小吨位产品设计同样“暗藏难度”| 全国模具设计大赛作品详解

或许在很多人的认知里，考验模具设计能力的，往往是那些体量巨大、结构复杂的大型一体化铸件。

但事实上，小吨位产品同样“暗藏难度”。

空间更紧凑，工艺窗口更窄，任何一个结构判断失误，都可能推高设备吨位、拉长滑块行程，甚至让整套方案失去经济性。

第三届全国“适创杯”模具设计大赛中，获得小吨位组优胜奖的参赛团队——顺景园精密铸造（深圳）有限公司先锋队，正是从这样一个现实问题出发，围绕一款尺寸约300×238×171mm的压铸结构件，展开了一次极具工程价值的设计推演。

模具整体展示

浇排系统展示

该产品整体体积约 614 cm³，模具总体积达到 1824 mm³，出品率约30%。团队将整套模具控制在700×900×940mm范围内，并匹配800T压铸机，锁模力需求约7300kN，冲头直径Ø100mm，压射行程700mm，压室充填率约33%。

在产品设计初期，先锋队首先通过PQ图计算初步工艺参数，得出进浇口总面积约640mm²，进浇速度约42m/s，理论充填时间约0.036秒，为后续浇排系统设计提供了明确依据。

P-Q图表

■ 浇排系统

先锋队代表邱先伟介绍，在设计方案时，团队同步推进分型方案与模流验证。第一版方案中，产品从底座大面分型，左右滑块抽芯，进浇口设置在底座长边，正对整个产品料壁填充。

浇排系统方案一

该方案经模流分析很快暴露出两个问题：

一是左右滑块行程过长，模具宽度被迫放大至1100mm以上，压铸机至少需要1250T；

二是从长边进浇易造成明显卷气，成型风险较高。

方案一 智铸超云卷气压力仿真结果

因此，该方案被团队迅速否定。

第二版方案，团队尝试将产品立起来，从腔体底面分型，并把进浇口布置在上端面两侧，借此减少产品投影面积。底座做上斜滑块，下方椭圆形孔做下滑块，便于放置冲头。

浇排系统方案二

然而新的结构又带来了新的矛盾：上部大滑块必须采用45°斜抽，若用斜导柱存在断裂风险，用油缸又会与哥林柱发生干涉，同时，模流结果依旧显示严重卷气。

方案二 智铸超云卷气压力仿真结果

于是，团队继续进行了第三轮方案设计。

在第三版方案中，先锋队将底座改为正上滑块并采用油缸抽芯，下方椭圆孔做下斜滑块，用导柱抽芯，巧妙避免了与哥林柱的干涉。同时，将进浇口布置在下斜滑块面的三个边上，使金属液沿产品料位平行充填。

浇排系统方案三

方案三 智铸超云卷气压力仿真结果

调整后，通过智铸超云进行仿真模拟，可以看到两方面关键变化：

一方面，模具结构明显简化，整体尺寸被成功压缩；另一方面，模流结果显示几乎无卷气发生，液流充填平稳，末端交汇集中在渣包区域，气体含量基本控制在10%以下。

模流结果进一步验证了该方案的合理性。由此，先锋队将第三版方案确定为最终定版方案。

定版方案-智铸超云气体含量仿真结果

定版方案-智铸超云液流追踪仿真结果

在确定浇排方案后，先锋队进一步对流道截面积进行了系统核算。

从主流道到内浇口，各级截面积严格遵循递减原则，确保金属液在各节点保持合理流速与压力传递。最终浇口总面积稳定在640mm²左右，既满足充填效率，又避免局部过冲。

定版方案浇口截面积

■ 温控系统

在温控系统方面。此产品结构简单，壁厚均匀，因此只用到冷却系统。动模方面行程较深，团队选择以点冷冷却为主；定模方面则以水管冷却为主。

动模侧优化前-智铸超云温度仿真结果

对比无冷却与有冷却两种状态的缩孔仿真结果可以清晰看到：增加冷却水路后，最大缩孔位置与风险体积明显减少；热节数量与体积同步改善。

无冷却（左）有冷却（右）智铸超云缩孔缩松仿真结果对比

无冷却（左）有冷却（右）智铸超云热节仿真结果对比

综合来看，先锋队的设计方案在细节层面展现了诸多亮点，反映出团队的工艺设计智慧。

Ø 亮点一：针对77mm深柱位可能存在的成型风险，团队在结构上增加十字筋位增加成型稳定性（此结构需经过客户同意）。

Ø 亮点二：将进浇口与产品料位平行填充，最大程度减少铝料包卷现象。

Ø 亮点三：将模具深腔做后模，减小产品投影面积，正上方向大滑块做油缸，下斜方向小滑块做导柱，不干涉哥林柱，做到模具和压铸机最小化。

Ø 亮点四：所有进浇口与渣包统一布置在必须加工面上，后处理可直接机加工完成，最大限度减少人工打磨。

Ø 亮点五：将动模型芯做成镶件，即节省了模具材料成本，又简化了模具加工难度。

总体来看，先锋队的设计思路围绕三大核心目标推进：以模具结构简化为基础，提升模具稳定性与耐用性；以产品成型优化为核心，采用独特的进浇方式；以加工成本最小化为导向，在保证品质的前提下，实现整体成本的高效控制，最终完成这套兼具实用性与经济性的模具方案。

整套模具开模状态示意图