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，其被廣泛應用于各個高科技行業(yè)，今天，易鍍網(wǎng)給大家分享關(guān)于電鍍在虛擬仿真分析技術(shù)的應用，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，引進虛擬仿真技術(shù)是的答案。
數(shù)字化解決方案
作為應對復雜和新挑戰(zhàn)的答案
無論是材料還是幾何形狀，電鍍都表現(xiàn)出相當復雜的行為。例如，一個重要的未知量是電鍍時間。沒有一個神奇的公式可以直接告訴我們零件幾何特征、電鍍時間和最終厚度之間的關(guān)系。通常，當處理新材料時，一種典型的方法是依靠對電鍍線上的大量試驗和錯誤測試，最終達到最佳的工藝條件，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我們在過程參數(shù)定義方面取得更好的結(jié)果，在試驗上節(jié)省時間，同時也減少零件的返工。
圖1：福特和它的配套廠使用CAE分析設計階段電鍍質(zhì)量
通過使用電鍍虛擬仿真技術(shù)，電鍍車間可以快速評估電鍍時間以及在零件的任何位置的最終鍍層厚度。此外，數(shù)字模型還提供了測試多種鍍層配置的能力。沒有一種萬能的解決方案可以應對所有復雜的航空工程挑戰(zhàn)，因此靈活地適應過程至關(guān)重要。
圖2：數(shù)字電鍍槽的圖示
為了達到鍍層目標，可以虛擬驗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)小時并有氫脆風險的現(xiàn)場試驗相比，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，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際電鍍的部件上測量的厚度值進行比較。通過比較，優(yōu)秀的軟件目前能夠達到85%以上的準確度。
圖3：預測鍍層厚度分布
對產(chǎn)品質(zhì)量的直接影響
除了能夠精準預測鍍層厚度分布，確保達到目標厚度之外，還需要強調(diào)的是，如果能夠一次性獲得目標鍍層，也可以避免另一個關(guān)鍵因素，即氫脆的風險。航空航天行業(yè)電鍍零件，存在嚴格的有關(guān)剝離周期的限制。如果鍍層不合格，每次對零件進行重新加工都會增加氫脆的風險。這最終會增加零件失效的風險。
使用電鍍仿真技術(shù)，可以實現(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力，改善了整個制造周期的質(zhì)量。更不用說任何重新加工都需要額外的長時烘烤所造成的成本和周期的浪費。
圖4：仿真的低鍍層區(qū)域而也是發(fā)生腐蝕的重災區(qū)
電鍍仿真在電鍍領域的應用案例
某起落架公司采用的工業(yè)鍍硬鉻是一個相當復雜、漫長和勞動密集的過程：通常，鍍鉻槽的陰極電流效率較低，導致沉積速度有限，在任何尺寸的零件上沉積厚度為25μm的鍍層大約需要一個小時。在大多數(shù)情況下，硬鉻電鍍工藝要求使用輔助工裝，這使得工藝對操作員的依賴性很強，因此極易出錯。通過開發(fā)專用的仿真技術(shù)來實現(xiàn)獨立開發(fā)以及流程的簡化是他們所希望看到的。此外，在掛具及工裝設計過程中依靠電鍍模擬方法，可以減少傳統(tǒng)“經(jīng)驗設計-現(xiàn)場試制-糾錯”的開發(fā)模式帶來的工裝設計迭代次數(shù)。
根據(jù)實際電鍍線設置的虛擬實體模型進行模擬，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?。模擬技術(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)果的詳細信息（表面積不足和過鍍），可用于機架上的每個零件和考慮的每個電鍍步驟。與現(xiàn)場測量結(jié)果相比，模擬結(jié)果的高精度是通過對所用電鍍?nèi)芤旱念A先電化學表征實現(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，避免了鉻燒傷等表面缺陷。
仿真平臺是用于評估電鍍幾何復雜零件（如渦輪葉片、液壓驅(qū)動部件、噴嘴和導向閥）的專用工具。在起落架仿真的項目中，仿真軟件用于優(yōu)化起落架軸零件的鍍硬鉻工藝，其中必須采用復雜的工裝設計。此外，實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，增加了整個工藝配置的復雜性。為了在電鍍槽的虛擬實體模型中反映這種多功能性，虛擬平臺，可以自動調(diào)整槽模型，使其朝向真實槽的實際（可調(diào)）陽極配置，而無需對內(nèi)部的模型進行手動更改。
硬鍍鉻模擬項目中，通過對現(xiàn)場工裝結(jié)構(gòu)進行多次現(xiàn)場試驗和誤差反復修改，首次對根據(jù)經(jīng)驗開發(fā)的仿真概念進行了試運行。初始仿真模型考慮了最后評估的工裝設計，其中現(xiàn)場性能導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。
在本項目中，紅色表示高厚度區(qū)域（厚度過大），而藍色突出顯示低厚度區(qū)域（厚度不足）。這種直觀的評估方法直接指出了需要進一步解決的表面質(zhì)量問題。為了解釋和消除 “波浪狀”鉻層的形成，現(xiàn)場進行了幾次工裝調(diào)整方案。同時，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)驗設計-現(xiàn)場試制-糾錯”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)輪的驗證，浪費了大量的時間和物力。然而，通過仿真技術(shù)，只需要幾個快速的計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心形狀，就可以實現(xiàn)均勻的鉻沉積分布（圖5:C）。
圖5：在一個關(guān)鍵軸直徑上的硬鉻沉積
A1和A2——現(xiàn)場沉積——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置進行模擬——不同顏色代表不同的Cr厚度，其中紅色表示過鍍，藍色表示厚度較低；
C——根據(jù)改進的工藝和工裝設置進行模擬。
在第一次成功評估后，仿真計算模型隨后被用于改進剩余的工裝組件設計，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，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，對現(xiàn)有工裝設計方案進行優(yōu)化，并將優(yōu)化方案進行現(xiàn)場試制，同時將基于計算機建模開發(fā)的仿真計算結(jié)果與傳統(tǒng)的“經(jīng)驗設計-現(xiàn)場試制-糾錯”開發(fā)獲得的結(jié)果進行比較。
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，導致仍要電鍍的表面區(qū)域缺乏沉積。根據(jù)預測建模方法開發(fā)的工裝設計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，并且朝邊緣點生長的鉻層具有更好的長度。盡管如此，由于邊緣點尚未完全接近，仍應進行一些有關(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)所進行的分析，可以顯著改善工裝設計過程：只需通過仿真軟件進行多次迭代，就可以得出最合適的工裝設計方案，這大大減少了現(xiàn)場試制及糾錯的次數(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，但在設置實際電鍍工藝之前，依靠仿真技術(shù)可以為進一步的工藝和工裝調(diào)整提供了一個更好的起點。此外，通過仿真分析技術(shù)，工裝設計所需的時間以及相關(guān)的制造成本都減少了。
Ps:以上便是虛擬仿真分析技術(shù)在電鍍領域的應用，希望能給大家一些幫助，如果你想了解其他的電鍍知識，歡迎繼續(xù)關(guān)注本網(wǎng)站問答動態(tài)。
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