鋅合金壓鑄模流分析的特點

壓鑄模流分析已廣泛運用于鋁、鎂合金壓鑄工藝。比較起來，鋅合金壓鑄使用模流分析比較滯后。有用過模流軟件的朋友會發現，鋅壓鑄模流的效果沒有鋁壓鑄顯著，好像氣孔分布、表面冷紋、充型進程的準確性。針對以上問題，本文介紹鋅合金壓鑄的特征，包括其材料特性、熱室機的性能和工藝設置、產品的質量要求和模具澆排規劃的特征，從而提出對模流分析的要求。特別介紹意大利CASTLE模流分析軟件，怎么針對鋅熱室壓鑄的特征，準確設置參數和核算充型進程。

鋅合金材料和熱室壓鑄的特征

鋅合金壓鑄的出產本錢低。比較鋁、鎂、銅等壓鑄材料，鋅合金的熔點低。以常用的Zamak#3為例，出產溫度在440C左右，熔煉火耗低。首要使用熱室壓鑄機出產；熱室機的優點是出產周期短和設備比較簡略（因壓室浸泡在溶液里，無需額定的給湯時間和壓室排氣時間，也不必給湯設備。此外鋅合金凝聚時間很短，無需第三級增壓，壓射系統較簡略。）。模具壽命長（可達百萬模次）。熱室機的壓射參數少（盡管多了射嘴溫度調整，但沒有三級增壓，一級行程很短，二速較低，脫模也較簡略）。

鋅鑄件拋光簡略，表面電鍍處理簡略，顏色和效果的選擇十分多，概括本錢也。因此許多表面質量要求高的五金配件如衛浴、門窗、鎖類、裁縫、皮具、文具、家具、電器、裝飾品等，都大量使用。

不過，鋅壓鑄也存在許多出產缺陷。由于鋅合金的密度高（Zamak#3為6.7g/cc）和遭到設備的約束，鋅合金壓鑄件多為中小件。大部分的鋅壓鑄件都在250T或以下的熱室壓鑄機出產。別的鋅合金對重金屬含量有嚴峻的要求，否則會出現晶間腐蝕。Zamak#3鋅錠就有以下標準要求：鐵<0>

出產工藝方面，由于是中小件為主，而且以高表面光潔度為主，鋅壓鑄的填充時間都很短，低于百分二秒以內。在這么短的充型時間，要排走型腔內的卷氣是很困難的。特別是靠近鑄件表面的氣孔，在表面處理進程中導致起泡。對有高光要求的電鍍件，任何小缺陷都很簡略顯露出來，構成的廢品損失也特別大。

鋅壓鑄模具澆排規劃

由于憂慮影響表面質量，如常常在澆口和渣包排氣口出現的砂孔，模具規劃師都傾向把澆口和排氣口厚度設置得很薄，如低至0.3-0.35mm的澆口厚度。這種考慮簡略使得澆口面積偏小，導致出產操作者要提高沖頭速度來補充流量的缺少，這使澆口速度太高，模具簡略沖刷，一同令充型進程卷氣嚴峻。添加了機器和模具的損耗。粗糙的流道規劃也會提高了鑄件卷氣。優化的澆排系統才干做出高質量的鑄件，因此需求軟件的輔佐來改進規劃。

鋅壓鑄模流分析特征

CAD/CAE模流分析是壓鑄產品開發階段常用的輔佐工具，協助規劃人員進行產品和模具規劃，猜想不同澆道方案或許出現的問題。目前現已普遍使用于鋁合金汽車模具的開發。鋅合金模具由于較小，含氣分布很難猜想，相對使用面較低。

鋅合金壓鑄在CAE仿照和鋁合金仿照有幾方面不同：1.澆口厚度很薄，充型時阻力大，噴濺嚴峻。2.鋅合金的凝聚范圍在381-387C。薄澆口很快凝聚，無法在保壓階段補縮，簡略產生縮孔。3.鑄件的表面要求高，因此充型時間需求很短。4.一速行程短，排氣困難。5.充型曲線差異大。

工藝參數建議

模具規劃工程師在點評鋅鑄件出產時，常常使用PQ圖來協助選擇適宜的壓鑄機型和工藝參數，核算澆口面積。要有用使用PQ圖，其實要有準確的經歷數據庫作為核算根底。使用歐洲的壓鑄經歷和實驗室數據，CASTLE編寫的PQ核算模塊，只需求輸入簡略的壓鑄機、鑄件材料和要求，就能提出模具和工藝參數的建議，有很高的參考價值。使用者無需任何根底知識。

壓射參數

壓鑄仿照需求設置一二速和切換方位的參數。一般的仿照是在澆口方位急速切換為高速，然后在充型結尾急速剎停；典型的鋅熱室壓射曲線其實不是這樣。由于壓射系統不同，而且填充行程短，沖頭遠還沒抵達射咀前現已要切換為高速，抵達射咀時速度已靠近高點。當沖頭抵達澆口時，速度抵達高峰，在充型階段，沖頭速度已在下降；當抵達渣包或排氣口，沖頭進一步減速。

為了能真實仿照充型進程，CASTLE軟件依照機器的特性，內置沖頭的加速度和減速度，用戶僅僅輸入簡略的一二速數據，就能履行靠近真實的壓射曲線。

澆道的優化

鋅熱室壓鑄有別于鋁冷室壓鑄，需求很早切換高速，金屬液在澆道高速活動簡略產生卷氣，澆道有必要盡量依照流體力學特性來規劃。CASTLE的流道優化模塊是快速有用的輔佐工具，協助規劃師優化流道形狀；包括檢測澆道出現的偏流、過高的澆道速度、或許或許出現的部分紊流等。也能看到澆口的速度分布，特別是多澆道的規劃，需求全體的澆道平衡。軟件快速的流道優化，減少了充型仿照的次數。

混合式網格模型

在預備壓鑄仿照的過程里，鑄件的網格化是重要的一步。鋅鑄件考究外型美麗，大都是厚薄不均。打網格要一同統籌數量和模型準確度，并不簡略。由于鋅鑄件澆口很

薄，又不是平面，而澆口區域是充型的要害方位-建議至少要有3個網格在薄的方位，對模流軟件是很大的應戰。此外，鋅合金不能忽略微細氣孔對表面質量的影響，所以翔實細小的特征（如字體）也要考慮。因此不要小看鋅鑄件體積比鋁鑄件小，它要求的網格量也很大。

CASTLE使用智能化的網格區別法。它是以核算流體動力學常用的有限體積模型為網格區別的主體，這種模型有利于核算流體運動和噴濺，很適宜仿照壓鑄充型。軟件特有的主動網格區別可以在厚壁方位構成較大的六面體網格，而在薄壁方位則主動過渡成細微的六面體網格。一同為了避免在距離表面構成梯階形狀，構成核算誤差，智能區別法在凌亂表面方位主動構成變形體積，使網格區別能用相對少量的網格做出準確的模型。

液氣兩相的充型核算

在實踐世界，我們都了解在高速充型時，金屬液是噴濺狀態，金屬液前沿不會有清楚距離，而是液滴和空氣稠濁成霧狀。在充型進程中，空氣不斷受熱，空間亦不斷被金屬液代替和緊縮，空氣受揉捏推進，從排氣口逸出。此中空氣壓力在充型時會影響金屬液的活動，殘留的空氣假設被揉捏無法逃出，便壓會縮成氣孔。

傳統的模流分析軟件都僅僅核算金屬液活動，很少考慮型腔內空氣特色改動的影響。在鋅合金壓鑄，我們要求很短的填充時間，澆口又不能太大，導致澆口速度都很高；假設排氣面積又不大，又沒有考慮型腔空氣特色改動，充型流態會不準確。CASTLE軟件一同核算鋅液和空氣活動，能準確核算鋅液的整個充型進程。這包括實踐的排氣面積和方位，還有金屬液在澆口的霧化狀況。

在核算活動時，大部分鑄造仿照軟件都不考慮鋅合金凝聚時的流變特性；粘度在這小溫度范圍內的改動，其實對鋅合金薄壁件填充是很重要的。相同重要的還有鋅/模具、和鋅/空氣間的表面張力和表面潤濕度核算。這些特色都包括在CASTLE的充型核算里。

氣體分布

對表面光潔度要求很高的鋅鑄件，靠近表面的細小氣孔會在電鍍時起泡。使用氣孔比率顯示功用，CASTLE軟件可以顯示大氣孔和微氣孔的分布方位。附圖包括1%氣體含量分布圖，殘留氣孔和縮孔的合拼分布。假設渣包的方位適宜，可以收集大部分的卷氣。

排氣面積建議

排氣規劃對鑄件含氣有要害的影響，這包括面積和方位的選擇。有些產品客戶考慮外觀砂孔，或許渣包口比排氣面積還小，那渣包口才是要害的排氣面積。為了便利點評模具排氣規劃的功率，在CASTLE的排氣核算模塊里，用戶輸入特定工藝條件，可以主動核算鑄件的含氣量。并把天然排氣和真空壓鑄效果做出比較，讓用戶判別排氣面積是否滿意，是否要用真空閥才干抵達要求。附圖的核算中，鑄件澆口面積適宜，但排氣面積嚴峻缺少，鑄件含氣量會很高。建議客戶添加排氣面積來改進含氣量。一同看出22mm2是理想的排氣面積，更大的面積不能提高排氣功率了。

軟件也內置了不同排氣辦法的排氣效果核算。附圖清楚看出在相同排氣面積下，不同辦法如真空閥、標準排氣道、搓衣板可達至的排氣功率差異。協助用戶在模具規劃初階，快速點評和選擇排氣辦法或真空壓鑄。