鋁壓鑄專案的設計面臨許多挑戰。即使是微小的設計細節也可能對鑄件產生重大影響，因此，每個細節的設計都應遵循一定的指導原則。
在此，我們列出了鋁壓鑄結構設計中的幾個主要考慮因素，並針對每個因素提供了建議的設計指南，希望對您的產品設計有所幫助。
一、材料選擇
產品設計會因材料選擇而有顯著差異。每種合金都有其自身的限制。要使鋁壓鑄件達到最佳的完整性和強度，需要精心的設計和製造。
根據與鋁一起使用的金屬元素不同，合金的特性，例如重量、流動性、強度、導電性和熔點，會有所不同。然而，並非所有合金都適合壓鑄。
可用於壓鑄的常見鋁合金包括：
- A380
- A383 (ADC12)
- A413
還有許多其他鋁合金可供選擇。最佳選擇取決於您的特定需求和預算限制。
二、吃水角度
拔模斜度是鋁壓鑄設計中最重要的參數之一。它是指型芯和零件表面（垂直於模具分型面）的錐度或斜度。
設計人員必須在必要時提供足夠的拔模斜度。如果拔模斜度不足，鑄件凝固後將難以脫模，這可能會損壞零件甚至模具本身。
計算拔模角度時，應考慮下列因素：
- 大多數幾何特徵通常採用常見的拔模角度。
- 對於內牆和內表面，其拔模角度通常是外牆的兩倍。
- 拔模角度要求可能因合金材料而異，角度應根據所選鋁合金進行計算。
如果需要較小的拔模斜度，可以使用精密公差。但是，這需要更精密的加工，成本也更高。因此，除非必要，否則建議避免使用精密公差。
三、動模和定模
在設計過程中，必須考慮動模（頂出半片）和定模（蓋片）之間的配合。任何一個部件出現問題都可能影響鋁材的生產。 壓鑄工藝動模的設計通常面臨更多挑戰，因為需要考慮的零件更多，而定模的結構則相對簡單。當材料注入模具時，由於過量材料的壓力，型芯可能會滑出，導致鑄件尺寸過大，這需要注意。
活動模具部件的公差取決於線性公差和投影面積公差。其中，線性公差指的是型芯滑塊的長度，而投影面積指的是型芯滑塊頂部面向熔融材料的面積。
位移可能沿著垂直於投影面積的線性方向發生。因此，理想情況下，應盡可能減少活動模具零件的公差。
由於壓鑄設備的結構限制，加工過程中只能達到較大的公差或正公差。
四、分界線
分型線是指模具兩半接合形成完整產品結構的位置。分型線是壓鑄製程的基本特徵，由於產品設計至少包含兩個零件，因此分型線的存在是不可避免的。
分型線是模具動件和定件之間的清晰分界線，用於區分兩者。分型線公差是指為確保鋁壓鑄製程的正確執行，模具允許的最大分離距離。
當材料壓力試圖將模具的兩半撐開時，材料會從分型線形成的縫隙流出。這在壓鑄中被稱為飛邊缺陷。鑄件需要額外的修整工序來去除飛邊、流道、澆口和溢料。
分型線公差是模具投影面積的函數，代表熔融材料從模具的一半流向另一半的分離面。
完全閉合的模具兩半之間沒有縫隙，因此投影面積公差始終為正值。模具的分離程度取決於模腔壓力和用於將兩半模具夾緊的鎖模力。
分型線公差可能因合金、零件尺寸和深度而異。壓鑄分型線的建議標準公差和精密公差均有提供；但是，如果突出面積超過 300，請諮詢您的壓鑄製造商。
五、加工餘量
加工餘裕是指可以從成品中移除的原料量。 鋁壓鑄件壓鑄件表面可能存在粗糙度，且幾何形狀可能與實際設計有偏差。因此，壓鑄完成後需要進行二次加工來修正這些誤差。
鑄件的最佳機械性能和密度通常位於其表面或附近。這意味著在加工過程中，應避免去除過多材料，以免損害這些性能。因此，必須仔細確定加工餘量，以確保低密度區域不會被穿透。如果去除過多材料，可能會導致產品缺陷。
在設計階段，必須為加工和鑄造變數設定特定的加工餘裕。加工餘量過小可能無法滿足表面品質要求，導致零件缺陷。相反，餘量過大則會增加生產時間、人力成本和費用。因此，確定合適的加工餘裕至關重要。儘早與鑄造供應商溝通有助於您確定合適的餘裕。我們可以根據您的需求和鑄造製程的特點提供建議。
通常建議最小加工餘裕為0.2mm，以減少刀具磨損並最大限度地降低鑄件氣孔率。最大加工餘裕是此最小值與鑄件變形量之和。這意味著在確定加工餘裕時，還必須考慮鑄造過程中可能發生的變形。
然而，對於扁平或大型零件，需要格外注意。在這種情況下，您可以諮詢您的腳輪製造商，以確保加工餘裕符合要求。
六、壁厚
在產品設計中，應保持壁厚均勻。鑄造過程中，金屬需要均勻流動以填充模具的每個部分。如果壁厚不均勻，金屬流動可能會受阻，導致部分區域無法填充。此外，均勻的壁厚有利於均勻冷卻和凝固，從而獲得更高品質的鑄件。因此，保持壁厚均勻可以顯著提高鑄件的品質和完整性。
如果設計需要改變壁厚，過渡應該會平緩——例如採用圓角或倒角——而不是突兀地改變。這樣可以避免在設計中留下尖銳的邊緣。
產品設計中應避免尖銳邊緣，因為它們會影響金屬流動，並導致鑄造後脫模困難。但是，如果壁面在分型線處相接，則可以保持邊緣不變，因為此處壁厚的微小變化通常不會對金屬流動或脫模產生顯著影響。
鋁壓鑄件的壁厚沒有固定標準，但通常建議保持在合理的範圍內。鋁壓鑄件的典型壁厚在2.0毫米至3.5毫米之間。
然而，壁厚也受合金類型、零件形狀、零件尺寸以及壓鑄應用的影響。例如，如果壓鑄件尺寸較小，則壁厚可以相應減小，甚至可以薄至0.7毫米。
對於尺寸過小或過大的鋁壓鑄件，可能會有一些特殊情況或要求，導致壁厚超出常規範圍。如果您在壁厚方面遇到困難，可以諮詢您的壓鑄件供應商。
加厚壁可以提高零件剛度。但是，如果壁厚過大，冷卻時間就會延長，阻礙凝固過程。如果不採取適當措施，這會導致鑄件品質下降。
厚壁會增加產品重量。因此，注重輕量化的設計師傾向於選擇薄壁設計。但如果壁厚過薄，超過一定限度，剛度就會過低，零件在後續加工過程中容易變形。
變形問題可以透過逐步加工來解決。然而，鑄件的薄壁缺乏剛性和強度。設定加強筋可以顯著提高薄壁的剛度，使其更加穩定。
現代壓鑄技術已經足夠先進，可以應付大多數關鍵設計參數。但是，如果壁厚會影響零件的性能或成本，則仍需要考慮壁厚因素。
七、輕量化設計
加強筋設計和凹槽（溝槽）設計是輕量化設計中常見的兩種特徵。這些特徵可以在不影響零件完整性和強度的前提下，顯著減少生產所需的材料用量。
加強筋設計通常涉及在加強筋內部設計空腔，以減少材料用量，從而減輕零件重量。加強筋之間的部分通常用處不大，可以安全地從設計中移除。
設計鋁壓鑄件的加強筋時，請注意以下幾點：
- 避免肋條出現尖銳邊緣：尖銳邊緣會導致應力集中，增加斷裂風險。建議採用圓角或倒角，且倒角半徑應盡量大。最小倒角半徑可考慮 0.06 英吋（1.524 毫米）。
- 保持肋條周圍壁厚均勻：這能確保肋條在所有截面上的強度和耐久性。盡量使壁厚接近建議值。
- 提供盡可能大的吃水角度。
設計凹槽是另一種減輕材料重量的方法。由於凹槽無需填充，因此所需的材料量會減少。然而，凹槽有時會導致不規則收縮。因此，設計人員必須謹慎決定凹槽的使用位置。
為了增強凹槽的結構強度，可以在其周圍添加加強筋。加強筋可以提高凹槽的剛度，並有助於金屬在製造過程中更好地流動。此外，減少金屬用量可以提高冷卻速度，有助於加快整個生產週期。
下圖展示了零件中帶肋和不帶肋的凹槽的效果。
第八部分：肋骨
在鋁壓鑄件的設計中添加加強筋可以提高其剛度和強度，從而有助於生產高品質的鑄件。加強筋通常用於增強較薄弱的部位（例如薄壁），以進一步提高其強度。
肋條通常比厚實的截面提供更高的強度，因為較厚的截面往往孔隙率較高，從而降低了其結構承載能力。然而，過度使用肋條會導致肋條邊緣應力集中。
加強筋通常採用空心截面設計，這種設計稱為節材凹槽設計。這些方法旨在減少加強筋的材料用量並降低零件重量。
下表顯示了常見場景中建議的肋骨尺寸以及不應使用肋骨的情況。
九、孔和邊緣間距的設計
在鋁壓鑄件中，如果孔的位置太靠近邊緣，就會形成弱點。為避免此區域應力集中過大，應確保孔與邊緣之間保持最小間隙。因此，應根據孔徑確定合適的孔距。同樣，相鄰兩個孔之間也應保持最小淨距離。由此可見，孔徑及其應力集中區域都應同時考慮。
保持足夠的間距對於避免形成薄弱區域至關重要。如果孔與邊緣之間的間距不足，也可以考慮對孔進行二次加工。
X. 孔和槽
就設計難度而言，孔和槽通常是最不需要擔心的。然而，即使是最簡單的鋁壓鑄件也必須注重細節設計。設計過程中必須確保其可製造性。
孔和槽最常見的應用是在各種電子設備外殼上，例如筆記型電腦和計算器。這些設備需要大量的孔，這可能會導致金屬流動問題。
- 孔和槽也會使脫模變得困難。隨著零件凝固收縮，鑄件可能會黏附在模具上。設計孔和槽時，您可以遵循以下建議來解決這些問題：
- 提供足夠的拔模角度：根據拔模角度計算，你會發現孔和槽所需的拔模角度比其他任何零件都大。這是因為孔或槽的內周界是一個平坦的封閉表面。
- 利用橋狀結構：為了避免金屬流動問題，可以使用橋狀結構來確保孔和槽之間的金屬連續流動。
- 用小孔取代大槽：如果設計允許，應將大槽替換為一系列小孔。長槽會阻礙金屬流動，並損害鑄件的完整性。
十一、線程
在討論螺紋成形時，我們主要指的是鑄造外螺紋。雖然理論上可以鑄造內螺紋，但由於製造流程複雜且成本高昂，因此並不常用。
只要與分型線正確對齊，外螺紋可以使用標準鋁壓鑄設備製造，或使用簡單的滑動機構。內螺紋則需要一個機構來旋轉模具內的型芯，這會增加模具和零件的成本。為了提高生產速度和經濟效益，內螺紋通常透過二次加工（例如攻絲）來製造。這樣做也省去了清除孔內切屑的步驟。
鋁壓鑄設備可以輕鬆形成螺紋。鑄造螺紋通常僅限於對精度要求不高的外螺紋。
如果您的零件必須符合精密級配合要求，請諮詢您的壓鑄廠。可能需要進行二次加工以達到更高的精度。此外，大徑應符合雙方商定的螺紋形狀定義。
下圖顯示了壓鑄螺紋的極限尺寸：
鑄造螺紋時，請注意以下幾點：
- 可能需要額外的修剪工序來去除螺紋間形成的毛邊。
- 盡可能採用直接公差，而不是指定螺紋類型。這些公差值包括活動模具零件、分型線和線性尺寸的公差。
- 當需要更嚴格的螺紋公差時，請諮詢壓鑄廠。
- 保持分型線處的螺紋平整可以大幅簡化製造流程。螺紋並非必須達到全直徑。保持螺紋平整可以允許模具發生輕微偏移而不影響零件品質。
下圖顯示了外部執行緒的建議配置。
十二、插入
嵌件是指放置在模具中的一塊實心材料，它與鋁壓鑄件融為一體。當所選合金無法滿足要求，且設計需要將其他材料製成的部件與壓鑄件整合時，就需要使用嵌件。
鋁壓鑄中存在專門用於嵌件的專用系統。將嵌件放置在模腔內，熔融鋁液圍繞嵌件流動，完成鑄件的製作。
在以下情況下，您可能需要在設計中加入螺紋嵌件：
- 軸承點容易磨損。
- 由於緊固件頻繁拆卸和安裝，螺紋容易過度磨損。
- 需要使用抗拉強度更高的線材來承受集中載重。
嵌件壓鑄比普通壓鑄成本更高，嵌件設置的複雜性也會影響生產成本。
插頁建議：
- 與壓鑄製造商明確所有必要的技術規格。由於模具間隙的限制，鑲件通常需要更嚴格的公差。請務必與製造商確認，確保鑲件的公差符合要求。
- 如果客戶提供嵌件，請與製造商討論，確保其尺寸在建議的公差範圍內。尺寸不合適的嵌件可能會嚴重損壞模具。
- 分析嵌件引起的應力，以確保其不會影響產品的長期性能。
- 根據需要調整嵌件形狀，以確保其在預期載重條件下提供足夠的錨固力，從而確保結構的安全性和穩定性。
- 避免尖角和其他可能導致零件應力集中的特徵。
十三、槽和溝槽設計
槽是一種長孔，其兩端可以是圓角的，也可以是直角的。它主要出現在扁平的矩形鋁製零件上。槽的長度通常有限。槽始終是貫穿件的，這意味著它完全穿透零件。根據長度和形狀，槽可以是雙面槽、長度受限槽、單面槽或半圓形長槽。
槽的形狀和尺寸多種多樣，例如T型槽、燕尾槽、矩形槽、平底槽、V型槽和圓弧槽。它們通常沿著邊緣切割，用於安裝由其他材料製成的部件。
在設計中，槽和凹槽可用作其他組件的夾緊元件，或為開關和槓桿等部件提供穿過的開口。
槽和凹槽設計技巧：
- 請記住，它們可以夾緊或穿過其他部件。
- 避免將凹槽設置得太近，因為它們可能會影響零件的完整性並導致生產問題。
- 矩形/平底凹槽邊緣不應留有尖銳稜角。應盡可能將所有內外邊緣倒圓，以最大程度地降低電鍍成本和潛在缺陷。同樣的原因，V形槽的邊緣也應倒圓。
十四、鋒利的邊緣
在鋁壓鑄設計中，尖銳的邊緣是不理想的。它們會在鑄件內部形成熱點，由於凝固收縮，應力會集中於這些熱點區域。這使得邊角容易出現缺陷。此外，對尖銳邊緣進行塗層處理也十分困難。
因此，設計師傾向於將所有尖角都打磨成圓角，即使是最小的半徑。應用圓角、半徑或其他方法。 倒角 對所有內部和外部尖角進行處理。
內部銳利邊緣的另一個問題是會顯著增加模具成本。加工成本本身很高，而且精度要求越高，加工成本上升越快。
外刃可以做到完美鋒利，但內刃幾乎不可能做到。即使使用最精密的工具，內刃總是會存在最小半徑。
為了確保模具兩半完美閉合，您可以安全地在分型線處使用鋒利的邊緣。否則，請盡量減少鋒利邊緣的使用。
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