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          真空低壓鑄造技術(shù)在航空航天部門的應用評估

          發(fā)布日期:2018-01-20??來源:航空工業(yè)信息網(wǎng)??作者:苗瑋我要投稿我要評論

          據(jù)SAE網(wǎng)站2018年1月10日刊文,高 圧鋳 造(HPDC)是適合鋁鎂合金的傳統(tǒng)鑄造工藝,但也不是沒有瑕疵,主要表現(xiàn)是工藝過程中易出現(xiàn)氣孔,由于質(zhì)量得不到保證,限制了這項工藝在航空航天上的應用。真空低壓鑄造(SVDC)避免了該項不足,得到了工業(yè)界的普遍認可。

          紅色箭頭標出的部分是波音737MAX的燃油口蓋,是真空低壓鑄造在航空航天部門使用的主要實例

          使用SVDC,設(shè)計師可以設(shè)計出形狀復雜的整體薄壁零件,實現(xiàn)減重、降低能耗以及成本的目標。由于傳統(tǒng)工藝過程易出現(xiàn)缺陷,為了達到要求的強度,零件厚度往往會設(shè)計為上限,但加厚的零件不能進行后續(xù)熱處理,給裝配和機加帶來風險。SVDC的優(yōu)點是可以進行后續(xù)熱處理,提高鑄件的性能,還可以將單個零件組合成整體。組合件的重量與整體件相比,重量可降低20%,壁厚減薄40%,同時降低能耗、材料使用成本、輻射以及使用熱處理提高力學性能、拓寬使用范圍等。

          關(guān)于SVDC的效益,我們采用基于過程的成本模型(PBCM)來評估。PBCM 是三個相互關(guān)聯(lián)和相互依存的模型,包括技術(shù)過程模型、生產(chǎn)運行模型以及資金核算模型等。技術(shù)過程模型的基本因素包括材料、能源、勞動力、設(shè)備、報廢以及質(zhì)量。運行模型的關(guān)鍵要素是時間,這對于確定技術(shù)過程如何在物理上實施和組織、以及工廠管理人員如何以成本-效益和易于運行的方式分配設(shè)備資源至關(guān)重要。資金模型里就是上述模型里的資源轉(zhuǎn)化成經(jīng)濟成本,比如生產(chǎn)要素(如能源、勞動力、材料、設(shè)備等)用購買價格來衡量。這些模型的關(guān)鍵點是都要基于物理關(guān)系或統(tǒng)計學關(guān)系建立,比如關(guān)鍵資源的需求如設(shè)備性能(澆注能力、模具夾持力等)以及生產(chǎn)時間等與零件性能(尺寸和質(zhì)量)以及工藝參數(shù)(溫度、壓力)的關(guān)系,然后再把這些需求轉(zhuǎn)換成特殊的成本。

          PBCM模型可以針對一項工藝在不同的生產(chǎn)效率、零件尺寸以及應用情況下,來比較材料、能耗等情況,進行盈虧分析。

          下表中是口蓋與兩個附屬件的成本分析,評估零件尺寸對成本經(jīng)濟性的影響。紅線是HPDC的單位成本,綠線是SVDC的單位成本。當三個零件的產(chǎn)量都非常低的時候,SVDC的單位成本明顯高于HPDC,但是隨著產(chǎn)量的增加成本趨于一致甚至稍低于HPDC.達到相同成本的點在表中用藍星標出。

          對于大型的零件,當生產(chǎn)量為7180件,單價118.14美元時,兩種工藝的成本一樣;對于中型大小的零件,生產(chǎn)量為8230件,單價45.54美元時達到一致。大型、中型和小型件的重量分別為22公斤、5.4公斤和0.4公斤。

          SVDC和HPDC成本分析圖,可以看出小型件使用SVDC的成本要比HPDC高出1.2%,大型件則低6%

          如果中型件和大型件的年產(chǎn)量能達到10000件,使用SVDC生產(chǎn)是非常有利的,因為SVDC主要是能降低材料用量,但小型件的材料用量本來就少,所以SVDC對小型件的優(yōu)勢不明顯。不過對于小型件來說,使用SVDC的成本僅高出HPDC 1.2%,這可以通過與大型件搭配或者控制能源消耗來平衡。

          從今后來看,SVDC有助于提高產(chǎn)品性能、質(zhì)量、可靠性、零件一致性以及降低碳排放,將是多數(shù)工業(yè)包括航空航天的首選技術(shù)。

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