2019年10月韩国AnyCasting软件公司在北美压铸协会NADCA会议上发表论文:《综合热量和流体因素的压铸粘模缺陷预测数值算法及其实验验证》,并获得大会颁发的最佳论文奖。
AnyCasting在该论文中指出,粘模缺陷会影响压铸件的表面质量及其强度,尤其是对密封有严格要求的结构件或者薄壁件来说更是如此。压铸过程中,铝合金熔液对铁元素有较强的亲和性,导致铝合金铸件与模具表面粘合,形成一系列的金属化合物。
影响粘模缺陷的因素主要与热量和流体两大类相关。第一类主要是与材料(模具材质、模具表面涂料、脱模剂)和工艺参数(压射、喷涂工艺、冷却管路)的温度场相关。第二类因素包含诸如金属熔液冲击模具壁的入射角、过大的流量、拔模斜度以及不合理的流道设计等。
由此AnyCasting研发了 “粘模敏感性”的数值算法。该算法综合考虑诸如压铸模具生产节拍循环的热量因素,以及模具表面侵蚀损耗的流体因素。该算法应用于某汽车零件并获得验证。文章对粘模缺陷的形成趋势进行了分析,并与实验结果进行对标。
粘模层的厚度
论文指出,铝合金参与化学反应层的厚度通常与接触时间t的平方根成正比,且与激活能量Q相关。
顶出阻抗应力
以往的研究发现,顶出阻抗应力的大小与粘模层厚度及模具表面处理方式相关。
模具侵蚀现象
实验显示,模具在当金属熔液的入射角为30度时,受侵蚀的程度最大;同时,模具侵蚀程度与熔液冲击速度的对数标尺成正比。
粘模敏感性
金属熔液对模具表面进行热量与动量反复的冲击,势必造成模具的侵蚀。铝合金反应层加速了模具的侵蚀,并且增加了顶出阻抗应力。所以,阻抗应力与模具侵蚀密切相关。粘模敏感性模型通过将上述两个模型无量纲化合并而得。
实验验证
论文中以发动机壳体压铸件为例,分别使用模具侵蚀算法、顶出阻抗应力算法和粘模敏感性算法对粘模缺陷进行预测。结果显示,顶出阻抗应力算法在温度积聚的区域对粘模缺陷有过预测倾向,模具侵蚀算法则倾向于在充型速度较高区域过度预测粘模缺陷。相比之下,粘模敏感性算法能够综合各方因素,给出与实际结果更为接近的预测结果。