怎样合理确定压铸内浇口面积？| 智铸超云压铸模拟

在压铸行业做了这么久，经常被同行问道一个问题：“您到底是怎么确定内浇口面积的？”

经了解，一般问这类问题的朋友大都对压铸工艺参数的计算过程会深入关注，他们不仅想知道压铸工艺参数是如何计算出来的，更想了解参数背后的实质。

01 常见的内浇口面积计算公式

之所以会提出这个问题，原因一般是内浇口面积计算公式版本较多，可以根据金属液所需的充填速度和预估的型腔填充时间来计算，也可以按简单的经验公式，根据注入型腔的总金属量来计算出面积。

比较常见的计算方法有如下2个：

一、流量计算法

使用上面的公式需要有3张表配合，分别是：

表1、液态金属密度值

表2、充填速度推荐表

表3、充填时间推荐表

尽管有了这3张表格，在实际使用时还是免不了会有些模糊，因为表中推荐的数值都是一些范围值（如内浇口充填速度，型腔充填时间）和一些具体的值（如铸件壁厚）。

二、经验公式法：

虽然使用上面这个公式只需一个变量（即充填型腔的金属重量），但是前面的系数范围也有点让人摸不着头脑。书本作者建议从3倍开始计算，这样会产生的问题是，假若3倍计算结果不理想，后期还得考虑修改模具。即便通过以上的方法得出了内浇口面积，还需考虑后面的问题：内浇口厚度，宽度，长度及内浇口的形式。这些困惑足以让很多年轻的设计者头大。

02 一个成功率更高的内浇口计算方法

那么现在就以上问题提出一种合理确定内浇口面积及形式的方法，该方法经实践证明有效率是最高的。接下来介绍该方法的具体步骤：

首先，收集整理曾经成功生产过的铸件信息，包括压铸工艺参数（铸件重量，内浇口速度，充填时间等），形成自己熟悉的数据库。

表4、笔者积累整理的压铸工艺参数数据库示例

然后使用压铸PQ图，将以上数据库数据代入相关PQ计算公式中，可以得出具体的内浇口面积，充填时间，内浇口速度，如图1。

图1、压铸PQ图

表5、支持得出该PQ图的参数

最后，按照上述方法得到内浇口面积后，设计完成完整的浇注系统，将该浇注系统导入“智铸超云”压铸模拟软件进行压铸过程仿真计算，根据仿真结果验证前面计算的内浇口面积的合理性。

03 通过实例完成一次计算

产品信息

产品：电气部件

图2、电气部件成品图

材料：铜合金

产品重量(铸件)：3332g

总浇注量：9343g

铸件最大厚度：23mm

铸件最小厚度：7.5mm

质量要求：外观质量高，铸件内部无裂纹、杂质，内部不允许有大于2mm的孔洞。

压铸机：布勒660t

对于这个铸件浇注系统的设计，首先收集之前类似规格产品成功压铸的工艺参数信息，如下表：

表6、类似产品的工艺参数

将以上相关参数带入PQ图表，得到如下图示工作点（18.89L/s，49.77MPa）。对应的内浇口面积为446.44mm²，内浇口速度为42.33m/s，充填时间为0.046s，如图3。

图3、PQ图及“工作点”参数

以上PQ图中工作点的确定是由计算机根据输入的参数(类似产品经验值)完成的最终计算，目的是要和准备使用的压铸设备进行能力匹配，以便更合理地向压铸设备输入工艺参数。

最后，参照PQ图计算的（内浇口面积）结果，完成内浇口位置分布，如图4。

图4、设计完成的浇注系统及材料设置

注意：在设计浇注系统时需要把前面计算出的内浇口总面积进行再分配，目的是让金属液平稳地充填型腔。

至于分配的结果如何，则需将设计完成的浇注系统导入“智铸超云”进行模拟验证，通过仿真结果来进一步确定计算过程的合理性。

在内浇口处设置“传感器”，以便监测合金流速和温度，如图5所示：

图5、内浇口处传感器设置

本次模拟计算主要监测流速，根据传感器的监测值（图6），本次充填过程模拟中，工作点高速充填平均速度范围为（38.8-42.2）m/s，换算流量范围为（18.78-19.07）L/s。

图6、传感器检测速度值

可以观察到“智铸超云”传感器监测的流量数值和PQ理论计算值基本吻合。

然而，在理论计算中，工作点的压力和流量分别对应PQ图表的Y轴和X轴坐标点，具体根据下面的方程组计算得到：

式中：

定义为PQ图表中的Y值， 定义为PQ图表中的X值，对以上方程组求解，可以得到2个值，分别为方程组分别对应的两条曲线的交点，我们只取落在第一象限的正值，该值即为工作点的流量和压力。

为了更好求出合理的 值，在计算过程中要不断调整 值和 值，每次调整都会得到由 值和 值组成一个具体的点，再判断这个点是不是落在类似产品数据库中的范围之内，从而得到一个合理的 值。如果该点的坐标值在这个范围中，则在后期的实际生产中，压力和流量的变化情况对铸件质量的影响会小很多，换言之，根据PQ图计算得到的内浇口面积与其他参数组成的模具浇注系统可以和PQ图所选择的压铸设备很好地匹配。

04 总结

至此，关于内浇口面积确定的方法可以总结出以下关键点：

1.日常设计工作中，养成定期收集整理生产过程中的工艺参数调整及优化情况的习惯，形成自己的工艺数据库；

2.熟练掌握压铸模拟软件使用技能，对没有把握的浇注系统设计方案进行压铸模拟仿真，可以提前预知可能出现的压铸缺陷；

3.最终确定的内浇口面积值可以在负方向留有余量，以便在遇到临时情况时，比如后期试模过程中仍需要增加内浇口面积的情形，这时就可以直接扩大内浇口面积，而不用将模具进行补焊。

以下是采用“智铸超云”压铸模拟软件做的浇口充填速度分析：

可以看出，浇口速度值基本和PQ图表计算值一致。

图7、内浇口高速充填开始

表7、高低速充填时间

图8、充填时间