臺灣博碩士論文加值系統

本研究以鋁合金A356為原料，應用壓鑄法來探討液晶顯示器金屬外殼的成型過程;因為壓鑄件所需要投資的模具金額相當耗資，而研發者為了能將壓鑄模具的投資成本攤提到最小化的狀況，會在設計壓鑄模具時，同時為將來可能會衍生出來的版本預留一些肉厚，以便於後製程的加工需求，這也造成了在壓鑄製程上因為肉厚過厚的問題而常無法避免氣孔品質問題的產生，特別是當氣孔的位置出現在CNC加工的位置時，其最終成品常無法通過IP67防水測試，所以本研究的重點在利用模流分析軟體來事先推演出氣孔的位置及大小。
為了確認問題的所在與可能的不良情況，首先使用模流分析軟體C3P.Cast模擬鋁合金A356在模穴中流體與氣體充填和排出的情形，以預測壓鑄充填時可能會發生的缺陷，再以實際生產出來的產品做驗證分析與比對，來得到最佳化之澆口尺寸、流道、溢料區和排氣井，最後再針對壓鑄中常見的氣孔問題在模流分析軟體上進行模擬和分析。
本研究針對一片現有的液晶顯示器金屬外殼執行模具修改前後的模流分析，並以其結果和實際的壓鑄品進行驗證分析和比對，該模具在未修改前因有1-2毫米的氣孔問題導致產品良率低下，經過模流分析出來的結果，將進料澆口的寬度加大及取消掉一個小溢料區與加長排氣井後，可以很明顯看到流體的波向趨近穩態，實際壓鑄品所得到的氣孔尺寸改善到約0.1-0.3毫米，氣孔的位置也控制在可容許的位置，使得液晶顯示器金屬外殼在IP67的良品率上大幅提升。

This research aims to investigate the case for Aluminum alloy A356 with die casting technology of LCD shell’s molding process; because die casting part need to make
big investment on mold so RD will make the mold to be used in several versions and the investment can be amortized to a minimum value. Therefore, RD need to keep a thick wall in casting part for prevent different need in CNC machining process in future. Due to the design of thick wall, it would be hard to avoid porosity issues occur in casting part.
Especially when porosity is located on CNC machining area, it would be hard to pass IP67 test in the final LCD display. So this research focus in how to use mold flow simulation software to simulate porosity size and porosity location.
In order to identify defective symptoms and root causes, we use software C3P.casting to simulate the filling process and analysis potential failures inside the cavity. Then taking advantage of the realistic experiment from the factory we did experiment to prove and validate the efficiency of simulation results. The simulation results would be able to acquire the best filling procedures including gate, runner and material over flow area.
This case is mainly focus on LCD display metal cover to do mold flow simulation
analysis and reducing the defect rate of porosity. Based on the investigation results of difference between before and after mold modification; before mold modification the
porosity size is about 1-2mm and the production yield is low. After mold modification on enlarge the gate size、remove some area of runner and extend over flow length, the mold flow analysis results shows a stable filling procedure within cavity. And we have smaller porosity between 0.1-0.3mm and big improvement on production yield which prove the simulation results.

圖目錄
圖2.1.1 冷室壓鑄機簡圖
圖2.1.2 熱室壓鑄機簡圖
圖2.1.3 分模面尺寸公差說明圖
圖2.1.4 活動部尺寸公差說明圖
圖2.2.1 壓鑄機鑄造的過程
圖2.2.2 帕斯卡原理簡圖
圖2.2.3 伯努利定理簡圖
圖2.2.4 沖頭直徑和澆口速度、鑄造壓力的關係
圖2.2.5 壓射位置和壓射狀態關係圖
圖2.2.6 壓射位置
圖2.2.7 高速行程位置相關圖
圖2.2.8 鑄造面積
圖2.2.9 中子分子力
圖2.6.1 Toshiba UBE 壓鑄機
圖2.6.2 Xray 檢測機
圖2.6.3 合金成份分析儀
圖2.8.1 壓鑄品母模面
圖2.8.2 CNC 加工後成品母模面
圖2.8.3 加工後包風不良位置
圖2.8.4 加工後氣孔不良照片
圖2.8.5 測漏液體螢光檢測不良照片之一
圖2.8.6 測漏液體螢光檢測不良照片之二
圖2.8.7 Xray 檢測出來氣孔不良結果
圖2.8.8 壓鑄不良原因分析魚骨圖
圖2.8.9 有限元素網格與差分元素網格的對比
圖4.1.1 綠色為細網格之模擬
圖4.1.2 黃色為粗網格之模擬
圖4.1.3 材料設定表 V
圖4.1.4 設定邊界條件畫面
圖4.1.5 建立澆道面
圖4.1.6 設定參數畫面
圖4.1.7 改模前母模面的模流模擬分析圖
圖4.1.8 改模前公模面的模流模擬分析圖
圖4.1.9 改模後母模面的模流模擬分析圖
圖4.1.10 改模前母模面的氣孔分析圖
圖4.1.11 改模前公模面的氣孔分析圖
圖4.1.12 改模後母模面的氣孔分析圖
圖4.1.13 改模後公模面的氣孔分析圖
圖4.1.14 模流波前圖
圖4.1.15 氣流波前圖1
圖4.1.16 氣流波前圖2
圖4.1.17 氣孔Xray 圖
圖4.1.18 氣孔實物圖
圖4.5.1 壓鑄模具修改部分
VI
表目錄
表2.1.1 壓鑄尺寸精度一般長度公差表
表2.1.2 壓鑄尺寸精度一般長度精密公差表
表2.1.3 壓鑄尺寸精度追加公差表
表2.1.4 壓鑄尺寸精度活動部公差表
表2.1.5 壓鑄標準公差活動部增加公差表
表2.1.6 壓鑄精密公差活動部增加公差表
表2.1.7 壓鑄件經T6 後強度表
表2.2.1 一般澆口速度
表2.2.2 一般充填時間
表2.2.3 由於沖頭直徑和澆口速度變化所產生的影響
表2.2.4 鋁合金鑄造速度與料管充填率參考表
表2.7.1 壓鑄鋁合金國際標準成份表
表2.7.2 鋁合金物理及機械特性
表2.7.3 鋁合金各種用途
表2.8.1 測漏直通率良率表
表4.1.1 材料設定表
表4.1.2 邊界條件表
表4.1.3 設定邊界條件畫面
表4.1.4 設定參數畫面
表4.1.5 第33 秒時的修模前後模流狀態對照表
表4.1.6 充填完成的修模前後模流狀態比較
表4.1.7 壓鑄參數改善前後對照表
表4.5.1 製程統計表
VII
目錄
中文摘要.....................................................I
英文摘要.....................................................II
誌謝.........................................................III
圖目錄.......................................................IV
表目錄.......................................................VI
第一章緒論
1.1 前言------------------------------------------------------1
1.2 研究動機--------------------------------------------------1
1.3 研究目的--------------------------------------------------1
第二章 壓鑄鑄造理論與製程簡介
2.1 壓鑄製程
2.1.1 壓鑄之定義--------------------------------------------3
2.1.2 壓鑄機種類--------------------------------------------3
2.1.3 冷室壓鑄機--------------------------------------------3
2.1.4 熱室壓鑄機--------------------------------------------4
2.1.5 鋁合金壓鑄的特色--------------------------------------5
2.2 高壓冷式壓鑄機鑄造理論
2.2.1 壓鑄機壓射部的架構------------------------------------8
2.2.2 壓射力與鑄造壓力--------------------------------------9
2.2.3 高速壓射速度與澆口速度--------------------------------10
2.2.4 澆口面積和沖頭直徑------------------------------------12
2.2.5 低速速度----------------------------------------------13
2.2.6 速度切換位置------------------------------------------14
2.2.7 高速射壓行程的計算方法--------------------------------15
2.2.8 增壓時間----------------------------------------------16
2.2.9 開模力的計算------------------------------------------16
2.2.10充填完了的力量----------------------------------------17
2.3 鋁合金材料特性簡介----------------------------------------18
VIII
2.3.1 鑄造用鋁合金美國分類法--------------------------------18
2.3.2 純鋁 (1XX.X)------------------------------------------18
2.3.3 A356 (鋁-矽-鎂) 鋁合金材料介紹------------------------19
2.3.4 合金元素對鋁合金的影響--------------------------------19
2.3.4.1 矽元素的影響
2.3.4.2 鎂元素的影響
2.3.4.3 磷元素的影響
2.3.4.4 鈉元素的影響
2.3.4.5 鍶元素的影響
2.3.4.6 銻元素的影響
2.3.4.7 鐵元素的影響
2.4 氣孔的形成(porosity) -----------------------------------22
2.5 IP 67 測試標準------------------------------------------23
2.6 製程相關設備---------------------------------------------24
2.6.1 Toshiba UBE 800噸壓鑄機------------------------------24
2.6.2 Xray 檢測機------------------------------------------25
2.6.3 合金成份分析儀---------------------------------------25
2.7 鋁合金其他國家常用料號-----------------------------------26
2.7.1 壓鑄鋁合金國際標準成份表-----------------------------26
2.7.2 鋁合金物理及機械特性---------------------------------26
2.7.3 鋁合金的各種用途-------------------------------------27
2.8 壓鑄生產中發生的問題-------------------------------------27
2.8.1 壓鑄品現狀-------------------------------------------27
2.8.2 問題之發生-------------------------------------------29
2.8.3 不良現狀---------------------------------------------29
2.8.4 不良率-----------------------------------------------30
2.8.5 不良要因分析-----------------------------------------31
第三章 C3P.Cast Designer 與模流理論
3.1 C3P.Cast Designer 模擬軟體-------------------------------32
IX
3.2 理論基礎-------------------------------------------------33
3.3 模擬分析的功能-------------------------------------------41
第四章 分析結果與討論
4.1 模型輸入Import model-------------------------------------43
4.2 條件之設定-----------------------------------------------44
4.2.1 材料物理性質設定-------------------------------------44
4.2.2 邊界條件設定-----------------------------------------45
4.2.3 設定參數---------------------------------------------46
4.2.4 求得輸出結果-----------------------------------------47
4.3 模擬分析結果---------------------------------------------48
4.4 分析討論-------------------------------------------------53
4.5 結論-----------------------------------------------------58
第五章 結論與未來展望
5.1 結論-----------------------------------------------------61
5.2 未來展望-------------------------------------------------61
參考文獻------------------------------------------------------63

參考文獻
[1]林煜昆，”壓鑄技術實務”，徐氏基金會，1993。
[2]”Product Specification Standards For Die Castings”,NADCA,Section
4A,2003
[3]”壓鑄理論與模具設計”， 東洋機械金屬會社
[4]溫宮瑤，碩士論文, 製程參數和除渣處理對Al-Si 和A356 合金品質之影響,中
央大學, 2003 July pp.2-10
[5]”IEC 60529 edition 2.2”，International Protection Marking ，2013
[6]張印本、楊良太、簡汶彬及徐沛麒，”金屬材料對照手冊”，理工科技顧問股
份有限公司，2013
[7]陳新郁、林政仁，”有限元素分析-理論與應用Ansys”，高立圖書有限公司，
2007
[8]”Comsole Multiphysics 有限元素分析快易通”，皮托科技，2014
[9]”Comsole Multiphysics 電腦輔助分析模擬軟體學習寶典”，皮托科技，2014
[10] L.J. Sergerlind，曾昭仁譯著，”應用有限元素分析”，科技圖書股份有限
公司，1987
[11]蘇志敏、沙云東、屈伸，”航空薄壁結構在噪音載荷作用下震動響應研究”瀋
陽航空工業學報，2006 Feb.
[12]黃啟源，”鋅合金壓鑄成品之模流分析”，碩士學位論文，中原大學,2003
Jan,pp.23-28
[13]”Gating system design version 6.2”， Cast-Designer，C3Psoftware
[14]”User Guide &; Manual version 6.2”， C3Psoftware Cast-Designer
[15]”Casting Process Insight version 6.2”，C3Psoftware Cast-Designer
[16]產業研究組，”鋁產業”，台灣機械工業同業公會，2014
[17]劉文海，”壓鑄技術的進展及應用動向(下)”，金屬中心ITIS 計畫 2008
Oct.