铝合金汽车轮毂铸造问题分析与处理办法

   2023-06-15 互联网2930

  AFS-3D结果的输出是以图形来表示,使用者可选择想要观察的性质如凝固的时间、温度或密度等来帮助判断在凝固时哪个位置可能会产生收缩孔,图8为汽车轮圈凝固分析后在0.15分钟时尚未凝固部分,在此分析案例中模具是由AFS-3D自行产生一方块状的模具将轮圈模型整个包覆住,分析结果显示轮圈中央、外圈上缘以及每支肋边缘的位置冷却的速度较慢,与先前海洋大学以Flow-3D所分析出来的定性结果相似。我们也可观察在凝固之后密度0.7(密度范围0~1)的位置如图9所示,藉由以上信息我们可以判断那些部位便有可能产生缩孔的现象。

  4. 铸造分析软件建议

  市面上的商用铸造模流分析软件能对整个铸造流程作完整的仿真与分析,并输出详细及准确的分析结果,但其价格不菲,在与元富公司交换意见之后认为在冷却凝固时所产生的问题影响较大,因此决定先针对冷却凝固进行研究,并对AFS-3D与Flow-3D两套软件就其功能与成本做评估。

  (1) AFS-3D提供10天试用版软件可让设计者试用学习与评估,正式版能安装在同办公室中的各计算机上。Flow 3D并无试用版且只能在安装硬件锁的计算机上执行。在几何模型输入的功能上,以实际的汽车轮圈模型的STL档案格式输入AFS-3D的过程顺利,并且能顺利的进行网格与凝固分析。Flow 3D技术数据显示可利用STL档案格式,Ideas与ANSYS的数据输入几何模型,也能自行建构。

  (3) AFS-3D仅能作铸造凝固分析,而Flow 3D除凝固分析外亦能进行流动分析,是一通用型软件。

  (4) AFS-3D与Flow-3D结果皆以图形输出为主,让使用者能定性的了解到铸造时可能会产生缺陷的位置。

  (5) AFS-3D与Flow-3D买断价格相若,然Flow-3D需经由海洋大学采购,较为费时,且会计作业恐怕无法十分顺利。

  经由以上分析,Flow-3D是通用型软件,除轮圈铸造分析外,亦可进行其它流体力学分析,对本实验室较具有价值,然而采用AFS-3D似乎能在短期内对元富公司之轮圈铸造问题有具体改进成效。

  5. 计划进行规划

  本期计划将以轮圈铸造时冷却凝固过程的模拟、缩孔预测、模具改良设计为主题,图10所示为本研究进行模式。输入轮圈模型与热物性数据后,进行计算机凝固仿真,对输出结果进行判断,如温度冷却梯度、凝固时间、密度等,判断预测轮圈铸造时产生缩孔缺陷的部位,以实际的铸造状况对此模型进行比对,调整、确认各项边界条件的设定正确,期能正确预测缩孔会产生的位置,并进行模具的改进设计,帮助元富公司在实际铸造轮圈之前先能设计良好铸造程序,包含模具、散热或保温装置以及浇道、缓冲区等,降低铸造成品的不良率、提升生产效率。

  在此概念之下,本计划预计完成之具体工作有以下五项:

  (1) 建立正确的仿真分析模型

  经由元富公司所提供的轮圈STL档案格式进行分析模型的建立,包含外模的几何模型、铸件的几何模型与流道、浇注口、缓冲区的几何设计,给定实际浇注金属的材料性质、浇注初始温度,设定浇注前外模预热温度、铸造环境的冷却条件,如环境温度,模件吹风喷水的位置与流速,最后将分析的结果与实际轮圈铸造发生缩孔案例作一比对,确认模拟分析所设定的边界条件能做与实际情形相符的分析。

  (2) 探讨影响凝固性质的参数

  在能够作准确的分析单一模型之后,接着了解会影响凝固结果的参数有哪些。例如不同的铸件厚度、模具的初始温度与辅助冷却的方式等,皆有可能会影响铸件的冷却凝固状况,因此必须探讨这些可能的参数以及调整的方式,使能对模具设计进行修正。

  (3) 建立标准的分析程序

  对于未接触过铸造分析或不熟悉软件的工程师而言,要运用铸造分析程序来进行铸造分析,仍然是一件相当困难的事,因此根据先前的研究成果建立铸造分析的标准程序,将有助于一般铸造分析工作者使用。

  (4) 与实验资料长期对照分析

  建立标准分析程序后,将与元富公司实际实验数据作长期对照分析,以增进铸造缩孔预测之可信赖度,并能将模具修改之经验整理、归纳成有系统之数据库。

  (5) 技术移转

  在本计划结束时,将提供元富公司软件方面的使用建议,将完整的轮圈铸造凝固模拟、缩孔预测、模具改良等程序,移转至元富公司。

 
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