大步前行 节约自然资源 开拓经济机会

目标众所周知,但达到目标的道路很长。 从产品的最初构想,到可以投入生产的产品开发,再到制造—在进行最后一步之前,铸造厂必须识别所有的潜在问题并解决它们。

首先:铸件的形状相当复杂,既有厚壁截面,也有长而薄的截面。在制造工艺方面,PLP Indonesia 有两种不同的选择:金属型铸造或压铸。由于该零件是新品,他们预测前几年的市场需求量不大。

由于只计划少量生产,因此 HPDC 工艺不合适(在这种情况下,成本更高且更耗时)。于是公司决定使用金属型重力铸造工艺制造“Clamp base”部件(图 1),并采用垂直分型线作为浇注系统的结构。

图1:“Clamp Base“铸件的原始浇注系统

图1:“Clamp Base“铸件的原始浇注系统

然而,试制阶段已经检测到缩孔(图 2)。这种铸造缺陷会导致较高的废品率,但产能足以满足低需求。

图2:试制中出现的缩孔

图2:试制中出现的缩孔

高需求产品

突然,情况发生了变化:市场对“ Clamp Base”组件的需求大幅增加。PLP Indonesia 必须立即做出反应,以防止当前的废品率影响后续的生产。 公司使用了MAGMASOFT®模拟铸件的原始设计,并将实际铸件缺陷与模拟结果进行比较,充分了解造成缺陷的根本原因。 模拟结果(图 3)与观察到的缩孔(图 2)有很好的相关性。

图3:原始浇注系统计算的缩孔结果

图3:原始浇注系统计算的缩孔结果

虚拟试验设计 (DoE)

基于上述结果的基础,在 MAGMASOFT® 中应用虚拟试验设计 (DoE)来降低缩孔和热节。 唯一可以修改的参数是冒口的尺寸、额外的加工余量以及在模具中使用的,影响局部冷却速度的铜嵌件。 图 4 展示了为虚拟试验设计选择的几何体。

图 4: 用于优化的几何体,显示了修改后的冒口尺寸、额外的加工余量以及模具中的铜嵌件。

图 4: 用于优化的几何体,显示了修改后的冒口尺寸、额外的加工余量以及模具中的铜嵌件。

虽然改变上述参数能够降低缩孔和热节,但不可能完全消除缩孔。

总览表(见图 5)显示,即便是最佳设计,即排名第一的设计方案(“排名 1”),铸件中仍然有缩孔。

图5: 虚拟试验设计 (DoE)总览图——根据目标达成情况,对设计方案排名

图5: 虚拟试验设计 (DoE)总览图——根据目标达成情况,对设计方案排名

图 6 用主效应矩阵总结了本案例的结果。 这种方法帮助 PLP Indonesia 找出哪些变量会对质量标准有显著影响。

对于所关注的组件,冒口的尺寸对缩孔的减少有显著影响(图 6 中的深蓝色)。 相比之下,加工余量或铜嵌件对预定目标没有显著影响(图 6 中的灰色背底)。

图6: “Clamp Base”组件的虚拟试验设计主效应矩阵

图6: “Clamp Base”组件的虚拟试验设计主效应矩阵

目标达成?

当参数中可能的变动,尤其是冒口的尺寸,无法提供零缩孔铸件理想的解决方案。

PLP Indonesia 另辟蹊径。解决铸造缺陷的一种方法是将模具的分型线从垂直改为水平(图 7)。

图7: 水平分型线的浇注系统

图7: 水平分型线的浇注系统

当时,公司还没有可以在生产中使用水平分型线的设备。由于MAGMASOFT®对新结构的模拟结果(图 8)乐观,经过多次内部讨论, PLP Indonesia同意了该提议。于是,公司为现有的重力压铸机设计了一个新平台,在生产中采用水平分型线设计。

图 8:与原始设计相比的显著改进:水平分模方案的缩孔结果。以此优化为基础,PLP Indonesia 得以成功投产。

图 8:与原始设计相比的显著改进:水平分模方案的缩孔结果。以此优化为基础,PLP Indonesia 得以成功投产。

PLP Indonesia 做出了正确的决定:新结构比原始设计有了显著的改进:铸件质量良好(图 9),总废品率降至 3% 以下。

图9: 目标达成:没有可见的缩孔

图9: 目标达成:没有可见的缩孔

仍然产生的缺陷来自工艺缺陷。 PLP Indonesia 在浇注之前测量了炉内温度。使用新设计后,熔炉和铸模之间的距离增加了,导致铸造开始之前金属液温度大幅、不受控制地下降。这带来了工艺的波动,也就是之前提到的,仍然产生铸造缺陷的原因。

使用 MAGMASOFT® 不仅可以分析产生工艺波动的原因,还可以将它们确定为铸造缺陷发生的根本原因。

未来,PLP Indonesia 将在前期阶段考虑这些工艺波动,寻找新的铸造设计和铸造工艺,从而识别关键工艺条件以及潜在铸造缺陷的主要原因。

总而言之,这些宝贵的经验将用于分析更多的铸件。 “Clamp Base”组件已达到预期目标,而PLP Indonesia 与 MAGMASOFT® 的旅程还远未结束。 下一个项目已经在筹备中。

关于Preformed Line Products (PLP Indonesia)

PLP Indonesia 是高品质的电缆锚固和控制硬件的全球设计商、制造商和供应商。自1947 年以来,PLP 凭借 COYOTE®光纤产品和 THERMOLIGN®系列电力传输产品等具有开创性和创新性的解决方案,始终引领着通信和电力网络领域的不断进步。