压铸件设计：面向制造和面向成型的14项结构原则

当我们谈论 压铸件设计我们不仅决定零件的外观，还决定它的修复方式。 孔隙风险、变形行为、加工周期、废品率、加工成本和装配效率 甚至在第一件工具还没开始切割之前。

好的压铸件设计=好 DFM（面向制造设计） + 好 DFA（装配设计）:

• DFM 重点关注 铸造稳定，易于填充和凝固，模具合理以及可预测的质量。
• DFA 专注于 该铸件是如何组装的 以及其他组成部分：定位、公差、可达性、紧固件和功能集成。

以下是 14项实用结构原则 用于压铸零件设计提炼并重新组织了车间经验和铝锌压铸件的 DFM/DFA 最佳实践。

1. 压铸件壁厚

（1）选择合理的壁厚

如果墙是 太薄熔体难以填充，导致短射、冷闭或特征不完整。
如果墙是 太厚凝固速度慢，晶粒粗大，这会增加以下风险：

• 内部缺陷：收缩孔隙、气孔、偏析
• 表面缺陷：凹陷和凹坑
• 机械性能较差，重量和成本较高。

作为HPDC的一般指导原则：

• 此 最大壁厚 大多数压铸件应该 不超过约5毫米.
• 薄壁截面（在工艺能力范围内）有助于提高密度、强度和耐压性。
• 局部较厚区域应为 核心部分 这样一来，整体壁厚就更加均匀，零件重量也得以减轻。

墙面面积（平方厘米）	铝镁合金 – 最小壁厚（毫米）	铝合金和镁合金——推荐壁厚（毫米）	锌合金 – 最小壁厚（毫米）	锌合金 – 推荐壁厚（毫米）
≤25	0.8	2.0	0.5	1.5
25〜100	1.2	2.5	1.0	1.8
100〜500	1.8	3.0	1.5	2.2
> 500	2.5	3.5	2.0	2.5

当局部区域因功能原因必须加厚时，可使用空心部分或凹槽来减少质量并保持凝固模式均匀。

（2）保持壁厚均匀和过渡平滑

只要条件允许，压铸件的横截面应具有 壁厚均匀 或者只是渐进式的变化。如果差异不可避免（由于功能或组装方式），则比例为 由厚到薄 各部分通常应 不超过 3:1.

设计技巧：

• 绝大部分储备使用 平整或锥形过渡 避免厚度突然变化。
• 避免金属流动突然减慢或加快的“阶梯”部分。
• 请记住，不同厚度的截面凝固时间不同，这会产生较大的内应力，并导致…… 裂纹和变形.

精心设计的过渡效果有助于：

• 稳定熔体流动并改善填充性能
• 减少湍流和表面折叠
• 最大限度降低内部应力和变形风险

2. 最小孔径和深度

在高压压铸 (HPDC) 芯片中，非常小或非常深的孔很难填充和排气，而且它们还会削弱芯片的强度。

一般来说：

• 对于 铝镁合金， 最小实用孔径 大约是 2.0–2.5毫米.
• 对于 锌合金由于流动性更好， 最小实用孔径 可以是关于 1.0–1.5毫米.
• 经济孔深通常约为 直径的 4–6 倍 (4d–6d)，并 技术极限 可以是关于 8–12天具体情况取决于合金种类以及孔是盲孔还是通孔。

如果必须打孔 更小或更深 比这些指导原则更进一步：

• 考虑 铸造浅凹槽/导向标记 并通过以下方式完成该功能 钻孔或扩孔.
• 同时，检查 孔对孔, 孔到边缘和 孔对槽 确保模具钢具有足够的强度来承受热载荷和机械载荷。

3.避免模具部分过薄

零件的结构设计直接影响 模腔最薄部分:

• 如果某些区域的模具钢是 太薄其强度急剧下降。
• 在反复高温循环和注射压力下，这种薄层容易发生 变形、弯曲、开裂或断裂.

从 DFM 的角度来看，零件几何形状应避免迫使模具型腔内出现薄钢片或极窄的肋条。

4. 罗纹设计

压铸件中的加强筋主要有两个作用：

1. 增加刚度和强度 改变零件的形状并减少变形（而不是简单地加厚壁）。
2. 引导金属流 改善填充效果并减少缺陷。

（1）肋尺寸

常用设计参考值（T = 标称壁厚）：

• 肋骨底部厚度t:
  • 通常 0.6–1.0 × T, 通常 不大 比局部壁厚还要厚。
• 肋骨高度H:
  • 平时 H ≤ 5 × T.
• 肋根处的圆角半径R:
  • 通常 t ≤ R ≤ 1.25t而且通常接近局部壁厚。
• 拔模斜度 关于肋排：
  • 周围 1–3° 便于排出。

（2）避免使用大型平板

大面积、无加强筋的平面在使用过程中容易发生变形、凹陷或振动。 正确方向的肋骨:

• 增加刚度
• 稳定填充物
• 减少局部汇和变形

（3）使肋条方向与金属流动方向一致

尽可能调整肋骨方向 沿填土方向:

• 有助于熔体更稳定地流动。
• 减少死区和湍流
• 改善空中疏散

（4）肋骨对称均匀地排列

• 争取一个 平衡对称的肋条布局 使刚度和收缩率分布更均匀。
• 避免肋骨交叉，以免造成 非常厚的节点它们容易产生收缩孔隙和下沉现象。

5. 拔模角度

不同的合金对模具的粘附倾向不同，因此 推荐的起步角度 变化：

• 铝合金：最高附着力；内表面通常需要 〜1° 草案。
• 镁合金粘附力略低；内表面约 0.75°.
• 锌合金：附着力最低；内表面周围 0.5°.

对于 外表面拔模角度通常是 内部草案的两倍 为了确保铸件保持在 移动（核心）侧 在喷射过程中。

记得：

• 局部纹理、电火花加工或粗糙度可能需要 补充草稿.
• 复杂特征（深肋、凸起）通常受益于 更大的草稿 减少粘模和模具磨损。

6. 圆角和拐角设计

（1）避免外部尖角

外部尖角会导致多个问题：

• 边缘的薄金属层 → 填充物不足 和 结构薄弱
• 应力集中→更高 裂缝风险
• 处理过程中的安全问题

绝大部分储备使用 外半径 尽可能。

（2）采用内圆角；避免内部尖角

墙体交接处的内部圆角对于两者都至关重要 零件质量 和 死去的生命:

• 改善金属流动，减少湍流，并有助于空气逸出
• 大幅减少 应力集中 以及裂解风险
• 降低芯片中的热应力，从而提高 死去的生命

一般规则：

• 内圆角半径 ≈ 局部壁厚
• 外半径 = 内半径 + 壁厚

鱼片 太小 表现得像尖角；圆角是 太大了 局部增厚，并可能导致 收缩孔隙率和表面下陷.

（3）电镀和表面处理的益处

对于需要压铸件 电镀或其他涂层鱼片有助于实现：

• 电流分布更均匀
• 更均匀的涂层厚度
• 边角处出现烧焦或变薄点的风险更低

7. 老板（支持岗位）设计

在高压压铸 (HPDC) 零件中，凸台通常用于安装、紧固和支撑结构。良好的凸台设计应遵循以下原则： 壁厚均匀 和 模具钢强度.

关键点：

• 避免boss离墙壁太近或彼此靠得太近
  • 如果凸台距离太近，模具或铸件中的壁厚就会变得很薄或很厚，这对质量和模具寿命都有不利影响。

• 限制boss高度
  • 过高的boss难以填充，而且机械结构也不够牢固。可以考虑降低高度或用肋骨加固。
• 在老板周围添加肋骨
  • 使用环形或径向肋条来增加强度并辅助填充。
  • 避免聘用缺乏组织支持的“孤立”老板。

• 优化倾斜的boss
  • 对于倾斜凸台，重新设计其几何形状通常可以避免复杂的侧芯机构； 简化模具降低模具成本。

8. 字体和标志

（1）优先选择凸起的字母。

零件编号、徽标和符号：

• 设计它们 凸起特征 在铸件上（模具凹槽内）。
• 这保持 模具加工和维护成本 与在铸件上雕刻凹陷字母相比，成本更低。

（2）推荐的字体尺寸

为确保良好的填充效果和可读性：

• 最小笔画宽度 W: ≥0.25毫米
• 字母高度 H: 0.25–0.5毫米
• 拔模斜度 θ: ≥10°

另外：

• 避免在字母上书写 侧壁 那将需要侧芯或创建底切。
• 将文本放置在与表面对齐的表面上 主要绘制方向 简化模具。

9. 线程设计

螺纹是高压直流输电系统中的敏感部件。

• 对于 外部螺纹， 避免 全长螺纹部分尽可能提供无螺纹的导入区和导出区。
• 对于 内螺纹, 不要直接投掷它们 大多数情况下，由于填充、排气和模具清洁等问题，通常最好：
  • 投掷 核心孔 通过适当的DFM设计
  • 结束这个话题 攻丝或螺纹成形 或
  • 绝大部分储备使用 螺纹嵌件 在适当情况下

这种方法可以改善两者 尺寸精度 和 服务表现 螺纹连接。

10. 便于对闪存和门进行修剪

去除飞边和浇口是压铸生产成本的重要组成部分。良好的零件设计可以使这一工序更快、更可靠。

关键准则：

• 避免墙壁与分型线之间出现锐角。
  • 分型线处的锐角会使修剪变得困难，并增加外观损坏的风险。

• 简化分型线附近的零件几何形状
  • 形状复杂的闪光区域如果凹陷较深或边缘不齐，则需要更多的人工处理。
  • 尽可能制作分型线 简单流畅.

• 避免在登机口区域提出过于严格的仪容要求
  • 如果设计要求完全不可见的浇口和飞边去除区域，则可能需要额外的机械加工或抛光，从而增加成本。
  • 在功能允许的情况下，放宽门周围的外观要求，以减少加工步骤。

11. 压铸件的公差要求

（1）了解严格公差的代价

非常严格的零件公差直接意味着 非常严格的模具公差这会带来一些副作用：

• 更高 模具制造成本
• 短 死去的生命 由于高压力和磨损
• 更频繁 模具维护和更换
• 预订量显著增长, 检查频率 以及更多芯片组件
• 更高 报废率 用于铸件

因此，从面向制造的设计（DFM）角度来看：

将铸造公差设置为 尽可能宽松，前提是 功能和装配要求 仍然非常满意。

（2）利用功能公差减少加工量

尽可能放松身心：

• 可以容纳多个维度。 “演员阵容”无需机械加工。
• 这降低了成本并保留了 致密表面层 铸造。

（3）利用分型线控制关键尺寸

策略性地选择分型线可以提高公差控制：

• If D1和D2的同心度 至关重要 → 选择一条能让他们保持联系的分界线 同一个模具的一半.
• If D1和D3 必须同心 → 相应地调整分型线。
• 如果 D1 在一端的一致性 很重要 → 确定分型线的位置，使关键表面保持在单个型腔的一半内。

目标是 尽量减少相对运动 通过保持关键特征处于正确位置来确保它们之间的平衡 骰子的同一面.

12. 简化模具结构并降低模具成本

从可制造性设计（DFM）的角度来看，好的压铸件应该具备以下特点： 不强制使用复杂的模具.

（1）避免内部倒角

内部倒角只能通过以下方式形成： 侧核 or 二次加工， 哪一个：

• 增加芯片复杂性和成本
• 增加周期时间和维护需求

尽可能重新设计该部件，使其：

• 用以下方式替换内部倒角 开放功能 与主绘图方向对齐
• 整合功能以避免多次额外操作

（2）避免外部倒角

外表面：

• 重新设计凸起、钩状物或凹槽，使其能够形成外部倒角，以便将其拉入。 主要开口方向.
• 考虑用以下几何形状替换底切几何形状 卡扣式替代方案 在集会中或与 单独的组件 如果需要的话。

（3）确保侧向核心运动不受阻碍

如果侧芯不可避免，请检查以下内容：

• 没有肋骨、肉瘤或鱼片 度 核心运动。
• 核心部件可以完全伸入和伸出而不会相互干扰。

有时，零件几何形状的微小变化（例如，移动加强筋或改变圆角）可以实现更简单、更可靠的侧芯机构。

（4）避免在分型线上出现圆角

分型线上的圆角：

• 使模具加工复杂化
• 降低局部模具钢强度
• 增加密封和飞边控制的难度

尽可能保留分模线 锋利而干净并将鱼片放在远离它的地方。

（5）选择简单的分型线

比较候选分型线时：

• 优先选择能产生以下结果的 最简单的模具结构, 较少的侧核 和 更易于加工.
• 较简单的模具通常是 更稳健更便宜，也更容易维护。

13. 压铸件的机械加工

（1）尽可能避免机械加工

压铸件本身就能达到较高的尺寸精度和表面质量。以下情况应避免机械加工：

• 功能性公差可以在以下情况下得到满足： 铸态.
• 可以通过以下方式满足美容需求 铸态表面 或者简单的收尾工作。

原因：

• 压铸件的表面是 致密、高强度的表皮层机械加工会去除这一层，露出更多孔的内部结构。
• 加工过程中可能会暴露局部孔隙，导致 泄漏或外观缺陷.
• 每增加一道加工工序都会增加 成本和交货时间.

（2）设计便于加工，减少材料用量

当机械加工确实必要时：

• 设计零件时，应使加工表面…… 容易到达 使用标准工具。
• 避免使用过于沉重的口袋或笨拙的工具。
• 保持 加工余量尽可能小 保护致密的皮肤并缩短周期时间。

根据尺寸不同，典型余量（单边）：

1. 表面加工余量

加工表面最大尺寸（毫米）	≤50	50-120	120-260	260-400	400-630
单面加工余量（毫米）	0.3-0.5	0.4-0.7	0.6-1.0	0.8-1.4	1.2-1.8

2. 孔加工余量

孔径（毫米）	≤6	6-10	10-18	18-30	30-50	50-80
加工余量（毫米）	0.05	0.10	0.15	0.20	0.25	0.30

• 平面：大致 0.3–1.8毫米 随着尺寸从小（~50 毫米）增大到大（~600+ 毫米）。
• 孔径：大约 0.05–0.30毫米 库存量取决于直径。

具体数值应根据工艺能力和质量要求来选择。

14. 利用压铸工艺简化产品结构并降低成本

最后，压铸设计不仅仅是制造一个“可铸造”的零件；它也是一个机会…… 优化整个产品 从DFA的角度来看。

（1）用压铸件代替机加工零件

当负载、精度和操作条件允许时：

• 复杂的机加工钢或铝部件可以用以下方式替换： 单压铸大幅减少：
  • 材料浪费
  • 加工时间
  • 组件处理和组装步骤

（2）利用多功能压铸件减少零件数量

压铸件可以提供 复杂的三维几何体 和 综合功能，如：

• 内置肋条、凸台、夹子和紧固功能
• 一体式外壳代替单独的板材和支架
• EMI屏蔽 用于电子产品，用导电压铸外壳代替塑料外壳

通过巧妙地组合各项功能，您可以：

• 减少 组件数量
• 简化组装和物流
• 总体较低 系统成本 同时提高鲁棒性

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