Optimum Tasarım-Optimizasyon Uygulamaları ile Döküm Parçalarda Çarpılmanın Minimuma İndirgenmesi

Eisenwerk Martinlamitz (EWM) firması kompleks pik ve sfero döküm parçaların üretiminde başarılı kuruluşlardan biri olarak tanınıyor. Kendini çözüm ortağı ve sistem tedarikçisi olarak tanımlayan EWM firması, başarısının istikrarı için güvenilir ve verimli üretim proseslerinin devamlılığına büyük önem veriyor. Bunun yanında daha verimli enerji ve kaynak kullanımı için yatırımlarına devam eden firma, kalite kontrol uygulamalarında ise geleneksel mekanik testlere ek olarak, lazer 3D tarayıcı cihazı ile sürekli biçimde döküm parçalarının boyutsal ölçümlerini gerçekleştiriyor.

Martinlamitz ürün gamı içerisinde kaynak ve boya uygulamalarında kullanılan özel robotlar için üretilen oldukça hassas parçalar yer alıyor. Gelişen robot teknolojileri neticesinde bu sektörün dökümhaneler için önemli bir pazar haline gelmekte olduğu herkes tarafından bilinen bir gerçek olmakla birlikte, 2020 yılına kadar dünyada 1.7 milyon adet yeni robotun faaliyete geçirileceği ve toplam sayının da 3 milyonu aşacağı öngörülüyor.

Fig. 1: Endüstriyel robotların yapısında önemli sayıda döküm parça yer almaktadır (c) Imaj: Fotolia / Nataliya Hora

Fig. 1: Endüstriyel robotların yapısında önemli sayıda döküm parça yer almaktadır

Endüstriyel robotlarda kullanılan ve çok hassas özelliklere sahip parçaların üretimi de haliyle boyutsal kriterler ve toleranslar bakımından çok katı kriterleri beraberinde getiriyor. Örnek vermek gerekirse, GJS 500 sfero döküm parçası için ilgili tolerans değerinin 220 mm +/- 1.4 mm olduğunu ve bu değerin parçanın temizlenmesi, taşlanması ve iki kulak bölgesi arasındaki takviye parçasının kesilmesinden sonra bitmiş hali için geçerli olduğunu söylemek, projelerin zorluğunu ortaya koymaktadır.

Fig. 2: Parçanın boyutsal tolerans oranı: 220 +/- 1.4 mm

Fig. 2: Parçanın boyutsal tolerans oranı: 220 +/- 1.4 mm

Üretim çalışmalarının ilk aşamasında söz konusu parça için belirtilen tolerans aralığının sağlanmasının tasarımda herhangi bir değişiklik olmadığı müddetçe mümkün olmadığı mühendisler tarafından tespit edildi. Üretim sonrası işleme prosesi ile ilgili aralıkların yakalanmaya çalışılması da ek maliyetler getirecek ve ayrıca “kulak” adı verilen her iki bölgeye de yüzey taşlaması gerektirecekti. Aşağıda yer alan figürlerde yapılan boyutsal ölçümlerin sonuçları ve tolerans kriterlerine uyumluluğu açıkça görülebiliyor.

Fig. 3: Taşlama sonrası “büyük kulak” bölgesinde tespit edilen sapmalar (sol), taşlama sonrası “küçük kulak” bölgesinde görülen sapmalar (sağ)

Fig. 3: Taşlama sonrası “büyük kulak” bölgesinde tespit edilen sapmalar (sol), taşlama sonrası “küçük kulak” bölgesinde görülen sapmalar (sağ)

Uzun yıllardır Martinlamitz işletmesinde tasarım ve optimizasyon çalışmalarında MAGMASOFT® kullanılıyor ve şu ana kadar birçok başarılı projeye imza atılmış durumda. Otonom Mühendislik aracının kullanıcıların hizmetine sunulması sonrasında, Martinlamitz mühendisleri bu modülün sağladığı imkânlardan önemli faydalar sağladı ve bunun neticesinde mümkün olan her projede yazılımı kullanmaya büyük dikkat gösteriyorlar. Kalıbın dolum özelliklerinden, metalin katılaşması, soğuması, kalıbın bozulmasına kadar her aşamada hassas analizler yapılıyor ve belirlenen sıcaklık alanlarında parça üzerinde oluşması muhtemel kalıntı gerilmeler ve çarpılmalar dikkatle inceleniyor.

Söz konusu parçanın gerilme ve çarpılma analizlerinde kalıbın dolum özellikleri ve yolluk sistemine ek olarak, çekinti tehlikesi doğuran iç maçanın da parça yapısı üzerindeki etkisi göz önüne alındı. Bu doğrultuda, maça ile parça arasındaki etkileşim ve sürtünme kuvvetleri detaylı olarak incelendi. Ayrıca, MAGMASOFT® veri tabanında kayıtlı GJS 500 sfero malzeme verilerinden faydalanılarak, parçanın termo mekanik davranışları tanımlandı ve yine veri tabanında kayıtlı olan gerilmeye bağlı sürünme dayanımı modeli incelendi.

İlk simülasyon sonuçlarına göre kalıp içerisinde soğuma aşamasında, maçaya yakın bölgelerdeki çekinti eğilimlerine bağlı olarak kalıntı gerilimler oluştuğu tespit edildi. Sarsakta kalıbın bozulmasından sonra yapıda kalan gerilmeler parça üzerinde deformasyonlara sebebiyet vermekteydi. Kulak bölgeleri arasındaki takviye parçalarının temizlenmesi ve taşlanması işleminden sonra ise yapıdaki kalıntı gerilme miktarının artmakta olduğu ve dolayısıyla deformasyon oranının da arttığı görüldü. Sonuç olarak kulak bölgelerinin birbirlerine doğru hareket etmeye devam ettiği ve bu nedenle parçada gözle görülür oranda çarpılma meydana geldiği ortaya çıktı ve bu sebeple iki kulak bölgesi arasındaki boyutsal toleransın tutturulmasının mümkün olmadığına karar verildi.

Fig. 4: z ekseninde parça üzerinde meydana gelen deformasyonların net olarak görülebilmesi için değeri arttırılmış sonuçlar

Fig. 4: z ekseninde parça üzerinde meydana gelen deformasyonların net olarak görülebilmesi için değeri arttırılmış sonuçlar

Çarpılmaya neden olabilecek faktörler incelendikten sonra tasarım ve üretim ekibi sonuçları değerlendirerek olası çözüm önerilerini masaya yatırdı. Martinlamitz uzmanları hâlihazırdaki model plakası üzerinde revizyon yaparak çarpılma oranını dengelemeyi denemeye karar verdiler. Orijinal ölçüler ile karşılaştırıldığında model plakasına modifikasyon sonrası 2.5 mm’lik bir ek tolerans olduğu belirlendi. MAGMASOFT® ile yapılan analizler sonrasında ise revize plaka ile üretilecek parçanın boyutsal oranlarının ilgili kriterlere uygun olduğu tespit edildi ve deneme üretimine geçildi. Üretilen numune üzerinde yapılan ölçümler sonrasında parçanın herhangi bir ek işleme gerek olmadan verilen toleranslar içerisinde rahatlıkla üretilebileceği onaylandı ve başarılı bir şekilde seri üretime geçildi.

Eisenwerk Martinlamitz

Tarihi 13. yüzyıla dayanan ve o zamanlarda bir çekiçli değirmen atölyesi olan Eisenwerk Martinlamitz işletmesi, günümüzde ise pik ve sfero döküm alanında önemli bir çözüm sağlayıcısı olarak tanınıyor. İşlemeli ve montaja hazır bitmiş ürün sağlayabilen Martinlamitz, 20 kg’dan 350 kg’a kadar döküm üretimi yapabiliyor.