以AM60B镁合金轮毂为例,研究了压射速度、铸型温度和浇注温度对压铸件缺陷的影响。通过计算由虚拟实验得到的缺陷体积的信噪比,求解了不同因素在不同水平下的信噪比的均值和极差,进而获得优化的压铸工艺。经大批量化生产优化,得出的最优压铸工艺参数为:压射速度为0.9 m/s,铸型温度为260 ℃,浇注温度为680 ℃。 镁合金压铸生产企业最大的追求,就是高效率。高品质和高效率是企业生存的根本,是参与市场竞争的主要手段,本论文基于稳健设计和大批量生产相结合的方式,对镁合金轮毂压铸进行批量化生产工艺研究,获得了高效高品质压铸件生产最佳工艺参数,对大尺寸镁合金压铸件大批量生产具有较大的参考价值,拓宽了镁合金应用范围,具有较好的应用前景。具体做法为:首先利用稳健设计方法对压铸件缺陷体积进行计算,利用计算结果设计压铸件生产预成形工艺,然后通过CAE仿真对工艺参数进行调整,并对仿真结果进行分析,以满足压铸件的质量要求。在实际生产中,由于存在操作误差、测量误差等不可控因素,影响压铸件的成形质量,使压铸成形工艺设计方案对产品的成形质量稳定性降低,如何制定出最佳生产工艺参数,成为获得高效高品质压铸件的关键。 01、稳健设计方法 稳健设计(Robust Design)是一种综合考虑产品性能、质量和成本的新型低成本、高稳定性的现代设计方法。其基本思想是在不消除或减少不确定性因素的情况下,通过设计尽量减少不确定性因素对产品质量的影响,即通过接近目标值但波动小的设计解,设计工艺方案,来实现产品质量对噪声因素的稳定性。稳健设计方法最先是由田口玄一于20世纪70年代后期提出的,是一种基于实验的优化方法。考虑的因素包括两类:可控的设计参数和不可控的噪声因素。稳健设计方法包括两个基本工具:信噪比和正交试验。信噪比也称SN比,在参数设计中,利用信噪比来模拟噪声因素对质量特性的影响。正交试验设计主要采用正交试验表的规格设计适当的试验方案,确定参数的最优组合。这些组合具有“均匀分散性、整洁性和可比性”的特点。这样,少量的试验就可以满足考察的要求,大大提高了试验效率。 02、稳健设计方法在镁合金压铸成形中的应用 以AM60B镁合金轮毂为例,以压铸件缺陷(图1)的体积为测试目标,以实际压铸过程中可能出现的工艺参数误差为噪声因子,进行信噪比分析,获得最佳工艺参数组合。 图1 铸件缩孔缩松缺陷形貌 2.1 零件三维 CAD 模型的建立
表1 AM60B化学成分 wB/% 图2 镁合金摩托车轮毂三维造型 2.2 虚拟正交试验的制定与安排
表2 工艺参数与噪声因子级别 2.3 稳健性评定及结果分析 2.3.1 压铸件网格划分
2.3.2 虚拟正交试验结果分析
表3 虚拟工艺参数正交试验结果 从表3可以看出,在上述9组试验中,在没有干扰因素的影响下,第1组压铸工艺参数的缺陷体积最小,相比质量更稳定。 图3 工艺参数不同对应的信噪比值 表4 信噪比均值与极差 当工艺参数为A1B3C1时,采用ProCAST软件进行数值模拟,得到不考虑噪声的缺陷体积(0.398 3 cm 3 )。当受噪声因素影响时,缺陷的最大体积为0.436 1 cm 3 ,最小体积为0.319 9 cm 3 ,信噪比为8.211 4 dB,虽然比正交试验表中任何一组试验结果都大了一些,但也是信噪比值最大的,结果是一致的。 03、生产验证 通过ProCAST软件模拟结合稳健设计方法对压铸工艺参数进行优化下,得到的最佳压铸工艺参数为:压射速度为0.9 m/s,铸型温度为260 ℃,浇注温度为680 ℃。根据该工艺参数对镁合金轮毂铸件进行的大批量生产验证,在实际生产中,压铸工艺参数分别取压射速度为0.7~1.3 m/s,铸型温度为200~300 ℃,浇注温度为650~710 ℃,结合生产效率需要,保压时间设定为20 s。利用抗拉强度、伸长率、硬度和冲击韧性四个力学性能指标进行表征,生产实践表明,当压射速度为0.8~1.0 m/s、浇注温度为670~690 ℃、铸型温度为250~270 ℃时,铸件的生产效率最高,力学性能最好,即品质最好。在最佳工艺参数下得到的轮毂铸件(图4),从图4a可以看出,镁合金轮毂压铸件充型完整,外观无缺陷,经机加工后的轮毂表面光滑,加工成产品后对表面进行涂装(图4b、4c),外观质量美观。最后对镁合金轮毂铸件进行力学性能检测结果为:抗拉强度为227 MPa、布氏硬度为HBS71、伸长率为10.7%和抗冲击韧性为18.7×10 4 J/m 2 ,以上力学性能表明,该轮毂铸件达到了轮毂技术标准要求,轮毂铸件内部无严重缺陷,铸件经过大批量生产后,产品质量稳定,表明上述模拟结果准确。 图4 压铸镁合金摩托车轮毂铸件及最后涂装图 04结论 (1)在不考虑干扰因素的情况下,第1组工艺参数的缺陷体积最小,其信噪比相对较小,但不能保证压铸件质量最稳定。当镁合金轮毂的压射速度为0.9 m/s、铸型温度为260 ℃、浇注温度为680 ℃时,压铸件的质量稳健性最好,同时也证明了稳健设计方法在压铸工艺参数优化中具有可行性和指导性。
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来自: 宋洋sy > 《05-冲压及压铸工艺技术》