Hibrit Konsept Araba İçin Şanzıman Kutusu Üretim Prosesi Tasarımı

2012 yılında lansmanı yapılan çevre dostu bir hibrit konsept otomobile yönelik olarak üretilen prototipin test sürecinde elde edilen veriler şansıman kutusu tasarımlarında ciddi değişikliklere yol açtı. Fransa - Belfort merkezli alüminyum prototip üretiminde uzman bir firma olan SICTA, söz konusu özel tasarım araba için ürettiği ilk şanzıman kutusunu geçtiğimiz günlerde teslim etti (Figür 1). Prototipin tasarımındaki geomet değişimlerin halihazırda ulaşılmış olan kalite seviyelerine dair bir tartışma konusuyken döküm alıcısı otomotiv firması aynı zamanda imzalanan tutar üzerinden SICTA'dan indirim yapmasını talep etmekteydi.

SICTA, Avrupa'da 3D yazıcılar ile üretilen kalıpları kullanan ilk firma olmakla birlikte döküm proseslerinin geliştirilmesinde faydalanmak amacıyla 2009 yılından bu yana MAGMASOFT® kullanmakta. Şanzıman kutusu tasarımı üzerindeki ilk değişiklik projenin başlangıcı olan 2012 yılında yapıldı. O tarihten bu yana çeşitli versiyonlar simüle edildi ve SICTA testler sonucu elde edilen verilere göre optimum proses parametrelerini ve döküm koşullarını belirledi. 3 boyutlu yazıcılar için gerekli olan tasarım da 2015 yılında oluşturuldu.

Figür 1: İşlenmiş şansıman kutusu ve ilk prototip için 3D yazıcı ile üretilmiş kalıp.

Figür 1: İşlenmiş şansıman kutusu ve ilk prototip için 3D yazıcı ile üretilmiş kalıp.

2016 yılı başlarında MAGMASOFT® ile parça üzerinde ilk Sanal Deney Tasarımı çalışmaları yapıldı ve elde edilen sonuçlar SICTA'ya kalıp üzerinde farklı havşa lokasyonlarının döküm özelliklerine etkisini incelemede önemli ipuçları sağladı. Ayrıca, belirlenen parametre değerlerinin sonraki çalışmalarda da sabit tutulmasına karar verildi. Proses geliştirme ve üretim maliyetlerini azaltma amacıyla yapılan sonraki Sanal Deney Tasarımı çalışmalarında ise firma sadece aşağıda belirtilen parametrelerin incelenmesine karar verdi:

  • Döküm sıcaklığı : 720 / 740 / 760C
  • Parça yüzeyinin alt kısmına gelecek şekilde yerleştirilen 100mm çapındaki dairesel çillerin Aktivasyonu / Deaktivasyonu (Figür 2)
  • Beslenmesi zor olan alanlarda bulunan çillerin Aktivasyonu / Deaktivasyonu
  • Silis içeriğinin değişimi: 5 / 7.0 / 7.5 %ağ.

Çalışmadaki ana hedef ise parçadaki hata oranının minimuma indirilmesi olarak belirlendi.

Figür 2: Sanal Deney Tasarımında kullanılan parça tasarımının, aktif/deaktif tüm çiller ve diğer komponentler ile gösterimi.

Figür 2: Sanal Deney Tasarımında kullanılan parça tasarımının, aktif/deaktif tüm çiller ve diğer komponentler ile gösterimi.

Belirlenen değerlere göre toplamda 36 tasarım için testler gerçekleştirildi. Her bir tasarımın simülasyonunda istenen optimum parça özelliklerine göre parçanın katılaşma esnasındaki hassas sıcaklık dağılımları ve dolum özellikleri büyük bir dikkatle incelendi. Sanal Deney Tasarımı için geçen toplam süre ise 24 saati geçmemekle beraber göreceli olarak gayet hızlı bir biçimde tamamlandı. Sonuçlara göre istenen özellikleri karşılayan en iyi tasarımın Tasarım No.15 olduğu tespit edildi (Döküm sıcaklığı: 7600C, Si içeriği ağ. %7 ve sadece dairesel çilin aktif olduğu tasarım). 15 numaralı tasarımın Figür 3'te gösterilen ve en kötü sonuçların elde edildiği, olası döküm hatalarının 4 farklı bölgeye dağıldığı tasarımın tamamen zıttı olduğu görüldü.

Figür 3: Simülasyon sonuçları: Tasarım 1 (“en kötü”) ve 15 (“en iyi”)

Figür 3: Simülasyon sonuçları: Tasarım 1 (“en kötü”) ve 15 (“en iyi”)

Figür 4'te verilen ana etki diyagramının sağ kısmındaki grafikler incelendiğinde soğutucu çillerin parçadaki hatasızlık oranını arttırıcı yönde etki yarattığı görüldü. Çillerin tamamiyle deaktive olduğu koşulda ise parça kalitesinin dip seviyelere indiği belirlendi. Eğimlerdeki farklılık ise (“999”, sağ üst) alt kısma konulan dairesel çilin (“666”, sağ alt) bölgesel çillere göre daha verimli çalışmasına bağlandı. Sol altta görülen grafiğe göre ise yüksek döküm sıcaklığının da parça kalitesi üzerinde pozitif etkiye yol açtığı görüldü. Sol üstte görülen silis içeriğinin etkisinin ise nispeten göz ardı edilebilir olduğu ortaya çıktı.

Figür 4: Parametre değişimlerinin parça kalitesi üzerine etkisi

Figür 4: Parametre değişimlerinin parça kalitesi üzerine etkisi

 Figür 5: Optimum tasarımı belirlemede büyük fayda sağlayan paralel koordinatlar diyagramı

Figür 5: Optimum tasarımı belirlemede büyük fayda sağlayan paralel koordinatlar diyagramı

Paralel koordinatlar diyagramına bakıldığında ise, %90 hatasızlık oranını sağlamak için minimum 7400C'de döküm yapılması ve (“999”) dairesel çilin aktive edilmesi gerektiği görülmekteydi. Diyagramdaki parametrelerin birbirlerine göre değişimleri incelenerek olası değişimlerin parça kalitesi üzerine etkilerinin belirlenmesi de kolayca yapılabilmekteydi. Örneğin, Figür 6'da görüldüğü üzere 7200C sıcaklığında döküm yapılması Silis içeriği ve aktif çil sayısından bağımsız olarak hatasızlık oranının %53'e düşmesine neden olmaktaydı. Diğer yandan, döküm sıcaklığının 7400C'ye yükseltilmesi kalitenin iyileşmesini sağlamaktaydı.

Figür 6: 720 °C döküm sıcaklığının negatif etkileri net bir şekilde görülmekte.

Figür 6: 720 °C döküm sıcaklığının negatif etkileri net bir şekilde görülmekte.

Sanal Deney Tasarımı çalışmaları sonucunda optimum proses parametreleri belirlendi ve sonraki adımda SICTA aşağıda belirtilen değerlere göre pilot üretime geçilmesi için final parça tasarımını seçti:

  • Döküm sıcaklığı: 760 °C
  • Beslenmesi zor bölgelerde bölgesel çiller
  • Alt kısımda dairesel çil
  • Alaşım standardına uygun oranda Silis içeriği

Bu koşullarda toplam beş adet şanzıman kutusu başarıyla üretildi ve CT scan sonuçlarında belirlenen değerlerin doğru olduğu net olarak kanıtlandı (Figür 7).

Figür 7: Doğru parametreler ile üretilen parçanın CT scan görüntüsü (sol), Prototip üretim serisinden bir parçanın fotoğrafı (sağ).

Figür 7: Doğru parametreler ile üretilen parçanın CT scan görüntüsü (sol), Prototip üretim serisinden bir parçanın fotoğrafı (sağ).

Bu projede SICTA; müşterisine parçanın uygun şekilde tasarımsal modifikasyonu ve döküm prosesinin ön değerlendirmesi sayesinde mümkün mertebe destek olarak; bu özel prototipin üretiminde hızlı ve bağımsız şekilde ideal proses parametrelerini belirledi ve yüksek parça kalitesi ile minimum maliyet kriterlerini başarıyla karşıladı. SICTA mühendisleri de bu proje ile birlikte müşteri beklentilerine en uygun şekilde hatasız bir şanzıman kutusu üretimini mümkün kılan MAGMASOFT® otonom mühendislik aracının sağladığı imkanları bir kez daha yakından görme imkanı yakaladılar.

Bu web sayfası size daha iyi kullanıcı deneyimi sunabilmek için çerezler kullanmaktadır.

Gizlilik politikası    -    Legal Notice


Deny Onayla