【技術電子報】應用FLOW-3D模擬高壓鑄造的PVT

一、 何謂PVT

在高壓鑄造模擬中,常觀測的物理結果有P = Pressure,了解熔湯在充型過程中的壓力變化,如有壓力不平均的現象就須進行改善;V = Velocity,了解充型過程中熔湯進入內澆口及溢料井的速度,用來協助設計者優化流道設計;T = Temperature了解熔湯在充型過程中的溫度變化,協助判斷是否會有充填不足或冷隔紋的發生。


二、 分析模型與參數

將溢料井標示為CP1,CP2,CP3和CP4。每個溢料井流道都分為四個位置,分別為C1,C2,C3和C4(如圖1所示),分析參數為:模具溫度:190度C、熔湯溫度:660度C、柱塞頭速度2.5m/s(如表1所示)。



圖1.鑄件模型

表1.分析參數

三、 分析結果與修改方案

透過模擬結果(如圖2所示),訂出改組產品的規範:壓力不大於4Bar、速度不高於40m/s及溫度不高於625度,透過這些準則去量測溢料井的結果(如圖3、圖4所示),由圖可發現在壓力皆高於標準值;在速度上CP3的C1及C2高於標準值;在溫度上CP2的C1、C2和CP3的C1及C2高於標準值。


圖2.模擬結果準則


圖3.原始設計CP1及CP2的PVT圖

圖4.原始設計CP3及CP4的PVT圖

由原始設計的結果進行鑄件設計變更(如圖5所示)修改溢料井的形狀、溢料井流道的路徑及聯結鑄件的位置,並將柱塞頭速度改為4.5m/s,來改善鑄件的速度及溫度。


圖5.變更設計一的優化項目

由變更設計一的模擬結果可看出修改後的效果(如圖6圖7所示),由圖可發現在壓力上剩下CP3的C1、C2及C3和、CP4的C1及C2高於標準值;在速度上都已優化完成;在溫度上CP2的C1、C2和CP3的C4高於標準值。


圖6.變更設計一CP1及CP2的PVT圖

圖7.變更設計一CP3及CP4的PVT圖

由變更設計一的結果可看出變更後的設計可以使鑄件的PVT更好,所以依據這樣的想法進行變更設計二,並加入冷卻水路來改善局部熱點位置(如圖8所示)。


圖8.變更設計二的優化項目

由變更設計二的模擬結果可看出修改後的效果(如圖9圖10所示),由圖可發現壓力、及溫度皆低於標準值。


圖9.變更設計二CP1及CP2的PVT圖

圖10.變更設計二CP3及CP4的PVT圖

四、 結論

設計者可透過FLOW-3D的模擬結果來建立準則,由結果來訂定變更設計的方向進而達到優化模具的目的,讓壓力、速度及溫度都是在合理範圍內,另外藉由軟體的分析可讓設計者建立出一套標準的設計流程,提高模具開發的效率。

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