文/龚远华、李小华

摘要：本文分析了压力铸造填充过程中的“三场”（压力场、速度场、温度场）在压铸件充填成型过程中的作用和状态。如何来利用和控制好这“三场”，以达到提高压铸件的质量；提高压铸件的生产率；节约成本的作用。同时“三场”也指导着压铸工艺的调整；模具浇注系统的设计；模温热平衡的控制；以及对模温机及压铸机的某些性能，提出了改进的意见。

“三场”注释：
压力场——主要是指压射增压时模具型腔中压力分布状态；
速度场——主要是指合金液对型腔填充过程中各处填充速度快慢； 
温度场——主要是指在生产中模具型腔中各处模温的分布状态。

关键词：“三场”、压力场、温度场、速度场、填充速度、填充时间、压力、模温、速度、热平衡。

近些年来压力铸造在中国得到了迅猛的发展，技术上不断的得到更新，理论上也不断得到提高，趋于不断成熟的阶段。从上世纪八十年代起压铸界就很关注压力铸造中填充时间的研究，认为每一个铸件在压力铸造的过程中都有一个最佳的填充时间。铸件填充时间确实是比较笼统的概括了铸件成型的参数，它是填充过程中各个工艺参数之间互补偿的综合反应。虽然对它进行了很多的研究，一般的生产厂家的控制手段有限，铸件填充时间仍是是一个较为抽象的不便于啄摩和控制的概念。只有把对填充时间最有影响力的压力、温度、速度三个要素中去具体化，以寻求一个便于调整和控制的具体化的途径。本文把该三要素称为“三场”，若对它的研究不断完善，将指导着压力铸造技术的进一步发展。填充过程中的压力场、速度场、温度场的分布，对填充过程起到了至关重要的作用。它不仅对压铸件的质量、生产效率、减少主材和辅材的消耗带来极大的作用。而且它指导着如何对压铸工艺参数的合理调整；如何对浇、排系统进行改进来满足填充过程中的要求；如何对模具热平衡的调整以及对压铸机、模温机的性能改进，来满足压铸生产工艺要求都提出了新的课题。下述就压力铸造中的三要素—“三场”进行一些必要分析：

一、压力场分布分析：

理论上讲，如果将合金液视为理想的流体，在充满的密闭空间中，液压压力传递到各处是均衡的。也就是说在压力铸造填充结束的时间，型腔中合金液所承受的增压压力（比压）各处也应是均衡的。但在压力铸造填充完成后（甚至填充过程中）合金液往往处于非完全液态情况，在增压压力作用下，在型腔内部微量的剪切流动而产生填充阻力，该阻力在随合金液非完全液态（结晶过程）程度的不同，这种阻力是有着很大差异的。因而合金液在填充型腔的结束时在不同位置所承受的增压压力也就是不相同的。也就是说在型腔内增压力的变化是随填充阻力的变化而变化的，就最终（增压后）压力在型腔内的各个区域，或不同的点的大小是不同的，甚至差异很大。合金液在凝固过程中受模温的影响以及铸件结构上的差异，随着离内浇口的距离的增大，能传递到的增压力也是会越来越小。如果压铸机增压时间不及时，就会使铸件很大的一部份受不到最终增压压力的作用了，因为合金液已经凝固，而不能再起到传递增压压力的作用了。而最后的增压力只能传递到内浇口附近的型腔和横浇道上，造成的结果是，铸件的致密度从内浇口到远端逐步下降。这就给压铸工艺工作者提出：如何调整好压力（尤其是增压力），如何合理利用好压力的课题。由此看来并非压力越大铸件质量越好。不合理的，过大的增压压力对模具浇口附近型腔、横浇道及压室都会带来很大的破坏性，模具的寿命也就随之下降。为此对压铸机要求来说，应在“负荷”下工作时的增压“建压时间”长短，来作为衡量压铸机性能的指标，才更有意义。另一方面有效的控制好模具温度，确保模具型腔各部分之间具有好的热平衡条件，这样才有利于压力场的调整。调整好压力场的分布，才是提高铸件质量；提高压铸件的生产率；和降低主材和辅材的消耗（即降低铸件低成本）；提高模具寿命的关键所在。

二、速度场分布分析：

合金液在对型腔的填充过程中，对填充速度有影响的环节为：冲头的前进速度；横浇道截面积与内浇口截面积比例变化造成的速度变化；内浇口截面积与填充区域容积变化造成的填充速度变化。理论上我们希望合金液在不同的流路上，以不同的型腔填充速度按其理想的流向同时达所要求的位置，以获得优质的铸件。填充型腔速度在型腔中各处是不均衡的，要分析这种不均衡的填充状态是否有利于型腔填充。假若这种不均衡的状态不利于型腔填充，如何把这种不均衡状态调整为我们所需要的不均衡状态，人为的来控制好这种状态，让这种状态在方向上、速度上是我们所要求的。同时最大限度地避免合金液在填充过程中形成涡流的产生，这样才有利于排气、排渣，把型腔中的气体最大限度地排出型腔外。即是有残留在型腔中的气体也只能成弥散状态出现，而不能集中出现而形成气孔。要让合金液在对型腔填充过程中尽可能地同时流向模具型腔的最边缘，而且在型腔中最大可能避免有迂回现象产生。在集渣包之间有连通的情况下，金属流也不能在集渣包中有回流和堵气现象。在此要求下对型腔的填充速在型腔不同部位应该是有快有慢的，故要以人为的加以控制。要达到合金液在填充过程中同时流向模具型腔的最边缘目的，必然流路有长有短，用控制好内浇口处流量的大小来解决。控制好金属液在内浇口处导流方向，以免过早封闭分型面，不利于排气，同时最大限度地减少涡流的出现，这给模具浇注系统提出了特定的要求：要求在不同的型腔部位要有相应的流量控制，不要因各处流量不协调而在型腔内部产生涡流，同时也要与合理的导流方向相结合，才能调整好填充型腔的速度场。

三、温度场分布分析：

压铸生产时，对温度而言，所关注的是浇注温度和模具型腔的表面温度。浇注温度的高低，从压铸工艺上讲，视合金材质的性能（流动性）以及铸件自身的结构来选取的。对模具型腔的表面温度的要求来说，从压铸工艺上讲，对薄壁压铸件和结构复杂的铸件相对要求高一些，对厚壁压铸件和结构简单的铸件相对要求低一些。这里所分析的温度场就是模具型腔表面温度的分布。在模具设计和压铸生产时都希望模具型腔中的模温分布是比较均衡的，有利于合金液对型腔填充成型。不要因模温过低，过多降低合金液的流动性（或过早开始结晶）造成压铸缺陷的产生。实际中模温往往是达不到完全均衡状态的，甚至温差极大。模温的高低直接影响到合金液在型腔中的流动性，从而影响填充的完好性。在通常的情况下，模温的高低随离内浇口的距离大小而变化的，距离越大模温越低。需要的是离浇口远端、近端之间的模温温差越小越好。但最高和最低模温必须控制在压铸工艺要求的范围内，才有利于合金液在填充过程中铸件成型。故在模具设计上就必须考模具升温和冷却的装置。在当前的一些压铸企业中，一般采用水冷却的居多，采升温的较少。水冷通常采用水道式和点冷两种方式进行，这两种方式都必须要求冷却点分布合理。同时在每一个冷却点上冷却水量的调节也是很重要的。一些模具制造厂家，在每一个冷却水的进水营上安装了截止伐，便于调节冷却水量，以力求达到型腔中各个区域（包括活动型芯部分）模温温差最小，此种措施是有局限性的，增加了工艺控制上的繁锁，最好的办法还是采用模温机控制模温。模温机它是用一种加温的介质在模温机和模具之间循环，按工艺设定的介质的温度，模具成型部位高于介质温度的热量被介质带走，起降低模温的作用。模温低于介质温度的区域，介质释放热量起提高模温作用，以此来达到保持模温的热平衡条件。对当前的模温机，原理是合理的，但还需要进一步的改进，适应各种模具结构的要求。

从前述对填充过程中“三场”分析来看，“三场”之间的关系也是相辅相存的。如温度场的分布合理与否，直接影响到速度扬和压力扬的分布。从分析中看出“三场”在填充过程中的重要性。要提高压铸件的质量、生产率和降低消耗，必须在研究“三扬”上狠下功夫。“三场”对压铸工艺、模具浇注系统设计、压铸机、模温机都提出了新的要求。同时也指出它们改进的方向。模具的浇铸系统必须适应速度场变化的要求，调整好内浇口不同部位的流量和导流方向，让它有利于排气、有利于顺序填充、有利于增压压力的传递。如当前采的树枝状浇道（也有的称为小浇道等） ；非等厚内浇口，以及合金液导流角度的考究，都是改善型腔填充速度的有效措施。对于温度场的控制来讲，必须改变那种压铸生产中模具不加温、不冷却或单纯冷却这种落后状态。对于生产中的模具要有冷却装置，也必须有提高模温的措施。对当前的模温机来讲是模具温度场控制的好设备。但就其结构和功能来讲，还需要进一步满足工艺的要求。如介质流道装卸方便；要适应当前点式冷却结构的模具、有抽芯滑块的、结构较为复杂的模具。建议开发多点控制的模温机或作成多模具集中控制的模温机。从压力场分布的情况分析，对当前国内所使的各和压铸机，性能（建压时间）差异极大，在很多企业的压铸生产中，增压压力少部分传进型腔，起不到增压的作用，所以对压铸机压射性能来讲必须要求在负荷状下“建压时间”短；在压铸的工艺上必须摩清无用的增压压力峰值部分，去掉无用的峰值压力。对当前国产压铸机的要求来讲，必须要求压射速度（快压射速度）的稳定性；调节的灵活性；增压的及时性，才能满足“三场”的要求。对于有一些压铸机为了提高快压射速度而减小压射缸径，来达到压射速度高的性能指标。但如果靠减小压射缸径来达高的压射速度，这个速度在负荷的作用下必将大幅度地衰减，低速填充时，低速稳定性极差，达不到在填充过程中有一个稳定的速度场和压力场的要求，起不到应有的效果，对铸件的质量、生产率都带来极大影响。我们要的是负荷下的速度和压力的稳定性。

对于压铸工艺工作者，对每一个铸件都要认真研究它“三场”的分布状况，作相应的调整，以达到最佳的填充效果，以达到提高铸件质量、提高生产率、降低消耗的目的。

后话：为了充实文章的适用性，还需对压力场、速度场等引入一定的实例进一步的分析和阐述。同时也希望压铸界的同行，一起来对“三场”进行探索。对我们要求什么样的压铸机和模温机提出讨论。

此文是压力铸造填充过程中的一些基本的理论性文章。只要对这“三场”分析得越透，利用得越好，就会对压力铸造模具的浇注系统的设计和压铸工艺的调整起到指导的作用，对压铸企业也会直接带来的是经济效益的提高。