圖10：噴涂工藝的示意圖，包括單個噴涂錐角、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的部分厚壁區(qū)域。在該背景下，最小拔模角度和對鑄件表面質(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允許對噴涂工藝進行詳細優(yōu)化。可以對模具的表面溫度進行詳細分析，或評估各個模具區(qū)域的潤濕性，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還允許評估模具部件的變形或優(yōu)化局部模具的使用壽命。

對于結(jié)構(gòu)件，模擬所用的模型通過噴涂工藝過程的真實顯示得到擴展，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。

對表面附近區(qū)域溫度測量點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，由于模具中儲存的能量，在區(qū)域1和4中進行表面的再加熱。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。區(qū)域2中添加的內(nèi)部點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估

在應(yīng)用最小噴涂時，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)同時確保鑄件中所需的微觀質(zhì)量，實現(xiàn)最小的循環(huán)時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。

滿足多個目標的解決方案可以通過透明度來實現(xiàn)，透明度涉及復(fù)雜冷卻管路的局部影響以及其對實際機器可用設(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）中的流動模擬。流量計算可以與充型模擬同時進行，也可以單獨進行。除關(guān)于流動方向、速度、壓力和溫度的結(jié)果之外，流動計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)局部流動矢量，計算了金屬液界面處的有效傳熱。

這些擴展的工藝知識允許對各種冷卻管路進行系統(tǒng)、自動化的評估和優(yōu)化。要分析的可能目標包括改善鑄件質(zhì)量、影響工藝時間（循環(huán)時間）的工藝條件，以及模具腐蝕減少和能量平衡評估。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情況對局部冷卻能力分布的影響。流動傳導(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情況及其局部傳熱。考慮冷卻介質(zhì)在管路里流動可使鑲件頂端冷卻能力提高成為可能。

為了評估工藝穩(wěn)定性，在虛擬試驗設(shè)計中分析了不同流速（5至25 l/min，以5 l/min為速率）對關(guān)鍵鑄造區(qū)域局部凝固時間的影響。圖14中相應(yīng)的主要效果圖示出了凝固時間隨著流速的增加而呈現(xiàn)非線性減少。對不同流速下冷卻管路中壓力分布的詳細評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，涉及不同流速對關(guān)鍵鑄造區(qū)域局部凝固時間的影響。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估，參見圖15。直觀的概述允許分析和評估所有材料/材料組（例如鑄件、鑄造系統(tǒng)、模具的一部分）在整個工藝周期、各個工藝階段或規(guī)定時間段內(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)定時間段內(nèi)的能量交換

為了經(jīng)濟高效地使用鑄造工藝模擬，需要使用這些選項。對于每個工藝布局階段，模擬應(yīng)“盡可能簡單和詳細”。MAGMASOFT®的自主工程方法支持詳細任務(wù)的系統(tǒng)工作以及可靠技術(shù)解決方案的確定。對于變體或工藝條件的系統(tǒng)分析，建議對模擬模型進行適當(dāng)?shù)暮喕虼只缓笫褂迷敿毮Ｐ万炞C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，實現(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，這是壓鑄機一直追求的目標。因此，即使在計劃階段的早期，對于復(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)量標準之間相關(guān)性的系統(tǒng)知識，而且?guī)缀鯖]有經(jīng)濟或生產(chǎn)風(fēng)險。

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)計穩(wěn)健、經(jīng)濟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是CAE開發(fā)過程的基礎(chǔ)，在該過程中，設(shè)計者和模具鑄造者同時對部件和鑄造工藝進行優(yōu)化。