BBA), 2003 yılında BMW ve Brilliance Group'un ortak girişimi olarak kuruldu. BBA, Ar-Ge, satın alma, üretim, satış ve müşteri hizmetleri alanlarında faaliyet göstermektedir ve Shenyang'da bir üretim tesisi ve hem Pekin hem de Şanghay'da yan kuruluşları bulunmaktadır. Şirket yakın zamanda CO2 emisyonlarını ve üretilen araç başına enerji ve su tüketimini önemli ölçüde azaltmıştır.