王火生
摘 要 利用Ｆｌｏｗ－３Ｄ软件对锌合金拉链头的热室压铸成形工艺进行了优化设计。通过模拟分析发现，原压铸工艺会使金属液进入型腔后产生绕流，进而发展为旋涡，最终产生卷气缺陷。数值分析预测的卷气位置与压铸件的实际缺陷一致，并通过金属液流动速度矢量图说明了旋涡产生的原因。采用发散式横浇道和内浇口结构后，金属液充型时不会直接冲刷型腔侧面，可以有效避免金属液在充型过程中产生旋涡，消除了卷气缺陷。
关键词 锌合金压铸；数值模拟；浇注系统；拉链头
锌合金被广泛应用于中、高档拉链头，一些高档服装品牌对拉链头的质量提出了很高要求，特别是对外观要求尤其苛刻，因此，拉链头的生产工艺也日益复杂。目前，高档的锌合金拉链头主要采用热室压铸成形，为获得良好的表面质量，需通过一系列的酸洗碱洗之后，进行表面电镀处理，而压铸缺陷（如气孔、氧化夹杂、水纹等）会影响表面电镀处理效果。因此需要通过优化浇注系统和压铸工艺参数，减少缺陷产生。
１ 原压铸工艺方案及缺陷
图１为某企业生产的锌合金拉链头，其最大外形尺寸为１８．８ｍｍ×２５．１ｍｍ×２．３ｍｍ，材质为ＺＡ８，主要成分见表１。
零件采用热室压铸机压铸成形，模具结构为１模４腔，浇注系统和排溢系统结构见图２。为避免铸件顶出时破坏表面，将顶杆设置在溢流槽和横浇道上，故将溢流槽连为一体，以增加强度和平衡顶出力。浇注温度为４５０℃，模具温度为１８０℃。
压铸成形后，在铸件表面存在明显的气泡（见图３）。表面电镀处理时气泡内气体受热膨胀，会胀破铸件表面，因此，该拉链头在生产过程中废品率较高，亟需通过改进浇注系统，消除压铸时产生的气泡缺陷。
２ 基于数值模拟的压铸缺陷分析
数值模拟采用Ｆｌｏｗ－３Ｄ软件，运用自由液面追踪技术，即ＶＯＦ算法，当流体分或聚合时，流体表面会自动出现、融合或消失，因此适合计算压铸成形时液态金属 高 速 流 动 状 态。该 软 件 已 被 广 泛 应 用 于 铝 合金，、锌合金、镁合金等材料的压铸成形，尤其是浇注系统的优化设计。
２．１ 数值模拟参数设置
拉链头压铸主要物性参数见表２，模具材料选用Ｈ１３钢，其主要物性参数见表３。在
Ｆｌｏｗ－３Ｄ软件物理模型选项中，分别选取卷气、表面缺陷追踪、重力、传热模型、湍流模型等，压铸温度、模具温度、压铸速度等参数与生产条件一致。
２．２ 数值模拟结果分析
原浇注系统金属液的充填过程见图４。由图４ａ、图４ｂ可以看出，金属液充满横浇道后，在横浇道末端（即远离直浇道的位置）逐渐散开，并流入型腔，而在横浇道前端（即靠近直浇道的位置）的金属液较少流入型腔。金属液由横浇道进入型腔后，冲刷了具有弧形轮廓的型腔侧壁，从而形成绕流。从图４ｃ可以看出，金属液由绕流发展成了旋涡，并最终在铸件内部形成卷气，图４ｄ为型腔充满的状态。图５为最终卷气状态，可以看出卷气的位置和图３中的气泡实际位置一致。图６为原工艺的速度矢量图。可以看出，原工艺的内浇口宽度较大，其目的是横浇道充满后，金属液可获得垂直于横浇道方向的速度，快速流入型腔。但从图６ａ可以看出，金属液沿横浇道方向速度分量较大，并没有获得与横浇道垂直的速度，导致优先从内浇口Ａ处充填铸件型腔，而很少有金属液从内浇口Ｂ处进入，导致该处内浇口没有充分发挥作用。图６ｂ为型腔充满时的速度矢量，可以看到在卷气位置形成的旋涡。因此，只有通过改进浇注系统才能消除卷气缺陷。#p#分页标题#e#
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