液體金屬充填壓鑄模型腔的過程是一個非常復雜的過程，它涉及流體動力學和熱力學的一些理論問題，并與許多因素有關，如液體金屬的黏度、表面張力、密度及結晶溫度范圍；鋁合金壓鑄件的形狀、內澆道形狀及位置、壓鑄件與內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，要求人們在應用中具體情況具體分析，使充填理論進一步完善和深化。現將三種較為典型的液態金屬充填理論簡述

 

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年根據鋅合金壓鑄的實際經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進行分析，認為液態金屬的充填過程是遵循流體力學定律，并且有摩擦和渦流現象。通過實驗認為，熔融金屬從內澆口進人型腔時，以內澆口截面的形狀射向遠離澆口的對面型壁，撞擊后，部分金屬聚積并產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

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澆口的壓鑄件（經驗：當內澆口截面積／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都發生激烈擾動，易產生此充填形態，極端下像噴霧器）。根據這一理論，金屬液充填壓鑄模型腔的特性與內澆口截面積和型腔截面積的比值有關，鋁合金壓鑄壓鑄過程中內澆口截面積／型腔截面積應大于1/4~1/3，以控制金屬液的進人速度，從而保持平穩充填。在此情況下，應在內澆口附近開設排氣槽，使型腔內的氣體能順利排除。

 

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。試驗模具具有不同厚度（0.5~2mm）的內澆口和不同厚度的矩形截面型腔，內澆口截面積與型腔截面積之比為0.1~0.6。勃蘭特認為，熔融金屬通過內澆口進人型腔時，自澆口處開始，由后向前充滿型腔厚度地流動，流動時不產生渦流，型腔中的氣體可以充分排除；并且認為，無論內澆口截面積與型腔截面積之比的大小如何，充填形態仍然是"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。巴頓認為，壓鑄過程是一個包含著熱力學、力學和流體動力學因素的復合問題。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量所起的作用也不相同。

 

三階段充填形態

 

第一階段，受內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量。

 

第二階段，隨后進人的液態金屬繼續沉積在薄殼層內的空間里進行充填，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果基本一致，全壁厚充填理論只在特定的條件下出現，上述三種理論不是孤立的，它隨壓鑄件的形狀、尺寸和工藝參數而改變。有時在同一壓鑄件上，由于各部位結構尺寸的差異也會出現不同的充填形態。

 

此外，在同一時期內，還有其他的觀點和看法。有的用動力學觀點分析這一問題；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在聯系和在金屬流內的相應變化等問題進行研究的。這些研究在一定程度上對充實充填理論方面起到應有的作用。