李實(shí)

前言：
鋁合金高壓壓鑄成形的部件,，具有接近產(chǎn)品設(shè)計的形狀與凈尺寸、良好的外觀和內(nèi)部質(zhì)量能夠滿足設(shè)計強(qiáng)度的要求等特點(diǎn),，并被廣泛的應(yīng)用在汽車,、摩托車、通信,、電器元件,、電動工具、建筑器材和醫(yī)療設(shè)備等部件的產(chǎn)品成形上,。對于所需要成形的部件,，澆道與澆口的設(shè)計尤其重要。因為設(shè)計的是否得當(dāng)直接影響產(chǎn)品的成形結(jié)果與產(chǎn)品的內(nèi)部質(zhì)量,。上海博優(yōu)模具材料有限公司與澳洲聯(lián)邦科學(xué)工業(yè)研究院（CSIRO）的穆雷博士在澆道澆口的設(shè)計上有著較為廣泛的交流,。穆雷博士長年為北美壓鑄學(xué)會會員（企業(yè)）進(jìn)行壓鑄澆道澆口的設(shè)計培訓(xùn)工作。現(xiàn)在就澆道澆口的設(shè)計原理以及常見的問題進(jìn)行簡單的探討,。
1． 澆道的考慮：
液態(tài)的鋁合金（這里簡稱“鋁液”）用取料勺取料后,，倒入壓射室內(nèi)。鋁液的溫度一般在650-680℃之間,。其后,，鋁液在沖頭的推動下先慢后快的流經(jīng)設(shè)計好的澆道，有方向地被沖頭快速推射到模具的內(nèi)澆口,。最終,，鋁液以噴射的方式瞬間填滿模具整個型腔。
澆道的設(shè)計一般采用壓縮方式,。即：從料餅處開始,，每一個分支的截面積要逐步減小。這里,，需要仔細(xì)的考量澆道的設(shè)計是否合理,。澆道的轉(zhuǎn)彎不可以是直角，因為鋁合金液體在急速轉(zhuǎn)彎處會形成渦流并且卷入氣體,。使得最終成形的鑄件內(nèi)部有氣孔存在,。國外（北美）的相關(guān)資料具體定義：澆道的轉(zhuǎn)角R，其角度半徑應(yīng)當(dāng)是澆道寬度的兩倍以上,。并且,，轉(zhuǎn)彎后的澆道橫截面積比澆道轉(zhuǎn)彎前的橫截面積需要縮小至少10%，這樣才能保證整個澆道系統(tǒng)處于壓縮狀態(tài),。
實(shí)際應(yīng)用中,，常見的澆道設(shè)計錯誤是澆道在不同的轉(zhuǎn)彎處出現(xiàn)體積膨脹（截面積擴(kuò)大）,，使得空氣隨著鋁液一起進(jìn)入模具型腔，導(dǎo)致鋁合金鑄件內(nèi)部有氣孔甚至孔洞的存在,。而且,，氣孔的具體位置不確定。 對于沖頭射速的慢速壓射的控制,，以及慢,、快射速切換臨界點(diǎn)的計算也很重要。切換點(diǎn)來的太早,，鋁液會在其后的快射時卷入氣體造成鑄件產(chǎn)品有氣孔,。 對于某些應(yīng)用（如汽車部件），鑄件的氣孔率應(yīng)當(dāng)?shù)陀谝欢ǖ南薅?，以保證鑄件在其后的氣密性測試中能夠滿足一定的壓力測試標(biāo)準(zhǔn),。
2． 內(nèi)澆口的考慮：
內(nèi)澆口的設(shè)計可以是扇形，直沖楔形,，切線梯形澆口等,。但是無論采用哪類澆口，必須考慮內(nèi)澆口的厚度,。一般,，內(nèi)澆口的厚度是鑄件平均壁厚的一半。但是,，對于采用鋁合金壓鑄技術(shù)的汽車零件,，國外（北美）的設(shè)計指標(biāo)是內(nèi)澆口的厚度要大于1毫米，應(yīng)當(dāng)比鑄件的壁厚平均厚度小60%,。一般應(yīng)當(dāng)不大于3.5毫米,。這里，需要牢記的是：高壓壓鑄是鋁液在澆口處被噴射到模具型腔內(nèi),。一定要以霧化態(tài)噴射入模具型腔,，在瞬間把型腔中的氣體排出，并讓鋁液填充整個型腔,，并非緩慢流入型腔,。
對于內(nèi)澆口的總橫截面積的考慮，需要應(yīng)用流體力學(xué)的知識進(jìn)行些簡單的計算,，鋁合金從料筒打入模具型腔的過程應(yīng)當(dāng)遵循如下的公式：S1*V1=S2*V2
式中：
S1：料筒的橫截面積
V1：沖頭的速度
S2：內(nèi)澆口的橫截面積
V2：內(nèi)澆口的速度
以沖頭的直徑為70毫米為例，此時沖頭的橫截面積是：3848平方毫米,。如果沖頭快速的把鋁液打入模具型腔的速度是3米每秒,，那么當(dāng)將鋁液瞬間通過內(nèi)澆口的速度設(shè)定在35米每秒時，模具的內(nèi)澆口橫截面積應(yīng)當(dāng)是：330平方毫米,。此時,，鋁液在模具型腔的填充流量是：11500立方厘米每秒,。對于例如1365克的產(chǎn)品，其體積是525立方厘米,，那么填充的時間是：46毫秒

3. 模具型腔充填時間的考量：
對于充填時間應(yīng)當(dāng)有良好的控制,。鑄件體積越大（重量大時），充填的時間應(yīng)當(dāng)延長并且可以參考如下的圖示1 充填時間與鑄件體積的大致關(guān)系曲線,。

典型的部件有手掌大小的產(chǎn)品,，充填時間大約是20毫秒。鑄件重量在1－3公斤時,，充填時間選在40毫秒,；3－5公斤重時，選在60毫秒,；6－10公斤重時,，選在80毫秒。
對于固定的部件體積,，如果填充時間過短意味著內(nèi)澆口噴射速度的提升,。另外，根據(jù)伯奴利（Bernoulli’s equation）方程,，流體的壓力與流體的速度平方成正比,。隨著鋁液壓力的上升，相應(yīng)的模具內(nèi)澆口的噴射速度也隨之增加,。通常認(rèn)為由于內(nèi)澆口噴射的速度增加過快,，會導(dǎo)致模具產(chǎn)生早期的沖蝕現(xiàn)象。