臺灣博碩士論文加值系統

摘要
本研究以鋅合金為原料，應用壓鑄法來探討金屬拉鏈中之拉片元件的成型過程；首先用模流分析軟體ProCASTTM模擬鋅合金在模穴中的充填情形，以預測鑄件充填時可能產生的缺陷，並再以實際之生產設備所得之產品作印證分析與比較，以期得到模具最佳化之澆口、流道及溢料區。
在分析的三個案例中分別以對稱模穴、單邊模穴與可能具包風情形來設計模型進行模擬討論，並對有問題之模型診斷出改善方案，來尋求解決之道。第一個案例中，主要針對形狀變化大與表面上含有0.25mm之凸起部，利用分析軟體觀察其流體之波前與流動狀態；在模擬與實際射出比對後，其流動波前相當的一致，且發現充填完成後有一溢料區為不必要的，因此在模具設計時此部分可以省略，相對的也將減少加工時間。第二個案例主要針對單邊模穴作設定，由於生產數量之因素有時會使用單邊模生產，因此才對此模型作分析；在實際射出與分析軟體的波前與充填狀況比較下，也非常吻合。第三個案例主要在探討包風現象，由於此模型在實際射出與充填過程中，當流體接觸到標誌(logo)處流動變慢，而使邊緣之流體的波前超前，以致造成包風狀況。針對第三個案例的問題，本文提出三種改善方案，來尋求解決之道；在不厭其煩地模擬分析與診斷結果下發現，案例三之最佳改善方式，可將溢料區加大，讓包風位置之氣體在流動液體的推動力，將其移入溢料區來解決此包風現象。

Abstract
This paper utilized the material of zinc-alloy with using casting method to investigate the forming process of pulling-slice which is a part of metallic zipper. The filling processes of zinc-alloy were simulated by using ProCAST software in molding cavity and the potential drawbacks would be predicted under the filling procedure, and then taking advantage of the realistic experiment in the factory we made some product to prove the validity of simulated analyses in terms of ProCAST software. Comparing with computational simulation and experimental test about the filling situation in molding cavity, these resultants would be able to acquire the perfect filling procedures including gate, runner and material overflowing area.
Three molding procedures including symmetrical molding cavities, unilateral molding cavity and cavity containing air traps were designed to simulate the filling circumstance. According to the analytic resultant of computational simulation and experimental test, these molding would be diagnosed their defects and proposed schemes of improvement. First case, where utilizing symmetrical molding cavities, would mainly probe the flow front of the part which the shape of surface is vast variety and has a salient of thickness 0.25mm on the surface using ProCAST software. The resultant of computational simulation corresponded with practical experiment on the flowing front and some overflowing area may be neglected under original design about the molding cavity. For some realistic demand in the industry, second case focused the flowing front of zinc-alloy on unilateral molding cavity. The resultant of computational simulation also agreed with practical experiment on the flowing front. The last case focused on phenomenon of air traps in the molding cavity. Due to the practical injection and filling melted process with the model, the flow rate slowed down when it flowed and touched the salient logotype of part. The flowing fluid without the flowing front of salient logotype would lead and form air traps in the molding cavity. In this paper, three reforming strategies of air traps were adopted to obtain the performance for the third case. These reformed molds were patiently found and diagnosed an optimal proposal of improvement which is to enlarge the overflowing area, so that gas in the situation of air traps could be removed and went into the enlarged overflowing area depending on the impetus of flowing fluid.

目錄

中文摘要 I
英文摘要 II
誌謝 IV
目錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 XII
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 壓鑄法的現況與發展 1
1-3 研究的動機與目的 2
1-4 論文大綱 3
第二章壓鑄與鋅合金材料性質 4
2-1 壓鑄機 4
2-1.1冷腔式臥式射出、臥式開模壓鑄機 4
2-1.2熱腔式壓鑄機 4
2-2 壓鑄概論 6
2-3 壓鑄之特性 6
2-4 壓鑄生產須具備的條件 8
2-5 鋅合金 8
2-5.1鋅合金的選擇 11
2-5.2鋅合金的特點 12
2-5.3使用過程中須注意的問題 12
2-6 其他成份對鋅合金的影響 13
2-7生產中注意的問題 15
2-8鋅合金鑄件產品之壓鑄 15
2-8.1鋅壓鑄熱流道設計及應用 15
2-8.2鑄件流道的耗損 16
2-8.3熱室壓鑄流道設計 16
2-8.4傳統設計的缺點 17
2-8.5熱流道壓鑄熱流道設計 18
2-8.6熱流道的特性 20
2-8.7熱流道的優點 21
第三章 ProCASTTM與模流理論 22
3-1 ProCASTTM模擬軟體 22
3-2 理論基礎 23
3-2.1能量方程式(Energy Equations) 23
3-2.2連續方程式(Continuity Equation) 24
3-2.3動量方程式(Momentum Equations) 25
3-2.4紊流運動能量(Turbulent Kinetic Energy) 26
3-2.5紊流消散比(Turbulent Dissipation Rate)……..26
3-2.6渦流黏度(Eddy Viscosity) 26
3-2.7非牛頓(Non-Newtonian) 27
3-3 模擬分析能力 28
第四章 模擬結果與討論 31
4-1 模型匯入 31
4-2 CAE分析條件之設定 32
4-2.1材料物理性質設定 33
4-2.2邊界條件設定 34
4-2.3設定解題參數 36
4-2.4求解與輸出結果 39
4-3 模擬分析結果 42
4-3.1分析案例一 42
4-3.2分析案例二 47
4-3.3分析案例三 51
4-4 模擬分析討論 54
4-5結論 61
第五章 結論與未來展望 63
5-1 研究成果 63
5-2 未來展望 63
參考文獻 64
簡歷 65

圖目錄
第二章
圖2.1 臥式射出、臥式開模冷腔機概略圖 4
圖 2.2 熱腔機構造 5
圖 2.3 壓鑄生產之條件 8
圖 2.4 合金元素的重量百分比對Zn 硬度的影響 9
圖 2.5 Zn-Al二元合金相圖 9
圖 2.6 Zn-Al合金Al含量對流動性的影響 10
圖 2.7 Zn-Al合金Al含量對衝擊強度的影響 10
圖 2.8 壓鑄流道剖面圖 17
圖 2.9 剖面變化流動圖 18
圖 2.10 壓鑄冒口流道圖 18
圖 2.11 成品起泡放大圖 18
圖 2.12 壓鑄熱流道系統圖 19
圖 2.13 壓鑄熱流道系統作業程序 19
圖 2.14 導流塊的彎曲設計圖 19
圖 2.15 冷流程圖 20
圖2.16 直流道圖 20
圖 2.17 無冷熱接口圖 21
第三章
圖3.1 ProcastTM模擬包風位置圖 30

第四章
圖4.1 Pro/E繪製之模型整體圖 31
圖4.2 IDEAS軟體建構完成之網格模型 32
圖4.3 網格化後之模型匯入ProCASTTM圖 32
圖4.4 材料資料庫 33
圖4.5 材料性質與型態 33
圖4.6 邊界條件資料庫 34
圖4.7 鋅合金壓鑄之條件 34
圖4.8 施加重力向量 35
圖4.9 設定材料初始溫 35
圖4.10 設定材料初型態 36
圖4.11 模擬之一般設定 37
圖4.12 熱傳分析設定 37
圖4.13 流動分析設定 38
圖4.14 結束Precast設定 39
圖4.15 分析狀態 40
圖4.16 Postcast介面環境 40
圖4.17 Viewcast介面環境 41
圖4.18 ProCASTTM分析流程圖 42
圖4.19 案例一外觀尺寸2D圖 43
圖4.20 Pro/E繪製案例一之成品3D圖 43
圖4.21 案例一分析軟體充填百分率之過程圖 44
圖4.22 案例一分析軟體充填短射圖 45
圖4.23(a) 案例一實際充填短射圖 45
圖4.23(b) 案例一實際充填短射圖 45
圖4.24 不良之分流島與示意圖 46
圖4.25 改良之分流島與示意圖 46
圖4.26 案例一射出之成品圖 47
圖4.27 案例二外觀尺寸2D圖 47
圖4.28 Pro/E繪製案例二之成品3D圖 47
圖4.29 案例二分析軟體充填百分率之過程圖 49
圖4.30 案例二實際充填成品圖 50
圖4.31 案例二軟體模擬充填短射圖 50
圖4.32 案例二實際充填短射圖 50
圖4.33 案例三外觀尺寸2D圖 51
圖4.34 Pro/E繪製案例三之成品3D圖 51
圖4.35 案例三分析軟體充填百分率之過程圖 53
圖4.36 案例三實際充填成品圖 54
圖4.37 案例三電鍍後包風產生圖 54
圖4.38 解決方案一之3D圖 55
圖4.39 解決方案一分析軟體充填百分率之過程圖 56
圖4.40 解決方案二之3D圖 57
圖4.41 解決方案二分析軟體充填百分率之過程圖 58
圖4.42 解決方案三之3D圖 59
圖4.43 解決方案三分析軟體充填百分率之過程圖 60









表目錄
第二章
表 2.1 各種鑄造方法對不同合金可達到的公差等級 7
表 2.2 鑄造常用的鋁合金強度比較 7
表 2.3 鋅合金尺寸穩定熱處理 11
表 2.4 各元素對鋅合金性質的影響 15

第四章
表 4.1 案例一之製程與邊界條件 43
表 4.2 案例二之製程與邊界條件 48
表 4.3 案例三之製程與邊界條件 52

考文獻
1.唐乃光 主編，壓鑄模具設計手冊，初版，金屬工業研究發展中心，民國87年6月
2.“Zine Alloy Die Casting,” JIS standard H5301.
3.賴耿陽 譯著，Sugiyama Masataka,非鐵金屬材料 Fei t'ieh chin shu ts'ai liao,復漢，民71[ 1982]
4.R. W. Bruner, “The Metallurgy of Die Casting,” Society of Die Casting, 1986.
5.“NADCA Product Specification Standards of Die Castings,” NADCA, 1994
6.洪榮澤編譯，壓鑄模具設計與製造，全華書局
7.香港“金屬工業”(HKPC METALS BULLETIN),2002年3月刊
8.中國鋼鐵研究總院高溫材料研究所，吳劍濤、謝雲鵬、馮滌、孔勝國、李俊濤、駱合力，2002年
9.ProcastTM user’s manual & technical reference ,appendix C.
10.元智大學 余家杰 碩士論文，鋁合金輪圈鑄造參數最佳化設計，第二章，民國92年6月