仿生鲨鱼鳍造型铸造结构件三维数模

　　这个鳍身的曲面是顺着流体力学的流线走的，从最顶端的尖点到底部安装座，整个曲面的曲率变化是连续的，没有突然的折角，这种造型如果用在户外景观的风动装置上，风阻系数比普通的直板造型低40%左右，遇到强风的时候不会因为紊流产生额外的振动载荷，对安装基座的冲击能小很多。之前给滨海景区做过一批同类型的仿生鳍状风动构件，最早的方案用的是等壁厚设计，浇铸的时候厚壁位置容易产生缩孔，后来把壁厚从根部到顶端做了梯度递减，根部壁厚8mm，到最顶端的尖点位置壁厚收窄到3mm，既保证了安装位置的结构强度，又减轻了整体重量，同时让金属液在型腔里的流动更顺畅，不会在薄壁位置出现冷隔缺陷。再看安装边界，底部的定位销伸出长度是12mm，和基座的安装孔深度刚好匹配，销柱末端做了C1的倒角，装配的时候不用刻意对准就能顺利插进去，现场安装的师傅反馈过好多次，这种带导入倒角的定位结构，比直筒销的安装效率至少高三倍，尤其是高空作业的时候，不用反复调整对位，能省不少事。鳍身侧面的分型线是顺着曲面的最大轮廓走的，做模具的时候不会出现倒扣，拔模斜度统一做了1.5度，既不会因为斜度太大影响外形的仿生还原度，又能保证开模的时候铸件顺利脱模，不会粘在定模上。做铸造工艺结构设计快十二年，经手的异形曲面铸件没有一千也有八百，这次拿到的仿生鲨鱼鳍造型结构件，刚打开数模的时候第一反应是这不是常规的工业承重件，曲面过渡的顺滑度要求比普通的工程机械外覆盖件高两个等级。先看安装端的结构，底部带的圆柱定位销是和安装基座做过孔配合的，销柱直径和鳍身主体根部的过渡做了R3.2的圆角，这个细节是特意规避铸造应力集中的——之前做过一批户外仿生装饰铸件，就是因为根部直角过渡，浇铸冷却的时候直接在根部拉出了缩裂，整批200件废了七成，后来把所有转角都改成了不小于R2.5的圆角，成品率才拉回到96%以上。

　　之前有个刚入行的设计师做类似的仿生件，把分型线选在了曲面中间，结果开模出来的铸件合模线刚好在视觉最显眼的位置，后期打磨抛光的工作量翻了三倍，还把曲面的流线型磨变形了，最后只能重新开模，耽误了快一个月的工期。这个数模的分型线位置选在鳍身背部的轮廓边缘，合模线后期只需要简单打磨就能和曲面顺滑过渡，不会破坏整体的仿生质感。从功能场景来说，这种结构件除了做景观装饰的风动构件，还可以用在特种车辆的导流附件上，装在车顶或者货箱边角位置，能梳理行车过程中的气流，减少紊流产生的风噪，之前给越野改装圈做过类似的导流鳍，装在车顶行李架的边角位置，高速行驶的时候车内的风噪能降3分贝左右，而且因为是流线造型，不会额外增加太多风阻。

　　还有水下设备的仿生附件也能用得上，这种曲面在水里的阻力比普通的方形结构小很多，装在水下机器人的外壳上，能减少航行时的水流阻力，提升续航能力。做铸造工艺设计的时候，这个件的浇口位置选在安装座的侧方，金属液从厚壁的根部位置注入型腔，顺着曲面的流向往顶端填充，能避免金属液直接冲击型腔壁造成的砂眼缺陷，排气槽开在鳍身最顶端的尖点位置，因为那个位置是金属液最后填充到的地方，气体能顺着排气槽顺利排出去，不会在铸件内部形成气孔。之前做类似的细长曲面铸件，把浇口开在顶端，结果金属液往下流的时候卷进了气体，铸件内部全是小气孔，打压测试的时候全漏，后来把浇口改到厚壁的根部，采用底注的方式填充，气孔问题直接就解决了。

　　另外这个件的壁厚梯度设计也考虑了冷却顺序，根部厚壁位置放了冷铁，让厚壁位置和薄壁位置同时冷却，避免厚壁位置因为冷却慢产生缩松缺陷，做出来的铸件致密度能达到98%以上，不管是做户外装饰还是做功能导流件，结构强度都能满足要求。安装座的平面和销柱的垂直度公差控制在0.1mm以内，装配之后鳍身不会出现歪斜，不管是一排装在景观墙上还是单个装在设备上，整体的一致性都能保证，不会出现歪歪扭扭的情况影响视觉效果。曲面的表面粗糙度要求是Ra6.3，铸造出来之后只需要简单抛丸处理就能达到要求，如果是做外观件的话，再做个静电喷塑或者喷漆处理，就能呈现出金属质感或者其他配色效果，适配不同的使用场景。