国外压铸技术：大型压铸件翘曲模拟设计优化
科技
汽车
2024-11-15 15:56
广东
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德国大众汽车（VW）集团最初面临的首要问题在于，需要在生产过程中对模具进行无数次的校正循环，在构件符合图纸规格之前要走很长的路。为了确保尺寸精确度，可以在模拟中提前预留出预计结构件翘曲量。有保留率意味着，在模具型腔中有意识地对结构件几何形状进行翘曲处理，使成品铸件在脱模后与目标几何形状保持一致。这大大降低了矫正过程和所有不可矫正废品的成本。同时，第一次压铸后的模具矫正次数也大大减少了。因此，不仅节省了资源，而且极大地减少了工作量。 在此之前，关于模具翘曲保留率的信息都是基于经验值或已制造出的铸件的测量结果，而且这些铸件的压铸模必须是已经存在的。有了铸造过程模拟的可能性，就可以在早期阶段确定这些信息，而无需生产压铸模。在下面的案例研究中，我们借助大众汽车（VW）的一个铝制结构件（图1）来展示如何考虑压铸模具中的翘曲保留率。该门槛纵梁被安装于大众途锐和保时捷卡宴的后部结构中。![]()
这种针对薄壁结构件的压铸技术是为免热处理高韧性铝合金而设计的。这样做的优势在于，可以省去昂贵的热处理和随后的矫正工序。 尽可能真实地反映压铸模填充和凝固过程对于可靠预测结构件翘曲非常重要。为此，除了压铸模具布局外，还考虑了模拟模型中的整个温度控制和多个具有实际工艺时间的加热循环。计算了脱模前后、冷却池淬火后以及压铸流道和溢流分离后压铸模内的构件翘曲情况。压铸过程模拟的翘曲结果被用作模具的保留率。 根据工艺专家的经验值，从压铸工艺模拟中导出的结果系数为-0.75（-1表示100%的保留率，因此，-0.75相当于75%）。然后将翘曲的几何形状缩放为型腔尺寸。接着，模具制造部门将修订后的翘曲结果作为设计模板的三维实体模型。根据虚拟确定的模具偏差尺寸，需要重新设计模具（部件、浇注流道和溢流以及模具镶件）。 随后，使用修正（保留）压铸模型进行了完整的工艺模拟，以检验保留尺寸。为评估工艺稳定性，大众汽车公司使用Magmasoft分析了关键工艺参数，如冷却温度和开模时间，对门槛纵梁之间的连接件翘曲行为的影响。在最终的模拟中，经过虚拟校正的模具使大部分构件区域都在允许的公差范围内。 在对压铸模进行了光学测量以排除压铸模生产过程中的误差之后，大众汽车公司（VW）压铸了第一批坯件，然后将实际几何偏差与虚拟翘曲预测进行了对比。然后，将实际生产构件的光学测量结果与模拟结果（来自保留铸模）进行对比。与此同时，还分析了实际现有压铸工艺选定工艺参数的稳定性。目的是检查不同的开模时间和温度控制对构件翘曲的影响。![]()
结构件在压铸过程中的翘曲由构件脱模过程中的回弹（从模具中取出构件时释放的存储弹性应力）和随后冷却至环境温度时产生的（自由）翘曲构成。在冷却过程中，温度较高的局部区域比温度较低的区域 “拉力”更大，从而导致发生热翘曲。图2显示了构件从铸型中取出时的温度分布。![]()
图3显示了在不保温的情况下虚拟翘曲结果的测量。纵梁左端与目标几何形状的最大偏差约为+2.3毫米。测量通过参考点系统（RPS）的定位实现。参考点系统（RPS）的任务是在自由空间中清晰地定位结构件。将模拟的翘曲结构件传输到大众汽车（VW）使用的测量值评估系统后，就可以创建一份虚拟测量报告，类似于批量生产过程中对实际零件的质量检查。通过这种方式，可以对计算出的结构件翘曲进行必要的详细分析，并符合规格要求。与测量角度的评估结果一致（见图3），纵梁左端的最大几何偏差同样清晰可见（RPS 定位）。![]()
图4a显示的是，在没有保留率的情况下模拟计算得出的翘曲结果。图4b显示的是同样在RPS定位情况下，有保留率的模拟计算得出的翘曲结果。可以看出，构件翘曲情况出现了显著减少。几乎所有的关键区域都在连接面和接触面的规定公差+/- 0.7毫米范围内。图4c描述了门槛纵梁的实际测量结果，其参数与翘曲预测中使用的参数相同。该构件完全在规定公差范围内，在质量和数量上均与模拟预测的几何形状一致。 利用模拟分析进行的铸造工艺模拟对连接件的门槛纵梁进行的预测与实际有保留率的测量结果显示出了良好的一致性。根据模拟结果修正的模具意味着大部分构件区域都在公差范围内，无需在第一次压铸后对模具进行额外的修正打磨。之前，必须通过多次压铸试验来确定模具的翘曲保留率。这种方法既昂贵又繁琐。对于大众汽车（VW）来说，新的虚拟方法不再是单行道：大型铸件的压铸无需绕远路，最重要的是不会发生翘曲。作者：MICHAEL HUTMACHER，MATHIEU WEBER，AXEL PEISSKER，LETICIA DASKALAKI ![]()
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