臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要是利用鑄造用電腦輔助工程(Computer Aided Engineering，CAE)軟體JS-CAST，以片狀石墨鑄鐵(FC350)及球狀石墨鑄鐵(FCD450-10)之鑄件為對象，進行其澆流系統的設計及探討改變其物理性質對模擬解析結果所造成的影響。研究方法是先求得鑄件進模口總截面積再選定一合適之澆口比(Gating ratio)設計出合適的澆流系統，再改變JS-CAST電腦模擬解析軟體中之鑄件物理性質參數設定(比熱、熱傳導率、初始溫度、固液相線溫度)進行軟體之流動充填過程和凝固過程之模擬及分析，來探討各物理性質變化對鑄件之充模及凝固結果之影響。
研究結果顯示，在流動充填過程中改變FC350與FCD450-10鑄件之物理性質時，其對於充填過程時的模穴內最高與最低溫度溫差影響最大，尤其以比熱、熱傳導率及初始溫度對比原始設定參數時之結果之影響最為明顯。
在凝固過程中對改變上述兩種材料之物理性質與原始設定參數結果進行比較，由凝固率變化曲線可看出在降低比熱及初始溫度時其所需凝固時間明顯降低，而熱傳導率正好相反。而由溫度變化曲線來看時，如將所需冷卻溫度設定在共析點以下時，則在降低比熱及初始溫度時其所需時間明顯較短，而改變熱傳導率正好相反，要提高才能使所需時間下降。
而將上述兩種材料之比熱、熱傳導率及初始溫度等三項物理參數同時更改做比較，結果顯示以比熱對於充填溫度的最小值、達到100%的凝固率以及降至共析點溫度以下所需時間之影響較其他兩項參數來的更為明顯。
對於新山判據結果(縮孔缺陷之指標)進行比較，可發現更改物理性質(比熱、熱傳導係數等)對於判定結果並無明顯的影響。

The objective of this study is to investigate the effects of physical properties on the mold filling and solidification process using CAE Software, JS-CAST. Gating system for flake graphite cast iron(FC350) and spheroidal graphite cast iron (FCD450-10)are chosen as the research targets. The method adopted for studying mold filling and solidification of casting is as followed. First, obtain the total cross-sectional area of the gate. Then choose a suitable gating ratio to design a gating system. Finally, modify the physical properties’ settings (specific heat, thermal conductivity, initial temperature, solid and liquid phase temperature) within the JS-CAST simulation software to simulate and analyze the mold filling and solidification process of casting.
It is observed that physical properties of the casting have the maximum effect on the maximum and minimum temperature difference for the filling process. Comparing with the original settings, specific heat and thermal conductivity have shown the most obvious effects on the temperature difference.
It is observed from the solidification rate curve that the required solidification time is significantly reduced by reducing the specific heat and the initial temperature, but reducing the thermal conductivity has the opposite effect. It is also observed from the curve of temperature variation, the required cooling time is significantly reduced by reducing the settings of specific heat and the initial temperature value when the required cooling temperature is below the eutectoid point, but reducing the thermal conductivity has the opposite effect.
When changed specific heat, thermal conductivity, and initial temperature at the same time to compare the effect. It is observed that specific heat has shown the most obvious effects on the minimum of the filling temperature, attain 100% solidification rate, and the cooling time required when the temperature is below the eutectoid point.
It is also observed that modify the physical properties’ settings haven’t shown obvious effects on the simulation results of Niyama criterion (index of shrinkage defect).

摘要 I
Abstract Ⅳ
目錄Ⅴ
圖目錄IX
表目錄XV
第一章 緒論1
1.1前言1
1.2文獻回顧3
1.3研究動機5
第二章 基礎理論6
2.1鑄鐵定義及分類6
2.2片狀石墨鑄鐵之簡介8
2.3球狀石墨鑄鐵之簡介9
2.4呋喃模樹脂模簡介9
2.5. JS-CAST模擬解析軟體10
2.5.1 JS-CAST發展歷史10
2.5.1 JS-CAST建立之模組11
第三章 實驗方法14
3.1澆流系統之尺寸設計14
3.2鑄造模型尺寸示意圖15
3.3 JSCAST模擬解析軟體設定18
3.3.1 CAD(Computer Aided Design)3D模型建立18
3.3.2鑄件材質之物理參數設定18
3.3.3 FDM網格建立21
3.3.4 模擬結果分析22
第四章 實驗結果與討論25
4.1鑄件材料為片狀石墨鑄鐵(FC350)時，改變其單項物理性質 對模擬解析結果所造成的影響 25
4.1.1比熱係數之影響25
4.1.2熱傳導係數之影響28
4.1.3固液相線溫度之影響31
4.1.4初始溫度之之影響34
4.2鑄件材料為球狀石墨鑄鐵(FCD450)時，改變其單項物理性質對模擬解析結果所造成的影響 37
4.2.1比熱係數之影響37
4.2.2熱傳導係數之影響40
4.2.3固液相線溫度之影響43
4.2.4初始溫度之之影響45
4.3鑄件材料為片狀石墨鑄鐵(FC350)時，初始溫度固定時改變比熱及熱傳導導係數對模擬解析結果所造成的影響48
4.3.1初始溫度固定為1300℃時，改變比熱及熱傳導系數之高低造成之影響響49
4.3.2初始溫度固定為1400℃時，改變比熱及熱傳導系數之高低造成之影響53
4.4鑄件材料為片狀石墨鑄鐵(FCD450)時，當初始溫度固定時改變比熱及熱傳導導係數對模擬解析結果所造成的影響57
4.4.1初始溫度固定為1350℃時，改變比熱及熱傳導系數之高低造成之影響58
4.4.2初始溫度固定為1400℃時，改變比熱及熱傳導系數之高低造成之影響62
4.5鑄件材料為片狀石墨鑄鐵(FC350)時，原始物性參數與最佳物性參數組合結果之比較66
4.6鑄件材料為球狀石墨鑄鐵(FCD450)時，原始物性參數與最佳物性參數組合結果之比較71
第五章 結論76
5.1改變單向物理性質對鑄件(FC350及FCD450)模擬解析結果的影響76
5.2當將鑄件(FC350及FCD450)之初始溫度固定時改變比熱及熱傳導導係數對模擬解析結果所造成的影響77
5.3當將鑄件(FC350及FCD450)原始物性參數與更改後物性參數組合之新山判據比較結果77
參考文獻78
致謝81

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