正确设计铝压铸件存在许多挑战。即使是一个很小的设计细节也可能对铸造操作产生巨大影响。因此，每个细节都应根据本文推荐的指导原则进行精心设计。
这里我们专注介绍铝压铸结构设计中的几个主要考量因素，以及每个因素的推荐精度，希望对您的产品设计提供帮助。
一、材料选择
产品设计可能会因您的材料选择而有很大差异。每种合金都会有一些限制。为了获得铝压铸件的最佳完整性和强度，需要仔细设计和执行。
根据与铝一起使用的金属元素的不同，合金的特性例如重量、流动性、强度、导电性、熔点都会有所不同。但并非所有合金都适用于压铸。
您可以用于压铸的一些常见的铝合金包括：
- A380
- A383（ADC12）
- A413
还有许多其他铝合金可供选择。需要根据您的需求和预算限制选择正确的铝合金。
国际主要压铸铝合金化学成份表
二、拔模斜度
拔模斜度是铝压铸设计中最重要的参数之一，即是为与模具分型面相垂直的零件芯和表面提供的锥度或倾斜度。
设计师必须为需要的地方提供足够的拔模斜度。因为没有足够的拔模角度，铸件在凝固后将难以脱模，并有可能损坏零件甚至模具本身。
三、拔模斜度的设计考量
在计算拔模斜度时，请考虑以下因素：
- 通常，大多数几何特征都采用常见的拔模角度。
- 对于内壁和表面，拔模斜度通常是外壁的两倍。
- 拔模斜度要求还可能因合金材料而异。您需要根据您选择的铝合金来计算拔模斜度。
不同壁深对应的铸造斜度
如果想要实现较小的拔模斜度，可以使用精密公差。但它们将涉及更精密的加工，并且成本更高。因此，除非必要，否则建议避免使用精密公差。
四、动模和定模
设计时考虑到动模和定模的配合至关重要。其中任何一个部件有问题都可能阻碍铝压铸的过程。动模的设计通常面临更多的挑战，有更多的组件需要考虑；而定模的构造则相对简单。当材料注入模具时，由于多余材料产生的压力，模芯可能会滑出，导致出来的压铸件尺寸过大，需要引起注意。
动模和定模
动模组件的公差是线性公差和投影面积公差的函数。这里的线性公差是型芯滑块的长度，而投影面积是面向熔融材料的型芯滑块的顶部。
移位可以沿着垂直于投影面积的线性方向进行。因此，理想情况下，应将动模组件的公差保持为最小值零。
由于压铸设备的构造，在加工过程中只能实现较大的或正的公差。根据NADCA指南，以下显示了一些可变投影面积的标准公差和精密公差。
五、分模线
分模线是模具的两个半部分接合的位置，它们在这里结合以形成完整的产品结构。分模线是压铸工艺的一个基本特点，并且由于产品设计至少由两个部分组成，所以其存在是不可避免的。
分模线是模具中移动部分和固定部分之间的明确界限。这个界限用于区分两者。分模线公差指的是模具分离的最大允许量，以确保铝压铸过程的正确执行。
当材料压力试图使模具的两半分开时，材料会从分模线处产生的分离处流出。这就是压铸中的飞边缺陷。铸造的部件需要经过额外的修整过程，以去除飞边、流道、浇口和溢流槽。
分型线公差是模具投影面积的函数，它代表熔融材料从一个模具半部移动到另一个模具半部的分离表面。
一个完全封闭的模具两半之间没有任何分离，所以投影面积公差总是有一个正值。模具的分离程度取决于模具外壳压力和用于保持模具两半在一起的夹紧力的大小。
分型线公差可能会因合金、零件的尺寸和深度而有所不同。以下列出了推荐的模具铸造分型线标准公差和精密公差值。然而，如果压铸的投影面积超过300 in2（1935.5 cm2），请与您的压铸商协商。
六、机械加工余量
加工余量指的是可以从完成的铝压铸件中去除的原材料量。压铸件表面可能存在一定的粗糙度，并且在几何形状上可能与实际设计存在一定的偏差。因此，在压铸过程之后，需要进行二次加工以纠正这些误差。
铸造件的最佳机械性能和密度通常位于或接近其表面。这意味着在机械加工过程中，应尽量避免去除过多材料，以免损害这些性能。所以，机械加工余量应仔细确定，以确保不会穿透密度较低的部分。如果去除过多材料，可能会导致产品出现缺陷。
在设计阶段，就必须为机械加工和铸造变量指定一定的机械加工余量。过小的机械加工余量可能无法满足表面质量要求，并可能导致零件出现缺陷。反之，如果机械加工余量过大，会增加生产时间、劳动力和成本。因此，确定合适的机械加工余量非常重要。与铸造供应商提前沟通可以帮助你确定合适的机械加工余量。我们可以根据你的需求和铸造过程的特点提供建议。
通常，建议的最小机械加工余量为0.2mm，以减少工具磨损并最小化铸造中的气孔。最大机械加工余量是这个最小值和铸造变形量之和。这意味着在确定机械加工余量时，还需要考虑铸造过程中可能产生的变形。
然而，对于平坦且较大的部件，需要额外的考虑。在这种情况下，您可以与您的铸造商协商以确保机械加工余量值。
七、壁厚
在产品设计中应当保持均匀的壁厚。金属在铸造过程中需要均匀流动以填充模具的每一个部分。如果壁厚不均，金属流动可能会受到阻碍，导致某些区域无法得到充分的填充。此外，均匀的壁厚也有助于金属的均匀冷却和凝固，从而得到更高质量的铸件。因此，保持均匀的壁厚可以大大提高铸件的质量和完整性。
如果出于某些设计考虑，必须改变铸件的壁厚，那么应该通过引入圆角或半径来逐渐过渡，而不是突然改变厚度。这样可以避免在设计中留下锐利的边缘。
在产品设计中，应尽量避免任何锐利的边缘。因为锐利的边缘会影响金属的流动，并在铸造后造成脱模困难。然而，如果壁在分模线上相遇，你可以保持边缘的原样。因为通常在这里，壁厚的轻微变化不会对金属流动或脱模造成太大的影响。
在铝压铸设计中，对于壁厚并没有一个固定的标准，但通常建议将壁厚控制在一个合理的范围内。铝压铸件的典型壁厚在2.0mm到3.5mm之间。
但是，壁厚还受到合金类型、部件配置、部件尺寸和压铸件应用的影响。例如，如果压铸件的尺寸较小，那么壁厚可以相应地减小，甚至可以做到0.7mm这么薄。
对于小型和大型铝制压铸件，可能会有一些特殊情况或需求，使得它们的壁厚可能超出通常的最大和最小限制。如果你在铝压铸件的壁厚问题上遇到困难，可以咨询你的压铸供应商或大野压铸。
更厚的壁厚可以增加零件的刚度。但如果过于厚重，会导致冷却时间延长，从而阻碍固化过程。这可能会导致铸造质量不佳，除非采取适当的措施。
厚壁也会给产品增加额外的重量。因此，专注于使零件更轻的产品设计师更喜欢薄壁。但如果将壁做得太薄，超过某个限度，刚度就会过低，并且在进一步加工时容易变形。
变形问题可以通过分步加工来处理。但铸件中的薄壁缺乏刚度和强度。提供加强筋会大大提高薄壁的刚度，使其更稳定。
当然，现代的压铸技术已经足够先进，可以处理大多数关键的设计参数。但您依然需要考虑壁厚问题，如果它对您的零件性能或成本有影响。
八、轻量化设计
筋条设计和凹槽设计是轻量化设计的两种常见特征。这些特征可以在不影响部件完整性和强度的情况下，显著减少生产部件所需的材料量。
筋条设计通常是在肋条中设计空心空间，以减少所使用的材料量，从而使部件更轻。肋条之间的部分并没有太大的用处，因此可以从设计中安全地移除。
在为铝压铸件设计筋条时，您应牢记以下几点：
- 避免筋条上的锐边：锐边可能导致应力集中，增加断裂的风险。因此，建议使用圆角或半径，并且这个半径应尽可能大。考虑到最小半径为0.06inch（1.524mm）。
- 保持筋条周围均匀的壁厚：均匀的壁厚有助于确保筋条在各个部分的强度和耐用性。尽量使这个厚度接近通常推荐的值。
- 提供尽可能大的拔模角度。
设计凹槽是另一种减少材料重量的技术。因为凹槽处不需要填充材料，从而减少生产所需的材料量。但凹槽有时也可能导致不规则的收缩。因此，设计师需要谨慎地决定在哪里使用凹槽。
为了增强凹槽的结构强度，您可以在凹槽周围增加肋条。肋条可以提高凹槽的刚度，并有助于金属在制造过程中更好地流动。此外，减少金属的使用量会提高冷却速度，这有助于加快整个生产周期。
下图展示了带肋条和不带肋条的凹槽在零件中的效果。
九、筋条
筋条被纳入设计中以增加刚度，从而为铝压铸件增加强度。因此，筋条有助于生产出优质的铸件。它们通常与其他较弱的部位（如薄壁）配合使用，以赋予它们额外的强度。
筋条通常可以提供比较厚的实心部分更多的强度，因为较厚的部分往往存在更多的气孔，这降低了它们的结构承载能力。然而，筋条的过度使用会在筋条边缘引起应力集中。
筋条通常被设计成具有的空心部分，称为节省金属的凹槽设计。它们是减少筋条中材料使用量和减少零件重量的方法。
以下图表中显示了针对一些常见场景的推荐筋条尺寸，以及一些不应使用筋条的情况。
十、孔与边缘空间的设计
在铝压铸件中，如果孔位于边缘过近的位置，会导致这个部位的强度较弱。为了避免在该区域产生过大的应力集中，您应确保孔与边缘之间保持最小的间距。因此，应根据孔的直径来确定适当的孔与边缘间距。同时，对于两个相邻的孔，也应保持最小的净距离。所以，孔与孔之间的直径及其应力集中区域应该同时考虑。
保持足够的间距是为了避免产生较弱的部位。如果孔与边缘的间距不足，您还可以考虑对孔进行二次加工。
十一、孔和槽
从设计难度上讲，孔和槽通常是你最不需要担心的问题。然而，即使是最简单的铝压铸件也必须注意细节设计。在设计时，你必须确保可制造性。
孔和槽最常见的应用是各种电子设备外壳，如笔记本电脑、计算器等。这些设备需要设计大量的孔。这种结构会对金属流动造成问题。
孔和槽也可能导致铸件难以脱模。因为零件的凝固收缩会导致铸件附着在模具上。当设计孔和槽时，您可以遵循以下建议来解决这些问题。
- 提供足够的拔模斜度以应对脱模问题。从拔模计算中，您会发现孔和槽需要比其他任何部分更多的拔模斜度。这是因为孔槽内围是一个平坦而封闭的平面。
- 为了避免金属流动过程中的问题，您可以使用类似桥梁的特征来确保金属在孔和槽间流动的连续性。
- 如果设计允许，您应该去除大的槽，用连续的小孔替代。因为长的槽可能会破坏金属流动并损害铸件的完整性。
十二、螺纹成型
当谈及螺纹成型时，我们大多数情况下是指铸造外螺纹。虽然理论上可以铸造内螺纹，但由于其制造复杂性和成本问题，并不受欢迎。
外螺纹可以通过常规的铝压铸设备进行制造，只需确保与分型线正确对齐，或使用简单的滑块机构即可。内螺纹则需要用到一种在模具中旋转型芯的机制。这增加了模具和部件的成本。出于生产速度和经济效益的考虑，内螺纹通常通过攻丝这样的二次加工来制造出来。这样可以免去从孔中去除切屑。
使用铝压铸设备可以轻松地形成螺纹。铸造螺纹通常仅限于外螺纹，其中不需要精密等级配合。
如果您的零件必须满足精密等级配合要求，您随时可以咨询您的压铸厂。为实现更高的精度，可能需要进行二次加工。此外，主要直径应遵循双方商定的指定螺纹形式定义。
下面展示了压铸螺纹的极限尺寸：
在铸造螺纹时，请牢记以下几点：
- 可能需要额外的修剪操作以去除螺纹之间形成的毛刺。
- 在可能的情况下，尝试应用直接公差，而不是指定螺纹类型。这些值包括移动模具组件、分型线和线性尺寸的公差范围。
- 当需要更严格的螺纹公差时，请咨询压铸厂。
- 保持螺纹在分型线处平坦可以大大简化制造过程。因为全直径螺纹并不是真的必要。保持其平坦将允许轻微的模具移位，但不会影响部件。
以下图标展示了推荐的外螺纹配置。
十三、嵌件
嵌件是设置在模具中的一块实心材料，它与铝压铸件成为一体。当所选合金无法满足要求，而设计又要求将其他材料制成的组件和压铸件集成在一起时，就需要使用嵌件。
有专业的系统可用于铝压铸中的嵌件。它存在于模具型腔内，熔融的铝流动并围绕嵌件完成压铸。
当您遇到以下情况时，您可能需要在设计中加入螺纹嵌件：
- 轴承点容易磨损。
- 由于经常拆卸和安装紧固件，螺纹受到过度磨损。
- 当您需要具有更高抗拉强度的螺纹来承受集中载荷时。
嵌件压铸的成本高于常规铸造，且嵌件设置的复杂性会影响生产成本。
关于嵌件的建议：
- 向压铸厂商明确定义所有必需的技术规格。由于模具的间隙，嵌件往往需要更严格的公差。征求压铸厂商的同意，以确保嵌件的公差足够。
- 如果客户想要提供嵌件，应与压铸厂商讨论以确保嵌件的公差在制造商的建议范围内。因为如果嵌件的公差不当，会严重损坏模具。
- 分析由插入件引起的应力。确保应力不会长期影响产品的性能。
- 根据需要塑造嵌件，以确保它能够为预期的负载条件实施足够的锚固，实现结构的安全和稳定。
- 避免锐角和其他可能导致部件应力集中的特征。
十四、槽口和凹槽设计
槽口是一种长孔，其两端可能有或没有圆角。它主要存在于平面矩形铝制零件中。它的长度通常有限。槽口总是贯通的，这意味着它将完全穿透零件。
根据槽口的长度和形状，槽口可以有不同类型，如双侧长度限制、单侧长度限制或半圆形长槽口。
凹槽可以包含不同的形状和尺寸，如T形槽、燕尾槽、矩形槽、平底槽、V形槽、圆弧槽等。它通常沿着边缘切割，并用作安装由其他材料制成的组件。
槽口（左），凹槽（右）
在设计中，槽口和凹槽可作为其他组件的夹持元件。它还提供了一个开口，以便通过其他组件，如开关、杠杆等。
在设计槽口和凹槽时，以下提示可能很有用：
- 请记住，槽口和凹槽可以夹持或通过其他组件。
- 避免在设计中非常紧密地排列槽口。它们可能会损害零件的完整性并在生产过程中引起问题。
- 不要在矩形/平底凹槽中保留任何锐利的边缘。尽可能多地圆化所有内部或外部边缘。这将有助于最小化电镀成本和可能出现的瑕疵。出于同样的原因，V形凹槽的边缘也应被圆化。
十五、锐边
在铝压铸件设计中，锐边是不受欢迎的。它们会在铸件中产生热点，由于凝固收缩，应力会集中在这些热点上。这使得边角容易出现缺陷。此外，在锐边上涂覆也很困难。
因此，设计师倾向于将所有锐角磨圆，即使是最小的半径。对所有内部和外部的锐角应用圆角、半径或倒角。以下是设计师可以重新设计的几种锐角。
内部锐边的另一个问题是它们会显著增加模具成本。正如你所知道的，机械加工成本很高，对于更高的精度要求，成本会大幅上升。
完美的锐边意味着它将具有零公差。虽然外部边缘可以实现这一点，但在内部边缘实现这种精度几乎是不可能的。即使使用最精确的工具，内部边缘也总会有最小的半径。
然而，你可以沿着分模具线放心地应用锐边，以确保模具的两半完美闭合。除此之外，尽量将锐边保持在最低限度。