重力鑄件的案例
淺談重力鑄件模流分析
摘要：通過運(yùn)用模流分析軟件,對重力鑄件進(jìn)行工藝分析，找出產(chǎn)品缺陷發(fā)生的部位，開展有針對性的工藝設(shè)計，然后再使用軟件進(jìn)行模擬仿真，驗證工藝方案的有效性，最后鎖定工藝方案，以此來達(dá)到提高鑄鋁件模具設(shè)計的成功率。解決了以往只能靠試生產(chǎn)來驗證工藝方案的可行性問題，提高了模具設(shè)計成功率，縮短了開發(fā)周期。
關(guān)鍵詞：模流分析 工藝分析 模擬仿真
引言：
鋁合金具有密度低、耐腐蝕、比強(qiáng)度高，熔點低、鑄造性能較好等優(yōu)勢。但是鋁合金在鑄造過程中，由于其具有化學(xué)性質(zhì)較活潑、凝固收縮的特性，使得鋁合金液在流動和凝固過程，易產(chǎn)生氣孔、縮孔等缺陷，會降低產(chǎn)品的機(jī)械性能，嚴(yán)重時會造成產(chǎn)品報廢。以往在模具設(shè)計過程中依賴工程技術(shù)人員的經(jīng)驗進(jìn)行工藝分析，由于模具制作周期長，模具加工完成后再進(jìn)行方案整改，過程費(fèi)時、費(fèi)力。因此需要使用更為科學(xué)的手段對鑄造過程進(jìn)行全方位的模擬仿真，快速驗證工藝方案的有效性，提高模具設(shè)計開發(fā)效率，降低成本。
本文以一種支架零件進(jìn)行舉例分析，使用材料的牌號為AC2B,具有鑄造性能好，可熱處理強(qiáng)化，力學(xué)性能較高的特點。采用金屬型重力鑄造工藝，其優(yōu)點是，冷卻速度快，鑄件組織致密，力學(xué)性能較砂型高15%左右；本文通過對模流分析的主要過程進(jìn)行分析，軟件的物理模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x用并根據(jù)鑄造過程的實際條件設(shè)置邊界參數(shù)，對重力鑄造過程中的鋁液流動、凝固進(jìn)行了模擬分析，最終獲得了滿足鑄件質(zhì)量要求的工藝方案。
1、產(chǎn)品分析：
1.1對支架毛坯數(shù)模進(jìn)行壁厚分析，產(chǎn)品最大壁厚30mm，最薄8mm，本產(chǎn)品整體壁厚較厚，薄壁區(qū)域位于三處螺栓安裝區(qū)，壁厚差異大，因此在厚壁處易形成熱節(jié)，造成產(chǎn)品形成集中的縮孔缺陷。
1.2運(yùn)用模流軟件對產(chǎn)品進(jìn)行凝固分析。
展開 鋁合金、鋅合金、鎂合金、鈦合金對比
鋅合金比重大，是本文所述的四種合金中比重最大的，流動性也是最好的，有很好的鑄造性能，可以壓鑄形狀復(fù)雜、薄壁的精密件，鑄件表面光滑。我設(shè)計的產(chǎn)品中，鋅合金壓鑄件最薄壁厚僅0.4mm。
常溫下,鋅合金的強(qiáng)度好。需要注意的是，鋅合金不宜在高溫和低溫（0℃以下）的工作環(huán)境下使用，鋅合金在常溫下有較好的機(jī)械性能。但在高溫下抗拉強(qiáng)度和低溫下沖擊性能都顯著下降。鋅合金抗蝕性差，當(dāng)合金成分中雜質(zhì)元素鉛、鎘、錫超過標(biāo)準(zhǔn)時，導(dǎo)致鑄件老化而發(fā)生變形。鋅合金壓鑄件存在時效作用，有老化現(xiàn)象，即長時間后強(qiáng)度自然降低，變的易脆。這就是為什么很多人吐槽，更換鋅合金水龍頭時往往會發(fā)生脆斷，導(dǎo)致水龍頭螺紋部分殘留在水管里無法弄出來。因此，方工還是建議大家裝修時盡量選擇銅質(zhì)的水龍頭，不要選鋅合金的。
目前國際上用作鑄件的標(biāo)準(zhǔn)系列有兩大類，—類是ZAMAK合金、一類是ZA系列合金。使用的ZAMAK合金有ZAMAK 2、ZAMAK 3、ZAMAK5及ZAMAK 7。(為簡 便起見、統(tǒng)稱上述合金為2號、3號、5號及7號合金)。ZA系列有ZA-8、ZA-12、ZA-27及ZA-35。ZA-8主 要用于熱室壓鑄，ZA-12及ZA-27因有特殊熔化要求，只能用于冷室壓鑄。ZA-35一般用于重力鑄件。而ZAMAK合金發(fā)展要先于ZA系列合金、主要用于壓力鑄造。應(yīng)用最廣泛的是3號鋅合金。
ZAMAK 2: 用于對機(jī)械性能有特殊要求、對硬度要求高、耐磨性好、尺寸精度要求一般的機(jī)械零件。
ZAMAK 3: 良好的流動性和機(jī)械性能。應(yīng)用于對機(jī)械強(qiáng)度要求不高的鑄件，如玩具、燈具、裝飾品、部分電器件。
ZAMAK 5: 良好的流動性和好的機(jī)械性能。應(yīng)用于對機(jī)械強(qiáng)度有一定要求的鑄件，如汽車配件、機(jī)電配件、機(jī)械零件、電器元件。
ZA8: 具有良好的沖擊強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性，但流動性較差。
展開 我國輕合金鑄造現(xiàn)狀及發(fā)展動向
近年來我國有色金屬鑄造業(yè)雖然發(fā)展迅速，但總體上看，與發(fā)達(dá)國家相比差距較大，還缺乏競爭力，還不能融入國際鑄件市場。進(jìn)一步加強(qiáng)兩岸三地鑄造界的合作和互補(bǔ)，可望形成合力取得跨躍式發(fā)展。
現(xiàn)就鋁合金，鎂合金鑄造的現(xiàn)狀和發(fā)展動向作一簡要分析，與同行交流、研討。
一．鋁合金、鎂合金鑄造現(xiàn)狀
1．鑄件產(chǎn)量
我國大陸1992～2000年有色合金鑄件產(chǎn)量及占鑄件總產(chǎn)量比例如表1所示。由表1可見我國從1992年到2000年有色合金鑄件產(chǎn)量逐年上升，特別是鋁和鎂合金鑄件增加了35萬噸，增長80％；鋅合金鑄件增加了7萬余噸，增長153％。
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