【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)，訂出該組產品的規範：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。