Effects of pattern plates cavity number on the incidence of gray cast iron foundry surface defects: a statistical and numerical investigation

This thesis explores the influence of pattern plates configuration, in terms of number of cavities housed in sand mold, on the occurrence of surface defects in gray cast iron brake discs. The primary objective is to check if uneven configurations have an higher scrap due to balancing issues during the pouring phase. The research was conducted at Brembo N.V., using data collected in foundry, to perform a statistical analysis, and numerical simulations made with MAGMAsoft. The first step of the analysis compares plates with even and odd number of cavities; then, the study goes through each number of cavities on plate. Numerical simulations were used to evaluate the impact of different pattern plate configurations on defects by simulating the filling of three different products, creating the possibility of visualizing the pouring dynamics and recognizing eventual defect risk increase. The use of a numerical software created the possibility of proposing an optimization trial for one of the considered systems. The results indicated that configurations with an odd number of cavities showed a slightly higher probability of filling defects compared to those with an even number, but resemblances between plates with a similar density of cavities per mold are more noticeable than those between all the even or odd plates. In conclusion, the analysis suggests that optimizing the filling balancing can improve the quality of castings, but that there are other drivers to consider, since the gates number and the rearranging of choke sections looked to be highly impacting.

Questa tesi esplora l’influenza della configurazione delle placche modello, in termini di numero di cavità ospitate in stampi in sabbia, sull’insorgenza di difetti superficiali nei dischi freno in ghisa grigia. L’obiettivo principale è verificare se configurazioni dispari abbiano uno scarto più elevato a causa di problemi di bilanciamento durante la fase di colata. La ricerca è stata condotta presso Brembo N.V., utilizzando dati raccolti in fonderia per un’analisi statistica e simulazioni numeriche effettuate con MAGMAsoft. L’analisi inizia confrontando placche con un numero pari e dispari di cavità; successivamente, lo studio esamina ciascun numero di cavità sulla placca. Le simulazioni numeriche sono state utilizzate per valutare l’impatto delle diverse configurazioni delle placche sui difetti, simulando il riempimento di tre diversi prodotti, creando la possibilità di visualizzare le dinamiche di colata e riconoscere eventuali aumenti del rischio di difetti. L’uso di un software numerico ha dato la possibilità di proporre un’ ottimizzazione per uno dei sistemi considerati. I risultati hanno indicato che le configurazioni con un numero dispari di cavità mostrano una probabilità leggermente maggiore di difetti di riempimento rispetto a quelle con un numero pari, ma le somiglianze tra placche con una densità di cavità per stampo simile sono più evidenti rispetto a quelle tra tutte le placche pari o dispari. In conclusione, l’analisi suggerisce che ottimizzare il bilanciamento del riempimento può migliorare la qualità dei prodotti, ma ci sono altri fattori da considerare, poiché il numero di attacchi di colata e la riorganizzazione delle strozzature risultano avere un impatto significativo.