跟大咖学设计 · 第26期 | 小吨位冠军！模力四射队作品详解

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把外观面“留给产品”，把风险“交给设计”。第三届全国“适创杯”模具设计挑战赛小吨位组冠军——模力四射队，面对一款需要喷涂或电镀、表面不能有孔洞类缺陷的外观件，没有沿用更常规、更保守的外观面进浇思路，而是选择将浇排系统全部布置在非外观面，再通过定模隧道抽芯、预抽结构、真空排气以及“镶拼+3D打印”组合设计，在保证外观质量的同时兼顾了尺寸控制、模具成本和连续生产稳定性。

本期内容，就让我们一起来解读他们的冠军作品。

>>回顾大赛题目，了解产品情况

01设计展示

模具整体展示

浇排设计展示

该产品体积约 557.5 cm³，浇道体积约 284 cm³，渣包体积约 130 cm³，铸件总体积约 971.5 cm³，工艺出品率约为 57.15%。模具尺寸约 880×780×680 mm，锁模力需求约 5472 kN，匹配 650T 压铸机，冲头直径 Ø80 mm，压射行程约 457 mm，压室充填率约 40.8%。

结合产品质量要求来看，该产品外观面需要保持光亮，并满足后续喷涂或电镀要求，因此产品表面不能出现孔洞类缺陷。同时，产品局部存在厚壁区域，加工孔深度约25–29.5mm，对局部成型质量和后续加工稳定性也提出了更高要求。

在整体方案中，模力四射队将浇排系统全部布置在产品非外观面上，以底座加工面进浇，最大限度保证外观面的完整性。对于一款强调外观质量的小吨位产品来说，这一取舍同时兼顾； 外观、结构和工艺窗口，降低了后续抛光、打磨、喷涂和电镀环节的质量风险。

02设计思路

■ 浇排系统

在浇排设计上，团队进行了比较完整的迭代。模力四射团队并没有默认采用更常规的外观面进浇方案，而是将“产品外观完整性”作为优先目标，重点比较了两种设计方向：一种是更保守的常规方案，即从产品外观面进浇；另一种则是从产品底座加工面进浇。

产品外观面进浇方案

常规外观面方案虽然填充路径较短，浇口位置也更容易布置，但它最大的问题在于浇口会落在外观区域，后续必须打磨，而打磨之后仍然容易留下小孔洞、缺损或处理痕迹，对喷涂、电镀后的表面质量不利。同时，这种方案还需要更大的抽芯，模具尺寸更大，成本也更高。

外观面方案-卷气压力仿真结果

产品底座加工面进浇方案

底座加工面方案-卷气压力仿真结果

此外，浇口易去除，产品外表面可以一次压铸成型，不需要再做打磨抛光，把外观面完整保留在型腔内，且模具结构更紧凑，更适合连续生产。综合产品外观、模拟结果、模具成本以及生产稳定性，团队最终选择了底座加工面进浇的方案。

根据计算结果，冲头截面积约 5024 mm²，浇口截面积总和约 399.1 mm²，速度比约 12.6，理论浇口速度控制在 38~48 m/s，理论充填时间约 34~60 ms。结合PQ图验证，工作点位于工艺窗口内且基本处于中间区域，说明模具与压铸机的匹配性较好，工艺范围相对宽裕。

浇排方案迭代

浇排迭代方案模流仿真结果对比

最终定版方案不仅满足了产品外观要求，也使风险区域更集中，便于通过渣包、排气和真空进行处理。

进一步，团队结合应力变形分析对方案进行了验证。第三版方案的最大变形量控制在 0.4 mm 以内，满足图纸中 CT6、最大变形公差±0.55 mm 的要求。

智铸超云应力变形分析

■ 温控系统

在温控设计方面，钢铁艺术队先对无冷却状态下的温度场进行了分析，再根据热点和低温区布置冷却与局部加热。整体思路是通过温差管理改善成型一致性：例如，团队刻意让远端上方区域温度略高、下方温度略低，以利于产品充型。在温控系统设计上，团队采用了“冷却+加热并行优化”的思路。针对产品局部成型风险和温度分布情况，模具中设置了随形运水、高压点冷和线式冷却，同时针对外观部位和末端薄壁区域布置了油加热通道，以改善局部低温带来的冷隔和表面不良风险。

产品温控系统展示

从模拟结果看，增加冷却后，重点部位缩孔总体积由 433 降至 223，改善效果较为明显；

有无冷却-缩孔缩松及热节模拟结果对比

而在有加热的情况下，外观部位模温显著提高，温度分布也更均衡。

03设计亮点

整体来看，模力四射队这套冠军方案的亮点，在于它围绕外观完整性、尺寸稳定性、成本可控和连续生产这四个目标，做出了一整套较完整的组合。

Ø 亮点一：浇排系统布置在非外观面上，保证产品外观完整。针对产品需要喷涂或电镀、表面不能有孔洞类缺陷的要求，团队将浇排系统全部布置在非外观面上，避免浇口残留直接出现在外观区域。

同时，通过定模隧道抽芯设计减少表面分型线的影响，并叠加真空阀排气板，进一步降低表面气孔和缺陷风险。

Ø 亮点二：围绕高风险区域进行细致产品结构优化。对于较薄区域，团队在不影响外观的前提下从内部加料；对于局部较厚区域，则通过重新分配厚度来降低缩孔和充型风险。优化之后，产品平均壁厚控制在更合理的范围内，更有利于兼顾外观与成型稳定性。

同时，将底座边缘圆角由 R0.5 放大到 R4.5，同时同步放大内圆角，以均匀壁厚、改善填充并减少尖角引起的模裂纹。

Ø 亮点三：采用抽芯预抽结构和顶柱设计，保证产品尺寸。为了降低出模过程中的拉裂和变形风险，团队在模具结构中引入了定模预抽结构，并在抽芯位置增加顶柱。这一设计基于现场成熟经验移植到本次方案中，用来控制产品边框和平面关键区域的尺寸稳定性。

Ø 亮点四：采用“镶拼+3D打印”组合设计，降低模具成本。在模芯设计中，团队将镶件顶部采用3D打印随形冷却，底部继续使用常规加工方式，形成“镶拼+3D打印”的组合设计。这样既保留了复杂冷却的能力，又控制了材料和加工成本。

Ø 亮点五：围绕稳定生产补足模具细节。在生产稳定性方面，团队补充了不少容易被忽视的细节设计，例如镶针快换、模具排水、渣包易断口、抽芯喷淋以及标识管理等。这些结构直接关系到模具后续保养、维修效率和连续生产时的可控性。

总体来看，这套冠军方案体现出一种很清晰的小吨位设计逻辑：先围绕外观件要求锁定方案方向，再通过模流迭代把风险收敛，最后用结构细节把量产稳定性补齐。

04技术研讨

在赛后的作品交流中，适创科技工程师团队与模力四射队围绕这套方案中的关键技术点进行了进一步讨论。

适创工程师：针对这类产品，前期分析是否必要？

模力四射队：这次我们能够获得冠军的一个重要原因，就是在设计前期对产品质量要求做了完整分析。首先还是要看产品要求。像这个产品，图纸里已经明确了后续要喷粉或者电镀，这就意味着它是一个外观要求很高的产品。对这类件来说，表面不能有砂孔、崩缺，也不能在外观面上留下明显的浇口处理痕迹。另一方面，图纸里还有平面度和垂直度要求，这些尺寸单靠压铸很难完全保证。因此也会提醒我们提前判断哪些面必须加工、分型面该怎么放。

适创工程师：小吨位机台是否也有必要做四象限分析？如果不均衡会带来什么影响？

模力四射队：小吨位产品同样有必要做四象限分析。因为很多时候只算总锁模力是不够的。总吨位看起来没问题，不代表模具实际工作时就一定稳定。如果四象限不均衡，或某一局部压力超过1/4锁模力范围，就可能带来飞边、飞料、模刺增加等问题，进一步影响尺寸、打磨工时，甚至增加冷隔、流纹、气孔等缺陷风险。所以四象限分析其实是在帮助我们判断：浇排系统的放置是不是合理，受力是否均匀，模具是否存在局部风险。

适创工程师：为什么团队会比较坚持截面积递减原则？

模力四射队：因为从料饼到主流道、分流道再到内浇口，液流速度应当有一个逐步提升的过程。如果截面积设计不合理，流道中就容易出现忽快忽慢的状态，更容易带来包卷和流态混乱。虽然现场不同公司、不同产品的做法会有差异，但就这次方案来说，我们还是坚持让流道遵循截面积递减原则，并结合PQ图和流量核算做验证，这样后面的充型状态和工艺窗口会更可控。

流道截面积核算

适创工程师：这套方案为什么在右侧设置了三股波浪排气，而左侧只设置渣包？

模力四射队：这主要是根据模拟结果来定的。右侧属于产品的主要填充末端，气体和卷气风险更集中，因此在这一侧设置了三股波浪排气，并结合真空排气，尽量把末端气体及时排出去。左侧这边铝液主要是从上方经过，模拟结果显示该区域的含气量和气压都不算高，所以没有再叠加排气结构，而是保留渣包。一方面用于收集前端冷料，另一方面也有一定保温作用，对提升产品外观质量更有帮助。

适创工程师：产品整体采用镶件的形式，它的优劣是什么？

模力四射队：采用镶件形式，首先是为了兼顾成本、加工和冷却实现。采用镶拼可以把普通区域和关键区域分开处理，复杂位置再结合3D打印随形冷却，有利于降低成本，也更方便后期维护和更换。但镶件方案对加工和装配精度要求更高。如果分割位置处理不好，容易出现级位、缝隙。因此镶件分割位置要尽量避开关键外观面和高风险区域，同时在制造过程中应尽量先装配、再整体精加工，减少拼接后的高低差问题。

模力四射队表示，这套方案最大的亮点在于进浇方案的设计打破了“填充距离最短“的传统思路，始终将客户需求及产品特性放在首位来反推模具设计。根据团队的经验，模流分析显示的风险区域，很大概率在实际生产中也会存在问题。因此，团队认为，在方案筛选、优化与迭代过程中，应用CAE软件是十分必要的。