Minimering av porositet vid vakuumassisterad kallkammarpressgjutning av Al-Si : En fallstudie enligt DMAIC på Husqvarna Group

Sammanfattning: Pressgjutna Al-Si komponenter förekommer mer och mer i förbränningsmotorer med syfte att reducera vikt och förbättra hållbarhet. Ett problem vid pressgjutning, en process kännetecknad av kostnadseffektivitet vid massproduktion, är porositetsbildning vilket kan resultera i läckage, strukturell svaghet och försämrad hållbarhet och livslängd för tillverkade komponenter. Då porer oftast bildas internt försvåras dessutom identifiering av potentiellt trasiga komponenter. Det är därför av vikt att finna parameterinställningar i pressgjutningsprocessen vilka konsekvent minimerar porositetsbildning. Ett företag som drabbas av återkommande porositets-relaterade defekter är Husqvarna Group. De använder vakuumassisterad pressgjutning för att, bland annat, producera motorcylindrar av Al-Si. Kassationsgraden, specifikt hänförbar till porositet, för en cylindermodell har under de senaste tre åren fördubblats vilket har resulterat i slöseri av produktionstid och kvalitetsbristkostnader. Vakuumassisterad pressgjutning kan beskrivas stegvis: (1) smält metall hälls i en cylindrisk fyllkammare, (2) en skottkolv trycker smältan mot ett mindre inlopp i låg hastighet för att undvika turbulens, samtidigt som vakuum ansätts i fyllkammare och gjutverktyg, (3) skottkolvshastigheten ökar markant vid en förinställd omslagspunkt, vilket spray-fyller gjutverktyget, och (4) högt tryck ansätts för att eftermata smälta till gjutverktyget när solidifiering sker. Syftet med detta examensarbete har varit att undersöka om och hur diverse parametrar, hänförbara till de nämnda processtegen, påverkar porositetsbildning i en industriell produkt. Därefter applicerades den erhållna processförståelsen för att identifera parametrar kritiska för porositetsbildning och slutligen rekommendera parameterinställningar som konsekvent minimerar porositetsgraden. Det experimentella upplägget bestod av två steg varav det första ämnade undersöka, via simulering, vilka av 6 parametrar som påverkade porositetsgraden utifrån en reducerad tvånivåers försöksdesign. Det andra steget var ett verkligt experiment i produktionsmiljö där de tre identiferade parametrarna från screening-experimentet varierades enligt en central-composite design. Analysen av experimenten resulterade i parameterinställningar som förväntas reducera porositetsgraden med över 70%. En lägre porositetsgrad kommer troligen reducera kassationsgraden av den undersökta cylindermodellen, vilket hade resulterat i finansiell besparing och effektivare produktion. I ett industriellt kontext bidrar detta exjobb huvudsakligen med en systematisk kvalitetsförbättrande metod för pressgjutna komponenter baserad i såväl simulerad som verklig miljö.