【技术简讯】航空航天电镀的新助力利用电镀仿真加快的技术创新，做高质量镀层的航空航天电镀供应商 采访人员简介： Saeid Khosravizadeh Ultraspec公司的工艺经理，负责根据客户的需求引进和开发新的化学工艺，并负责阳极氧化、化学转化、钝化、喷漆、电镀等工艺的生产过程控制和质量监督。 Houman Zarkesh Ultraspec公司的质量经理，负责各种化学工艺项目的质量控制和保证，确保满足客户的要求，并将Ultraspec的认证保持在最高质量水平。 1 在不断发展的表面处理行业的前沿 自1985年以来，表面处理行业发生了许多变化，它变得更具竞争力和更加注重质量。“这不是件坏事，我们明显看到表面处理行业在不断发展，不断增加的良性竞争促使电镀车间采取超前的策略，将车间运营提升到更高水平。”Ultraspec公司的质量经理Houman Zarkesh表示。 电镀车间和供应商在表面处理性能要求方面面临着高度苛刻的行业要求和环保要求。零件上几微米的镀层厚度，必须经受住最具挑战性的条件，如摩擦和大气腐蚀。 几十年来，镉因其出色的耐腐蚀性能一直被用作最好的牺牲涂层。但近些年来，使用镉导致的健康和环境问题引发了新的行业法规（如REACH、RoHS和OSHA），推动航空制造商寻找新的创新替代品。电镀锌镍合金就是其中之一，但是使用锌镍合金需要更新电镀工艺。 “在这种情况下，获得NADCAP认证是与OEM沟通的重要方式，，我们擅长制造符合或超过航空和国防工业的高质量标准的产品。这反映了我们不仅能够掌握新工艺，而且能够改进我们的整体工艺，成为航空航天工业更好的供应商。”Ultraspec公司的工艺经理Saeid Khosravizadeh评论道。 “在这种情况下，重要的是寻找其他方法和质量管理工具，以确保Ultraspec公司在产品质量方面具有更高的竞争优势。”Houman补充道。 2 数字化解决方案作为应对复杂和新挑战 的答案 “无论是材料还是几何形状，电镀都表现出相当复杂的行为。例如，一个重要的未知量是电镀时间。没有一个神奇的公式可以直接告诉我们零件几何特征、电镀时间和最终厚度之间的关系。通常，当处理新材料时，一种典型的方法是依靠对电镀线上的大量试验和错误测试，最终达到最佳的工艺条件。通过研究，我们发现利用电镀虚拟仿真解决方案可以引导我们在过程参数定义方面取得更好的结果，使我们在试验上节省时间，同时也减少零件的返工。”Houman说。 3 使用虚拟试验节省现场试制的时间 如前所述，一个重要的参数是电镀时间。通过使用电镀虚拟仿真技术，电镀车间可以快速评估电镀时间以及在零件的任何位置的最终镀层厚度。此外，数字模型还提供了测试多种镀层配置的能力。没有一种万能的解决方案可以应对所有复杂的航空工程挑战，因此灵活地适应过程至关重要。  图1 数字电镀槽的图示 “为了达到镀层目标，我们可以虚拟验证电镀零件在槽中的排列顺序，或者尝试添加阳极、橡胶或遮蔽工装。所有这些参数分析可以用Elsyca PlatingManager电镀仿真软件在几分钟内轻松完成。与持续数小时并有氢脆风险的现场试验相比，操作员能够迅速判断可行性。”Houman解释说。 4 建立电镀槽的数字孪生体（虚拟电镀槽） 正如Houman所述，电镀涉及许多工艺参数。我们可以利用电镀仿真软件确定电镀工艺参数，有效指导生产现场的工艺参数调试。 Elsyca PlatingManager配套电镀槽液特性的数据库。此外，我们可以利用他们内部的研究级实验室来表征其他材料。” “为了验证他们的数字孪生模型，Ultraspec, Inc团队一直在运行现有电镀过程的模拟。这包括使用我们的电镀线设置的虚拟槽体，包括电解质特性，阳极形状，电路和挂具。当然，我们还包括镀件的几何形状。在模拟结束时，我们能够访问不同部件上的金属层厚度分布等信息，并将软件提供的厚度值与实际电镀的部件上测量的厚度值进行比较。通过比较，该软件能够达到85%以上的准确度。” Saeid和Houman讲道。  图2 预测镀层厚度分布 5 从培训到掌握 恰当地采用新技术需要适当的培训。电镀仿真也不例外。“为了获得准确的仿真结果，你需要正确地进行仿真。”Houman解释道。 “为了做到这一点，我们参加了一次专门的软件用户培训，效果非常好，具有建设性意义。我们实际上已经在软件中配置了我们的电镀线，这样可以加速采用的速度。值得一提的是，除了培训之外，技术支持也非常棒。有任何问题都能得到快速和专业的处理。 连接SolidWorks也有助于解决方案的采用。我们可以轻松地将零件引入到槽体中，软件可以识别我们在CAD环境中定义的所有内容。这是一个真正的自动实现从CAD模型到网格模型的过程，非常人性化。”Houman说。 “在电镀任何新工件之前，我们现在都要进行电镀仿真，以预先检查电镀的预期质量。这已经成为我们工作中的内部标准流程。”Saeid解释道。“没有什么秘密，时间就是金钱，采用这种方法，我们可以保证客户能够在最短的时间内获得他们期望的质量。同时，我们利用软件所积累的技术知识可以保留在这个数值环境中，这有助于企业内部获得、传播和巩固知识。”  图3 预测零件表面的电流密度和镀槽内的电流流线 6 对产品质量的直接影响 除了能够精准预测镀层厚度分布，确保达到目标厚度之外，还需要强调的是，如果我们能够一次性获得目标镀层，我们也可以避免另一个关键因素，即氢脆的风险。Saeid强调道：“航空航天行业电镀零件，存在严格的有关剥离周期的限制。如果镀层不合格，每次对零件进行重新加工都会增加氢脆的风险。这最终会增加零件失效的风险。” 使用电镀仿真技术，我们可以实现一次性电镀，不仅可以保证我们的镀层符合规范，而且可以减少多次电镀引起的间接应力，改善了整个制造周期的质量。Saeid补充道：“更不用说任何重新加工都需要额外的23小时烘烤所造成的成本和周期的浪费。” 7 非常感谢您们的见解。最后，你们对 工业中采用这种工具的前景有什么看法？ “根据我们的经验，采用前期模拟帮助我们展示了满足NADCAP和OEM要求的能力。通过仿真精确指导并优化我们的工艺，最终确保按时交付更高质量的零件。”Houman解释道。 他补充说：“目前，在公司所有的正式文件中，我们都提到了这种方法，展示了数值方法的结果，以及如何将其用作最终电镀质量的保证。CAE解决方案在许多其他应用中被使用，特别是在航空航天工业中。因此，拥有电镀仿真技术来获得前期性能预测并优化工艺的好处将很快受到重视，并将快速普及” 关于Ultraspec ULTRASPEC Finishing Inc.已经运营了37年，专门从事表面处理、表面增强和无损检测，服务于各种行业，主要集中在航空航天和军事零件上。ULTRASPEC进行持续的技术监控，并参与各种发展计划，以保持工业要求的最前沿，通过不断实施众多举措来消除危险化学品的使用，并提高所提供服务的质量。 关于Elsyca PlatingManager Elsyca PlatingManager是一款独立于CAD平台的电镀仿真软件。它可以根据用户输入的工艺参数精确的预测镀件表面的电流分布和沉积厚度分布。可在数模设计初期考察产品结构、工艺、工装及生产线等设计的合理性，实现电镀生产的优化设计，降低生产成本提高镀件质量，缩短开发周期。 |
