SFERO ANALİZLERİNDE SİMULASYON PROGRAMI İLE DÖKÜMHANE KOŞULLARININ ADAPTASYONU İÇ ÇEKİNTİ TAYİNİ Serkan EVMEZ Erkunt Döküm Sanayi A.Ş., Ankara, Türkiye ÖZET Döküm sektöründe kullanılan simulasyon programları döküm koşullarını bilgisayar ortamında taklit eder. Bu sayede döküm hataları önceden simulasyonda görülebilir ve bu hatalara yönelik önlemler alınarak hatalar sanal ortamda çözülebilir. Simulasyonda yapılan döküm sistemi versiyonlarından en iyi koşul dökümhanede gerçek koşullarda dökülerek hatasız doğru parçaya ulaşılabilir. Ancak bazen simulasyonda görülen değerler birebir olarak dökümhane koşullarıyla aynı olmayabilir. Simulasyondaki hangi değerlerde fire çıkacağı hangi değerlerin güvenli aralık olduğu bilgisine ulaşmak çok da kolay olmayabilir. Simulasyondaki değerleri yorumlamak bilgi, zaman ve tecrübe gerektirir. Bu çalışmada bilgisayar ortamında oluşturulmuş 3 boyutlu basit şekilli numune parçalar Erkunt sanayi dökümhanesinde sfero analiz ile döküldü. Döküm sonrasında parçalar kesit kontrolü yapmak için testere ile kesildi. Aynı döküm koşulları simulasyon programında taklit edilerek tekrar yapıldı. Simulasyon programı sonuçları ile kesit taraması sonuçları karşılaştırıldı. Sonuç olarak bu bilgiler simulasyonda hangi değerlerin ne boyutta iç çekinti firesine neden olabileceği konusunda elde edilen bilgilerin güvenilirliğini artırmak amacıyla kullanıldı. Anahtar kelimeler: döküm simulasyonu, iç çekinti, sfero analiz ABSTRACT Casting simulation software used in Casting Industry simulates casting conditions on the computer. In this way, casting defect can be seen on the computer screen before actual casting takes place and preventive measures can be taken for the defect in a virtual environment. The best possible casting obtained through the simulation program can be casted to achieve defect-free part in real foundry conditions. Sometimes, However results obtained through simulation and actual casting may not be exactly the same. It may not be easy to reach the knowledge of the which value cause defect or which range is safe. To interpret the results obtained through the simulation requires knowledge, time and experience. 1
In this study, three-dimensional computer generated simple shaped samples parts was casted in Erkunt s foundry by nodular iron melt. After casting, parts was cutted by means of saw mill for cross-section control. Simulation was performed with Real Casting conditions. As a result simulation result was compared with those of cross-section of the casting. This information was used to improve simulation results in terms of porosity values. Key words: Casting simulation, porosity, shrinkage, nodular iron 2
SFERO ANALİZLERİNDE SİMULASYON PROGRAMI İLE DÖKÜMHANE KOŞULLARININ ADAPTASYONU Serkan EVMEZ Erkunt Döküm Sanayi A.Ş., Ankara, Türkiye 1. GİRİŞ Son yıllarda bilgisayar teknolojilerinin ilerlemesi sayesinde bilgisayarların işlem güçleri giderek artmıştır. Bu sayede bilgisayarların yaptığı modelleme kapasiteleri de giderek daha da artmaktadır. Böylece gerçeğe çok daha yakın simulasyonlar gelişmiş bilgisayar yardımıyla yapılabilmektedir. Döküm sektöründe ise 1980 li yılların sonlarına doğru döküm simulasyon programları ortaya çıkmaya başlamıştır. Simulasyon programları, ilk yıllarında şu andakilere göre çok daha az modüle sahipti, işlemler daha uzun sürüyordu. Bilgisayarlar yeteri kadar güçlü değildi. Zaman içinde hem simulasyon programları hem de bilgisayarlar birbirlerine paralel olarak geliştiler. Mevcut simulasyon programlarına veriler doğru bir şekilde girildiğine gerçeğe çok yakın sonuçlar elde edilmektedir. Bu sayede döküm parçaların fireleri bilgisayar ortamında çözülebilmektedir. Simulasyon hem zamansal hem de parasal açıdan tasarruf sağlamaktadır. Ancak her zaman tüm döküm verilerini girmek çok kolay değildir. Bu da simulasyon ile gerçek döküm arasında bazı farklılıklar olmasına yol açabilir. Simulasyon programı ile dökümhane koşullarındaki dökümler her zaman aynı sonuçları vermeyebilir. Bunun sebebi ise eksik girilen değişkenlerdir. Eksik olan değişkenlerin yeniden girilmesi ile simulasyon tekrarlanırsa daha doğru sonuçlara ulaşılacaktır. Bu çalışmada değişik geometrik şekillerin birleşmesinden oluşan bir model yapılmıştır. Bu modeli kullanarak GGG 60 sfero analizi ile döküm yapılmıştır. Parçaların içinde oluşan çekintilere bakılmıştır. Daha sonra tüm veriler döküm simulasyon programına girilmiştir. Son olarak simulasyon programının sonuçları ve gerçek döküm sonuçları karşılaştırılmıştır. Bu sonuçlara göre simulasyonda görülen hangi değerler nasıl çekintiler çıkacağı yorumlanmıştır. 2. DÖKÜM KOŞULLARI Geometrik şekiller magmasoft simulasyon programı yardımıyla çıkma açıları da verilerek çizildi. Sadece deneme için kullanılacağı ve yapımının kolay olması için geometrik şekiller tahtadan yapıldı. Yolluk sistemindeki; gidici ve topuk metalden, yolluk ve meme girişleri de tahtadan yapıldı. 3
Resim-1:Künkel Wagner hattı model taşıyıcısı- Derece boyutları 600x800x300 Şekil-1:Test için kullanılan geometrik şekil modeli Sfero analiz kullanıldığı için maden filtrelemede delikli seramik süzgeç tercih edildi. Kalıplama hattı kum değerleri normal üretim koşullarındaki aralıklarda yapıldı. 4
Maden analizi tayini için numune alındı ve spektrometrede kimyasal değerler bulundu. Resim-2:Spektrometre cihazı ile analizi tayini Toplam 4 derece döküm yapıldı, Otomatik döküm ocağından her derece için döküm sıcaklığı ve döküm süresi değerleri alındı. 3. DÖKÜMHANE ve SIMULASYON SONUÇLARI KARŞILAŞTIRMASI Dökülen parçalar kumlama makinasından geçirildikten sonra, çekinti kontrolü yapılması için testerede belirlenen yerlerden kesildi. Dört farklı sıcaklıkta döküm yapıldı. Gerçek döküm koşullarına çıkan çekintiler ile simulasyon programının gösterdikleri aşağıda incelenmiştir. Resimlerdeki numaralar şunları ifade etmektedir; 1 numara 1370 ºC de, 2 numara 1366 ºC de,3 numara 1355 ºC de, 4 numara 1350 ºC de aynı GGG 60 aynı analiz ile dökülmüştür. Şekil-2: Geometrik şekil 5
Resim-3: Döküm sonuçları ndaki sayılar o bölgede oluşabilecek çekintinin yüzdesinin gösterir, yani değer ne kadar büyükse çektinti de o kadar büyük olacaktır. Aynı zamanda simulasyon görülen çekintinin fiziksel büyüklüğü ne kadar fazla ise çekintide o kadar geniş alana yayılacaktır. Resim-3 de simulasyon sonuçlarına baktığımızda en düşük değer 3 numarada, görülmektedir, döküm koşullarına baktığımızda ise en az çekinti yine 3 numarada görülmüştür. Döküm sıcaklıkları ise 1 numaranın en yüksek 4 numaranın ise en düşüktür. Burada görüldüğü gibi sanılanın aksine döküm sıcaklığını düşürmek her zaman çekintinin azalmasına neden olmayacaktır. Tabiki yüksek sıcaklıklarda döküm yapmanın çekintinin artmasına neden olacağı da aşikardır. Bu yüzden simulasyonda belirli sıcaklıklarda denemeler yaptıktan sonra hangi sıcaklık aralığında daha az çekintinin çıkacağı tespit edilmelidir. Her parçada et kalınlıkları birbirinden farklıdır, bu yüzden döküm sıcaklığını azaltarak çekintiyi ortadan kaldırmak istersek bu durumu göz önünde bulundurmak gerekir. Ayrıca simulasyon sonuçlarındaki sayılara bakarsak 46-75 arasında değişmektedir. 70 civarındaki sayıların çok büyük çekintilere(yaklaşık çapı 10 mm olan boşluklar) yol açtığı açıkça görülmektedir. En iyi döküm sıcaklığı koşulu 1355 ºC de elde edilmiştir. Şekil-3: Geometrik şekil 6
Resim-4: Döküm sonuçları Resim-4 de simulasyon sonuçlarına baktığımızda en düşük değer 2 numarada, görülmektedir, döküm koşullarına baktığımızda ise en az çekinti yine 2 numarada görülmüştür. Döküm sıcaklıkları ise 1 numaranın en yüksek 4 numaranın ise en düşüktür. Bir önceki parçada olduğu gibi bu parçada da seçtiğimiz döküm sıcaklığı aralığında sıcaklık ve çekinti arasında doğrusal bir ilişki olmadığı görülmüştür. Ayrıca simulasyon sonuçlarındaki sayılara bakarsak 28-32 arasında değişmektedir. Bu değerlerin de büyük çekintilere yol açtığı açıkça görülmektedir. En iyi döküm sıcaklığı koşulu 1366 ºC de elde edilmiştir. Şekil-4: Geometrik şekil Resim-5: Döküm sonuçları Resim-5 de simulasyon sonuçlarına baktığımızda en düşük değer 3 numarada, görülmektedir, döküm koşullarına baktığımızda ise en az çekinti yine 3 7
numarada görülmüştür. Döküm sıcaklıkları koşulları diğer parçalardaki gibidir, 1 en yüksek 4 ise en düşük sıcaklıkta dökülmüştür. Döküm sonuçlarına göre en fazla çekinti 2 ve 4 nolu parçalarda çıkmıştır. Ancak simulasyon sonuçlarına göre en fazla çekintinin 1 nolu parçada çıkması gerekirdi. Simulasyon sonuçlarında porozite değerlerinde 25 ve 27 arasındaki farklılık gerçek dökümde de görülmüştür, simulasyonda 25 değeri olan parça gerçek dökümde de daha az çekinti görülmüştür. Ancak 27 ve 32 arasındaki farklılık gerçek dökümde görülen ile aynı olmamıştır. Simulasyonda 27 değeri olan parça 32 değeri olan parçaya göre daha fazla çekintiye sahiptir. Ayrıca simulasyon sonuçlarındaki sayılara bakarsak 25-32 arasında değişmektedir. Bu değerlerin de büyük çekintilere yol açtığı açıkça görülmektedir. En iyi döküm sıcaklığı koşulu 1355 ºC de elde edilmiştir. Şekil-5: Geometrik şekil Resim-6: Döküm sonuçları Resim-6 daki her bir parçanın iki kritik çekinti bölgesi vardır. Birinin puanı yüksek diğerinin ise düşüktür. Neredeyse tüm parçaların kritik bölgelerinde aynı boyutlarda çekinti meydana gelmiştir. Sadece 2nci parçada simulasyonda 22 değeri gösterilen bölge gerçek dökümde de diğer parçaların aynı bölgesine göre daha fazla çekintiye sahiptir. Döküm sıcaklıkları ise 1 numaranın en yüksek 4 numaranın ise en düşüktür. Ancak daha önceki parçalarda, örneğin 32 gibi bir değerin daha büyük çekintilere yol açtığını gördük. Bu parçada ise 44-55 arasında değişen değerler daha küçük çekintilere yol açmıştır. Ayrıca simulasyon sonuçlarındaki sayılara bakarsak 9-55 arasında değişmektedir. 50 civarındaki sayıların çekintilere(büyüklükleri: 2-3 mm çapında) yol açtığı açıkça görülmektedir. 9-22 civarındaki sayılarında daha küçük gözenekli süngerimsi yapıda çekintiye yol açtığı görülmüştür. En kötü döküm sıcaklığı koşulu 1366 ºC de görülmüştür. 8
Şekil-6: Geometrik şekil Resim-7: Döküm sonuçları Resim-7 de simulasyon sonuçlarına baktığımızda hepsinin aynı değerde olduğu görüyoruz. Döküm sonuçları da bunu destekliyor, tüm parçalarda 3 nolu parça hariç küçük düzeyde çekinti bulunmaktadır. 3 nolu parçada çekintiye rastlanmamıştır. En iyi döküm sıcaklığı koşulu 1355 ºC de görülmüştür. Bir kez daha görmekteyiz ki, simulasyonun göstermiş olduğu 28 değeri başka bir parçada çok daha büyük çekintiye neden olurken bu parçada çok küçük çekintiye hatta 1355 ºC de ise çekinti çıkmamasına neden olmuştur. Bu da gösteriyor ki parça geometrisi ve et kalınlığı çok önemlidir. Simulasyon sonuçları gerçek döküm sonuçları ile karşılaştırılmalı ve o parçaya özel olarak hangi değerin nasıl bir çekintiye neden olacağı yorumlanmalıdır. Şekil-7: Geometrik şekil 9
Resim-8: Döküm sonuçları Resim-8 de simulasyon sonuçlarına baktığımızda hepsinin aynı değerde(19) olduğunu görüyoruz. Döküm sonuçları da bunu destekliyor, tüm parçalarda 2 nolu parça hariç gözenekli yapıda çekinti bulunmaktadır. Simulasyon sonuçlarında hepsi 19 değerinde olmasına rağmen 2 nolu parçada çekinti oranı gerçek dökümlerde daha fazla olduğu görülmüştür. Bu sonuçlar gösteriyor ki her ne kadar aynı analizde dökülse de her bir derecenin kum değerlerinde ufak tefek farklılıklar olabilir. Bunların dışında bilmediğimiz çekintiyi etkileyecek başka farklılıklar da olabilir. Bu da gerçek döküm koşullarının simulasyona göre bir miktar farklı çıkmasına neden olabilir. Zaten simulasyonların kullanım amacı bize yol göstermektir. Simulasyonda değişkenlerin(döküm sıcaklığı, maden analizi, döküm süresi, kum değerleri vs.) değerlerini gireriz ve onlar artık sabit olurlar. Deneyi yüzlerce defada tekrarlasak da aynı sonuç çıkar. Ancak gerçek döküm koşullarında bütün girdiler sabit değildir, belli aralıklarda değişkendirler. Bu yüzden gerçek döküm koşulları ile simulasyon sonuçları arasında farklılık olacaktır. Şekil-8:Geometrik şekil 10
Resim-9: Döküm sonuçları Resim-9 de simulasyon sonuçlarına baktığımızda 29-32 arasında değişen değerlerde çekinti görüyoruz. Gerçek döküm koşullarında da parçaların çekinti düzeyleri benzerlik gösteriyor. 4. SONUÇ ve gerçek döküm sonuçlarını karşılaştırdık. Resim-10 da görüldüğü gibi simulasyondaki 9 değerinin küçük gözenekli çekintiyi yol açacağını anladık. 55 değerinin ise birkaç milimetre büyüklüğünde çekintiye yol açtığını gördük. Resim-10:simulasyon ve döküm sonucu karşılaştırma Resim-11 da görüldüğü gibi simulasyondaki 19 değerinin çekintiyi yol açacağını gördük. küçük gözenekli Resim-11:simulasyon ve döküm sonucu karşılaştırma Resim-12 de simulasyon sonuçlarında 28 çıkan değerin küçük gözenekli yapıda çekintiye yol açtığını gördük. Aynı zamanda döküm sıcaklığı etkisi ile de hiç çekintiye rastlanmadığı da oldu. 11
Resim-12:simulasyon ve döküm sonucu karşılaştırma Resim-13 de 29 değerinin büyük çekintilere yol açtığını gördük. Resim-13:simulasyon ve döküm sonucu karşılaştırma Resim-14 de 31 değerinin de büyük çekintilere neden olduğu görüldü. Resim-14:simulasyon ve döküm sonucu karşılaştırma Resim-15 de 32 değerinin çok büyük çekintilere neden olduğu görüldü. Resim-15:simulasyon ve döküm sonucu karşılaştırma Resim-16 da 72 değerinin çok büyük çekintilere neden olduğu görüldü. Resim-16:simulasyon ve döküm sonucu karşılaştırma Sonuç olarak simulasyonda görülen değerlerin hangi büyüklüklerde çekintilere yol açacağı parçanın geometrik yapısına ve et kalınlıkları gibi faktörlerden etkilenmektedir. Bu da gösteriyor ki simulasyon sonuçları her zaman gerçek dokum sonuçları ile karşılaştırıp her bir parça için ayrı bir çözüm bulunmalıdır. Birbirine benzemeyen parçalarda farklı sonuçlar çıkacaktır. 12