【技術電子報】應用粒子於模擬澆鑄泵體

資料來源：2012歐洲使用者大會

廠商：Allard-Europe

一、前言

Allard-Europe是一間擁有一百多位員工，年營業額1千8百萬歐元的公司，主要生產砂模鑄造的鑄件，廠內的砂箱尺寸從450mm~5800mm，熔煉噸數可達40噸，主要使用的金屬材料為合金鋼、灰鐵、球鐵…等，場內有配備CNC的機台設備進行機械加工，另外在金屬模流軟體採用FLOW-3D來進行鑄造的模擬，主要的應用是針對複雜的鑄件進行開發、生產過程中有問題的鑄件進行修改案例及研發新的鑄造製程。

二、研究案例

本次研究針對一個大型的疏浚泵體(如圖1所示)，鑄件總重量為35000公斤，使用的材料是TGS5，這個鑄件主要的問題是鑄件的硬度分布不均，很難控制在公差範圍內，故本文利將設計3種不同的入料方式(如圖2所示)搭配FLOW-3D的粒子來評估鑄件的熔湯混合狀況。

三、鑄件模擬分析

在鑄件模擬過程時我們須給定入料來源，分別為左邊代表26t堵塞器採用Ø100 mm ，初始流速為0.0442m³/s線性降低到0.0072m³/s鑄造時間超過142s，右邊代表9t堵塞器採用Ø80 mm，初始流速為0.0201m³/s 線性降低到0.0033m³/s鑄造時間超過104s，兩個澆池的開始時間都是0秒，粒子的生成在9t澆池這一側。

四、方案評估

由於方案1 是單一個澆池進行進料，當澆池空的時候會再從冒口進行補澆的動作，這樣的方式是在澆鑄系統上最為容易的，而且高溫的金屬液體也能保持在冒口處，但是這樣會造成鑄件內的熔湯不易混合，由圖3可看出粒子在澆鑄最終的分布狀況是非常不均的，造成鑄件的硬度分布不均。

針對方案1無法有效混合金屬熔湯而提出了方案2的設計，利用兩個澆池進行進料使的熔湯較易混合，但在入料過程中方案2的設計可能會使9t端有溢流的風險，由圖4可看出9t端的澆道有壓力集中的現象。

由於方案2有可能會使9t端有溢流的風險，故提出方案3進行澆道的變更，讓整個流道成為一個旋轉系統，能夠降低溢流的風險，並使鑄件的熔湯能夠有好的混合情況，由圖5可看出模擬的粒子分布在鑄件各處有效的達到熔湯混合，由分析可評估方案3為一個可行的方案。

由方案3的設計進行鑄件的生產，並將鑄件進行剖切來量測硬度，量測的位置如圖6所示，量測的數值如圖7所示，由量測的硬度數據來看，鑄件在澆鑄時液體混合是相當均勻的，使得硬度都有在公差範圍內，最後Allard-Europe成功的製作5個合格的鑄件。