跟大咖学设计 · 第11期 | 亚军铸模探索队作品详解

本次，我们邀请到第二届全国“适创杯”模具设计大赛亚军团队——来自宁波隆源股份有限公司的铸模探索队，对获奖作品进行深入的思路与亮点探讨，欢迎大家留言交流！

>>回顾大赛题目，了解产品情况

模具结构展示

浇排系统展示

浇排系统展示

观看铸模探索队决赛答辩

铸模探索队的陈雷先生介绍，在设计时，考虑到客户抽缸需求尚未明确，团队将重心放在压缩模具最大尺寸，实现设计紧凑的要求上。

在乘算1.2倍安全系数后，方案所需锁模力为467T，配置500T压机，模具总宽度为1360mm，厚度735mm，保证不需要抽缸、模具拆卸等步骤，仅通过旋转模具即可安装。同时，抽芯组合也进行了优化， 一个油缸可实现两个不同角度的同步抽芯，大幅减小体积。

为降低备件制作及管理成本，团队在天侧、地侧、定模侧的机加工内孔区域（下图蓝色序号处），均采用加工余量单边0.3mm，底部全圆角的设计，内孔深度控制在直径的3倍， 保证销子规格设计一致。

天侧加工余量设置

天侧加工余量设置

针对深腔孔（下方标红处）的顶出问题，团队采用低成本、高效益的圆弧顶杆，而非体积较大的扁平顶针。并通过局部顶出力计算确认了顶出面积，采用三等分布局，均匀分配在该部位。

设计浇排方案时，团队希望将内浇口布置在加工面上，减少后续打磨处理工作量。但在第一版浇排仿真中，产品中间位置出现了困气现象。经考察，是由于不同浇道流程差距大，两侧流速过快导致，同时，由于浇口对着薄弱位置冲击较多，容易产生热节，故放弃这一方案。

在第二版修改方案中，通过将部分浇口移至侧面，实现了同步浇注。侧面流道也可以避免单一方向的金属液持续对抽芯施加冲击力，造成变形。

但第二版的方案浇道主次不明确，且金属液最终全都熔接到油道孔处，容易出现气孔、缩孔缺陷，且下侧浇道急转弯较多，损失充填压力，不利于油道孔补缩。

在第三版设计中，团队将下侧多个浇道合并为平面主浇道，减少油道孔熔接不良现象，并以此为基础进行浇口迭代工作，最终完成浇排设计。

在浇排方案中，下方红圈处筋条作为进浇口，将会是铝液冲击的第一个转角，为了减少能量损耗，团队将R角加大，引导铝液向壁厚处填充，同时也能减少R角产生热节的概率，延缓模具龟裂时间。

铸模探索队赛后采访

在赛后的作品交流中，适创科技工程师团队与获奖选手再次针对作品中的技术点进行了探讨，直播观众也进行了提问，以下记录了技术探讨过程中的部分亮点内容：

适创工程师：在设计中，团队非常重视对原有方案的修正，并强调要反馈到客户手中，这是否有必要呢？

铸模探索队：一处小改动，可能就会产生几万甚至是几十万元的经济效益，这在“卷效率、卷成本”的行业现状下尤为重要。以下图为例，在生产中，红圈所示的位置要进行断续切削，分次成型，不仅会拉低产品加工效率，也对刀具的刚性与寿命提出了挑战。

因此，在不影响装配的前提下，我们采用了“火山口”设计，将加工面改为毛坯面，既避免了多余的切削作业，又实现了减重，实现了成本优化。最终机加工的方案效率更高，损耗更少。

适创工程师：在方案中，团队在R角提出了许多的优化建议，有什么具体的方法论？

铸模探索队：此次产品结构复杂，有许多需要设置长抽芯、斜抽芯、滑块的部位，在现场生产中容易出现拉模、泄露的风险，导致油道孔的暴露。而在R角等尖锐部位，金属液会存在冷却速度较快，缩松缩孔增大的问题。因此，团队需要修改R角使产品更圆润，让金属液更顺畅地流过转角区域，减少局部温差梯度。

在理论上，我们要注意R角的内圆角的弧度不要明显小于外圆角弧度，否则就是变相增加壁厚。在壁厚一致的地方，以下图为例，内圆角半径r最好等于壁厚t，外圆角半径R则是r与t之和，如壁厚是3mm，那么内圆角半径也应为3mm，外圆角半径为6mm。

在壁厚渐变的部位，如一端壁厚为5mm，另一端壁厚为3mm，那么内圆角半径r应该是两者相加的一半4mm，外圆角半径R则是两者相加的8mm。

除了理论上的计算，我们也会借助智铸超云仿真的热节结果对R角进行逐个优化，通过修改设计或者增加高压点冷的方式，缩小热节与缩松缩孔部位。

适创工程师：队伍在设计浇道上下了相当大的功夫，进行了多次迭代，也具备丰富的生产经验。这里向您提一个新手工程师常见的困惑，许多工程师为了加快流速，会通过截面积递减的原则设计浇排，但最终导致了主流道过于肥大，拉长生产节拍，是否有办法可以解决？

铸模探索队：我用一个大吨位案例来进行说明。在下图中，可以看到主浇道分出两个分浇道进行填充，形成“三岔路口”，理论上，主浇道面积应该大于两个分浇道的面积之和。但实际上主流道小于分流道之和，结果不仅没有影响生产，还一直在进行量产。

截面积递减原则被广泛采用的原因，本质上是它可以减少流动过慢产生的卷气。当方案本身卷气量少、可以同步充填，如果工程师对产品已经对产品认识较深，可以尝试不遵照截面递减原则进行设计。当然，如果出现进浇不同步等现象时，调整浇口面积也是必要的。

适创工程师：在工艺窗口验证环节中，团队展示了一张与其他队伍不一样的PQ图，可以解释一下它的优势吗？

铸模探索队：我们采用了一种来自于海外的PQ图模板，可以查看关键参数改变后的总体变化。将70mm、80m、90mm的料筒直径设置于D1、D2、D3三列（红色方框处），看出70mm的锁模力余量仅有-17.9%，锁模力不够，显然不可用；90mm会导致料筒填充度仅有27.9%，74MPa的压力也不利于后续调机及批量生产，稳定性较难保证；故因此选择80mm。

在现在流行的模板中，这需要三张图进行对比，而我们一张表最多可进行六列对比。

适创工程师：团队在亮点介绍中，在油道孔部位预留了0.2mm的间隙，避免零件热膨胀相互顶撞导致零件失效。但我们能否通过在销子上设置弹簧的方式，减少因为有余量而产生隔皮的风险，同时增加模具寿命？

铸模探索队：我们认为，放置弹簧会对后续模具的优化与维修造成困难，要设置快换或者水路都会增加难度，预留间隙的做法可以降低配模工作量。

并且，在装有嵌件的产品上，使用弹簧的不确定性会更高。由于嵌件是钢制，若和销子直接接触，可能会导致与铝产品整体的公差加大，因此我们通常会采用预留间隙的手段。

同时，鉴于该部位难以直接分型，先预留空间，再后续加工的方法是最合适的。我们认为，类似的产品最好是毛坯设计与模具设计同步进行，简化模具设计分模工作，保障零件品质。

适创工程师：在镶块接缝处，为了防止飞边，团队特地增加了涂胶槽，通过涂上胶水的方式封闭间隙。但在实际生产中，这种方式应用得并不多，团队是出于什么考虑加入的呢？

铸模探索队：考虑到多次涂胶不方便维护保养，这种方式我们只在飞边现象比较明显的情况下采用。在抽真空和排气的时候，良好的密封性可以保证气体和液体不沿缝隙溢出，减少困气和表面缺陷。

也有观众提出使用斜面镶块的做法，减少涂胶的工序，但那样每个镶件都要精细加工并存在一定公差，而涂胶镶件可以作为标准件使用。