臺灣博碩士論文加值系統

本論文旨在探討壓鑄件於壓鑄模具取出後之快速冷卻機制，並開發一套壓鑄件冷卻水槽溫度控制機電系統，當鑄件以機械手臂自壓鑄機取出後，經冷卻水迅速冷卻至設定溫度，將鑄件移至剪緣過程內切除流道系統及溢流井等廢料，經剪緣後之鑄品即可送往下一道工程－噴砂處理作業。
　　此系統不僅構成壓鑄製程自動化之一部份，亦可省卻現場部分工作人力及壓鑄件所需堆積空間。藉著控制冷卻水槽之水溫及鑄件冷卻時間，使剪緣時之鑄件溫度控制在一定範圍內，此可確保剪緣後鑄品尺寸及品質之穩定。

關鍵字：壓鑄、剪緣、自動化

The aim of this thesis was to develop a sub-system fulfilling the extraction – cooling – trimming for die casting parts. As the part was extracted from the die-casting machine by a robot, it was cooled to the setting temperature. Then, the part was transferred to the trimming process to remove runners and overflows. After trimming process, the die-casting part could proceed in the next operation sand blasting process. The developed subsystem could not only become the part of die-casting automation system, but also diminish or eliminate the manpower and the heap space necessitated in the traditional processes.
Moreover, it could effectively control the surface temperature of die-casting parts to ensure the trimming quality by virtue of controlling the water temperature and the cooling time. This could make sure the temperature of castings to maintain within a presetting range. Consequently, the insurance of casting dimensions and quality after trimming would be expected.

Keywords：die-casting、trimming、automation

致謝...................................................................................………………..i
中文摘要.....................................................................................………...ii
英文摘要.....................................................................................………..iii
目錄..........................................................................…………………….iv
圖目錄.................................................................................................…..vi
表目錄.............................………………………………………………..ix

第一章 序論.........................................…………………………………1
1.1前言...............................………………………………………..1
1.2研究動機...............................…………………………………..3
1.3研究方法..............................…………………………………...5
1.4文獻回顧...............................…………………………………..7
1.5論文架構...............................…………………………………..9
第二章 鑄件及壓鑄生產系統...............................…………………….11
2.1鑄件及其合金...............................…………………………….11
2.2壓鑄機及其周邊機...............................……………………….19
2.2.1 壓鑄機…………………………………………………..19
2.2.2 模溫機…………………………………………………..22
2.2.3 自動給湯機……………………………………………..30
2.2.4 自動噴離型劑機………………………………………..32
2.2.5 機械手臂及夾持機構…………………………………..34
2.2.6 鑄件冷卻水槽…………………………………………..44
2.2.7 鑄件毛邊噴砂機………………………………………..47
第三章 理論推導...............................………………………………….57
3.1 加熱器功率設計……………………………………………...57
3.2 冷卻水流量控制……………………………………………...58
3.3 鑄件表面熱傳導公式………………………………………...60
頁碼
第四章 量測治具及溫控冷卻水槽............................…………………65
4.1 鑄件表面溫度量測治具……………………………………...65
4.2 壓鑄件取出表面溫度即時量測系統………………………...67
4.3 數位式溫控鑄件冷卻水槽…………………………………...72
第五章 鑄件冷卻溫度實驗操作………………………………………79
5.1 壓鑄機設定…………………………………………………...79
5.2 給湯機設定…………………………………………………...80
5.3 噴霧機設定…………………………………………………...81
5.4 溫控冷卻水槽設定…………………………………………...82
第六章 量測結果與討論………………………………………………84
6.1 溫控冷卻水槽動作觀察……………………………………...84
6.2 鑄件冷卻量測溫度趨勢圖…………………………………...86
第七章 結論與建議…………..………………………………………..96
參考文獻………………………………………………………………..98

圖目錄
頁碼
圖1. 壓鑄件成形過程圖...............................…………………………..11
圖2. 鑄件成品噴砂前之風乾裝置...........................…………………..18
圖3. TOYO-350V4-N冷室壓鑄機外觀圖......................………………20
圖4. 壓鑄用REGLOPLAS模溫機..........................…………………..22
圖5. 自動給湯機......................................................…………………...31
圖6. 自動噴離型劑機...............................……………………………..33
圖7 . 產業機械人MOTOMAN-UP20後視、側視、前視圖..............34
圖8. 機械手臂play-back方式控制圖.......................…………………36
圖9. 機械手臂與壓鑄機與其周邊機控制訊號示意圖............……….37
圖10. 壓鑄機與周邊機之流程圖......................……………………….38
圖11. 平行移動形夾爪（單側）...............................…………………42
圖12. 平行移動形夾爪（兩側）...............................…………………43
圖13. 舊式水槽上視圖...............................……………………………45
圖14. 舊式水槽側視圖...............................…………………………....46
圖15. 噴砂機圖......................…………………………………….……56
圖16. 鑄件表面溫度量測治具3D示意圖.....................………………65
圖17. 鑄件表面溫度及時量測治具架設圖...................………………60
圖18. 鑄件溫度及時量測系統示意圖........................…………….…..67
頁碼
圖19. 量測系統於實驗現場之量測情形............……………………...69
圖20. 三種接合型式的熱電耦...........................……………………....70
圖21. 鑄件冷卻水槽管路系統示意圖........................………………...72
圖22. 鑄件冷卻水槽電氣系統圖...........................……………………73
圖23. 電控箱和控制面板...............................…………………………75
圖24. 控制箱內部電器零件接配情形........................………………...75
圖25. 新式溫控冷卻水槽側視圖.....................………………………..77
圖26. 新式溫控冷卻水槽前視圖...........................……………………78
圖27. 13kw加熱器圖...............................……………………………...78
圖28. 壓鑄機射出桿設定畫面...............................…………………....79
圖29. 給湯機設定畫面...............................……………………………80
圖30. 噴霧機設定畫面..............................…………………………….81
圖31. 控制迴路作動狀態...............................…………………………82
圖32. 鑄件於溫控水槽之工作情形.......................……………………83
圖33. 量測之鑄件及量測點...................................……………………85
圖34. 鑄件於45℃冷卻水溫之表面溫度-時間變化圖...........………..86
圖35. 鑄件於55℃冷卻水溫之表面溫度-時間變化圖...........……….87
圖36. 鑄件於65℃冷卻水溫之表面溫度-時間變化圖..........………..88
圖37. 鑄件於75℃冷卻水溫之表面溫度-時間變化圖.........…………89
頁碼
圖38. 鑄件於80℃冷卻水溫之表面溫度-時間變化圖..........………...90
圖39. 鑄件於各個冷卻水溫之表面溫度比較圖................…………...91
圖40. 鑄件於55℃冷卻水溫之表面溫度—時間變化圖（單一週期）.92
圖41. 鑄件取出改善前之製程............................................…………...94
圖42. 鑄件取出改善後之製程…………………................…………...95


表目錄
頁碼
表1. 國內常用的壓鑄用鋁合金...............................…………………..13
表2. JIS與各國壓鑄用鋁合金對照表.....................…………………...13
表3. 壓鑄用鋁合金的熱膨脹係數、液相線、固相線等常數.........….14
表4. TOYO-350V4-N冷室壓鑄機模閉規格表..............………………20
表5. TOYO-350V4-N冷室壓鑄機射出規格表...................…………...21
表6. TOYO-350V4-N冷室壓鑄機押出規格表...................…………...17
表7. TOYO-350V4-N冷室壓鑄機鑄造能力規格表...............………...17
表8. REGLOPLAS模溫機規格表...............................………………...23
表9. 適當之合金—模具表面溫度表.............................………………24表10. MOTOMAN-UP20規格型式表............................………………35
表11. MOTOMAN-UP20性能規格...............................………………35
表12. 產業機械人分類表（依可搬重量與作動領域）............……...36
表13. 機械手挾持鑄件動力源的優劣比較表..................…………….39
表14.　CENTER 302數位式溫度計量測範圍表..................………...68
表14.　CENTER 302數位式溫度計量測解析度表...............………..68

Twarog , 2003 Twarog, D.L., “State of the Industry 2002,” Die Casting Engineer, January 2003.
Shapiro, 2003 Shapiro, N., “Chairman’s Page,” Die Casting Engineer, January 2003.
Juang, 2001 Juang, S. H.，C.C Cheng, “Dimensional Shrinkage of Magnesium Die Casting by Numerical Method”, Transactions, Paper No. T01-033, “21th NADCA International Die Casting Congress”, Cincinnati, Ohio, USA, 2001.
.Street, 1977 A. Street, “The Die Casting Books”, Portcullis Press Ltd., 1977, pp. 3~16, pp. 625~641.
Woithe et al., 1993 H. Woithe, W. Achwab, “ Producing heat treatable Al die castings: Part II”, Die Casting Management (October 1993) 29~31.
Pennington, 1996 J.N. Pennington, “Re-engineered casting combines, metal flow, vacuum technologies”, Modern Metals (July 1996) 48B~48G.
Baumgartner, 1996 K. Baumgartner, “Vacuum high technology for top quality pressure die castings”, “Proceedings of the 15th International Pressure Die Casting Conference, Montreaux, Switzerland”, May 22, 1996.
Brevick et al., 1995 J.R. Brevick, P.S. Cheng, “ Evaluating the quality of vacuum die castings”, “Transactions of North American Die Casting Association” ,1995, pp. 145~148.
Niu et al., 2000 X.P. Niu, B.H. Hu, I. Pinwill, H. Li, “ Vacuum assisted high pressure die casting of aluminium alloys”, “Journal of Materials Processing Technology” 105 (2000) 119~127.
Jia et al., 1997 L.R. Jia, S.M. Xiong, B.C Liu, J. Mater. Sci. Technol. 16 (3) (1997) 269–272.
Kaye et al.,1982 A. Kaye, A. Street, “ Die Casting Metallurgy”, Butterworths, London, 1982, pp. 231~235.
Herman, 1987 E. A. Herman, “Design Die-Casting Die”, North American Die Casting Associate, 1987.
Twarog, 2003 Twarog, D.L., “State of the Industry 2002,” Die Casting Engineer, January 2003.Shapiro, N., “Chairman’s Page” , Die Casting Engineer, January 2003.
“The use of aluminium casting in the automotive industry”, foundry Trade Journal October 1990.
“Aluminium Casting Technology” AFS Inc, 1986.
L. J. D. Sully, “Die Casting”, Metal’s Handbook , 9th Edition.
“TOYO machine operator’s manual”, TOYO corporation.
“YASNAC OPTION operator’s manual”, YASKAWA electric corporation.
莊水旺，2001 莊水旺， 王志名，“利用數值分析探討給料形狀對鎂合金壓鑄流動特性之影響”，2001 年第六屆亞洲模具研討會，臺灣區模具工業同業公會，台北，(2001)。
莊水旺，2000 莊水旺，“利用機器人整合壓鑄件取出與離型劑噴灑之系統開發”，經濟部所屬事業協助中小企業推動研究發展計畫結案報告（P189023），2000。
莊水旺，2001 莊水旺，“電腦輔助工程於壓鑄模具設計之應用”，2001年電腦輔助工程(CAE)技術和應用研討會，中原大學，新竹，2001。
呂璞石，1989 呂璞石，黃振賢，“金屬材料”，文京圖書有限公司，1989。
潘完曾，1998 潘完曾，“壓鑄模設計手冊”，北京 機械工業出版社，1998。
賴耿陽，1984 伊東 誼，岩田一明 著，賴耿陽 譯，“彈性製造系統”，復漢出版社，1984。
趙平，1982 日本產業機械人工業會 編，趙平 譯，”產業機械人的原理”，臺隆書局，1982。
林煜昆，1994 林煜昆，“壓鑄技術實務”， 財團法人徐氏基金會，1994。
唐乃光，1998 唐乃光，“壓鑄模具設計手冊”，金屬工業研究發展中心，1998。
賴耿陽，1996 賴耿陽，“金屬壓鑄技術”，復漢出版社，1996。
毛迪，1994 毛迪，徐乃勳，朱振民，“機械製造程序”，科技圖書股份有限公司，1994。
黃士宗，1996 黃士宗，“壓鑄模具設計要領與鑄件缺陷對策”，金屬工業研究發展中心，1996。
日本規格協會，1983 日本規格協會，“鋼鐵、非鐵金屬材料手冊”，新太出版社，1983。