壓鑄模流分析已廣泛運(yùn)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(fā)現(xiàn)，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(jìn)程的準(zhǔn)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(jī)的性能和工藝設(shè)置、產(chǎn)品的質(zhì)量要求和模具澆排規(guī)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(zhǔn)確設(shè)置參數(shù)和核算充型進(jìn)程。

鋅合金材料和熱室壓鑄的特征

鋅合金壓鑄的出產(chǎn)本錢低。比較鋁、鎂、銅等壓鑄材料，鋅合金的熔點(diǎn)低。以常用的Zamak#3為例，出產(chǎn)溫度在440C左右，熔煉火耗低。首要使用熱室壓鑄機(jī)出產(chǎn)；熱室機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是出產(chǎn)周期短和設(shè)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(shè)備。此外鋅合金凝聚時間很短，無需第三級增壓，壓射系統(tǒng)較簡略。）。模具壽命長（可達(dá)百萬模次）。熱室機(jī)的壓射參數(shù)少（盡管多了射嘴溫度調(diào)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(zhì)量要求高的五金配件如衛(wèi)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(chǎn)缺陷。由于鋅合金的密度高（Zamak#3為6.7g/cc）和遭到設(shè)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(jī)出產(chǎn)。別的鋅合金對重金屬含量有嚴(yán)峻的要求，否則會出現(xiàn)晶間腐蝕。Zamak#3鋅錠就有以下標(biāo)準(zhǔn)要求：鐵<0>

出產(chǎn)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(nèi)。在這么短的充型時間，要排走型腔內(nèi)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(jìn)程中導(dǎo)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(gòu)成的廢品損失也特別大。

鋅壓鑄模具澆排規(guī)劃

由于憂慮影響表面質(zhì)量，如常常在澆口和渣包排氣口出現(xiàn)的砂孔，模具規(guī)劃師都傾向把澆口和排氣口厚度設(shè)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(dǎo)致出產(chǎn)操作者要提高沖頭速度來補(bǔ)充流量的缺少，這使?jié)部谒俣忍撸＞吆喡詻_刷，一同令充型進(jìn)程卷氣嚴(yán)峻。添加了機(jī)器和模具的損耗。粗糙的流道規(guī)劃也會提高了鑄件卷氣。優(yōu)化的澆排系統(tǒng)才干做出高質(zhì)量的鑄件，因此需求軟件的輔佐來改進(jìn)規(guī)劃。

鋅壓鑄模流分析特征

CAD/CAE模流分析是壓鑄產(chǎn)品開發(fā)階段常用的輔佐工具，協(xié)助規(guī)劃人員進(jìn)行產(chǎn)品和模具規(guī)劃，猜想不同澆道方案或許出現(xiàn)的問題。目前現(xiàn)已普遍使用于鋁合金汽車模具的開發(fā)。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(yán)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(bǔ)縮，簡略產(chǎn)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(shù)建議

模具規(guī)劃工程師在點(diǎn)評鋅鑄件出產(chǎn)時，常常使用PQ圖來協(xié)助選擇適宜的壓鑄機(jī)型和工藝參數(shù)，核算澆口面積。要有用使用PQ圖，其實(shí)要有準(zhǔn)確的經(jīng)歷數(shù)據(jù)庫作為核算根底。使用歐洲的壓鑄經(jīng)歷和實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，CASTLE編寫的PQ核算模塊，只需求輸入簡略的壓鑄機(jī)、鑄件材料和要求，就能提出模具和工藝參數(shù)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(shù)

壓鑄仿照需求設(shè)置一二速和切換方位的參數(shù)。一般的仿照是在澆口方位急速切換為高速，然后在充型結(jié)尾急速剎停；典型的鋅熱室壓射曲線其實(shí)不是這樣。由于壓射系統(tǒng)不同，而且填充行程短，沖頭遠(yuǎn)還沒抵達(dá)射咀前現(xiàn)已要切換為高速，抵達(dá)射咀時速度已靠近高點(diǎn)。當(dāng)沖頭抵達(dá)澆口時，速度抵達(dá)高峰，在充型階段，沖頭速度已在下降；當(dāng)?shù)诌_(dá)渣包或排氣口，沖頭進(jìn)一步減速。

為了能真實(shí)仿照充型進(jìn)程，CASTLE軟件依照機(jī)器的特性，內(nèi)置沖頭的加速度和減速度，用戶僅僅輸入簡略的一二速數(shù)據(jù)，就能履行靠近真實(shí)的壓射曲線。

澆道的優(yōu)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(chǎn)生卷氣，澆道有必要盡量依照流體力學(xué)特性來規(guī)劃。CASTLE的流道優(yōu)化模塊是快速有用的輔佐工具，協(xié)助規(guī)劃師優(yōu)化流道形狀；包括檢測澆道出現(xiàn)的偏流、過高的澆道速度、或許或許出現(xiàn)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(guī)劃，需求全體的澆道平衡。軟件快速的流道優(yōu)化，減少了充型仿照的次數(shù)。

混合式網(wǎng)格模型

在預(yù)備壓鑄仿照的過程里，鑄件的網(wǎng)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(wǎng)格要一同統(tǒng)籌數(shù)量和模型準(zhǔn)確度，并不簡略。由于鋅鑄件澆口很

薄，又不是平面，而澆口區(qū)域是充型的要害方位-建議至少要有3個網(wǎng)格在薄的方位，對模流軟件是很大的應(yīng)戰(zhàn)。此外，鋅合金不能忽略微細(xì)氣孔對表面質(zhì)量的影響，所以翔實(shí)細(xì)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(wǎng)格量也很大。

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

液氣兩相的充型核算

在實(shí)踐世界，我們都了解在高速充型時，金屬液是噴濺狀態(tài)，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(jìn)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(jìn)，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(shè)被揉捏無法逃出，便壓會縮成氣孔。

傳統(tǒng)的模流分析軟件都僅僅核算金屬液活動，很少考慮型腔內(nèi)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(dǎo)致澆口速度都很高；假設(shè)排氣面積又不大，又沒有考慮型腔空氣特色改動，充型流態(tài)會不準(zhǔn)確。CASTLE軟件一同核算鋅液和空氣活動，能準(zhǔn)確核算鋅液的整個充型進(jìn)程。這包括實(shí)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(nèi)的改動，其實(shí)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(xì)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(shè)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(guī)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(chǎn)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(diǎn)評模具排氣規(guī)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(dá)要求。附圖的核算中，鑄件澆口面積適宜，但排氣面積嚴(yán)峻缺少，鑄件含氣量會很高。建議客戶添加排氣面積來改進(jìn)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(nèi)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(biāo)準(zhǔn)排氣道、搓衣板可達(dá)至的排氣功率差異。協(xié)助用戶在模具規(guī)劃初階，快速點(diǎn)評和選擇排氣辦法或真空壓鑄。