Referanslar

Optimizasyon Uygulamaları ile Proses Veriminin Arttırılması ve Kum İnklüzyonlarının Minimuma İndirgenmesi

Brezilyalı WEG firması endüstriyel uygulamalar ile birlikte beyaz eşya üreticilerine özel olarak elektrik motoru üretimi yapmakta olup alanında uzman firmalardan biri olarak tanınmaktadır. Yakın zamanda üretim ekipleri DISAMATIC hattında üretilen pik döküm elektrik motor gövdelerinin işleme yüzeylerinde kum inklüzyon hataları tespit etmeye başladı. İnklüzyonlar sonraki üretim lotlarında da devam edince WEG firması yetkilileri 6-Sigma metodu ile birlikte MAGMASOFT® Otonom Mühendislik aracını kullanarak inklüzyon problemi için bir proje çalışması yapmaya karar verdi.

Fig. 1: Orijinal yolluk sistemi içerisinde metalin 2 m/s yi aşan hareket hızı

Fig. 1: Orijinal yolluk sistemi içerisinde metalin 2 m/s yi aşan hareket hızı

Otonom Mühendislik Aracı ile İnklüzyon Probleminin Tespiti ve Çözümü

40 kg ağırlığındaki elektrik motor gövdesinin orijinal yolluk bileşeni 9.4 kg ağırlığında olup dolum süresi ise 11.5 saniye civarındaydı. İlk yapılan analizlerde dolum süresinin, dolum hızının ve kalıbın sıkıştırılabilirliğindeki değişimlerin parça yapısı üzerindeki etkileri incelendi ve sıvı metalin yolluk sistemindeki hareket hızının yapıya ve hata oluşumuna etki eden en önemli faktör olduğu tespit edildi. Üretim maliyetlerine en az seviyede etki edecek biçimde, parça kalitesi için en uygun yolluk sisteminin belirlenmesi için WEG yetkilileri hatanın kök nedenlerini araştırmak ve anlamak amacıyla Otonom Mühendislik aracını devreye soktu. Projenin ana hedefi parça tasarımına sadık kalarak sözkonusu hataların oluşumunu engellemek ve en yüksek oranda verime ulaşmak olarak belirlendi.

Fig. 2: Optimizasyon öncesi tespit edilen kum inklüzyonları (sol), optimizasyon sonrası elde edilen hatasız yapı (sağ)

Fig. 2: Optimizasyon öncesi tespit edilen kum inklüzyonları (sol), optimizasyon sonrası elde edilen hatasız yapı (sağ)

MAGMASOFT® ile hata analizinin ilk aşamasında işletme koşulları temel alınarak parçanın üretim prosesi ve yolluk sisteminin çalışması tekrar simule edildi. Yapılan simülasyonda sonucunda kum inklüzyonlarının reoksidasyon ve kum erozyonu sebebiyle oluştuğu tespit edildi. Yetkililer hangisinin görülen inklüzyonların oluşumunda ana faktör olduğunu net olarak belirlemek amacıyla optimizasyon çalışmasında her ikisini de ayrı ayrı incelemeye karar verdi. Her iki çalışmada da optimum verimin sağlanması amacıyla dolum süresi maksimum 12 saniye olarak programa kaydedildi.

Toplam yolluk sistemi tasarımı kombinasyonunun 12 geometrik parametreye bağlı olarak 4.096 farklı şekilde olabileceği dikkate alınarak; projenin verimli ve hızlı bir şekilde gerçekleştirilebilmesi için değişken ve analiz sayısı belli limitlerde tutuldu

İlk yapılan Sanal Analiz uygulamasında, kum inklüzyonları ile gaz boşluklarının minimuma indirgenmesi amacıyla uygun değişken değerlerinin tespitine çalışıldı ve 16 muhtemel yolluk sistemi tasarımı ortaya çıktı.

Yapılan değerlendirmeler neticesinde reoksidasyon oluşumunun büyük oranda yolluk geometrisi ile ilişkili olduğunun belirlenmesine rağmen kum inklüzyonu probleminin çözümüne dair net bir ipucu bulunamadı. Mümkün olan en uygun yolluk sistemi tasarımı ile 50 adet numune üretildi ve reoksidasyon tepkimesinin ve kum inklüzyonlarının engellenmesi için optimum dolum süresi ile dolum profili davranışları incelendi.

Fig. 3: Orijinal yolluk tasarımı (sol), optimizasyon ile geliştirilen kavisli yapı (ortada), model tasarımı (sağ)

Fig. 3: Orijinal yolluk tasarımı (sol), optimizasyon ile geliştirilen kavisli yapı (ortada), model tasarımı (sağ)

Aynı Dolum Süresi ile Daha Az İnklüzyon Eğilimi

Yapılan incelemelerde numunelerinin tamamının testlerden tam not aldığı tespit edildi. Parçaların % 52’sinde sıfır inklüzyon görülürken, % 48’inde ise kabul edilebilir biçimde çok küçük noktalar tespit edildi. WEG yetkilileri böylelikle yapılan çalışma sonucunda, inklüzyonların oluşumunda en önemli etkenin reoksidasyon mekanizması olduğunu fark ettiler. Optimizasyon sonuçları doğrultusunda geliştirilen kavisli bir yapıya sahip yeni yolluk sisteminin, dolum esnasında daha uniform bir dolum profili elde edilmesini sağlayarak inklüzyon miktarını önemli ölçüde azalttığı açık bir şekilde gözlendi.

WEG mühendisleri MAGMASOFT® Otonom Mühendislik aracı ile en verimli yolluk sistemini tasarlayıp testleri gerçekleştirdikten sonra, çalışmalarını bir adım daha ileriye taşıdı ve ikinci bir Sanal Analiz uygulaması neticesinde daha verimli ve sağlam bir üretim prosesi tasarlamaya odaklandı.

Yapılan çalışma sonucunda parça kalitesinde tespit edilen önemli iyileşmelere ek olarak, tasarlanan yeni yolluk sisteminin orijinal yolluk sistemine göre 1 kg daha hafif olması sayesinde metalürjik verimin % 80,8’den % 82,4 oranına yükselmesi de işletmeye önemli bir avantaj sağlamış oldu.

Fig. 4: Sanal Analiz ile iki farklı sistemin saçılım diyagramında incelenmesi. 15 numaralı yolluk sisteminin gereken dolum süresi (x ekseni), reoksidasyon inklüzyonu oranı (y ekseni) ve kum inklüzyonu oranı (baloncuk boyutu) incelendiğinde en iyi çözümü sağladığı açıkça görülüyor

Fig. 4: Sanal Analiz ile iki farklı sistemin saçılım diyagramında incelenmesi. 15 numaralı yolluk sisteminin gereken dolum süresi (x ekseni), reoksidasyon inklüzyonu oranı (y ekseni) ve kum inklüzyonu oranı (baloncuk boyutu) incelendiğinde en iyi çözümü sağladığı açıkça görülüyor

Fig. 5: Monte edilmiş yolluk sistemi (sol), üretilen kalıp (sağ)

Fig. 5: Monte edilmiş yolluk sistemi (sol), üretilen kalıp (sağ)

WEG, Brezilya, endüstriyel uygulamalar ve enerji sistemleri için dünyanın önde gelen elektrik motoru, elektrik ekipmanları ve otomasyon çözümleri üreticisi. Firmanın 4 dökümhanesi bulunuyor ve her bir işletmede özel kalıplama teknikleri ile pik döküm parça üretimi gerçekleştiriliyor.