電鍍能讓金屬表面擁有較好的性能及延長其使用壽命，所以，其被廣泛應(yīng)用于各個(gè)高科技行業(yè)，今天，易鍍網(wǎng)給大家分享關(guān)于電鍍?cè)?/span>虛擬仿真分析技術(shù)的應(yīng)用，一起來看看吧！

電鍍行業(yè)面臨著日益苛刻的行業(yè)要求和環(huán)保要求。零件上幾微米的鍍層厚度，必須經(jīng)受住最具挑戰(zhàn)性的條件，如摩擦和大氣腐蝕，在這種情況下，尋找更好的方法和質(zhì)量管理工具成為關(guān)鍵，引進(jìn)虛擬仿真技術(shù)是的答案。

數(shù)字化解決方案

作為應(yīng)對(duì)復(fù)雜和新挑戰(zhàn)的答案

無論是材料還是幾何形狀，電鍍都表現(xiàn)出相當(dāng)復(fù)雜的行為。例如，一個(gè)重要的未知量是電鍍時(shí)間。沒有一個(gè)神奇的公式可以直接告訴我們零件幾何特征、電鍍時(shí)間和最終厚度之間的關(guān)系。通常，當(dāng)處理新材料時(shí)，一種典型的方法是依靠對(duì)電鍍線上的大量試驗(yàn)和錯(cuò)誤測(cè)試，最終達(dá)到最佳的工藝條件，成本巨大且效果有限。

利用電鍍虛擬仿真解決方案可以引導(dǎo)我們?cè)谶^程參數(shù)定義方面取得更好的結(jié)果，在試驗(yàn)上節(jié)省時(shí)間，同時(shí)也減少零件的返工。

 

圖1：福特和它的配套廠使用CAE分析設(shè)計(jì)階段電鍍質(zhì)量

通過使用電鍍虛擬仿真技術(shù)，電鍍車間可以快速評(píng)估電鍍時(shí)間以及在零件的任何位置的最終鍍層厚度。此外，數(shù)字模型還提供了測(cè)試多種鍍層配置的能力。沒有一種萬能的解決方案可以應(yīng)對(duì)所有復(fù)雜的航空工程挑戰(zhàn)，因此靈活地適應(yīng)過程至關(guān)重要。

 

圖2：數(shù)字電鍍槽的圖示

為了達(dá)到鍍層目標(biāo)，可以虛擬驗(yàn)證電鍍零件在槽中的排列順序，或者嘗試添加陽極、橡膠或遮蔽工裝。所有這些參數(shù)分析可以用電鍍仿真軟件在幾分鐘內(nèi)輕松完成。與持續(xù)數(shù)小時(shí)并有氫脆風(fēng)險(xiǎn)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相比，操作員能夠迅速判斷可行性。

建立電鍍槽的數(shù)字孿生體（虛擬電鍍槽）

虛擬軟件可以配套電鍍槽液特性的數(shù)據(jù)庫，建立電鍍的數(shù)字孿生模型。這包括使用電鍍線設(shè)置的虛擬槽體，和電解質(zhì)特性，陽極形狀，電路和掛具。還包括鍍件的幾何形狀。在模擬結(jié)束時(shí)，能夠訪問不同部件上的金屬層厚度分布等信息，并將軟件提供的厚度值與實(shí)際電鍍的部件上測(cè)量的厚度值進(jìn)行比較。通過比較，優(yōu)秀的軟件目前能夠達(dá)到85%以上的準(zhǔn)確度。

 

圖3：預(yù)測(cè)鍍層厚度分布

對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的直接影響

除了能夠精準(zhǔn)預(yù)測(cè)鍍層厚度分布，確保達(dá)到目標(biāo)厚度之外，還需要強(qiáng)調(diào)的是，如果能夠一次性獲得目標(biāo)鍍層，也可以避免另一個(gè)關(guān)鍵因素，即氫脆的風(fēng)險(xiǎn)。航空航天行業(yè)電鍍零件，存在嚴(yán)格的有關(guān)剝離周期的限制。如果鍍層不合格，每次對(duì)零件進(jìn)行重新加工都會(huì)增加氫脆的風(fēng)險(xiǎn)。這最終會(huì)增加零件失效的風(fēng)險(xiǎn)。

使用電鍍仿真技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)一次性電鍍，不僅可以保證鍍層符合規(guī)范，而且可以減少多次電鍍引起的間接應(yīng)力，改善了整個(gè)制造周期的質(zhì)量。更不用說任何重新加工都需要額外的長時(shí)烘烤所造成的成本和周期的浪費(fèi)。

 

圖4：仿真的低鍍層區(qū)域而也是發(fā)生腐蝕的重災(zāi)區(qū)

電鍍仿真在電鍍領(lǐng)域的應(yīng)用案例

某起落架公司采用的工業(yè)鍍硬鉻是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜、漫長和勞動(dòng)密集的過程：通常，鍍鉻槽的陰極電流效率較低，導(dǎo)致沉積速度有限，在任何尺寸的零件上沉積厚度為25μm的鍍層大約需要一個(gè)小時(shí)。在大多數(shù)情況下，硬鉻電鍍工藝要求使用輔助工裝，這使得工藝對(duì)操作員的依賴性很強(qiáng)，因此極易出錯(cuò)。通過開發(fā)專用的仿真技術(shù)來實(shí)現(xiàn)獨(dú)立開發(fā)以及流程的簡化是他們所希望看到的。此外，在掛具及工裝設(shè)計(jì)過程中依靠電鍍模擬方法，可以減少傳統(tǒng)“經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)-現(xiàn)場(chǎng)試制-糾錯(cuò)”的開發(fā)模式帶來的工裝設(shè)計(jì)迭代次數(shù)。

根據(jù)實(shí)際電鍍線設(shè)置的虛擬實(shí)體模型進(jìn)行模擬，包括待加工零件的三維模型、槽配置、工藝參數(shù)和所用的電鍍?nèi)芤骸ＤM技術(shù)使用基于有限元分析的技術(shù)來解決電流密度的分布，并根據(jù)法拉第定律計(jì)算金屬層厚度。關(guān)于金屬層厚度分布和質(zhì)量結(jié)果的詳細(xì)信息（表面積不足和過鍍），可用于機(jī)架上的每個(gè)零件和考慮的每個(gè)電鍍步驟。與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果相比，模擬結(jié)果的高精度是通過對(duì)所用電鍍?nèi)芤旱念A(yù)先電化學(xué)表征實(shí)現(xiàn)的，這為工藝性能提供了無與倫比的洞察力。此外，還定義了最佳的工藝參數(shù)操作窗口，在保證表面質(zhì)量的同時(shí)，避免了鉻燒傷等表面缺陷。

仿真平臺(tái)是用于評(píng)估電鍍幾何復(fù)雜零件（如渦輪葉片、液壓驅(qū)動(dòng)部件、噴嘴和導(dǎo)向閥）的專用工具。在起落架仿真的項(xiàng)目中，仿真軟件用于優(yōu)化起落架軸零件的鍍硬鉻工藝，其中必須采用復(fù)雜的工裝設(shè)計(jì)。此外，實(shí)際的電鍍槽配置允許主槽陽極（數(shù)量、位置和長度）的多功能布置，增加了整個(gè)工藝配置的復(fù)雜性。為了在電鍍槽的虛擬實(shí)體模型中反映這種多功能性，虛擬平臺(tái)，可以自動(dòng)調(diào)整槽模型，使其朝向真實(shí)槽的實(shí)際（可調(diào)）陽極配置，而無需對(duì)內(nèi)部的模型進(jìn)行手動(dòng)更改。

硬鍍鉻模擬項(xiàng)目中，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和誤差反復(fù)修改，首次對(duì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)開發(fā)的仿真概念進(jìn)行了試運(yùn)行。初始仿真模型考慮了最后評(píng)估的工裝設(shè)計(jì)，其中現(xiàn)場(chǎng)性能導(dǎo)致在軸部件的臨界直徑上出現(xiàn)“波浪狀”鉻沉積（圖5:A1和A2）。將模擬模型設(shè)置為相同的工藝和工裝配置，獲得的模擬結(jié)果表明類似的觀察結(jié)果：可以看到在零件臨界直徑周圍形成“波浪狀”的鉻沉積（圖1:B）。需要說明的是，Cr層的厚度分布是由顏色圖表示的，其中不同的顏色代表不同的厚度值。

在本項(xiàng)目中，紅色表示高厚度區(qū)域（厚度過大），而藍(lán)色突出顯示低厚度區(qū)域（厚度不足）。這種直觀的評(píng)估方法直接指出了需要進(jìn)一步解決的表面質(zhì)量問題。為了解釋和消除 “波浪狀”鉻層的形成，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了幾次工裝調(diào)整方案。同時(shí)，利用仿真模擬技術(shù)來解決相同的質(zhì)量問題，從結(jié)果來看，傳統(tǒng)的“經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)-現(xiàn)場(chǎng)試制-糾錯(cuò)”的開發(fā)模式可以解決“波浪狀”鉻沉積的問題，但是需要經(jīng)過數(shù)輪的驗(yàn)證，浪費(fèi)了大量的時(shí)間和物力。然而，通過仿真技術(shù)，只需要幾個(gè)快速的計(jì)算就可以得出相同的結(jié)論：“波浪狀”的鉻沉積形成是由面向軸零件臨界直徑的工裝部件中存在的某些開口造成的。一旦開口關(guān)閉，并且面向直徑的模具部件呈實(shí)心形狀，就可以實(shí)現(xiàn)均勻的鉻沉積分布（圖5:C）。

 

圖5：在一個(gè)關(guān)鍵軸直徑上的硬鉻沉積

A1和A2——現(xiàn)場(chǎng)沉積——紅線表示鉻層的“波浪狀”形成；

B——按照與A相同的工藝和工裝設(shè)置進(jìn)行模擬——不同顏色代表不同的Cr厚度，其中紅色表示過鍍，藍(lán)色表示厚度較低；

C——根據(jù)改進(jìn)的工藝和工裝設(shè)置進(jìn)行模擬。

在第一次成功評(píng)估后，仿真計(jì)算模型隨后被用于改進(jìn)剩余的工裝組件設(shè)計(jì)，然后分析影響鉻沉積在軸零件其他臨界直徑上的分布。如圖6所示，仿真結(jié)果顯示鉻層分布會(huì)發(fā)生以下變化：底部直徑（D1）現(xiàn)有的沉積特征具有向上過沖的趨勢(shì)，直徑2（D2）的沉積均勻性有所改善，而直徑3（D3）幾乎沒有觀察到過沖。利用這一仿真結(jié)果，對(duì)現(xiàn)有工裝設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，并將優(yōu)化方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試制，同時(shí)將基于計(jì)算機(jī)建模開發(fā)的仿真計(jì)算結(jié)果與傳統(tǒng)的“經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)-現(xiàn)場(chǎng)試制-糾錯(cuò)”開發(fā)獲得的結(jié)果進(jìn)行比較。

 

圖6：軸零件臨界直徑上的硬鉻沉積

?D1——直徑1；

?D2——直徑2；

?D3——直徑3。

不同的顏色代表不同的鉻層厚度，其中紅色表示膜厚過高的區(qū)域，藍(lán)色表示膜厚較低的區(qū)域。

圖7顯示了直接在電鍍零件上觀察到的Cr層分布的一些差異：值得注意的是，在傳統(tǒng)開發(fā)方法試制出的零件膜厚分布顯示，沉積的Cr層較差（圖7，左圖）——鉻層要么是過度沉積，從而減小了兩種直徑之間的電鍍間隙，要么是電鍍厚度不足，導(dǎo)致仍要電鍍的表面區(qū)域缺乏沉積。根據(jù)預(yù)測(cè)建模方法開發(fā)的工裝設(shè)計(jì)方案下的膜厚沉積結(jié)果顯示（圖7，右圖），電鍍間隙的尺寸得到了改進(jìn)，并且朝邊緣點(diǎn)生長的鉻層具有更好的長度。盡管如此，由于邊緣點(diǎn)尚未完全接近，仍應(yīng)進(jìn)行一些有關(guān)工裝性能的小優(yōu)化。

傳統(tǒng)開發(fā)模式           仿真優(yōu)化工藝下

 

圖7：傳統(tǒng)開發(fā)模式（左）和仿真開發(fā)（右）的零件性能比較

根據(jù)所進(jìn)行的分析，可以顯著改善工裝設(shè)計(jì)過程：只需通過仿真軟件進(jìn)行多次迭代，就可以得出最合適的工裝設(shè)計(jì)方案，這大大減少了現(xiàn)場(chǎng)試制及糾錯(cuò)的次數(shù)，并且解決和消除沉積鉻層的質(zhì)量問題（圖案和覆蓋不良）。另外，盡管后續(xù)有些小的工藝或工裝變更可能是不可避免的，但在設(shè)置實(shí)際電鍍工藝之前，依靠仿真技術(shù)可以為進(jìn)一步的工藝和工裝調(diào)整提供了一個(gè)更好的起點(diǎn)。此外，通過仿真分析技術(shù)，工裝設(shè)計(jì)所需的時(shí)間以及相關(guān)的制造成本都減少了。

Ps:以上便是虛擬仿真分析技術(shù)在電鍍領(lǐng)域的應(yīng)用，希望能給大家一些幫助，如果你想了解其他的電鍍知識(shí)，歡迎繼續(xù)關(guān)注本網(wǎng)站問答動(dòng)態(tài)。

       圖文來自網(wǎng)絡(luò)，僅用于行業(yè)學(xué)習(xí)交流，版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們刪除