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
Simulasyon sonuçları
Simulasyon sonuçlarındaki 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
Simulasyon 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
Simulasyon 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
Simulasyon 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
Simulasyon 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
Simulasyon 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
Simulasyon 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
Simulasyon sonuçları 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
Download

SFERO ANALİZLERİNDE SİMULASYON