圖10：噴涂工藝的示意圖，包括單個(gè)噴涂錐角、噴涂回路和噴涂循環(huán)，并顯示噴涂工藝過程中模具的局部表面溫度

噴涂工藝的優(yōu)化

結(jié)構(gòu)件的特征在于較大、復(fù)雜和薄壁的幾何形狀，以及用于安裝或緊固點(diǎn)的部分厚壁區(qū)域。在該背景下，最小拔模角度和對(duì)鑄件表面質(zhì)量的高要求給噴涂工藝帶來了特別的挑戰(zhàn)。具有高優(yōu)先級(jí)的是防止由于傳統(tǒng)水性噴涂而引起的熱沖擊導(dǎo)致的過早模具損壞。

MAGMASOFT®5.4允許對(duì)噴涂工藝進(jìn)行詳細(xì)優(yōu)化。可以對(duì)模具的表面溫度進(jìn)行詳細(xì)分析，或評(píng)估各個(gè)模具區(qū)域的潤(rùn)濕性，以優(yōu)化關(guān)于冷隔、孔隙度和模具焊接的鑄造質(zhì)量。MAGMASOFT®5.4還允許評(píng)估模具部件的變形或優(yōu)化局部模具的使用壽命。

對(duì)于結(jié)構(gòu)件，模擬所用的模型通過噴涂工藝過程的真實(shí)顯示得到擴(kuò)展，包括有噴霧錐角的定向噴嘴、噴涂回路和噴涂循環(huán)，參見圖10。

對(duì)表面附近區(qū)域溫度測(cè)量點(diǎn)的分析說明了噴涂工藝與內(nèi)部模具溫度控制相結(jié)合的有效性，參見圖11。假設(shè)理想的模具均勻初始溫度，在由于噴涂工藝而導(dǎo)致的表面熱量散發(fā)之后，由于模具中儲(chǔ)存的能量，在區(qū)域1和4中進(jìn)行表面的再加熱。特別是在內(nèi)澆道附近的區(qū)域3中，在整個(gè)循環(huán)內(nèi)，出現(xiàn)明顯的溫度滯后，這涉及由熱龜裂引起的過早模具損壞風(fēng)險(xiǎn)。區(qū)域2中添加的內(nèi)部點(diǎn)冷卻從模具中局部提取能量，并減少模具表面的再加熱。

圖11：表面附近模具區(qū)域的溫度曲線說明了噴涂工藝與內(nèi)部模具溫度控制相結(jié)合的有效性。區(qū)域2中的內(nèi)部點(diǎn)冷卻從模具中局部提取能量，并將模具表面的再加熱水平降至最低。

模具冷卻管路的定量評(píng)估

在應(yīng)用最小噴涂時(shí)，布置合適的冷卻管路尤為重要。由于通過噴涂介質(zhì)的熱量提取最少，通過熔體引入的大部分能量需要通過內(nèi)部冷卻管路消散。冷卻管路應(yīng)同時(shí)確保鑄件中所需的微觀質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)最小的循環(huán)時(shí)間和最小的模具腐蝕，以及確保整體能耗最小的穩(wěn)健的模具充型。

滿足多個(gè)目標(biāo)的解決方案可以通過透明度來實(shí)現(xiàn)，透明度涉及復(fù)雜冷卻管路的局部影響以及其對(duì)實(shí)際機(jī)器可用設(shè)置（冷卻介質(zhì)的溫度和流速）的依賴性。

圖12示出了集成在MAGMASOFT®5.4（插入在復(fù)雜的冷卻管路中）中的流動(dòng)模擬。流量計(jì)算可以與充型模擬同時(shí)進(jìn)行，也可以單獨(dú)進(jìn)行。除關(guān)于流動(dòng)方向、速度、壓力和溫度的結(jié)果之外，流動(dòng)計(jì)算主要提供在金屬液界面處局部產(chǎn)生的有效傳熱。

圖12：根據(jù)局部流動(dòng)矢量，計(jì)算了金屬液界面處的有效傳熱。

這些擴(kuò)展的工藝知識(shí)允許對(duì)各種冷卻管路進(jìn)行系統(tǒng)、自動(dòng)化的評(píng)估和優(yōu)化。要分析的可能目標(biāo)包括改善鑄件質(zhì)量、影響工藝時(shí)間（循環(huán)時(shí)間）的工藝條件，以及模具腐蝕減少和能量平衡評(píng)估。在該背景下，可能的自由度可以是幾何形狀、模具中冷卻管路位置以及所有工藝條件的變化。圖13以傳熱系數(shù)為例，示出了冷卻管路中不同流動(dòng)情況對(duì)局部冷卻能力分布的影響。流動(dòng)傳導(dǎo)冷卻管路的使用可使鑲件頂端冷卻能力效果增加。

圖13：冷卻管路中的不同流動(dòng)情況及其局部傳熱。考慮冷卻介質(zhì)在管路里流動(dòng)可使鑲件頂端冷卻能力提高成為可能。

為了評(píng)估工藝穩(wěn)定性，在虛擬試驗(yàn)設(shè)計(jì)中分析了不同流速（5至25 l/min，以5 l/min為速率）對(duì)關(guān)鍵鑄造區(qū)域局部凝固時(shí)間的影響。圖14中相應(yīng)的主要效果圖示出了凝固時(shí)間隨著流速的增加而呈現(xiàn)非線性減少。對(duì)不同流速下冷卻管路中壓力分布的詳細(xì)評(píng)估解釋了這種情況的原因。隨著流速的增加，系統(tǒng)中的壓力損失增加，導(dǎo)致效率越來越低。

圖14：冷卻管路的主效果圖，涉及不同流速對(duì)關(guān)鍵鑄造區(qū)域局部凝固時(shí)間的影響。隨著流速的增加，系統(tǒng)中的壓力損失導(dǎo)致能量效率越來越低。

模具的熱平衡

模具的熱平衡以及整個(gè)系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性可以用MAGMASOFT®5.4中集成的能量平衡來評(píng)估，參見圖15。直觀的概述允許分析和評(píng)估所有材料/材料組（例如鑄件、鑄造系統(tǒng)、模具的一部分）在整個(gè)工藝周期、各個(gè)工藝階段或規(guī)定時(shí)間段內(nèi)的能量交換。例如，可以直接比較和優(yōu)化排放的能量，同時(shí)考慮通過內(nèi)部冷卻和外部噴涂在工藝循環(huán)過程中的成本效率。

圖15：能量平衡- 材料/材料組（例如鑄件或模具的一部分）在工藝周期、階段或規(guī)定時(shí)間段內(nèi)的能量交換

為了經(jīng)濟(jì)高效地使用鑄造工藝模擬，需要使用這些選項(xiàng)。對(duì)于每個(gè)工藝布局階段，模擬應(yīng)“盡可能簡(jiǎn)單和詳細(xì)”。MAGMASOFT®的自主工程方法支持詳細(xì)任務(wù)的系統(tǒng)工作以及可靠技術(shù)解決方案的確定。對(duì)于變體或工藝條件的系統(tǒng)分析，建議對(duì)模擬模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化或粗化，然后使用詳細(xì)模型驗(yàn)證確定的解決方案或替代方案。

總結(jié)

在高壓壓鑄中，MAGMASOFT的方法虛擬試驗(yàn)或自主是一種突破性的方法，該方法通過透明和定量的工藝知識(shí)，實(shí)現(xiàn)模具和生產(chǎn)工藝的優(yōu)化和穩(wěn)健布局。除確定可靠的技術(shù)解決方案之外，這種新方法還提供了質(zhì)量和盈利能力之間的最佳折衷方案，這是壓鑄機(jī)一直追求的目標(biāo)。因此，即使在計(jì)劃階段的早期，對(duì)于復(fù)雜的任務(wù)，也有可能生成關(guān)于鑄件生產(chǎn)參數(shù)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)之間相關(guān)性的系統(tǒng)知識(shí)，而且?guī)缀鯖]有經(jīng)濟(jì)或生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。

早期的安全決策支持產(chǎn)品開發(fā)人員和模具鑄造人員設(shè)計(jì)穩(wěn)健、經(jīng)濟(jì)有效和資源高效的產(chǎn)品和工藝。在規(guī)劃階段的早期應(yīng)用此類虛擬生成的知識(shí)是CAE開發(fā)過程的基礎(chǔ)，在該過程中，設(shè)計(jì)者和模具鑄造者同時(shí)對(duì)部件和鑄造工藝進(jìn)行優(yōu)化。