Mohsin Raza försvarar sin doktorsavhandling i innovation och design

Disputationer och licentiatseminarier

Datum: 2018-04-06
Tid: 10.00
Plats: Filharmonin på MDH i Eskilstuna

Mohsin Raza vid akademin för innovation, design och teknik försvarar sin doktorsavhandling “Developing Process Design Methodology for Investment Casting Thin-Walled Structures” den 6 april i sal Filharmonin på MDH i Eskilstuna.

Titel:"Developing Process Design Methodology for Investment Casting Thin-Walled Structures"
Serienummer: 257.
Opponent är professor Mark Jolly, Cranfield University. Betygsnämnden består av professor Amos Ng, högskolan i Skövde; PhD Lena Magnusson Åberg, Volvo Powertrain; docent Torsten Sjögren, RISE Research Institutes of Sweden.
Reserv: Professor Glenn Johansson, MDH

Sammanfattning
Komponenter för tekniska system, såsom gasturbiner och jetmotorer som arbetar vid hög temperatur, tillverkas vanligtvis i superlegeringar. Vaxursmältningsmetoden används ofta för tillverkning av dessa komponenter på grund av processens förmåga till att reproducera komplexa geometrier med snäva dimensionella toleranser. Andra tillverkningsvägar är mindre fördelaktiga på grund av superlegeringarnas höga hårdhet och mekaniska hållfasthet, vilket gör formning och bearbetning svår även vid hög temperatur. Globala krav på lägre bränsleförbrukning och minskade utsläpp ökar kraven på minskat vikt på de gjutna komponenterna i t.ex. jetmotorer. Förmågan att tillverka komponenter med tunnare godstjocklek kommer inte bara att bidra till att minska produktionskostnaden och resursanvändningen vid tillverkningen, utan också bidra till förbättrad effektivitet i tekniska system, med lägre bränsleförbrukning och minskade miljöfarliga utsläpp som resultat. Gjutning av tunt gods är svårt på grund av tidig stelnande i tunna sektioners och långa matningsavstånd, vilket ofta resulterar i ofullständig fyllnad, kallflytningar och krympporer. Gjutbarheten av tunt gods beror starkt på gjutprocessens parametrar för att skapa gynnsamma betingelser för formfyllnad och stelningen. Effekten av gjutparametrar vid formfyllnad och defektbildning har studerats, men effekten av variationer av de olika gjutparametrarna är inte väl dokumenterad. Dessutom har ursprunget till dessa variationer och hur de skall hanteras i praktiken i ett gjuteri, inte dokumenterats väl, särskilt då i ett sammanhang med tunnväggigt gods.

I detta arbete identifieras de gemensamma variationerna hos kritiska processparametrar som härrör från gjuteripraxis och utrustning. Effekten av variationer och resulterande parametervariationer och deras effekt på gjutning av tunnväggigt gods utvärderas. Gjutprocessen simuleras genom att reproducera gjuthållandena och noga mäta materialegenskaperna i en kommersiell gjutsimuleringsprogramvara. Effekten av gjutparameter variationerna på gjutbarheten av tunnväggiga gjutgods etablerades genom experiment och simuleringar för att utvärdera simuleringens prediktiva kvalitet. En metod för att utforma en gjutprocess utformades genom att föreslå metoder för att minimera processvariationerna samt genom att använda experimentell design och regressionsanalys av simuleringsresultaten för att snabbt uppnå tillförlitlighet och repeterbarhet i processen.

En slutsats var att skaltemperaturen, gjuttemperatur och formfyllhastigheten är vanliga gjutparametrar som påverkas av variationer som härrör från utrustning och gjutpraxis. Variationen av dessa parametrar påverkar starkt gjutbarheten hos tunna sektioner. Betydelsen av dessa variationer validerades genom simulering och det stod klart att simuleringens validitet inte bara var starkt beroende av gjuteri-specifika materialdata utan också även berodde på att verklighetsbaserade randvillkor direkt kopplade till aktuell utrustning och praxis vid gjuteriet. Det framkom även att när god prediktionsförmåga vid simuleringen uppnåtts genom införande av materialdata och exakta randvillkor kunde en simuleringsbaserade på experimentell design och optimering bidra till att produktionsutvecklingstiden reducerades betydligt.

Resultaten av detta arbete användes för att föreslå produktionsutvecklingsmetodik för gjutning av tunnväggigt gjutgods för högtemperaturapplikationer.