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研究生:余順達
研究生(外文):Shun-Ta Yu
論文名稱:鎂合金大平面薄板之壓鑄條件的研究
論文名稱(外文):The study on the Flow behavior of Magnesium alloy AZ91D in die casting of a thin-walled plane component
指導教授:徐瑞坤
指導教授(外文):Ray-Quen Hsu
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:機械工程系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:82
中文關鍵詞:壓鑄鎂合金FLOW-3D模流分析
外文關鍵詞:die castingmagnesiumFLOW-3Dmold flow simulation
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摘要
鎂合金具有高比強度、低比重、高傳熱性、無電磁性,同時具有高振動減衰性及優良的電磁波干擾(EMI)防護等特性已廣泛的被應用於通訊、電子及資訊等各類產品。其中筆記型電腦的主要結構(chassis)已有許多也是以鎂合金為主要的材料。用於筆記型電腦主結構的鎂合金屬於薄壁大平面的設計在製造上面臨許多困難,工業上目前常使用來生產鎂合金薄壁件的方法則是壓鑄法(Die Casting)和半融溶射出成形居多。
為了解決鎂合金在壓鑄技術方面所面臨的困難,提升壓鑄件的良率,本研究以模流分析軟體FLOW-3D為分析工具,以鎂合金薄壁鑄件為研究對象,探討鎂合金AZ91D在不同壓鑄條件下,金屬熔液流動模式及凝固的現象,並結合多澆口式扇形澆口澆流道系統模擬分析,預測並解決壓鑄件在充填過程中可能發生的缺陷。以找出最佳化的壓鑄條件參數的組合。
最佳化的壓鑄條件為case 16(100Mpa、110m/s、630℃、240℃),因其充填完畢時固相率及溫度差皆較低使得在凝固過程中,模穴內金屬熔液的凝固速率可以十分的接近,避免冷卻速率不同與溫差過大所造成的熱變形及縮孔。而經由充填過程順序的比較與壓力分佈、溫度分佈的模擬結果來判斷,扇形長度對寬度比值為1面積縮減率為30﹪時,可得較佳的壓鑄成品。
ABSTRACT
Magnesium alloys are metals which have high specific strength, low density and high thermal conductivity. They are non-magnetic materials with very good damping and EMI shielding capacities. These characteristics enable the magnesium alloys to be used in the communication, electronic devices and many other computer components. Among these applications, the chassis of notebook computer becomes one of the prominent usages in recent years. The chassis are usually thin-walled plate constructions, manufactured by die casting or semi-solid forming process which encounters many difficulties.
In order to increase the yield of magnesium alloy in die casting, this study simulate the thin-walled plate in die casting process with a commercial code FLOW-3D, investigates the material flow in the die cavity, its solidification in the mold and their relations to defects of the products. The gate system effects on the results of the die casting products are also discussed.
From the simulation, it is found that for AZ91D magnesium alloy, the best die casting parameter combination is: casting pressure 100 MPa, liquid flow speed 110 m/s, casting temperature 630℃ and mold temperature 240℃. This die casting condition promotes lower temperature variation in mold cavity, which in turn may lead to better yield.
目錄
中文摘要……………i
英文摘要……………ii
致謝…………………iii
目錄…………………iv
表目錄………………vii
圖目錄………………ix
第一章 序論………………1
1-1 前言………………1
1-2 文獻回顧………………2
1-3 研究動機………………4
1-4論文大綱………………5
第二章 鎂合金壓鑄介紹………………10
2-1 壓駐法的介紹………………10
2-1-1熱室壓鑄法(hot-chamber die casting)………………10
2-1-2冷室壓鑄法(cold-chamber die casting)………………10
2-1-3壓鑄法特性………………11
2-2鎂合金壓鑄件常見之缺陷及成因………………12
2-3鎂合金材料………………13
2-3-1鎂合金之命名方式………………13
2-3-2常用鎂合金的種類與主要添加元素種類之用途………………13
2-4壓鑄用鎂合金的材料特性和機械性質………………15
第三章 FLOW-3D與模流理論之介紹………………20
3-1 模流分析軟體FLOW-3D之簡介………………20
3-2 模流理論………………21
3-2-1 模流分析的理論基礎………………21
3-2-2 牛頓流體………………22
3-2-3 特殊技巧………………23
3-2-3-1 FAVOR法………………23
3-2-3-2 VOF法………………24
第四章 實驗方法與步驟………………27
4-1 解析對象………………27
4-2 模流分析流程………………27
4-3 模擬分析之前置作業………………28
4-3-1 壓鑄模具澆流道系統之設定………………28
4-3-2 壓鑄模型及網格分割之建立………………29
4-4 模擬參數之選定 ………………29
4-5 材料物性與邊界條件之設定………………30
4-6 壓鑄條件模擬之實驗設計………………31
4-7 多澆口式扇形澆流道系統之實驗………………31
第五章 模擬結果及討論………………44
5-1 壓鑄條件之探討………………44
5-1-1 射出壓力之影響………………44
5-1-2射出速度之影響………………45
5-1-3 熔液溫度及模具溫度之影響………………45
5-2 多澆口式扇形澆口之探討………………46
5-2-1 面積減縮率對壓鑄過程之影響………………46
5-2-1 扇形長度對壓鑄過程之影響………………47
5-3 最佳化之結果………………48
第六章 結論與未來展望………………79
6-1 結論………………79
6-2-1 不同壓鑄條件之探討………………79
6-2-2 多澆口式扇形澆口之探討………………80
6-2 未來展望………………80
參考資料………………82
表目錄
表 1-1 鎂合金AZ91D與常見工程塑膠材料的比較………………8
表 1-2 主要鑄造用鎂合金與常見合金和鋼鐵之機械性質比較………8
表 1-3 常見鎂合金成形方法之比較………………9
表 2-1 冷室壓鑄法與熱室壓鑄法之差別………………16
表 2-2 鎂合金元素命名的代號表(ASTM)………………17
表 2-3 壓鑄用鎂合金錠種類與化學成分………………17
表 2-4 壓鑄用鎂合金的物理性質………………18
表 2-5 常用壓鑄鎂合金的材料性質………………19
表 4-1 扇形澆口設計方案………………37
表 4-2 FRECH公司技術手冊中建議的澆口速度………………38
表 4-3 FRECH公司技術手冊中建議的鎂合金鑄造壓力………………38
表 4-4 SKD61的材料性質………………38
表 4-5 邊界條件的設定值………………39
表 4-6 壓鑄模擬數值分析表………………39
表 4-7 L16(45)直交表………………40
表 4-8 簡化之L16(45)直交表………………41
表 4-9 詳細實驗規劃之L16(45)直交表………………42
表 4-10 多澆口式扇形澆流道系統之實驗規劃表………………43
圖目錄
圖 1-1 鎂合金與其他材料之比強度………………6
圖 1-2 鎂合金與其他材料之比剛性………………6
圖 1-3 一般金屬材料之相對腐蝕率………………7
圖 2-1 熱室壓鑄法 ………………11
圖 2-2 冷室壓鑄法 ………………11
圖 3-1 FLOW-3D的操作介面………………26
圖 4-1 模擬解析對象………………32
圖 4-2 模流分析流程………………33
圖 4-3 澆流道系統 ………………34
圖 4-4 常見的充填流動模式………………35
圖 4-5 完整壓鑄模具的3D模擬圖檔………………36
圖 4-6 AZ91D及AM50鎂合金的黏度對溫度及固相率的關係………36
圖 5-1 壓鑄條件(10Mpa、50m/s、630℃、200℃)之模擬結果……49
圖 5-2 壓鑄條件(10Mpa、70m/s、650℃、220℃)之模擬結果 ……50
圖 5-3 壓鑄條件(10Mpa、90m/s、670℃、240℃)之模擬結果…51
圖 5-4 壓鑄條件(10Mpa、110m/s、700℃、260℃)之模擬結果…52
圖 5-5 壓鑄條件(40Mpa、50m/s、650℃、240℃)之模擬結果…53
圖 5-6 壓鑄條件(40Mpa、70m/s、630℃、260℃)之模擬結果…54
圖 5-7 壓鑄條件(40Mpa、90m/s、700℃、200℃)之模擬結果…55
圖 5-8 壓鑄條件(40Mpa、110m/s、670℃、220℃)之模擬結果…56
圖 5-9 壓鑄條件(70Mpa、50m/s、670℃、260℃)之模擬結果…57
圖 5-10 壓鑄條件(70Mpa、70m/s、700℃、240℃)之模擬結果…58
圖 5-11 壓鑄條件(70Mpa、90m/s、630℃、220℃)之模擬結果…59
圖 5-12 壓鑄條件(70Mpa、110m/s、650℃、200℃)之模擬結果…60
圖 5-13 壓鑄條件(100Mpa、50m/s、700℃、220℃)之模擬結果…61
圖 5-14 壓鑄條件(100Mpa、70m/s、670℃、200℃)之模擬結果…62
圖 5-15 壓鑄條件(100Mpa、90m/s、650℃、260℃)之模擬結果…63
圖 5-16 壓鑄條件(100Mpa、110m/s、630℃、240℃)之模擬結果…64
圖 5-17 充填完畢時最高及最低溫度…65
圖 5-18 充填完畢時溫度差…66
圖 5-19 充填完畢時固相率…66
圖 5-20 W/L=1.25 截面積減縮率10%…67
圖 5-21 W/L=1.25 截面積減縮率20%…68
圖 5-22 W/L=1.25 截面積減縮率30%…69
圖 5-23 W/L=1 截面積減縮率10%…70
圖 5-24 W/L=1 截面積減縮率20%…71
圖 5-25 W/L=1 截面積減縮率30%…72
圖 5-26 W/L=0.75 截面積減縮率20%…73
圖 5-27 W/L=0.75 截面積減縮率30%…74
圖 5-28 W/L=0.75 截面積減縮率40%…75
圖 5-29 W/L=0. 5 截面積減縮率30%…76
圖 5-30 W/L=0. 5 截面積減縮率40%…77
圖 5-31 W/L=0. 5 截面積減縮率50%…78
參考文獻
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