跟大咖学设计 · 第21期 | 全国模具设计大赛作品详解

本期内容来自第三届全国“适创杯”模具设计挑战赛大吨位组优胜奖参赛团队——宁波星源卓镁技术股份有限公司懿创之星队。

面对一款典型的薄壁大型压铸件，团队围绕“温差控制、气密要求与模具稳定性”三条主线展开系统设计，在浇排、温控、真空及结构细节层面进行了完整推演和优化，使模具结构更加简单，生产更具标准化和通用化。

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模具整体展示

浇排系统展示

产品外形尺寸为525×415×152mm，体积约1647cm³，质量约4530g，主体壁厚仅3mm，平均壁厚3.23mm，局部最大壁厚达14.84mm，整体属于薄壁大尺寸压铸件。从产品参数本身就可以判断，这不是一件“靠经验”就能做得稳的模具。

结合投影面积与工艺参数计算，所需锁模力2408T，故选用 2500T 压铸机进行匹配。整模安装与动定模布置均以设备中心为基准进行象限平衡控制，确保受力均匀与生产稳定。

在产品设计初期，懿创之星队首先对产品难点进行了综合分析，从而明确了针对性的优化思路。团队认为，这套产品的设计难点，集中在三个核心矛盾。

第一，是薄壁与流动距离的矛盾。产品主体壁厚仅3mm，若铝液温差超过30℃，极易出现冷隔、喷砂起皮甚至气缩孔风险。因此，产品进料位置应优化考虑铝液充填流程最短处。

第二，是深腔与变形的矛盾。产品内腔深达152mm，包紧力大，且产品壁厚比较薄，变形风险很大；若腔体设计不当，容易发生粘模与拉变形风险。因此，应将产品内腔侧设计为动模侧，从源头规避定模粘模与顶出失效风险。

产品腔体

第三，是极高的气密与孔隙率要求。产品需满足ASTM E505二级标准，主体区域气孔直径需控制在1mm以内，局部厚壁区域气孔直径不超过1.5mm。同时，产品水道区域存在摩擦焊接及高气密检测要求。因此，产品压铸方案优先考虑采用高真空压铸技术，真空度控制在20mbar以内，产品水道区域为重点及难点设计区域。

产品水道区域

■ 浇排系统

在对浇排系统进行优化设计时，团队结合模流分析验证，总共进行了三版方案迭代。

方案一采用短边进料，铝液最远流程距离达633mm。通过智铸超云进行模流分析，结果显示产品远端温度降幅接近50℃，卷气明显，并产生氧化渣，故放弃此方案。

浇排系统方案一

方案二同样采用短边进料，但在方案一的基础上增加了三股辅助进料。结合模流分析温度仿真结果，可以看到铝液温度降温在30-40℃上下，相对于方案一有所改善，但远端仍存在冷隔风险，卷气氧化渣现象比较严重。理想状态应将温差控制在30℃以内，因此该方案仍不够理想。

浇排系统方案二

方案三将进料方向调整为长边进料，流程距离缩短至471mm，大大降低了成型未端的冷隔风险；结合模流分析结果，可以看到产品成型远端铝液温度最低638度，相对于前面两个方案已经大大改善，已经控制在理想温差30度以内；同时，相对于前面两个方案模流分析温度结果也有很大改善。

浇排系统方案三

因此，选择该方案为定版方案。

在确定浇排方案后，懿创之星队进一步对流道截面积与速度比控制进行了计算。

基于冲头直径140mm，冲头截面积约15000mm²，浇口截面积总和约950mm²，速度比控制在15.7左右。流道设计遵循截面积递减原则，既保证充填效率，又为后期工艺调整保留了空间。

定版方案浇口截面积

■ 温控系统

在温控系统方面，冷却系统采用线冷与高压点冷结合的方式。在靠近进料流道区域模仁温度相对较高，布置线冷，以快速带走热量；在螺柱与厚壁区域重点布置高压点冷，降低机加工后缩孔风险。

同时，考虑到进油口温度高于出油口，进油口优先布置在产品远端或深腔难成型区域，以抵消远端冷料风险。

■ 顶出与反顶设计

考虑到产品薄壁且局部包紧力大，团队决定在关键区域增加定模反顶杆，并通过包紧力计算确定产品关键区域顶杆数量与尺寸。

综合分析后，团队在定模侧排布直径8mm顶杆共14支；动模侧采用双节顶杆组合，直径6mm双节顶杆共10支，直径8mm双节顶杆共48支，以更好地分散顶出应力，降低变形风险。

定模侧顶杆排布          动模侧顶杆排布

综合来看，懿创之星队的设计方案在细节层面展现了诸多亮点。

Ø 亮点一：为满足气孔与气密要求，团队采用“真空阀 + 普通排气块 + 料筒抽气孔”三级抽真空结构。冲头在料筒内运动时可同步抽走料筒与型腔残余气体，并在高速切换前完成真空控制关闭。这种节拍明确、抽气量充足的三级抽真空体系设计，使真空度可稳定控制在 20mbar 以内。

三级抽真空结构

模具整体密封设计参考图

Ø 亮点三：针对M8螺孔等局部厚壁区，评估缩孔与泄漏风险后设置滑块挤压销，并匹配挤压油缸与挤压体积需求，降低缩孔发生概率。

Ø 亮点四：针对深腔卷气与机加工后M5螺孔缩孔泄漏风险，增设滑块挤压销并配置冷却板，为挤压油缸提供稳定散热通道，避免高温导致油缸失效，兼顾缺陷控制与生产可靠性。

Ø 亮点五：团队通过策略性下调滑块分型并在相应位置布置渣包，巧妙化解壁厚较厚区域机加工后气孔暴露风险较大问题，保证产品质量。

常规滑块分型              调整后的滑块分型

Ø 亮点六：将局部易损件制成镶件，既能延长模芯寿命，又能显著提升后期维修的便利性；同时增加高压点冷却，有效降低了此处的温度，改善该区域热节缩孔风险。

Ø 亮点七：针对模架滑块开口处应力集中与高温卡滞风险，通过设置防内缩块降低滑块卡滞概率，提高试产与量产阶段动作可靠性。

总体来看，懿创之星队通过对产品壁厚与模流热节、缩孔的分析，对产品壁厚进行减料与优化；通过模流分析筛选排位方案，设计冲头、浇口、浇道、渣包、排气、冷却；同时，采用整体料套、真空压铸、高压点冷、挤压销、内喷涂、合理的设计抽芯结构、模面的精定位、易损件的镶拼与快换设计等，使模具整体结构简单、动作准确可靠、构件刚性良好、生产维修方便。