仿真軟件作為一個(gè)有價(jià)值的工具，可以幫助設(shè)計(jì)人員和工程師了解鑄造過(guò)程的細(xì)節(jié)，使他們能夠以比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手更快，并以更低的成本持續(xù)創(chuàng)造高質(zhì)量的鑄件。在高壓鑄造中，使用仿真軟件以幫助設(shè)計(jì)更好的澆注系統(tǒng)，將金屬送入鑄件，改進(jìn)壓室頂部由于紊流引起的卷氣，并確定最有效的溢流位置，等等。在本文中，我們將著眼于如何縮短零件的脫模時(shí)間以減少工藝時(shí)間。

料柄是我們需要努力改善的地方，因?yàn)樗氰T件最后凝固的位置，因此決定了零件什么時(shí)候可以被頂出。所以，如果我們可以減少料柄的凝固時(shí)間，那么我們可以減少整個(gè)工藝時(shí)間。一種方法是通過(guò)增加與金屬液的接觸面積的量來(lái)去除更多從金屬液到壓射前端的熱量。雖然在這種情況下并不完全適用，但這種方法的基礎(chǔ)最容易用穩(wěn)態(tài)對(duì)流方程顯示，如下所示。

在這個(gè)等式中，Q是熱流量，h是對(duì)流傳熱系數(shù)，?T是金屬液和壓射沖頭的溫差，而A是金屬液和壓射前端接觸的表面積。如今市場(chǎng)上有不同形狀的沖頭，用于增加與金屬液接觸的表面積，如圖1所示。

圖1：大小和表面積不同的沖頭[1]

另一種增加料餅散熱量的方法是調(diào)節(jié)料柄中金屬液和和壓射沖頭之間的溫差。這是通過(guò)向壓射前端添加冷卻管線完成的，如圖2所示。這種方法的主要缺點(diǎn)是增加了活塞組件的復(fù)雜性。

圖2：壓射沖頭的冷卻[2]

新設(shè)計(jì)

對(duì)于本文，使用FLOW-3D CAST分析了新的沖頭設(shè)計(jì)， 并與標(biāo)準(zhǔn)的未修改的圓柱形沖頭進(jìn)行了比較。如圖3所示，改進(jìn)的沖頭，由末端為星形切口的圓柱形沖頭組成，比未修改的壓射沖頭多20％以上的表面積。這兩個(gè)沖頭都不會(huì)進(jìn)行水冷分析。

圖3：修改過(guò)的的形沖頭狀可以增加20％的面積

分析

針對(duì)每個(gè)沖頭設(shè)計(jì)設(shè)置運(yùn)行填充（包括沖頭運(yùn)動(dòng)）和凝固（無(wú)流動(dòng)）的模擬; 所有其他參數(shù)在兩種情況下都是相同的。主要有兩個(gè)相關(guān)的結(jié)果：填充過(guò)程中的流態(tài)和總體凝固時(shí)間。填充過(guò)程中的流態(tài)非常重要，因?yàn)槿绻麤_頭設(shè)計(jì)會(huì)引起碎波和卷氣，那么沖頭或壓室輪廓將不得不重新設(shè)計(jì)。

第一個(gè)比較是壓室中的的流態(tài)，如圖4所示。該圖顯示了在改進(jìn)和為改進(jìn)的沖頭的壓室期間流體的圖像，并且可以看到?jīng)_頭的形狀不會(huì)顯著影響流態(tài)。由于對(duì)壓室輪廓影響不大，我們可以關(guān)注凝固。

圖4：兩個(gè)沖頭壓室中的流態(tài)

第二個(gè)比較是凝固時(shí)間。圖5顯示了沖頭的平均溫度與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，從金屬液到?jīng)_頭的熱流隨時(shí)間的變化，以及提取時(shí)液態(tài)金屬的溫度分布。

圖5：上面的時(shí)間圖顯示了左上角的沖頭平均溫度和右上角金屬液到
沖頭的熱流。下面的圖片顯示了兩個(gè)鑄件料柄中的金屬溫度。

從圖5中可以看出，曲線圖顯示，改進(jìn)沖頭的平均溫度較高，因?yàn)樗鼜慕饘僦刑崛×烁嗟臒崃俊＿@也顯示在熱流圖中; 注意表示能量消除的負(fù)值。圖表下面的圖像顯示了料柄和壓射沖頭界面處的液態(tài)金屬。數(shù)據(jù)顯示，使用改進(jìn)沖頭的散熱量增加了12.7％。

結(jié)論

沖頭設(shè)計(jì)確實(shí)對(duì)鑄件的凝固時(shí)間有明顯影響。仿真軟件提供了一種分析其影響并使用這些知識(shí)優(yōu)化工藝參數(shù)的方法。

文章由Hellebusch Tool & Die公司的Eugene Moore提供