【技術電子報】FLOW-3D擠壓銷模組應用

隨著鑄件的複雜度不斷提升，縮孔經常出現在鑄件缺乏補料的肉厚區域或是凝固範圍較大的地方，儘管透過內澆口的優化設計、柱塞頭速度的控制及模具溫度的管理也不可避免縮孔的發生。在高壓鑄造中，擠壓銷經常被用來局部加壓在鑄件上，用來改善縮孔的問題。然而擠壓銷的功效主要取決於它們設置的位置及加壓的時間控制，為了預測實際的鑄件狀況，FLOW-3D v11.1及FLOW-3D Cast v4.1開發了擠壓銷的模組來幫助使用者進行設計及優化。

FLOW-3D的擠壓銷模型

擠壓銷的模型是基於移動物件模組的規定和作用於熱傳及凝固動力學的收縮模型，一旦擠壓銷被啟動後，會自動計算縮孔附近的液態金屬量來正確的補償縮孔體積。如果擠壓銷的行程超過設定距離或遇到凝固的金屬就會自動停止計算。另外在擠壓銷的設置上需給一個力量，這個力量會被轉換為金屬壓力，這個模式也可以被應用在熱應力分析及微縮孔模型中。

擠壓銷的啟動是模型設定的一部份，該模型提供了多種靈活的啟動方式。可以依據使用者設定的時間來啟動，也可利用事件模擬控制來進行設定，或者將設定設置為自動，自動模式是應用在鑄件的設計階段，可以用來了解擠壓銷的啟動時間及作用距離。

擠壓銷的自動啟動需滿足以下條件：

1. 擠壓銷位於液相區域

2. 擠壓銷作用的流體區域不要與其他銷連接，避免銷之間的競爭

3. 相鄰的液體區域不可具有自由液面，擠壓銷所推的熔湯可在內澆口未凝固前進入膜腔。

在事件模擬控制模式中，可以用來模擬壓鑄機上實際擠壓銷的控制系統，可讓使用者增加更多的控制方案來解決鑄件中的不同部位。

擠壓銷模型的應用

• 模擬擠壓銷對縮孔的影響性

• 柱塞頭在凝固階段可被定義為擠壓銷。

• 驗證現有擠壓銷的設計

• 優化擠壓銷的位置

• 優化擠壓銷的啟動時間

• 驗證壓鑄機上的擠壓銷控制

案例分享

此案例以高壓鑄造來進行兩種不同的模擬，一個是沒有擠壓銷的、另一個是有擠壓銷的，擠壓銷的設置如圖1所示，兩個鑄件的中心皆設置了一個擠壓銷，啟動方式設定為自動，另一個是將柱塞頭也定義為擠壓銷，啟動條件為充型結束後立即啟動。

圖1 擠壓銷的設置位置

鑄件所產生的縮孔分布如圖2所示，可以看出使用擠壓銷在鑄件中心及湯餅位置的縮孔明顯減少許多，兩個不同分析的縮孔體積也可進行比較，如圖3所示。

圖2 不同分析的縮孔分布

圖3 縮孔體積比較

擠壓銷的啟動時間會被寫入在求解訊息中，如圖4所示，這個時間點可作為壓鑄機台的控制參數，另外每個擠壓銷的移動距離會被寫入歷史數據中，可製作成曲線圖來驗證擠壓銷的有效性，如圖5所示。由這些結果可看出柱塞頭在模擬啟動時就立即啟動，並且有最長的移動距離，表示柱塞頭附近的熔湯是最晚凝固的區域，另外兩個鑄件中心的擠壓銷是同時被啟動，也因鑄件的布置是對稱的，所以兩個擠壓銷的移動距離相近。

圖4 求解訊息中的擠壓銷啟動時間

圖5 擠壓銷的移動距離

在擠壓銷的分析結果可清楚的看出擠壓銷對金屬凝固模擬的影響，FLOW-3D在擠壓銷模型可幫助使用者用來設計和優化擠壓銷的製程參數。