一般认为液面加压控制系统的快速性越好，铸件的内在品质就越好，因为快速性好的液面加压控制系统能快速地跟踪给定的工艺曲线完成对铸件的填充。因此液面加压控制系统的快速性就成了衡量液面加压控制系统好坏的一个重要指标。液面加压控制系统从原始的液动式的比例调节发展到PID调节又到电动比例调节后来又升级为组合控制阀调节，其快速性在这些变动中有较大的提高，尤其是组合阀的引入使其快速性提高更迅速，以至在大的打结式熔池保温炉严重漏气的情况下跟踪曲线能严格地同给定曲线重合，使操作者在图像上感觉不到炉体存在严重漏气。甚至组合阀群中出现阻塞、卡死时控制系统的跟踪曲线仍能完美地踩在给定曲线上使操作者从计算机的显示上无法知道组合阀群中有故障阀。在组合阀慢慢取代传统的液面加压控制的过程中却出现了以下现象：①在汽车轮毂生产过程中最后充满温度最低的内轮缘常常出现缩孔、缩松，较晚充满且又很薄的轮辋部分也经常出现大面积或局部的缩孔、缩松群，这违背了一个基本共识——即缩孔、缩松易产生在长期被铝水冲击的迎流面附近或断面厚大的高温区中，很难出现在薄壁的最后填充的低温区。大量汽车轮毂的生产厂家在使用组合阀时这一现象都普遍存在，而在使用比例阀的生产厂家这一现象也存在，只是废品率较组合阀低。②生产中有时铸件的轮辋、内轮缘处会出现大面积的缩 孔、缩松，有经验的操作者清理一下组合阀内的杂物就可消除。③对轮辐越向车轮中心面靠近（即偏距小）、直径越大的轮型，其铸件在轮辋及内轮缘上出现的缩孔、缩松的缺陷越多。④对废品率较高、难做的铸件只要在冒口多放一层过滤网或者增加有深过滤作用的泡沫金属网后其成品率都会有较大的提高。
1 加压控制系统填充水平型腔及冒口段速度的计算
目前广泛使用的各种液面加压控制系统，只能控制铸型中液面上升的垂直速度，而无法控制轮辐水平方向、分流锥、冒口处的填充速度，这可以从液体运动的连续性方程中获得。
某轮毂模具结构见图1。
以该模具结构为例，做如下计算。
1.1 计算冒口最小截面_s．( @30 mm)处的过流速度
金属液以较大速度由冒口充入型腔时，流动很复杂，有溅射及漫流的回落。为研究方便，假设流人型腔的液体都遵循优先向下填充的原则（虽略去了液流向型腔上部的冲击，但对问题本身影响不大，可以满足工程上对精度的要求），设△t内金属液填充完0～48.5 mm（外轮缘部分）的型腔体积为V，则有：
式中，u冒为冒口最小截面处的过流速度；△t为金属液填充时间，可由压力跟踪曲线上测出。一般情况下控制系统快速性越好，△t则越小。模拟试验中，可在比例调解时的充型曲线上测出△t约为1 s，此时式(l)中的训冒约为6 m/s。
1.2计算分流锥最小截面Sz处的过流速度
同上，代入相应的数据得：
式中，u锥为分流锥最小截面处的过流速度，令At=l s。
根据流体连续性方程，计算出金属液填充不同高度时流经分流锥的速度，见图2。
由图2可知，金属液填充到不同高度时流经分流锥的速度相差很大，在水平截面突然扩大的轮辐处的速度可高达设定值的百倍，远超层流态的判据，产生液、气两相流是不可避免的，这是轮辋、内轮缘出现气缩孔的主要原因。
2 液面加压控制系统快速性对铸件质量影响的分析
2.1高速填充
当金属液填充水平截面突然扩大的轮辐时，为了保持在该段的正常垂直升液速度，快速性极好的液面加压控制系统将迫使金属液以极快的速度流经冒口细径段、分流锥的最小过流环面、轮辐的水平段，此时的速度可以达设定的垂直上升速度的100倍。这时轮辐内充满空气，高速填充的金属液与空气相互作用形成液、气两相流。继续充型时，将把液、气两相流推向轮辋及内轮缘处。当金属液温度较低时，来不及排出其中的气体而留在凝固的金属中，形成大面积的缩孔、缩松，这就是为什么缩孔、缩松经常出现在金属液温度最低、最后充填的内轮缘及壁最薄的轮辋上的原因。
2.2组合阀
为使组合阀快速性好，阀组过流面积按等比级数分布。为使阀在切换过程中对系统的冲击很小（即曲线锯齿形波动很小），必须有几个过流面积很小的阀，而过流面积越小的阀在使用中被切人流通面积中的概率越大。当送气管路中灰尘、杂物较多时，很易把口径小的阀孔阻塞住或把可上下滑动的阀芯卡死，造成该阀无法工作。此时计算机自动把大口径的阀推入系统的调节中，造成压力出现较大的波动（增大轮辋出现气缩孔的可能）。组合阀快速性好，开关时间与压力传感器滞后时间相近，因而在电脑的屏幕上显示不出这种压力波动（快速性好则削弱由跟踪曲线判断系统故障能力），工人从荧光屏看到轮辋突然出现大面积缩孔、缩松得知这一问题，通过对组合阀及时清理，问题得以解决。
2.3偏距
偏距越小的轮子（轮辐越靠近车轮中心面），金属液填充铸型时，当金属液流经冒口冲向轮辐就会像瀑布一样下沉到外轮缘处，没有形成支承炉压升高的液柱，控制系统没有感知炉压升高而进一步投人大口径的阀向炉内供气，结果金属液以更大的速度流经冒口、分流锥、轮辐的水平段。这会把更多的轮辐中的空气卷入液、气两相流中。随着充型的继续，将把高含气量的液、气两相流推到轮辋及内轮缘处，进而造成该处的缩孔、缩松剧增。轮子的直径越大，其质量也大，为了保持充型时液面的垂直上升速度（虽然不大），需要提供更多的铝
液，因而金属液流经轮辐的水平速度将更大，将有更多的气体进入轮辋、内轮缘，将造成更多的铸造缺陷，这是轮子越大、偏距越小生产起来就越困难的原因。
2.4过滤网
当铸件废品率较高时增放一个泡沫过滤网后使废品率得以降低的原因不是因为过滤网对金属液过滤（除去更多的杂质）造成的，是因为不均匀的减速造成的。当金属液的流量越小时，过滤片对流体的流动阻力小，其流速变化很小（升液及轮辋填充段），当填充轮辐段时流速剧增，这时过滤片对流体的阻力剧增，迫使金属液无法用高速填充，只能平稳填充，因而液、气两相流中气体含量降低，进入轮辋、内轮缘处的气体减少，废品率降低。
3 填充水平型腔及冒口段速度的控制
3.1车轮设计
上面的分析可知，轮子的设计要使轮辐尽量与外轮缘平面靠近且平行（偏距大），这样充型时可以减少或消灭金属液像瀑布一样从冒口处下沉到外轮缘。大大减少填充该段的水平速度，也就减少带进轮辋、内轮缘的气体，为减少废品创造条件。
3.2比例调节器
目前用比例调节器的液面加压控制系统的废品率比组合阀低些，但内轮缘及轮辋处仍然常出现缩孔、缩松。其原因是一味追求快速性好，因而无论是电动比例阀或带喷嘴挡板的气动比例阀的快速性虽然不如组合阀但其快速性也很好。快速性稍差一点的是带电气阀门定位器的气动薄膜调节阀，为进一步减少快速性，去掉气动薄膜调节阀上的电器阀门定位器．使之成为裸阀式比例调节器。1983年成功地用单个气动薄膜调节阀组成的( CLP-I)型比例调节器去控制差压铸造的液面加压，并在139厂运行20多年。2000年又成功地将尘封了17年的推挽式双阀比例调节器应用在昆明5002厂的差压铸造液面加压控制系统中，其型号为
（Cl。P-7）型。该系统在5002厂运行8年左右从未出现过故障，后来换成组合阀就不这样了；厂家反映：前者是动态调节，充型平稳；后者是阶跃调解，不稳定（实质是快速性的问题）。现在，沈阳盛京铸造控制设备厂又把双阀推挽式比例调节阀应用于（CLP-II）低压铸造液面加压控制系统。
3.2.1系统结构
该系统用触摸屏作人机界面，由气路和电路两部分构成，各自独立，用几组航空插件相互连接组成。闭环反馈控制系统由控制信号发生器、检测坩埚内（炉体）压力的传感器、比较器、放大器、调节器、执行器等部件组成，将其连接通道都集成在阀柱上。用一个恒压阀稳定外部波动的气源压力。设备有外界气源压力表显示气源压力，系统可存储20套工艺曲线，操作者可任意设置、修改、储存、使用。
3.2.2工作原理
预先按要求设置好生产铸件的工艺曲线。推挽式压力跟踪系统跟随控制信号对应的工艺曲线对坩埚（炉体）加压，因采用闭环控制，当控制信号给定后，控制系统可排除各种干扰，按原给定的工艺参数完成对铸件的浇注。
3.2.3系统特点
本系统为快速性较差的比例调节器，在填充水平放置的轮辐时充型速度自动变慢有缓冲作用，削弱铝液在轮辐内的喷射及飞溅，使该处不易产生液、气两相流进而为提高轮辋、内轮缘的内在品质提供可能。备有顺序凝固和同时凝固的加压方式，为进一步提高铸件的内在品质提供可能。采用推挽式压力跟踪器控制，从结构上实现超调、过压保护。
4 生产验证
用同一套模具，分别采用组合阀与比例阀(CLP-II)液面加压控制系统生产同一型号车轮，做了大量试验，并进行性能测试。在结果对比时，由于轮辐与法兰部位的冷却较多，为尽可能地避免其他因素的干扰，选取没有冷却的轮辋的性能结果进行对比，结果见表1（表中结果为平均值）。
从表1中数据可知，采用比例阀液面加压控制系统，轮辋伸长率提高了50%，强度略有减小。
5 结 语
(l)液面加压控制系统的快速性越好，对于有大平面（或横浇道）处于水平位置的铸件成形越不利，易造成内轮缘、轮辋处产生气孔、缩孔，不适宜用组合阀来制作液面加压控制系统。
(2)液面加压控制系统快速性较差的比例调节器，既适用于有大平面（或横浇道）处于水平位置的铸件成形，也适用于没有大平面处于水平位置的铸件成形，是一种比组合阀更好的液面加压控制系统。
6摘要
根据流体力学原理，揭示出液面加压控制系统快速性越好，在填充水平面时，其速度高于液面上升的垂直速度的倍数就越大（可达100倍），因而在该处产生液、气两相流并向垂直部分推进，造成最后填充部位出现铸造缺陷，故快速性差的比例调节器比快速性好的组合阀更适用于作低压铸造的液面加压控制系统。
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