跟大咖学设计 · 第23期 | 全国模具设计大赛作品详解

在压铸模具设计中，最考验选手的不是单点优化，而是从进料方式、流态控制到结构细节的“系统能力”。

第三届全国“适创杯”模具设计挑战赛大吨位组优胜奖团队——珠海市润星泰电器有限公司雷霆队通过模流分析对模具的浇排设计、冷却系统以及结构强度进行整体优化，减少了模具冲蚀拉模和铸件气孔、缩孔、冷隔等问题的发生，使模具结构更加简单，降低了前期投入和后期维修成本，延长了模具寿命。

模具整体展示

浇排系统展示

产品外形尺寸为1430×1230×1172mm，渣包体积 656508 mm³，浇道体积 1808271 mm³，总体积约 4179474 mm³，出品率39.8%。

根据工艺参数计算，锁模力要求22064KN，匹配 2500T/3000T压铸机，冲头直径 Ø150 mm，压射行程 815 mm，压室充填率约 29.4%。模具中心与压铸机中心基本重合，使铸件四个象限投影面积均衡分布，有效避免因偏心导致的飞料风险。

从产品结构中可以看到，该产品内腔深度较大，平均超过90mm；且产品顶部分型曲折，对进料路径和流动方向提出了较高要求，不利于布置浇口。综合考虑后，团队选择从产品内腔侧的顶部机加面采用鹰嘴式俯冲进浇，增加定模预顶。

这种进料方式不仅能够缩短关键区域的充填路径，还能使金属液在复杂结构中的流动更加平稳，方便后续排气。

其次，为了提高铝液充填效果，减少铝液紊流现象，团队考虑在下图中所示两个端子窗口增加2mm搭桥，后续机加工去除。

此外，根据产品缩孔缩松和壁厚分析，水道孔区域、侧边端子窗口，安装角容易存在缩孔缩松现象，进行温控设计时需要特别留意。

 壁厚分析

缩孔缩松结果分析

最后，计算内浇口面积以及排位布局。

通过产品大小及壁厚分析，基板壁厚为3mm，选取充填时间0.028-0.04S、充填速度38-46m/s、内浇口厚度1.5-2.5mm。

结合理论参数、模流分析验证，考虑产品流程较长，主流道浇口选取3mm，两侧辅助浇口选取2.4mm，总浇口截面积1353mm²，速度比为13.05倍。相对于产品左侧对比，右侧特征较为复杂，所以右侧浇口截面积需比左侧大（流量比左侧大）。

经过PQ²图验证，工作点落在工艺窗口中间位置，表明模具与压铸机的匹配性合理。

■ 浇排系统

在初版方案中，团队采用长边俯冲进料。模流结果显示，在充填尾端及中部凸台区域出现明显卷气，分析其根本原因在于靠近进料口处内腔结构起伏较大，导致金属液在充填过程中不断改变流向与速度，形成紊流。

初版方案-气体含量仿真结果

针对这一问题，团队进行了两方面调整：

一是将进料方向改为短边俯冲进料；

二是调整溢流槽排布及局部筋条设计，对流动路径进行引导。

优化后，模流结果显示产品内部含气量基本控制在10%以内，卷气区域集中在溢流系统中，整体充填更加平稳流畅。

定版方案-气体含量仿真结果

■ 温控系统

在温控系统方面，团队针对不同区域进行了差异化设计。在定模侧采用线冷加水井式冷却的方式、动模侧采用了线冷冷却、滑块采用了线冷加局部高压点冷冷却。

定模侧冷却                   动模侧冷却

滑块冷却

对比仿真结果可以看到，增加冷却系统后，缩孔体积明显降低，热节最大值下降，模具整体温度分布更加均匀。

冷却前（左）后（右）缩孔缩松结果对比

冷却前（左）后（右）热节结果对比

同时，通过温度场对比分析可以发现，未加冷却时模具存在明显热点，而优化后温度分布趋于均衡，从而提升了成型稳定性。

冷却前（左）后（右）温度结果对比

总体来说，雷霆队的设计方案在多个关键细节体现出可参考的工程价值。

Ø 亮点一：针对产品安装角料偏厚，容易产生缩松缩孔的问题。团队为减少热节缩孔机率，在安装角料厚位置进行掏料结构设计，保证均匀壁厚以提高成型质量。同时达到产品轻量化和降本增效的效果。

Ø 亮点二：在产品高位复杂结构区域增加引流筋条，配合顶部排气镶件及螺纹孔预铸设计，引导气体排出，降低螺纹孔气孔及滑牙风险。

Ø 亮点三：针对水道孔等厚壁区域可能出现的热节、缩孔风险，采用高压点冷抽芯方式，提高局部冷却效率，同时在红色机加端面模具做表面晒纹处理，辅助将气体存在晒纹处，后续通过机加工去除，减少热节与缩孔缺陷风险。

Ø 亮点四：在复杂模芯及易损区域采用镶件结构，并使用高性能钢材用于关键部位，其余区域则采用成本更优的材料，在保证寿命的同时有效控制模具成本。

Ø 亮点五：在螺纹孔区域采用司筒顶针结合预铸孔结构，既可减少机加工量，又能降低机加工后的气孔暴露概率，同时提升顶出稳定性。

Ø 亮点六：分流锥倒扣设计，增强铸件与动模侧的抱紧力，防止开模时粘附定模流道，从而提高脱模可靠性，避免拉伤与变形风险。

同时，针对分流锥高温区域，采用螺旋式冷却结构，相较传统水井冷却具有更高冷却效率。

总体来看，雷霆队的方案展示了一种典型的系统化设计思路：

从进料方式入手，采用俯冲进料控制流态；通过模流分析不断优化浇排路径；再结合冷却与结构设计，对高风险区域进行针对性强化。最终形成了一套在复杂结构下依然具备稳定成型能力的模具方案。