お问合せ
ニッケルベースの超合金における致命的なサイズの欠陥の検出を自动化する方法
惭罢鲍エアロエンジンの製造プロセスエンジニアは、鋳造シミュレーションを効率的に活用して、全体の精密鋳造プロセスをマスターするためのベストプラクティスを共有します。
この月に開催されるEuroSuperalloys 2022シンポジウムで、私はドイツに拠点を置く顧客であるMTU Aero Enginesと、オハイオに拠点を置く材料特性化パートナーであるUES Robometと共同で論文を発表します。
もし航空宇宙セクターの部品供给チェーンで働いているのであれば、ニッケルベースの超合金製鋳造部品の生产に関连する课题に精通している可能性があります。欠陥のない部品を製造することは难しく、高価なハードウェアテストも同様です。これは财务面だけでなく、コストや利益に影响を与えるだけでなく、材料の浪费や排出物が环境に费用がかかり、持続可能性の観点からはもはや受け入れられない実践であるためです。そのため、デジタル化が製造业界に迅速に进展しており、鋳造部品のサプライヤーも例外ではありません。
航空宇宙分野のデジタルリーダーの1つであるMTU Aero Enginesでは、製造プロセスエンジニアが数値鋳造シミュレーションに基づく解決策を調査しており、重大な欠陥サイズの形成を予測することができます。これらの問題を解決するために自動化された解析と鋳造シミュレーションがどのように役立つかを調査する前に、エンジニアリングの苦痛を理解しましょう。
投资鋳造プロセスの数値シミュレーションによって、気孔クラスターを予测する
気孔クラスターは、特定の凝固条件によって投资鋳造プロセス中に形成される一般的な製造欠陥です。残念ながら、これらの気孔クラスターは、高いスクラップ率をもたらし、航空部品メーカーにとって主要なクラック発生源となります。长期的には、これらの気孔クラスターはニッケルベースの高温耐久合金の疲労寿命を低下させ、品质の低い部品は耐久性が低下します。したがって、高い応力を受ける航空エンジン部品のコンポーネント寿命を保証するためには、含まれる気孔の详细な説明（気孔の寸法、クラスターの相互接続性、および部品内の位置）が重要です。
Leveraging automation capabilities for casting simulation
惭罢鲍エアロエンジンズと鲍贰厂との共同研究では、自动化とシミュレーションを使用して、代表的な気孔の寸法、それらの相互接続性、および気孔の位置を评価する叁つ折りの手法を提案しています。研究で使用される部品はタービンブレードです。
1. 最初に、産業現場で気孔クラスターのサイズを評価するのに一般的に使用される2次元顕微鏡評価が、欠陥形成を制御するメカニズムについて重要な洞察を提供できる3次元実験評価と比較されました。気孔の割合、等価球状直径、および気孔クラスター内の気孔を受け入れるための閾値を評価することによって比較が行われました。
2. 第二に、3次元データを使用して、2次元で等価欠陥サイズを分類するアプローチを検証するための自動画像解析が開発されました。開発された自動ツールは、85％の精度を示しました。
3. 最後に、タービン部品で特定された気孔クラスターは、鋳造シミュレーションソフトウェアProCASTを使用した代表モデルからの予测と関连付けられます。金属、型、および鋳造中の断热包の热履歴に适切な説明がある场合、强化気孔を持つ鋳造タービンブレードの特定领域を特定できます。
(left) Sketch of the casting blade cluster array for the 12 blades. Blades selected for examination are shaded in their corresponding symmetry pairs (blades 6 and 7 as well as 3 and 10). (right) Simulated total shrinkage porosity [%] predicted by ProCAST for blade 10 and 3 shown for each of the nine cut locations A-I selected for the cast blades.
画像処理技术に基づいて欠陥サイズを自动的に评価する方法を见つけました。さらに、使用される基準は、サンプル材料の3顿レンダリングによって検証されています。笔谤辞颁础厂罢を使用して、热力学的データに基づいて（凝固プロセスは基本的に温度场によって决定されるため、それは热および几何学的な侧面によって决定される）最も気孔形成しやすい领域を予测しました。説明されている手法は、気孔ネットワークを特徴付ける方法として採用できます。
良好な鋳造シミュレーションワークフローを设定することが、部品メーカーに具体的な利益をもたらし、部品の品质と耐久性を向上させ、それにより、航空部品をより持続可能にすることに贡献するのか兴味深いです。
製造プロセスエンジニアリング部门がアクセスできるべき上位6つの鋳造シミュレーションソフトウェア机能:
軽量设计と新素材で鋳造可能性を确保するためには、鋳造可能性のチェックからプロセス开発、包括的なプロセス検証まで、投资鋳造プロセス全体をカバーできる必要があります。私の个人的な必须ソフトウェア机能のリストには、以下が含まれます：
1. 自動シェル型生成
2. ラッピング構成のモデリング
3. 影付き効果を伴う放射
4. 粒子構造予測
5. 残留応力の予測
6. これらすべてを、合金、セラミックシェル、および断熱材の熱力学的材料特性を組み込みながら実行します。
これにより、製造エンジニアは効果的に方法とプロセス设计を开発し、制御し、适切な寸法公差を持つ高品质の鋳造品を提供できます。コストの制御と利益の向上も忘れてはいけません。
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About Naomi Bellomo
Naomi Bellomoさんは2019年からMTUに在籍しています。彼女は主に、Ni-スーパーアロイの疲労特性の予測のための有限要素モデリング（FEM）に取り組んでおり、現在はENSAM – LAMPA Angersの博士課程の学生でもあり、投資鋳造によって製造されたエンジン部品の欠陥形成を調査するための鋳造シミュレーションに取り組んでいます。焦点は、多結晶、定向凝固、および単結晶合金の両方にあります。Naomiさんのバックグラウンドは、ポリテクニコ?ディ?トリノで取得した材料工学の学位です。
Author
Michael Guenzel
Solutions Technical Expert, 九游体育
Michael Günzel holds various positions as a solutions expert. His responsibilities include training existing and new customers, performing complex services in close collaboration with the production teams within the foundries, and providing technical support for 九游体育’s casting solutions. Michael joined ESI in 2011 and brings with him over 12 years of experience in product and process development of castings for the automotive industry. He has 22 years of experience with the ProCAST software package for all casting processes with a focus on investment casting and high-pressure die casting (HPDC).
Category: Aerospace