锌合金压铸模流分析的特点

2021-01-20370

压铸模流分析已广泛运用于铝、镁合金压铸工艺。比较起来,锌合金压铸使用模流分析比较滞后。有用过模流软件的朋友会发现,锌压铸模流的效果没有铝压铸显着,好像气孔分布、表面冷纹、充型进程的准确性。针对以上问题,本文介绍锌合金压铸的特征,包括其材料特性、热室机的性能和工艺设置、产品的质量要求和模具浇排规划的特征,从而提出对模流分析的要求。特别介绍意大利CASTLE模流分析软件,怎么针对锌热室压铸的特征,准确设置参数和核算充型进程。


锌合金材料和热室压铸的特征

锌合金压铸的出产本钱低。比较铝、镁、铜等压铸材料,锌合金的熔点低。以常用的Zamak#3为例,出产温度在440C左右,熔炼火耗低。首要使用热室压铸机出产;热室机的优点是出产周期短和设备比较简略(因压室浸泡在溶液里,无需额定的给汤时间和压室排气时间,也不必给汤设备。此外锌合金凝聚时间很短,无需第三级增压,压射系统较简略。)。模具寿命长(可达百万模次)。热室机的压射参数少(尽管多了射嘴温度调整,但没有三级增压,一级行程很短,二速较低,脱模也较简略)。


锌铸件抛光简略,表面电镀处理简略,颜色和效果的选择十分多,概括本钱也。因此许多表面质量要求高的五金配件如卫浴、门窗、锁类、裁缝、皮具、文具、家具、电器、装饰品等,都大量使用。

不过,锌压铸也存在许多出产缺陷。由于锌合金的密度高(Zamak#3为6.7g/cc)和遭到设备的约束,锌合金压铸件多为中小件。大部分的锌压铸件都在250T或以下的热室压铸机出产。别的锌合金对重金属含量有严峻的要求,否则会出现晶间腐蚀。Zamak#3锌锭就有以下标准要求:铁<0.075%,铅<0.004%,镉<0.003%,锡<0.002%。因此在锌合金铸件的回收进程要小心控制,回收材料使用比例也不能高,避免重金属污染。故此太多的铸件余料比例和高废品率对本钱结构影响很大。

出产工艺方面,由于是中小件为主,而且以高表面光洁度为主,锌压铸的填充时间都很短,低于百分二秒以内。在这么短的充型时间,要排走型腔内的卷气是很困难的。特别是靠近铸件表面的气孔,在表面处理进程中导致起泡。对有高光要求的电镀件,任何小缺陷都很简略显露出来,构成的废品损失也特别大。

锌压铸模具浇排规划

由于忧虑影响表面质量,如常常在浇口和渣包排气口出现的砂孔,模具规划师都倾向把浇口和排气口厚度设置得很薄,如低至0.3-0.35mm的浇口厚度。这种考虑简略使得浇口面积偏小,导致出产操作者要提高冲头速度来补充流量的缺少,这使浇口速度太高,模具简略冲刷,一同令充型进程卷气严峻。添加了机器和模具的损耗。粗糙的流道规划也会提高了铸件卷气。优化的浇排系统才干做出高质量的铸件,因此需求软件的辅佐来改进规划。


锌压铸模流分析特征

CAD/CAE模流分析是压铸产品开发阶段常用的辅佐工具,协助规划人员进行产品和模具规划,猜想不同浇道方案或许出现的问题。目前现已普遍使用于铝合金汽车模具的开发。锌合金模具由于较小,含气分布很难猜想,相对使用面较低。

锌合金压铸在CAE仿照和铝合金仿照有几方面不同:1.浇口厚度很薄,充型时阻力大,喷溅严峻。2.锌合金的凝聚范围在381-387C。薄浇口很快凝聚,无法在保压阶段补缩,简略产生缩孔。3.铸件的表面要求高,因此充型时间需求很短。4.一速行程短,排气困难。5.充型曲线差异大。


工艺参数建议

模具规划工程师在点评锌铸件出产时,常常使用PQ图来协助选择适宜的压铸机型和工艺参数,核算浇口面积。要有用使用PQ图,其实要有准确的经历数据库作为核算根底。使用欧洲的压铸经历和实验室数据,CASTLE编写的PQ核算模块,只需求输入简略的压铸机、铸件材料和要求,就能提出模具和工艺参数的建议,有很高的参考价值。使用者无需任何根底知识。


压射参数

压铸仿照需求设置一二速和切换方位的参数。一般的仿照是在浇口方位急速切换为高速,然后在充型结尾急速刹停;典型的锌热室压射曲线其实不是这样。由于压射系统不同,而且填充行程短,冲头远还没抵达射咀前现已要切换为高速,抵达射咀时速度已靠近高点。当冲头抵达浇口时,速度抵达高峰,在充型阶段,冲头速度已在下降;当抵达渣包或排气口,冲头进一步减速。

为了能真实仿照充型进程,CASTLE软件依照机器的特性,内置冲头的加速度和减速度,用户仅仅输入简略的一二速数据,就能履行靠近真实的压射曲线。


浇道的优化

锌热室压铸有别于铝冷室压铸,需求很早切换高速,金属液在浇道高速活动简略产生卷气,浇道有必要尽量依照流体力学特性来规划。CASTLE的流道优化模块是快速有用的辅佐工具,协助规划师优化流道形状;包括检测浇道出现的偏流、过高的浇道速度、或许或许出现的部分紊流等。也能看到浇口的速度分布,特别是多浇道的规划,需求全体的浇道平衡。软件快速的流道优化,减少了充型仿照的次数。


混合式网格模型

在预备压铸仿照的过程里,铸件的网格化是重要的一步。锌铸件考究外型美丽,大都是厚薄不均。打网格要一同统筹数量和模型准确度,并不简略。由于锌铸件浇口很

薄,又不是平面,而浇口区域是充型的要害方位-建议至少要有3个网格在薄的方位,对模流软件是很大的应战。此外,锌合金不能忽略微细气孔对表面质量的影响,所以翔实细小的特征(如字体)也要考虑。因此不要小看锌铸件体积比铝铸件小,它要求的网格量也很大。

CASTLE使用智能化的网格区别法。它是以核算流体动力学常用的有限体积模型为网格区别的主体,这种模型有利于核算流体运动和喷溅,很适宜仿照压铸充型。软件特有的主动网格区别可以在厚壁方位构成较大的六面体网格,而在薄壁方位则主动过渡成细微的六面体网格。一同为了避免在距离表面构成梯阶形状,构成核算误差,智能区别法在凌乱表面方位主动构成变形体积,使网格区别能用相对少量的网格做出准确的模型。


液气两相的充型核算

在实践世界,我们都了解在高速充型时,金属液是喷溅状态,金属液前沿不会有清楚距离,而是液滴和空气稠浊成雾状。在充型进程中,空气不断受热,空间亦不断被金属液代替和紧缩,空气受揉捏推进,从排气口逸出。此中空气压力在充型时会影响金属液的活动,残留的空气假设被揉捏无法逃出,便压会缩成气孔。

传统的模流分析软件都仅仅核算金属液活动,很少考虑型腔内空气特色改动的影响。在锌合金压铸,我们要求很短的填充时间,浇口又不能太大,导致浇口速度都很高;假设排气面积又不大,又没有考虑型腔空气特色改动,充型流态会不准确。CASTLE软件一同核算锌液和空气活动,能准确核算锌液的整个充型进程。这包括实践的排气面积和方位,还有金属液在浇口的雾化状况。

在核算活动时,大部分铸造仿照软件都不考虑锌合金凝聚时的流变特性;粘度在这小温度范围内的改动,其实对锌合金薄壁件填充是很重要的。相同重要的还有锌/模具、和锌/空气间的表面张力和表面润湿度核算。这些特色都包括在CASTLE的充型核算里。


气体分布

对表面光洁度要求很高的锌铸件,靠近表面的细小气孔会在电镀时起泡。使用气孔比率显示功用,CASTLE软件可以显示大气孔和微气孔的分布方位。附图包括1%气体含量分布图,残留气孔和缩孔的合拼分布。假设渣包的方位适宜,可以收集大部分的卷气。


排气面积建议

排气规划对铸件含气有要害的影响,这包括面积和方位的选择。有些产品客户考虑外观砂孔,或许渣包口比排气面积还小,那渣包口才是要害的排气面积。为了便利点评模具排气规划的功率,在CASTLE的排气核算模块里,用户输入特定工艺条件,可以主动核算铸件的含气量。并把天然排气和真空压铸效果做出比较,让用户判别排气面积是否满意,是否要用真空阀才干抵达要求。附图的核算中,铸件浇口面积适宜,但排气面积严峻缺少,铸件含气量会很高。建议客户添加排气面积来改进含气量。一同看出22mm2是理想的排气面积,更大的面积不能提高排气功率了。

软件也内置了不同排气办法的排气效果核算。附图清楚看出在相同排气面积下,不同办法如真空阀、标准排气道、搓衣板可达至的排气功率差异。协助用户在模具规划初阶,快速点评和选择排气办法或真空压铸。