液體金屬充填壓鑄模型腔的過程是一個非常復(fù)雜的過程，它涉及流體動力學(xué)和熱力學(xué)的一些理論問題，并與許多因素有關(guān)，如液體金屬的黏度、表面張力、密度及結(jié)晶溫度范圍；鋁合金壓鑄件的形狀、內(nèi)澆道形狀及位置、壓鑄件與內(nèi)澆道兩者截面積之比；壓射比壓及充填速度，以及壓鑄過程的熱參數(shù)等。為了探明壓鑄時液體金屬充填壓鑄模型腔的真實情況，長期以來人們進(jìn)行了一系列的試驗研究工作，提出了各種充填理論，但這些論點都是在特定的試驗條件下得到的，有一定局限性，要求人們在應(yīng)用中具體情況具體分析，使充填理論進(jìn)一步完善和深化。現(xiàn)將三種較為典型的液態(tài)金屬充填理論簡述

 

鋁合金壓鑄噴射充填的理論

鋁合金壓鑄噴射充填的理論是由弗羅梅爾（ Frommer ）于1932年根據(jù)鋅合金壓鑄的實際經(jīng)驗并通過大量試驗而提出的。弗羅梅爾以理想的液體流動為基礎(chǔ)進(jìn)行分析，認(rèn)為液態(tài)金屬的充填過程是遵循流體力學(xué)定律，并且有摩擦和渦流現(xiàn)象。通過實驗認(rèn)為，熔融金屬從內(nèi)澆口進(jìn)人型腔時，以內(nèi)澆口截面的形狀射向遠(yuǎn)離澆口的對面型壁，撞擊后，部分金屬聚積并產(chǎn)生噴濺的金屬紊亂地與后來的主流匯合，渦流，另一部分金屬則向所有方向噴濺，并沿型壁返回流動，金屬積聚所產(chǎn)生的反壓力使由于型壁的摩擦，沿型壁流動的金屬逐漸被積聚的金屬趕上而合在一起，其后便向澆口方向流回。型腔中的氣體是在內(nèi)澆口附近最后排出的。1.6所示。至于金屬流的速度則是由內(nèi)澆口截面積與型腔截面積之比的大小來控制的。

 

鋁合金壓鑄噴射充填形態(tài)

大量的試驗證實，這一充填理論適用于具有縫隙澆口的長方形壓鑄件或具

有大的充填速度及薄的內(nèi)澆口的壓鑄件（經(jīng)驗：當(dāng)內(nèi)澆口截面積／型腔截面積小于1/3且高速充填型腔時，在整個充填過程中聚集區(qū)都發(fā)生激烈擾動，易產(chǎn)生此充填形態(tài)，極端下像噴霧器）。根據(jù)這一理論，金屬液充填壓鑄模型腔的特性與內(nèi)澆口截面積和型腔截面積的比值有關(guān)，鋁合金壓鑄壓鑄過程中內(nèi)澆口截面積／型腔截面積應(yīng)大于1/4~1/3，以控制金屬液的進(jìn)人速度，從而保持平穩(wěn)充填。在此情況下，應(yīng)在內(nèi)澆口附近開設(shè)排氣槽，使型腔內(nèi)的氣體能順利排除。

 

鋁合金壓鑄全壁厚充填的理論

鋁合金壓鑄全壁厚充填的理論是由勃蘭特（ Brandt ）于1937年用鋁合金壓人試驗性的壓鑄模中得出的。試驗?zāi)＞呔哂胁煌穸龋?.5~2mm）的內(nèi)澆口和不同厚度的矩形截面型腔，內(nèi)澆口截面積與型腔截面積之比為0.1~0.6。勃蘭特認(rèn)為，熔融金屬通過內(nèi)澆口進(jìn)人型腔時，自澆口處開始，由后向前充滿型腔厚度地流動，流動時不產(chǎn)生渦流，型腔中的氣體可以充分排除；并且認(rèn)為，無論內(nèi)澆口截面積與型腔截面積之比的大小如何，充填形態(tài)仍然是"全壁厚"的。

 

三階段充填的理論

 

三階段充填的理論由巴頓（ Barton ）于1944年提出。巴頓認(rèn)為，壓鑄過程是一個包含著熱力學(xué)、力學(xué)和流體動力學(xué)因素的復(fù)合問題。并通過試驗提出這樣的看法，即充填過程大致分為三個階段，并且充填過程的三個階段對壓鑄件質(zhì)量所起的作用也不相同。

 

三階段充填形態(tài)

 

第一階段，受內(nèi)澆口面積限制的金屬流射入型腔后，首先沖擊對面型壁，沿型腔表面向各方向擴(kuò)展，在型腔具有正確的熱平衡時，金屬流過的型壁上生成表層，這個表層即為壓鑄件的外殼（薄殼層）。這一階段影響壓鑄件的表面質(zhì)量。

 

第二階段，隨后進(jìn)人的液態(tài)金屬繼續(xù)沉積在薄殼層內(nèi)的空間里進(jìn)行充填，直至填滿，這一階段影響壓鑄件的硬度。

 

第三階段，在型腔完全充滿的同時，壓力通過處于尚未凝固的中心部分作用在壓鑄件上，型腔內(nèi)的金屬得到壓實。這一階段影響壓鑄件的強度。

 

三階段充填理論與噴射充填理論的實驗結(jié)果基本一致，全壁厚充填理論只在特定的條件下出現(xiàn)，上述三種理論不是孤立的，它隨壓鑄件的形狀、尺寸和工藝參數(shù)而改變。有時在同一壓鑄件上，由于各部位結(jié)構(gòu)尺寸的差異也會出現(xiàn)不同的充填形態(tài)。

 

此外，在同一時期內(nèi)，還有其他的觀點和看法。有的用動力學(xué)觀點分析這一問題；有的用高速攝影記錄其充滿過程，也有的從熔融金屬與型腔的傳熱過程研究這一問題。后來又有通過壓力與溫度變化的內(nèi)在聯(lián)系和在金屬流內(nèi)的相應(yīng)變化等問題進(jìn)行研究的。這些研究在一定程度上對充實充填理論方面起到應(yīng)有的作用。