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。

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φ18.8mm×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，当流体分裂或聚合时，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 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 。
 

３ 压铸工艺改进
从原工艺的分析可以发现， 出现卷气主要是由零件的外形轮廓和金属液进入型腔时流速的方向共同决定的，单纯修改内浇口形状无法消除缺陷，需全面修改横浇道和内浇口。改进后的浇注系统见图７，采用发散式的横浇道和内浇口结构，将原来的两个横浇道改为４个两两相互垂直的横浇道，原来内浇口与横浇道垂直连接改为直线连接，外形为扇形结构。开设分散溢流槽，避免因溢流口充填不同步造成冷金属和气体倒流。

 

改进浇注系统后金属液充填型腔过程见图8（根据对称性，取其中１/４进行分析）。由图8ａ可以看出，金属液进入型腔后顺着扇形的横浇道和内浇口分散开，没有直接冲刷弧形的型腔侧壁，而是直接将型腔中部充满，金属液前端气体可从前端溢流槽排出（见图８ｂ）。随后充填侧面（见图８ｃ），此时金属液前端的气体进入两侧溢流槽。最终卷气分布见图９，可以看出，气体集中在溢流槽中，铸件没有出现卷气缺陷。

图10为改进浇注系统后速度矢量分布图。由图10ａ可以看出，金属液进入型腔时，速度矢量与横浇道和内浇口外形保持一致，能有效防止绕流产生，图10ｂ为型腔充满时的速度矢量，也可以看出，最终流体速度方向比较有秩序，能保证制件无卷气缺陷。
 

４ 结 论
对于具有弧形轮廓锌合金拉链头， 应避免金属液进入型腔后冲刷侧壁而引起绕流， 从而形成旋涡造成卷气缺陷。 采用发散式的横浇道 和内浇口系统后， 可以有效避免金属液产生旋涡， 消除卷气缺陷。

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