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MAGMA技術連載(一)使用自主設計在壓鑄中的創新產品設計和穩健工藝布局

放大字體  縮小字體 發布日期:2019-01-16  作者:Dr.-Ing. Horst Bramann, M.Sc. Laura Leineweber, Dr  瀏覽次數:196
核心提示:Abstract摘要Innovative automotive lightweight designs lead to a higher demand for the product and process development of
 Abstract

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.
創新的汽車輕量化設計對壓鑄件的產品和工藝開發提出了更高的要求。這是由于產品開發周期越來越短,以及壓鑄結構件的功能集成和復雜性不斷提高。鋁合金和鎂合金壓鑄的復雜工藝技術和模具的主要目標是提高成本和資源效益,并嚴格滿足鑄件的高標準要求。在該背景下,鑄造工藝模擬是一種成熟的工具,用于支持模具設計、產品設計以及工藝開發。

 

       本文以一個壓鑄結構件為例,展示了MAGMASOFT ® 5.4自主設計的新方法如何滿足壓鑄的以下需求:
-     
更快地開發產品和工藝,
-     
在質量、產量和成本方面的最佳工藝和模具設計,以及
-     
穩健的工藝布局,比以往更佳的最大化質量再現性。

 

      自主設計通過定義可量化的目標、關鍵的各種工藝參數和其變量以及相關的質量標準,擴展了鑄造模擬的虛擬試驗。除可以確定可靠的技術解決方案之外,這種新方法還提供了質量和經濟效率之間的最佳折衷方案,這是壓鑄機一直追求的目標。

     可以在沒有經濟或生產風險的情況下形成系統化知識,使得能夠在穩健、經濟高效和資源高效的壓鑄產品和工藝的開發階段早期做出安全決策。

 

結構件的開發過程

       隨著時間和成本壓力的增加,各種模型以及激烈的市場競爭導致了產品開發周期越來越短。因此,復雜產品(例如汽車行業的復雜零件)通常只在功能上用虛擬方法(例如CAE)進行設計。關于可行性和潛在可制造性限制的評估會在更晚的時候進行。在此類后期階段中,很少能夠實現合理或必要的設計變更,而且很可能非常耗時且成本高昂。

       通過演示部件“接頭”和“減震器”的例子,展示了鑄造工藝模擬和虛擬優化的系統集成,以確保早期識別產品開發過程中的可制造性限制。接頭是從客車車身結構的縱梁到傳輸管道的碰撞載荷路徑的一部分。根據FMVSS,成功的關鍵因素取決于與系統其他部件的四個計劃連接的可行性,以及是否符合正面碰撞的要求,參見圖1。

                                                                         圖一

       由于幾何復雜性和計劃產量,選擇高壓壓鑄作為生產工藝。鑄件功能幾何形狀的重新設計在常規開發過程的框架內進行。高壓壓鑄的傳統設計和結構規則已考慮在內,參見圖2。在可能的情況下,通過使用FE模擬工具虛擬驗證指定的要求。最終的壓鑄零件通常會經歷運行載荷工況/概要功能要求的相應虛擬驗證。通常,在達到設計凍結狀態之前,供應商不會參與該過程。

                                                                      圖二

       少數情況下,在發送報價請求時,會對可行性進行詳細的分析和評估。但是,這通常只在選擇了供應商之后才會進行。在供應商方面,工藝開發過程中可行性承諾的穩健性取決于滿足鑄造要求的能力。在開發工藝布局的過程中,經常會提出或認為有必要進行追溯性的設計變更。但是,在大多數情況下,這些變更只能在一定程度上實現,而且往往耗時且成本高昂。通常,工藝開發以確認供應商可行性和批準生產昂貴的模具和外圍資源結束,參見圖3。其結果往往是生產工藝不太穩健,透明度低,上升時間長,而且最初廢品率往往很高。 

                                                                               圖三

 

        MAGMASOFT ® 5.4通過自主設計為壓鑄工藝的優化提供了一種新方法和一個包含許多功能的綜合工具箱。該軟件允許設定不同的目標,評估參數化變量的設計空間,并評估不同的定量質量標準,以確定最佳和穩健的運行條件。通過結合產品開發過程中確定的虛擬功能驗證方法,能夠在早期分析和考慮制造對鑄造屬性的影響。這種虛擬生成的知識是自信決策的基礎,也為更穩健的產品和生產工藝提供了布局。以下案例研究展示了將MAGMASOFT ® 5.4自主設計應用到壓鑄零件的整個產品和工藝開發的優勢。

 

 

總結

        在高壓壓鑄中,MAGMASOFT的方法虛擬試驗或自主是一種突破性的方法,該方法通過透明和定量的工藝知識,實現模具和生產工藝的優化和穩健布局。除確定可靠的技術解決方案之外,這種新方法還提供了質量和盈利能力之間的最佳折衷方案,這是壓鑄機一直追求的目標。因此,即使在計劃階段的早期,對于復雜的任務,也有可能生成關于鑄件生產參數和質量標準之間相關性的系統知識,而且幾乎沒有經濟或生產風險。

      早期的安全決策支持產品開發人員和模具鑄造人員設計穩健、經濟有效和資源高效的產品和工藝。在規劃階段的早期應用此類虛擬生成的知識是CAE開發過程的基礎,在該過程中,設計者和模具鑄造者同時對部件和鑄造工藝進行優化。
 

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