【技術電子報】應用FLOW-3D 於砂模鑄造的澆鑄系統方案設計

作者：J. A. Griffin & P. Scarber, Jr.

Casting Engineering Laboratory (CEL)

The University of Alabama at Birmingham

• 與鑄造廠商檢討後，得知如果金屬融湯的溫度較高時，該缺陷問題會消除

• 利用充型分析，先找出發生問題的可能因素

分析參數確認

動畫1.充型溫度分布(注意：鑄件上有一圈金屬先進入模穴並且凝固)

動畫2.充型溫度分布(注意：鑄件上有一圈金屬先進入模穴並且凝固)

​動畫3.充型溫度分布(當澆鑄的位置稍微偏離豎澆道中心時，充型的方式會與前述澆鑄不同)

動畫4.充型溫度分布（當澆鑄的位置稍微偏離豎澆道中心時，充型的方式會與前述澆鑄不同）

目前的分析結果顯示，當金屬進入模穴時，會有一圈金屬融湯進入上半模穴的區域。

• 先進入的金屬融湯由於比較快冷卻，後面進入的金屬可能無法將先進入的金屬融化。

• 模擬也顯示澆鑄的速度以及方式也會影響金屬融湯的充型狀況。

以即時的 x-ray 實驗觀察金屬進入模具內的狀況

• 澆鑄方式的調整(位置及速度)可以避免金屬發生噴濺形成提前凝固區域的問題。

• 變更澆鑄方式會是最好的方法(盡量減少人工調整的問題)。

CEL 提出一種新的進料方式設計，能夠在不大幅變更現有模具設計下，盡可能的減少金屬噴濺的問題。

​動畫5.充型溫度分布(新的澆鑄系統設計)

動畫6.充型溫度分布(新的澆鑄系統設計)

• FLOW-3D 可提供流體的表面積變化量，表面積變化量越大，代表該流場越紊亂，越可能造成充型過程中捲入氣體。

• 新的澆鑄系統明顯優於舊的澆鑄系統設計。

• FLOW-3D 提供的Velocity Bin Plot 代表流體表面積變化時的速度大小。Surface Momentum 以及 Surface Kinetic 越大，代表流場越紊亂。。

• 新的澆鑄系統的表面移動速度僅為舊的澆鑄系統的56% 左右。

• 舊有的澆鑄系統經過模擬軟體（FLOW-3D）的驗證，以及採用 X-ray video 進行拍攝，判斷初可能發生鑄件缺陷的原因。​

• 分析顯示問題的發生，可能在於澆鑄過程中，有部分金屬融湯提前進入模具並且提早凝固，後來進入模穴的金屬融湯溫度不足以融化該區域，導致該位置發生鑄件缺陷。

• 即時 X-ray 系統也觀察到相同的狀況。

• 新的澆鑄系統設計主要的考量在於減少金屬融湯的噴濺問題。

• 新的澆鑄系統分析結果顯示，在充型過程中，新的澆鑄系統​​

-Liquid free surface area 減少了 1.5%

-Surface Momentum 減少了 64%

-Surface Kinetic 減少了 77%

• 新的澆鑄系統尚未完全最佳化，這僅是提出一個可解決問題的方向。