摘要
随着铝合金压铸产业的高速发展，压铸人才紧缺、压铸产业信息化和智能化程度较低等问题愈发突出。为适应压铸行业发展需要，本研究以典型环类压铸件——曲轴后端盖的压铸工艺流程开发和质量检测实验为案例，采用Unity3D软件设计开发兼具压铸虚拟仿真实验和数字孪生平台，具体研究内容如下： 首先，为使压铸虚拟仿真平台具有学习的指导性和实效性，选取了汽车上应用较普遍且及其重要的曲轴端盖和凸轮轴盖两个典型压铸件建立工艺案例库。凸轮轴盖压铸模及工艺开发作为前期工作业已完成，本文针对企业急需攻关的曲轴后端盖进行了模具设计和工艺开发，通过铸件特征分析和理论设计，确定两套浇注排溢系统设计方案和压铸机型号；然后将两方案的模型导入ProCAST进行数值仿真，根据充型和凝固等仿真分析结果，最终确定钳形浇道、8溢流槽为最佳方案，充型时不容易形成紊流，凝固时孤立液相区补缩更好。 随后，对最佳压铸方案开模并试模生产，对压铸样件展开实验分析，发现压铸件外观质量良好，经X射线探伤未发现铸件裂纹，厚大缩孔位置与缺陷仿真预测极度吻合；光学和电子显微镜观察组织发现，铸件晶粒细小、组织致密，与组织仿真结果一致；能谱和X射线衍射分析表明，铸件成分均匀，组织内部无杂质；拉伸和显微硬度实验结果表明，铸件力学性能满足使用要求，本研究可为端盖类铝合金压铸件模具及工艺开发提供参考。 最后，将模具、压铸机和机械手等其他机械零件三维模型导入3DMax渲染模型；渲染后模型导入Unity3D，制作场景和UI人机界面；应用VS2019编写C#程序，实现平台各模块功能；以工业物联网为信息传递平台，将压铸生产总控PLC(S7-1200)信号通过OPC协议与Unity3D虚拟仿真平台建立实时通信，实现从物理空间到孪生空间的映射；生产数据上传阿里云数据库，并在生产现场显示器上实时显示生产进度，便于现场技术人员了解生产进程，合理安排产能。 本研究集压铸件工艺及模具开发、工厂场景和工人操作、模具装配和压铸机运动仿真等为一体开发了虚拟仿真实验模块，基于现有压铸设备控制系统和虚拟仿真实验模块，引入数字孪生技术概念，开发了压铸生产管理系统，最后利用阿里云服务器对系统进行数据管理。压铸工艺及模具开发，实现了曲轴端盖的高效、高质量生产；虚拟仿真实验让风险高、成本高且难以到达实验要求的课程实验方便开展；压铸数字孪生系统，优化了压铸生产节拍，提高了生产效率。
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