一副壓鑄模的開發成功，是一系列細致的分析與計算設計的結果。在設計中需要考慮零件的技術要求、設備條件、結構工藝性、模具結構等，有時還需要模擬分析。現在以一個電子殼體零件的壓鑄解決方案為例進行分析。
１ 零件的技術要求和設備條件
圖１是一個電子零件的殼體結構件，材料為Ａ３８０鋁合金［１］，外形尺寸為２４０ｍｍ×１６６ｍｍ×１３０ｍｍ，要求組織致密，表面完整，并滿足氣密性要求。壓鑄設備為ＷＯＴＡＮ７００，其額定鎖模力為７０００ｋＮ；其最大料缸直徑為８０ｍｍ，拉杠間距為７５０ｍｍ，最大模厚為９００ｍｍ；設備有一個液壓抽芯裝置。
２ 結構工藝分析
該零件形狀復雜，臺階多，５個面有腔體結構，一個面有散熱筋，壁厚不均勻，最大壁厚為１２ｍｍ，最小壁厚為２．５ｍｍ，平均壁厚為３．２ｍｍ。零件的壓鑄填充過程遵循主干型腔填充原則，即應遵循主干型腔的填充———優質填充區滿足７０％的要求；非主干型腔的填充———金屬液互相沖擊區約為３０％［２］。
圖１ａ為原殼體零件，從任何一個方向選擇澆注系統，優質填充區域不超過５０％，其中有一個面將全部是金屬液沖擊區。這種結構不具備壓鑄工藝性，需要進行結構更改。經過結構分析，將圖１殼體箭頭１所指位置的蓋揭開，變成圖１ｂ箭頭４所指的無蓋位置，基本達到了主干型填充原則要求。
３ 鎖模力的計算
在壓鑄過程中，鋁合金液在分型面投影面積上的反壓力Ｐ反要小于壓鑄機的額定鎖模力，即：Ｐ反≤Ｐ鎖·ｋ （１）Ｐ反＝ΣＦ·ｐ×０．１ （２）式中，ΣＦ 為鑄件在分型面上的總投影面積，ｃｍ２；ｐ 為壓射比壓，ＭＰａ；Ｐ鎖為壓鑄機額定鎖模力，ｋＮ；ｋ 為許用安全系數，對于鋁合金，ｋ＝０．８。計算得到零件的總投影面積為６９０ｃｍ２，氣密件一般選用比壓為７０ＭＰａ，代入式（２）得Ｐ反＝４ ８３０ｋＮ；而ＷＯＴＡＮ７００壓鑄機的額定鎖模力Ｐ鎖＝７ ０００ｋＮ，代入式（１）得Ｐ反≤Ｐ鎖·ｋ≤５ ６００ｋＮ，滿足模具要求。
４ 澆注位置的選擇
澆注位置的選擇應符合金屬液填充流線原則，即內澆道與壓鑄件主干型腔所屬范圍內的任意部位可通達的金屬流線的應是最短的；內澆道壓出的金屬液的流動方向應基本一致，并沿著主干型腔型面的方向擴展填充［３］。按照金屬液填充流線原則，澆注系統設計見圖２，以保證金屬流線最短，同時為了保證金屬液沿主干型腔型面的方向順利填充，在圖２中箭頭所指位置增加了３處導流筋。
５ 澆注系統計算
５．１ 內澆口截面積的計算
根據Ｗ．Ｄａｖｏｋ經驗公式：Ａｇ ＝０．４８５ Ｖ （３）在壁厚為２．４～３．２ｍｍ時有一定的適應性。根據Ｇ．Ｌｉｅｂｙ經驗公式：Ａｇ ＝５ ０００ Ｖ／（Ｖ ＋１０ ０００） （４）在壁厚為３～５ｍｍ時有一定的適應性。式中，Ａｇ為內澆口截面積，ｍｍ２；Ｖ 為零件體積，ｃｍ３。使用Ｐｒｏ／Ｅ三維分析可得到零件體積Ｖ ＝７９０ｃｍ３，用式（３）計算得Ａｇ＝３８３ｍｍ２，用式（４）計算得Ａｇ＝３６６ｍｍ２，設計時，取兩者中間值Ａｇ＝３７０ｍｍ２。根據零件的平均壁厚為３．２ｍｍ，取內澆口的厚度為ｂ＝２ｍｍ，內澆口長度Ｌ＝Ａｇ／ｂ＝１８５ｍｍ。
５．２ 料缸的選擇
５．２．１ 料缸截面驗證
按連續性原理，流體流過某一限定部位，在一段時間內流體連續地充滿這個部位，因此在這個時間內流入、流出的流量Ｑ 是相等的。
Ｑ ＝Ｖｇ·Ａｇ ＝Ｖｐ·Ａｐ
Ｖｇ ＝Ｖｐ·Ａｐ／Ａｇ （５）
式中，Ｖｇ為充填速度；Ｖｐ為射料桿壓射速度；Ａｐ為料缸截面積。
射料桿壓射速度Ｖｐ一般以１．５～２．５ｍ／ｓ比較合適，設計時選擇Ｖｐ＝２．４ｍ／ｓ，料缸直徑為８０ｍｍ 時，Ａｐ＝５ ０２４ｍｍ２，代入式（５）得Ｖｇ＝３２．５ｍ／ｓ，符合一般經驗填充速度為３０～５０ｍ／ｓ的要求。
５．２．２ 充滿度驗證
料缸直徑為８０ｍｍ時，料缸能容納金屬液的最大總質量為５．８ｋｇ，而帶澆注系統的零件總質量為３．５ｋｇ，充滿度為３．５／５．８＝５１．７％，符合充滿度３０％～７５％的要求。所以選擇型號為ＷＯＴＡＮ７００壓鑄機、直徑為８０ｍｍ的料缸符合設計需求。
６ 模具總裝簡圖的設計
由于該零件復雜，外形偏大，需要４ 個滑塊抽芯———兩個液壓油缸抽芯和兩個斜拉桿抽芯。圖３是模具總裝簡圖。
圖４為充填型腔不同步的情況，其中模具外形尺寸為８３０ｍｍ×７５０ｍｍ×７００ｍｍ，偏心距為２００ｍｍ。而７０００ｋＮ壓鑄機拉杠間距為７５０ｍｍ，最大模厚為９００ｍｍ，模具不能直接裝入壓鑄機。通過計算，將模架切去下面兩個角，并將模具動模和定模分開來安裝，可以將模具裝入壓鑄機。
壓鑄機只有一個液壓抽芯裝置，通過三通結構，可用一個液壓抽芯裝置帶動兩個液壓缸，直徑分別是１５０ｍｍ 和１２５ｍｍ。合模時推桿與滑塊會有干涉，設計先回程機構可以有效解決這個問題。
７ 模擬試驗
考慮到該殼體零件結構工藝的復雜性，為慎重起見，進行了壓鑄仿真模擬試驗，將壓射桿射速設定為２．４ｍ／ｓ，澆注溫度設定為６５０℃，快壓射的切入點選擇為４支橫澆道全部充滿時，零件收縮率為０．６％，劃分網格數為３ ５００萬，模擬時間為５．５ｈ。試驗結果：①４支澆道不能同步填充，中間兩支先進入型腔，見圖４；②部分區域填充不完整，見圖５。
８ 工藝修
根據仿真模擬分析的結果，對殼體零件進行了工藝修改：①將４支澆道改為兩支，以保證澆道同步填充，見圖６；②更改零件局部位置壁厚，減少填充阻力，保證金屬液填充流線原則。圖１ａ、圖１ｂ分別是修改前和修改后的殼體，將箭頭２、３所指的壁厚２．５ｍｍ分別改為箭頭５、６所指的３．５ｍｍ及４．５ｍｍ。其中箭頭所指的修改壁厚不影響使用結構，箭頭所指的修改壁厚則可以通過銑削加工去除。
９ 結 語
殼體零件通過以上工藝分析、計算、模擬和修改，試模獲得成功，零件表面完整，內部組織致密，滿足氣密性要求。
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