一副压铸模的开发成功，是一系列细致的分析与计算设计的结果。在设计中需要考虑零件的技术要求、设备条件、结构工艺性、模具结构等，有时还需要模拟分析。现在以一个电子壳体零件的压铸解决方案为例进行分析。

      １　零件的技术要求和设备条件

      图１是一个电子零件的壳体结构件，材料为Ａ３８０铝合金［１］，外形尺寸为２４０ｍｍ×１６６ｍｍ×１３０ｍｍ，要求组织致密，表面完整，并满足气密性要求。压铸设备为ＷＯＴＡＮ７００，其额定锁模力为７０００ｋＮ；其最大料缸直径为８０ｍｍ，拉杠间距为７５０ｍｍ，最大模厚为９００ｍｍ；设备有一个液压抽芯装置。

      ２　结构工艺分析

      该零件形状复杂，台阶多，５个面有腔体结构，一个面有散热筋，壁厚不均匀，最大壁厚为１２ｍｍ，最小壁厚为２．５ｍｍ，平均壁厚为３．２ｍｍ。零件的压铸填充过程遵循主干型腔填充原则，即应遵循主干型腔的填充———优质填充区满足７０％的要求；非主干型腔的填充———金属液互相冲击区约为３０％［２］。

图１ａ为原壳体零件，从任何一个方向选择浇注系统，优质填充区域不超过５０％，其中有一个面将全部是金属液冲击区。这种结构不具备压铸工艺性，需要进行结构更改。经过结构分析，将图１壳体箭头１所指位置的盖揭开，变成图１ｂ箭头４所指的无盖位置，基本达到了主干型填充原则要求。

      ３　锁模力的计算

      在压铸过程中，铝合金液在分型面投影面积上的反压力Ｐ反要小于压铸机的额定锁模力，即：Ｐ反≤Ｐ锁·ｋ （１）Ｐ反＝ΣＦ·ｐ×０．１ （２）式中，ΣＦ 为铸件在分型面上的总投影面积，ｃｍ２；ｐ 为压射比压，ＭＰａ；Ｐ锁为压铸机额定锁模力，ｋＮ；ｋ 为许用安全系数，对于铝合金，ｋ＝０．８。计算得到零件的总投影面积为６９０ｃｍ２，气密件一般选用比压为７０ＭＰａ，代入式（２）得Ｐ反＝４　８３０ｋＮ；而ＷＯＴＡＮ７００压铸机的额定锁模力Ｐ锁＝７　０００ｋＮ，代入式（１）得Ｐ反≤Ｐ锁·ｋ≤５　６００ｋＮ，满足模具要求。

      ４　浇注位置的选择

      浇注位置的选择应符合金属液填充流线原则，即内浇道与压铸件主干型腔所属范围内的任意部位可通达的金属流线的应是最短的；内浇道压出的金属液的流动方向应基本一致，并沿着主干型腔型面的方向扩展填充［３］。按照金属液填充流线原则，浇注系统设计见图２，以保证金属流线最短，同时为了保证金属液沿主干型腔型面的方向顺利填充，在图２中箭头所指位置增加了３处导流筋。

      ５　浇注系统计算

      ５．１　内浇口截面积的计算

      根据Ｗ．Ｄａｖｏｋ经验公式：Ａｇ ＝０．４８５　Ｖ （３）在壁厚为２．４～３．２ｍｍ时有一定的适应性。根据Ｇ．Ｌｉｅｂｙ经验公式：Ａｇ ＝５　０００　Ｖ／（Ｖ ＋１０　０００） （４）在壁厚为３～５ｍｍ时有一定的适应性。式中，Ａｇ为内浇口截面积，ｍｍ２；Ｖ 为零件体积，ｃｍ３。使用Ｐｒｏ／Ｅ三维分析可得到零件体积Ｖ ＝７９０ｃｍ３，用式（３）计算得Ａｇ＝３８３ｍｍ２，用式（４）计算得Ａｇ＝３６６ｍｍ２，设计时，取两者中间值Ａｇ＝３７０ｍｍ２。根据零件的平均壁厚为３．２ｍｍ，取内浇口的厚度为ｂ＝２ｍｍ，内浇口长度Ｌ＝Ａｇ／ｂ＝１８５ｍｍ。

      ５．２　料缸的选择

      ５．２．１　料缸截面验证

      按连续性原理，流体流过某一限定部位，在一段时间内流体连续地充满这个部位，因此在这个时间内流入、流出的流量Ｑ 是相等的。

      Ｑ ＝Ｖｇ·Ａｇ ＝Ｖｐ·Ａｐ

      Ｖｇ ＝Ｖｐ·Ａｐ／Ａｇ （５）

      式中，Ｖｇ为充填速度；Ｖｐ为射料杆压射速度；Ａｐ为料缸截面积。

      射料杆压射速度Ｖｐ一般以１．５～２．５ｍ／ｓ比较合适，设计时选择Ｖｐ＝２．４ｍ／ｓ，料缸直径为８０ｍｍ 时，Ａｐ＝５　０２４ｍｍ２，代入式（５）得Ｖｇ＝３２．５ｍ／ｓ，符合一般经验填充速度为３０～５０ｍ／ｓ的要求。

      ５．２．２　充满度验证

      料缸直径为８０ｍｍ时，料缸能容纳金属液的最大总质量为５．８ｋｇ，而带浇注系统的零件总质量为３．５ｋｇ，充满度为３．５／５．８＝５１．７％，符合充满度３０％～７５％的要求。所以选择型号为ＷＯＴＡＮ７００压铸机、直径为８０ｍｍ的料缸符合设计需求。

      ６　模具总装简图的设计 

      由于该零件复杂，外形偏大，需要４ 个滑块抽芯———两个液压油缸抽芯和两个斜拉杆抽芯。图３是模具总装简图。

      图４为充填型腔不同步的情况，其中模具外形尺寸为８３０ｍｍ×７５０ｍｍ×７００ｍｍ，偏心距为２００ｍｍ。而７０００ｋＮ压铸机拉杠间距为７５０ｍｍ，最大模厚为９００ｍｍ，模具不能直接装入压铸机。通过计算，将模架切去下面两个角，并将模具动模和定模分开来安装，可以将模具装入压铸机。

      压铸机只有一个液压抽芯装置，通过三通结构，可用一个液压抽芯装置带动两个液压缸，直径分别是１５０ｍｍ 和１２５ｍｍ。合模时推杆与滑块会有干涉，设计先回程机构可以有效解决这个问题。

      ７　模拟试验

      考虑到该壳体零件结构工艺的复杂性，为慎重起见，进行了压铸仿真模拟试验，将压射杆射速设定为２．４ｍ／ｓ，浇注温度设定为６５０℃，快压射的切入点选择为４支横浇道全部充满时，零件收缩率为０．６％，划分网格数为３　５００万，模拟时间为５．５ｈ。试验结果：①４支浇道不能同步填充，中间两支先进入型腔，见图４；②部分区域填充不完整，见图５。

      ８　工艺修

      根据仿真模拟分析的结果，对壳体零件进行了工艺修改：①将４支浇道改为两支，以保证浇道同步填充，见图６；②更改零件局部位置壁厚，减少填充阻力，保证金属液填充流线原则。图１ａ、图１ｂ分别是修改前和修改后的壳体，将箭头２、３所指的壁厚２．５ｍｍ分别改为箭头５、６所指的３．５ｍｍ及４．５ｍｍ。其中箭头所指的修改壁厚不影响使用结构，箭头所指的修改壁厚则可以通过铣削加工去除。