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應用 FLOW-3D 於 IFM 發泡金屬製程(IFM)之最佳化研究

 

 

作者: E. Attar , A.Trepper , H.Wiehler, C.Koerner

WTM, INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY OF METALS
UNIVERSITY OF ERLANGEN-NUERNBERG

Integral foam moulding (IFM) 製程是一種新的鑄造製程,鑄件成品類似塑膠發泡成品,表層為平滑金屬,中心則為發泡結構。塑膠發泡製程在業界使用超過四十年,也證明了該製程可以簡化結構設計,降低製造成本,以及增加結構強度。換句話說,金屬發泡製程如果完善,該製程的優點(材料輕量化,降低材料成本)會有更廣的應用效果。

目前應用於金屬的 IFM 製程有兩類,一種是 Low pressure integral Foam Moulding , 另一類為 High pressure integral Foam Mouldin 。本文將以 FLOW-3D 作為數值模擬的工具,進行相關的模擬及研究,希望能夠找到影響該製程成形良窳之關鍵。

 

Low Pressure Integral Foam moulding

製程說明  

1 加入發泡金屬催化劑

2  推動活塞將金屬打入模穴,讓成形金屬 與催化劑進行混合

3  進入模穴內的金屬開始凝固

4  鑄件表層為光滑表面

5  鑄件芯層為發泡結構

6  利用柱塞提供的壓力 (5~50 bar) 進行保壓,控制發泡的孔隙大小

 

 

調整一:料管柱塞運動對於金屬鑄件的縮孔影響
A.原始設定(兩段設定)
FLOW-3D 模擬金屬流動狀況
鑄件截面縮孔

 

B.修改設定(多段設定)
FLOW-3D 模擬金屬流動狀況
鑄件截面縮孔

 

 

推動速度的調整

 
A.原始設定
B.修正設定

 

調整二:催化劑擺放位置對於縮孔的影響

 

 

FLOW-3D 模擬金屬流動狀況
 
 
催化劑放置於 A 處
 
催化劑放置於 B 處

 

(圖)相同的進料速度搭配不同的催化劑放置處,催化劑的分布狀況會隨之不同

 

(圖)同一個催化劑放置位置,搭配不同的柱塞推動速度,其分布狀況也會不同

 

發泡金屬鑄件截面狀況

 

 

High Pressure Integral Foam moulding

製程說明

 

 

 

實驗模具尺寸及規格

 

1將催化劑放置於流道

2推動活塞將金屬打入模穴,讓成形金屬與催化 劑進行混合

3控制公模側模具後退,後退的速度將影響鑄件的發泡狀況及發泡尺寸。

 

 

不同的鑄件厚度其催化劑的分布狀況

 

接續的研究主題

催化劑的尺寸與形狀對於充型後催化劑的分布影響

  催化劑的數量對於發泡的影響