薄鑄件之鑄造後變形特性研究

Abstract

本研究的構想是來自於技術成形實驗室一系列鎂鋁鋅合金(AZ91D)的壓鑄（Die Casting）條件模擬研究。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。工業上目前常使用來生產鎂合金薄壁件的方法則是鑄造法中的壓鑄法。 本研究主要研究的重點即是鑄造成品因冷卻自由收縮所發生的變形現象。由於鎂合金壓鑄設備不易取得，因此改用沙模鑄造方法，使用含碳量較高，流動性良好的灰鑄鐵熔湯，替代高壓高速的壓鑄製程。在實驗部分，搭配不同的鑄物厚度與澆口流道位置之變化，設計了五種鑄造條件，量測在這五種條件下薄鑄件最終變形數據，探討鑄件外型與澆口流道位置之變化對最終變形的影響。在數值模擬部分，使用模擬流動能力強大的有限差分軟體FLOW-3D來計算模穴填充後的溫度分布，再搭配FEM軟體ABAQUS模擬該溫度分布下，薄鑄物冷卻至室溫時產生的變形分布，比較模擬結果與實驗結果來驗證此種模擬方式的可靠性。 研究的結論顯示，實驗方面，在設計的五種條件下鑄造得出的薄鑄件，在鑄造完成後兩週便不再發生變形，而且在試片設計的厚度改變處均有相同的反曲趨勢。五種澆注條件中，造成變形最嚴重的條件是中間澆口，再配上兩側厚中間薄之形狀的澆鑄條件。在模擬方面，只針對完全固化後溫度由高溫冷卻至室溫時產生的變形，所得的變形量均小於實際的量側值。因此如欲模擬試片的整個鑄造過程中發生的變形，還應考慮完全固化前產生的變形。