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李实
前言：
铝合金高压压铸成形的部件，具有接近产品设计的形状与净尺寸、良好的外观和内部质量能够满足设计强度的要求等特点，并被广泛的应用在汽车、摩托车、通信、电器元件、电动工具、建筑器材和医疗设备等部件的产品成形上。对于所需要成形的部件，浇道与浇口的设计尤其重要。因为设计的是否得当直接影响产品的成形结果与产品的内部质量。上海博优模具材料有限公司与澳洲联邦科学工业研究院（CSIRO）的穆雷博士在浇道浇口的设计上有着较为广泛的交流。穆雷博士长年为北美压铸学会会员（企业）进行压铸浇道浇口的设计培训工作。现在就浇道浇口的设计原理以及常见的问题进行简单的探讨。
1． 浇道的考虑：
液态的铝合金（这里简称“铝液”）用取料勺取料后，倒入压射室内。铝液的温度一般在650-680℃之间。其后，铝液在冲头的推动下先慢后快的流经设计好的浇道，有方向地被冲头快速推射到模具的内浇口。最终，铝液以喷射的方式瞬间填满模具整个型腔。
浇道的设计一般采用压缩方式。即：从料饼处开始，每一个分支的截面积要逐步减小。这里，需要仔细的考量浇道的设计是否合理。浇道的转弯不可以是直角，因为铝合金液体在急速转弯处会形成涡流并且卷入气体。使得最终成形的铸件内部有气孔存在。国外（北美）的相关资料具体定义：浇道的转角R，其角度半径应当是浇道宽度的两倍以上。并且，转弯后的浇道横截面积比浇道转弯前的横截面积需要缩小至少10%，这样才能保证整个浇道系统处于压缩状态。
实际应用中，常见的浇道设计错误是浇道在不同的转弯处出现体积膨胀（截面积扩大），使得空气随着铝液一起进入模具型腔，导致铝合金铸件内部有气孔甚至孔洞的存在。而且，气孔的具体位置不确定。 对于冲头射速的慢速压射的控制，以及慢、快射速切换临界点的计算也很重要。切换点来的太早，铝液会在其后的快射时卷入气体造成铸件产品有气孔。 对于某些应用（如汽车部件），铸件的气孔率应当低于一定的限度，以保证铸件在其后的气密性测试中能够满足一定的压力测试标准。
2． 内浇口的考虑：
内浇口的设计可以是扇形，直冲楔形，切线梯形浇口等。但是无论采用哪类浇口，必须考虑内浇口的厚度。一般，内浇口的厚度是铸件平均壁厚的一半。但是，对于采用铝合金压铸技术的汽车零件，国外（北美）的设计指标是内浇口的厚度要大于1毫米，应当比铸件的壁厚平均厚度小60%。一般应当不大于3.5毫米。这里，需要牢记的是：高压压铸是铝液在浇口处被喷射到模具型腔内。一定要以雾化态喷射入模具型腔，在瞬间把型腔中的气体排出，并让铝液填充整个型腔，并非缓慢流入型腔。
对于内浇口的总横截面积的考虑，需要应用流体力学的知识进行些简单的计算，铝合金从料筒打入模具型腔的过程应当遵循如下的公式：S1*V1=S2*V2
式中：
S1：料筒的横截面积
V1：冲头的速度
S2：内浇口的横截面积
V2：内浇口的速度
以冲头的直径为70毫米为例，此时冲头的横截面积是：3848平方毫米。如果冲头快速的把铝液打入模具型腔的速度是3米每秒，那么当将铝液瞬间通过内浇口的速度设定在35米每秒时，模具的内浇口横截面积应当是：330平方毫米。此时，铝液在模具型腔的填充流量是：11500立方厘米每秒。对于例如1365克的产品，其体积是525立方厘米，那么填充的时间是：46毫秒
3. 模具型腔充填时间的考量：
对于充填时间应当有良好的控制。铸件体积越大（重量大时），充填的时间应当延长并且可以参考如下的图示1 充填时间与铸件体积的大致关系曲线。
典型的部件有手掌大小的产品，充填时间大约是20毫秒。铸件重量在1－3公斤时，充填时间选在40毫秒；3－5公斤重时，选在60毫秒；6－10公斤重时，选在80毫秒。
对于固定的部件体积，如果填充时间过短意味着内浇口喷射速度的提升。另外，根据伯奴利（Bernoulli’s equation）方程，流体的压力与流体的速度平方成正比。随着铝液压力的上升，相应的模具内浇口的喷射速度也随之增加。通常认为由于内浇口喷射的速度增加过快，会导致模具产生早期的冲蚀现象。
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