Laadun ja kustannustehokkuuden parantaminen sarjatuotantovalimossa valuteknisen suunnittelun ja simuloinnin avulla

Abstract

Tämä insinöörityö on tehty yhteistyössä Componenta Oyj Customer Product Centerin sekä Componenta Oyj:n kahden valimon kanssa. Työn tavoitteena oli pyrkiä vähentämään virheellisten kappaleiden määrää ja asiakasreklamaatioita sekä näiden aiheuttamia kustannuksia valuteknisen uudelleensuunnittelun ja simuloinnin avulla. Toisena työn tavoitteena oli tehostaa olemassa olevien simulointiresurssien käyttöä Componentan yksiköissä. Insinöörityön teoriaosuudessa on esitelty valimoprosessia, valumateriaaleja ja niiden ominaisuuksia ja käyttöä, valurautakappaleen suunnittelun perusteita ja vaatimuksia sekä valusimulointia valukappaleen ja menetelmäsuunnittelun työkaluna. Työn empiirisessä osuudessa on aluksi tarkasteltu Componentan valimo A:n tuotannon kappaleiden hylkäysprosenttia valuvirheiden vuoksi vuosien 2008 ja 2009 aikana, tutkimuksen vertailupohjana on käytetty alkuvuoden 2010 tunnuslukuja. Kehityskohteiksi valittujen kappaleiden ongelmana oli pääsääntöisesti imuhuokoisuudesta johtuvat laatuongelmat. Yhden kehityskohteena olleen kappaleen ongelmana oli systemaattinen materiaalivirhe, jonka aiheutumista ja tilanteen korjaamismahdollisuutta tutkittiin valusimuloinnin avulla. Laatuongelmat aiheuttivat valimoille sekä niiden asiakkaille ylimääräisiä välittömiä kustannuksia toimitusten viivästyksinä, ylimääräisinä laatututkimuksina ja koevalusarjoina. Kehityskohteena olleista kappaleista sekä niiden valujärjestelmistä tehtiin useita rinnakkaisia simulointeja. Simulointitulosten perusteella tehtiin kustakin kehityskohteesta analyysi nykyisen ongelman muodostumisesta sekä kehitysehdotus, joka otettiin käyttöön tuotannossa opinnäytetyön tekemisen aikana. Tulokset osoittivat kiistattomasti valusimuloinnin potentiaalin valusuunnittelun ja valuteknisen ongelmanratkaisun työkaluna. Kaikkien kehityskohteena olleiden kappaleiden sisäistä hylkäysprosenttia saatiin pienennettyä ja kustannustehokkuutta parannettua oleellisesti opinnäytetyön aikana.

This graduate study was carried out for Componenta Oyj's Helsinki Customer Product Center in cooperation with two foundries of Componenta Oyj. The target of this graduate study was to reduce internal scrap rate, customer reclamations and improve cost efficiency by cast design and foundry simulations. The second target of this study was to improve the usage of existing simulation resources and capacity. The theoretical part of this study describes the foundry process, cast materials, technical properties and applications of cast materials as well as the fundamentals of foundry design and foundry simulations as a tool for cast design and casting method design. The beginning of the experimental part of this study handles the internal scrap rate level of Componenta foundry A caused by casting defects during 2008 and 2009; internal scrap rate levels in 2010 are used for comparison. The items examined in this case study were taken into deeper investigation due to shrinkage and porosity problems in critical areas. Porosity and shrinkage were causing some serious quality problems. One item in the case study had a systematic material failure whereupon the root of the material failure was investigated and improvement proposals were simulated by several parallel simulations. The quality problems cause a great deal of direct costs to the foundries and to their customers due to delivery delays, quality investigations and casting initial samples. Thus, several parallel simulations with different simulation parameters were made for all items in the case study. After the simulations, each item underwent a detailed simulation analysis along with a comparison between the old and the new design. An improvement proposal was then made. Some suggested improvements were implemented during the graduate study, and the results confirm the big potential of foundry simulations as a supporting tool in cast design and troubleshooting processes. This study shows that the internal scrap rate was reduced during this study and cost efficiency was considerably improved.