Vaka Analizleri

Fundimig, otomotiv endüstrisi, tarım ve endüstriyel makineler için küresel grafitli dökme demir (sfero) parçalar üretiyor. Ürün gamı genel olarak hidrolik direksiyon sistemleri, mafsal parçaları ve çeşitli tekerlek poryalarını içeriyor.

Parça boyutları dolayısıyla çekinti porozitelerini önlemek ve fire oranlarını azaltmak için üretim sürecinde besleyiciler kullanılıyor ve doğal olarak daha fazla sıvı metal ihtiyacı ortaya çıkıyordu.

Fundimig MAGMASOFT® yardımıyla aslında besleyici sistemlerini en uygun şekilde tasarlamayı başarmıştı: besleyiciler, dökümü etkin bir şekilde beslemek için boyutlanmış ve konumlandırılmıştı. Buna paralel olarak üretim ekibi, besleyicinin üründen sonra katılaşmasına da dikkat etmiş ve bu amaçla ekzotermik silindirik besleyici gömlekleri tercih edilmişti. Ekzotermik besleyici gömlekleri, besleyicideki ısı kaybını önemli ölçüde azaltarak gerekli besleyici boyutunu ve besleyicinin metal ağırlığını azaltarak döküm veriminin artmasına katkı sağlıyordu. Böylece şirket hurdaya göre ayarlanmış döküm verimini ortalama %68'e çıkarmıştı. Dökümhane, sağlam bir üretim süreciyle iyi bir döküm verimiyle hatasız ürünler üretirken...Peki burada sorun neredeydi?

Üretim ekibi literatür araştırması sırasında ilgi çekici bir çalışmayı keşfetti. Iowa Üniversitesi'nden Thomas J. Williams, Richard A. Hardin ve Christoph Beckermann, besleyici gömleklerinin performanslarını termofiziksel özelliklerinin bir fonksiyonu olarak incelemişti ve önemli veriler paylaşmaktaydı.

Buna göre ticari besleyici gömleklerinin çoğunun, döküm verimini en üst düzeye çıkarmak için fazla ince olduğu belirtilmekteydi. Buna rağmen, geometrik olarak optimize edilmiş bir besleyici gömleği verimi %8'e kadar artırabilmekteydi. Araştırmacılar diğer yandan, döküm parçanın optimize edilmiş bir şekilde beslenmesi yoluyla artan sağlamlığına ve parça kalitesine dikkat çekmekteydi ki bu, artan döküm veriminden çok daha büyük bir etkiye işaret ediyordu.

Bu çalışmadaki sonuçlar, Fundimig'i tüm döküm proseslerini yeniden incelemeye teşvik etti. Üretim ekibi iyileştirilebilecek noktaları analiz ederken silindirik besleyici gömleklerini aynı dış çapa sahip konik gömleklerle (Şekil 1) değiştirerek verim ve kalite artışı sağlamayı değerlendirdi.

Aynı dış çap için, konik besleyici gömleğinin ekzotermik kütlesi daha yüksekti ve daha fazla ısı yayarak besleyicinin daha verimli çalışmasını sağlıyordu. Sonuç olarak, döküm verimi daha küçük bir besleyici ile iyileştirilebilirdi. Bununla ilgili sorun, konik gömleğin daha pahalı olması ve dökümhanelerin bu yatırımın değerli olup olmadığını doğru bir şekilde hesaplamaları gerektiğiydi. Şirket üretim süreçlerinden genel olarak memnun olduğu için bu değişiklikle ilgili kararsız kaldı.

Williams ve arkadaşlarının belirttiği gibi güvenilir bir simülasyon, besleyici gömlekleri için malzeme verilerini gerektirmekte, ancak bunlar nadiren bulunmaktaydı. MAGMASOFT® kullanıcısı olan Fundimig tesisleri, farklı üreticilerin kapsamlı besleyici veri tabanlarına erişebildiği için döküm proseslerini farklı besleyici gömlekleri ile seri üretim öncesinde ve pahalı deneme üretimlerinden kaçınarak verimli bir şekilde simüle edebilmekteydi. Uzmanlar bu avantajı kullanarak her iki besleyici gömleğini de (Şekil 1) ayrıntılı olarak MAGMASOFT® ile karşılaştırdılar. Bu sayede mevcut süreçlerin ne kadar iyileştirilebileceğini ve farklı besleyicilere yapılan yatırımın karlı olup olmayacağını incelediler. Uzmanlar, dökümün daha az sıvı metalle bile daha etkili bir şekilde besleneceğini umarak bunun tasarruf sağlayacağını ve verimi iyileştirebileceğini varsaydılar: konik besleyici gömleği tasarımı besleyici içindeki gömleğin metale oranını yarı yarıya azaltmaktaydı.

İlk olarak, orijinal besleyici ve olası yeni besleyici ile sfero dökme demirden bir küpü simüle ettiler ve porozite açısından değerlendirdiler. Şekil 2'deki sonuçların gösterdiği gibi, standart besleyici küpteki poroziteyi tamamen önlemezken konik besleyici engellemekteydi. MAGMASOFT® ile sıcak kalan bölge (Hot spot) analizi (Şekil 3) bunun sebebini açıkladı: konik besleyicideki sıcak kalan bölge, silindirik besleyicideki bölgenin 10 mm yukarısında idi (Şekil 3). Besleyici boynundan daha uzakta olması doğrultusunda porozite kusurlarının oluşma ihtimali de azalmaktaydı. Ek olarak, simülasyon konik besleyicideki sıvı metalin katılaşma süresinin yaklaşık 4 dakika daha uzun olduğunu, çünkü konik besleyicideki sıcak kalan bölgenin daha büyük olduğunu göstermekteydi. Döküm parçası verimli ve yeterince uzun şekilde besleniyordu. Simülasyon sonuçlarını doğrulamak ve yaklaşan karara hazırlanmak için dökümhane uzmanları küpün prototiplerini ürettiler. Standart besleyicili döküm küp, sonraki incelemede porozite içermekteydi (Şekil 2, sağ).

Beklendiği gibi, konik besleyici ile döküm parçası daha az sıvı metal ile daha iyi beslenmekteydi. Bu durum, sıvı metalden tasarruf ve verimlilikte artış sağlamaktaydı. Simülasyon sonuçları Fundimig'i yönetimini de ikna etti. Bu nedenle şirket, hidrolik direksiyon sistemleri, mafsal parçaları ve tekerlek poryaları gibi en yoğun malzeme kullanılan ürünler için standart besleyici gömleklerini konik gömlekler ile değiştirmeye karar verdi. MAGMASOFT®, uzmanların yeni besleyici ile her ürün için sfero döküm proseslerini yeniden tasarlamasına yardımcı oldu.

Konik besleyicili tüm tasarımlar için, sıcak kalan bölge orijinal tasarımdakinin 10 mm yukarısına yerleştirildi ve katılaşma sonuçlarında herhangi bir farklılık görülmedi (Şekil 4). Uzmanlar tüm ürünlerin prototiplerini incelediler ve kalite bazında herhangi bir değişikliğe rastlamadılar. Güncellenen tasarımla döküm parçalar kusursuzdu (Şekil 5, örnek).

Hidrolik direksiyon kapakları daha önce Fundimig tarafından %59,91 döküm verimi ile üretiliyordu. Konik besleyici gömleği ile sıcak kalan bölge besleyicide daha yukarıya konumlanmaktaydı. Döküm parça üzerinde ise herhangi bir etki görülmemekteydi. Konik besleyici ile verim yüzde 3,19 arttı. Bu oran 30.000 döküm parça için Fundimig'in yılda yaklaşık 8,5 ton metal tasarrufu sağladığı anlamına geliyordu. Fundimig, mafsal muhafazaları için döküm proseslerinin verimini %68,36'dan %70,44'e çıkardı ve böylece bitmiş döküm başına 0,93 kg metal tasarrufu sağladı; bu da yıllık 13.200 parçalık üretim için yaklaşık 12,2 ton metale denk geliyordu. Fundimig, porya üretiminde ise verimi ortalama yüzde 3,5 artırarak %77'ye çıkardı. İlgili tüm tekerlek poryalarının yıllık toplam üretim hacmi 11.000 olduğundan Fundimig gerekli metali neredeyse 35 ton azalttı.

Fundimig, 30 yılı aşkın bir süredir dünyanın her yerindeki müşterileri için gri ve sfero döküm parçalar üretiyor. Aylık 3.500 ton üretim kapasitesine sahip olan şirket, iki döküm tesisine sahip. Döküm parçalar farklı endüstriler için tasarlanmakla birlikte en önemlileri arasında ticari araç endüstrisi, tarım ve genel olarak makina sektörleri yer almaktadır. Fundimig, otomotiv endüstrisinde özellikle “Truckmig” markasıyla öne çıkıyor.