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把外觀面“留給產品”，把風險“交給設計”。第三屆全國“適創杯”模具設計挑戰賽小噸位組冠軍——模力四射隊，面對一款需要噴涂或電鍍、表面不能有孔洞類缺陷的外觀件，沒有沿用更常規、更保守的外觀面進澆思路，而是選擇將澆排系統全部布置在非外觀面，再通過定模隧道抽芯、預抽結構、真空排氣以及“鑲拼+3D打印”組合設計，在保證外觀質量的同時兼顧了尺寸控制、模具成本和連續生產穩定性。

本期內容，就讓我們一起來解讀他們的冠軍作品。

>>回顧大賽題目，了解產品情況

01設計展示

模具整體展示

澆排設計展示

該產品體積約 557.5 cm3，澆道體積約 284 cm3，渣包體積約 130 cm3，鑄件總體積約 971.5 cm3，工藝出品率約為 57.15%。模具尺寸約 880×780×680 mm，鎖模力需求約 5472 kN，匹配 650T 壓鑄機，沖頭直徑 ?80 mm，壓射行程約 457 mm，壓室充填率約 40.8%。

結合產品質量要求來看，該產品外觀面需要保持光亮，并滿足后續噴涂或電鍍要求，因此產品表面不能出現孔洞類缺陷。同時，產品局部存在厚壁區域，加工孔深度約25–29.5mm，對局部成型質量和后續加工穩定性也提出了更高要求。

在整體方案中，模力四射隊將澆排系統全部布置在產品非外觀面上，以底座加工面進澆，最大限度保證外觀面的完整性。對于一款強調外觀質量的小噸位產品來說，這一取舍同時兼顧； 外觀、結構和工藝窗口，降低了后續拋光、打磨、噴涂和電鍍環節的質量風險。

02設計思路

■ 澆排系統

在澆排設計上，團隊進行了比較完整的迭代。模力四射團隊并沒有默認采用更常規的外觀面進澆方案，而是將“產品外觀完整性”作為優先目標，重點比較了兩種設計方向：一種是更保守的常規方案，即從產品外觀面進澆；另一種則是從產品底座加工面進澆。

產品外觀面進澆方案

常規外觀面方案雖然填充路徑較短，澆口位置也更容易布置，但它最大的問題在于澆口會落在外觀區域，后續必須打磨，而打磨之后仍然容易留下小孔洞、缺損或處理痕跡，對噴涂、電鍍后的表面質量不利。同時，這種方案還需要更大的抽芯，模具尺寸更大，成本也更高。

外觀面方案-卷氣壓力仿真結果

產品底座加工面進澆方案

底座加工面方案-卷氣壓力仿真結果

此外，澆口易去除，產品外表面可以一次壓鑄成型，不需要再做打磨拋光，把外觀面完整保留在型腔內，且模具結構更緊湊，更適合連續生產。綜合產品外觀、模擬結果、模具成本以及生產穩定性，團隊最終選擇了底座加工面進澆的方案。

根據計算結果，沖頭截面積約 5024 mm2，澆口截面積總和約 399.1 mm2，速度比約 12.6，理論澆口速度控制在 38~48 m/s，理論充填時間約 34~60 ms。結合PQ圖驗證，工作點位于工藝窗口內且基本處于中間區域，說明模具與壓鑄機的匹配性較好，工藝范圍相對寬裕。

澆排方案迭代

澆排迭代方案模流仿真結果對比

最終定版方案不僅滿足了產品外觀要求，也使風險區域更集中，便于通過渣包、排氣和真空進行處理。

進一步，團隊結合應力變形分析對方案進行了驗證。第三版方案的最大變形量控制在 0.4 mm 以內，滿足圖紙中 CT6、最大變形公差±0.55 mm 的要求。

智鑄超云應力變形分析

■ 溫控系統

在溫控設計方面，鋼鐵藝術隊先對無冷卻狀態下的溫度場進行了分析，再根據熱點和低溫區布置冷卻與局部加熱。整體思路是通過溫差管理改善成型一致性：例如，團隊刻意讓遠端上方區域溫度略高、下方溫度略低，以利于產品充型。在溫控系統設計上，團隊采用了“冷卻+加熱并行優化”的思路。針對產品局部成型風險和溫度分布情況，模具中設置了隨形運水、高壓點冷和線式冷卻，同時針對外觀部位和末端薄壁區域布置了油加熱通道，以改善局部低溫帶來的冷隔和表面不良風險。

產品溫控系統展示

從模擬結果看，增加冷卻后，重點部位縮孔總體積由 433 降至 223，改善效果較為明顯；

有無冷卻-縮孔縮松及熱節模擬結果對比

而在有加熱的情況下，外觀部位模溫顯著提高，溫度分布也更均衡。

03設計亮點

整體來看，模力四射隊這套冠軍方案的亮點，在于它圍繞外觀完整性、尺寸穩定性、成本可控和連續生產這四個目標，做出了一整套較完整的組合。

? 亮點一：澆排系統布置在非外觀面上，保證產品外觀完整。針對產品需要噴涂或電鍍、表面不能有孔洞類缺陷的要求，團隊將澆排系統全部布置在非外觀面上，避免澆口殘留直接出現在外觀區域。

同時，通過定模隧道抽芯設計減少表面分型線的影響，并疊加真空閥排氣板，進一步降低表面氣孔和缺陷風險。

? 亮點二：圍繞高風險區域進行細致產品結構優化。對于較薄區域，團隊在不影響外觀的前提下從內部加料；對于局部較厚區域，則通過重新分配厚度來降低縮孔和充型風險。優化之后，產品平均壁厚控制在更合理的范圍內，更有利于兼顧外觀與成型穩定性。

同時，將底座邊緣圓角由 R0.5 放大到 R4.5，同時同步放大內圓角，以均勻壁厚、改善填充并減少尖角引起的模裂紋。

? 亮點三：采用抽芯預抽結構和頂柱設計，保證產品尺寸。為了降低出模過程中的拉裂和變形風險，團隊在模具結構中引入了定模預抽結構，并在抽芯位置增加頂柱。這一設計基于現場成熟經驗移植到本次方案中，用來控制產品邊框和平面關鍵區域的尺寸穩定性。

? 亮點四：采用“鑲拼+3D打印”組合設計，降低模具成本。在模芯設計中，團隊將鑲件頂部采用3D打印隨形冷卻，底部繼續使用常規加工方式，形成“鑲拼+3D打印”的組合設計。這樣既保留了復雜冷卻的能力，又控制了材料和加工成本。

? 亮點五：圍繞穩定生產補足模具細節。在生產穩定性方面，團隊補充了不少容易被忽視的細節設計，例如鑲針快換、模具排水、渣包易斷口、抽芯噴淋以及標識管理等。這些結構直接關系到模具后續保養、維修效率和連續生產時的可控性。

總體來看，這套冠軍方案體現出一種很清晰的小噸位設計邏輯：先圍繞外觀件要求鎖定方案方向，再通過模流迭代把風險收斂，最后用結構細節把量產穩定性補齊。

04技術研討

在賽后的作品交流中，適創科技工程師團隊與模力四射隊圍繞這套方案中的關鍵技術點進行了進一步討論。

適創工程師：針對這類產品，前期分析是否必要？

模力四射隊：這次我們能夠獲得冠軍的一個重要原因，就是在設計前期對產品質量要求做了完整分析。首先還是要看產品要求。像這個產品，圖紙里已經明確了后續要噴粉或者電鍍，這就意味著它是一個外觀要求很高的產品。對這類件來說，表面不能有砂孔、崩缺，也不能在外觀面上留下明顯的澆口處理痕跡。另一方面，圖紙里還有平面度和垂直度要求，這些尺寸單靠壓鑄很難完全保證。因此也會提醒我們提前判斷哪些面必須加工、分型面該怎么放。

適創工程師：小噸位機臺是否也有必要做四象限分析？如果不均衡會帶來什么影響？

模力四射隊：小噸位產品同樣有必要做四象限分析。因為很多時候只算總鎖模力是不夠的。總噸位看起來沒問題，不代表模具實際工作時就一定穩定。如果四象限不均衡，或某一局部壓力超過1/4鎖模力范圍，就可能帶來飛邊、飛料、模刺增加等問題，進一步影響尺寸、打磨工時，甚至增加冷隔、流紋、氣孔等缺陷風險。所以四象限分析其實是在幫助我們判斷：澆排系統的放置是不是合理，受力是否均勻，模具是否存在局部風險。

適創工程師：為什么團隊會比較堅持截面積遞減原則？

模力四射隊：因為從料餅到主流道、分流道再到內澆口，液流速度應當有一個逐步提升的過程。如果截面積設計不合理，流道中就容易出現忽快忽慢的狀態，更容易帶來包卷和流態混亂。雖然現場不同公司、不同產品的做法會有差異，但就這次方案來說，我們還是堅持讓流道遵循截面積遞減原則，并結合PQ圖和流量核算做驗證，這樣后面的充型狀態和工藝窗口會更可控。

流道截面積核算

適創工程師：這套方案為什么在右側設置了三股波浪排氣，而左側只設置渣包？

模力四射隊：這主要是根據模擬結果來定的。右側屬于產品的主要填充末端，氣體和卷氣風險更集中，因此在這一側設置了三股波浪排氣，并結合真空排氣，盡量把末端氣體及時排出去。左側這邊鋁液主要是從上方經過，模擬結果顯示該區域的含氣量和氣壓都不算高，所以沒有再疊加排氣結構，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溫作用，對提升產品外觀質量更有幫助。

適創工程師：產品整體采用鑲件的形式，它的優劣是什么？

模力四射隊：采用鑲件形式，首先是為了兼顧成本、加工和冷卻實現。采用鑲拼可以把普通區域和關鍵區域分開處理，復雜位置再結合3D打印隨形冷卻，有利于降低成本，也更方便后期維護和更換。但鑲件方案對加工和裝配精度要求更高。如果分割位置處理不好，容易出現級位、縫隙。因此鑲件分割位置要盡量避開關鍵外觀面和高風險區域，同時在制造過程中應盡量先裝配、再整體精加工，減少拼接后的高低差問題。

模力四射隊表示，這套方案最大的亮點在于進澆方案的設計打破了“填充距離最短“的傳統思路，始終將客戶需求及產品特性放在首位來反推模具設計。根據團隊的經驗，模流分析顯示的風險區域，很大概率在實際生產中也會存在問題。因此，團隊認為，在方案篩選、優化與迭代過程中，應用CAE軟件是十分必要的。