摘要
Innovative automotive lightweight designs lead to a higher demand for the product and process development of die cast components. This is attributed to shorter and shorter product development cycles as well as the rising functional integration and complexity of structural die cast parts. The main objectives of the technically complex processes and tools in aluminum and magnesium die casting are cost and resource efficiency along with the robust fulfillment of the defined high-class requirements of the casting. In this context, casting process simulation is a well-established tool used to support tool design, part design as well as process development.
創(chuàng)新的汽車輕量化設(shè)計(jì)對(duì)壓鑄件的產(chǎn)品和工藝開(kāi)發(fā)提出了更高的要求。這是由于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期越來(lái)越短，以及壓鑄結(jié)構(gòu)件的功能集成和復(fù)雜性不斷提高。鋁合金和鎂合金壓鑄的復(fù)雜工藝技術(shù)和模具的主要目標(biāo)是提高成本和資源效益，并嚴(yán)格滿足鑄件的高標(biāo)準(zhǔn)要求。在該背景下，鑄造工藝模擬是一種成熟的工具，用于支持模具設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及工藝開(kāi)發(fā)。
本文以一個(gè)壓鑄結(jié)構(gòu)件為例，展示了MAGMASOFT ® 5.4自主設(shè)計(jì)的新方法如何滿足壓鑄的以下需求：
- 更快地開(kāi)發(fā)產(chǎn)品和工藝，
- 在質(zhì)量、產(chǎn)量和成本方面的最佳工藝和模具設(shè)計(jì)，以及
- 穩(wěn)健的工藝布局，比以往更佳的最大化質(zhì)量再現(xiàn)性。
自主設(shè)計(jì)通過(guò)定義可量化的目標(biāo)、關(guān)鍵的各種工藝參數(shù)和其變量以及相關(guān)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，擴(kuò)展了鑄造模擬的虛擬試驗(yàn)。除可以確定可靠的技術(shù)解決方案之外，這種新方法還提供了質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效率之間的最佳折衷方案，這是壓鑄機(jī)一直追求的目標(biāo)。
可以在沒(méi)有經(jīng)濟(jì)或生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)的情況下形成系統(tǒng)化知識(shí)，使得能夠在穩(wěn)健、經(jīng)濟(jì)高效和資源高效的壓鑄產(chǎn)品和工藝的開(kāi)發(fā)階段早期做出安全決策。
結(jié)構(gòu)件的開(kāi)發(fā)過(guò)程
隨著時(shí)間和成本壓力的增加，各種模型以及激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期越來(lái)越短。因此，復(fù)雜產(chǎn)品（例如汽車行業(yè)的復(fù)雜零件）通常只在功能上用虛擬方法（例如CAE）進(jìn)行設(shè)計(jì)。關(guān)于可行性和潛在可制造性限制的評(píng)估會(huì)在更晚的時(shí)候進(jìn)行。在此類后期階段中，很少能夠?qū)崿F(xiàn)合理或必要的設(shè)計(jì)變更，而且很可能非常耗時(shí)且成本高昂。
通過(guò)演示部件“接頭”和“減震器”的例子，展示了鑄造工藝模擬和虛擬優(yōu)化的系統(tǒng)集成，以確保早期識(shí)別產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的可制造性限制。接頭是從客車車身結(jié)構(gòu)的縱梁到傳輸管道的碰撞載荷路徑的一部分。根據(jù)FMVSS，成功的關(guān)鍵因素取決于與系統(tǒng)其他部件的四個(gè)計(jì)劃連接的可行性，以及是否符合正面碰撞的要求，參見(jiàn)圖1。
由于幾何復(fù)雜性和計(jì)劃產(chǎn)量，選擇高壓壓鑄作為生產(chǎn)工藝。鑄件功能幾何形狀的重新設(shè)計(jì)在常規(guī)開(kāi)發(fā)過(guò)程的框架內(nèi)進(jìn)行。高壓壓鑄的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)規(guī)則已考慮在內(nèi)，參見(jiàn)圖2。在可能的情況下，通過(guò)使用FE模擬工具虛擬驗(yàn)證指定的要求。最終的壓鑄零件通常會(huì)經(jīng)歷運(yùn)行載荷工況/概要功能要求的相應(yīng)虛擬驗(yàn)證。通常，在達(dá)到設(shè)計(jì)凍結(jié)狀態(tài)之前，供應(yīng)商不會(huì)參與該過(guò)程。
少數(shù)情況下，在發(fā)送報(bào)價(jià)請(qǐng)求時(shí)，會(huì)對(duì)可行性進(jìn)行詳細(xì)的分析和評(píng)估。但是，這通常只在選擇了供應(yīng)商之后才會(huì)進(jìn)行。在供應(yīng)商方面，工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程中可行性承諾的穩(wěn)健性取決于滿足鑄造要求的能力。在開(kāi)發(fā)工藝布局的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)提出或認(rèn)為有必要進(jìn)行追溯性的設(shè)計(jì)變更。但是，在大多數(shù)情況下，這些變更只能在一定程度上實(shí)現(xiàn)，而且往往耗時(shí)且成本高昂。通常，工藝開(kāi)發(fā)以確認(rèn)供應(yīng)商可行性和批準(zhǔn)生產(chǎn)昂貴的模具和外圍資源結(jié)束，參見(jiàn)圖3。其結(jié)果往往是生產(chǎn)工藝不太穩(wěn)健，透明度低，上升時(shí)間長(zhǎng)，而且最初廢品率往往很高。
MAGMASOFT ® 5.4通過(guò)自主設(shè)計(jì)為壓鑄工藝的優(yōu)化提供了一種新方法和一個(gè)包含許多功能的綜合工具箱。該軟件允許設(shè)定不同的目標(biāo)，評(píng)估參數(shù)化變量的設(shè)計(jì)空間，并評(píng)估不同的定量質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，以確定最佳和穩(wěn)健的運(yùn)行條件。通過(guò)結(jié)合產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中確定的虛擬功能驗(yàn)證方法，能夠在早期分析和考慮制造對(duì)鑄造屬性的影響。這種虛擬生成的知識(shí)是自信決策的基礎(chǔ)，也為更穩(wěn)健的產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝提供了布局。以下案例研究展示了將MAGMASOFT ® 5.4自主設(shè)計(jì)應(yīng)用到壓鑄零件的整個(gè)產(chǎn)品和工藝開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢(shì)。
總結(jié)
在高壓壓鑄中，MAGMASOFT的方法虛擬試驗(yàn)或自主是一種突破性的方法，該方法通過(guò)透明和定量的工藝知識(shí)，實(shí)現(xiàn)模具和生產(chǎn)工藝的優(yōu)化和穩(wěn)健布局。除確定可靠的技術(shù)解決方案之外，這種新方法還提供了質(zhì)量和盈利能力之間的最佳折衷方案，這是壓鑄機(jī)一直追求的目標(biāo)。因此，即使在計(jì)劃階段的早期，對(duì)于復(fù)雜的任務(wù)，也有可能生成關(guān)于鑄件生產(chǎn)參數(shù)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)之間相關(guān)性的系統(tǒng)知識(shí)，而且?guī)缀鯖](méi)有經(jīng)濟(jì)或生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。
早期的安全決策支持產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員和模具鑄造人員設(shè)計(jì)穩(wěn)健、經(jīng)濟(jì)有效和資源高效的產(chǎn)品和工藝。在規(guī)劃階段的早期應(yīng)用此類虛擬生成的知識(shí)是CAE開(kāi)發(fā)過(guò)程的基礎(chǔ)，在該過(guò)程中，設(shè)計(jì)者和模具鑄造者同時(shí)對(duì)部件和鑄造工藝進(jìn)行優(yōu)化。