｜鋁合金氣壓閥體真空壓鑄模具CAE模流分析

摘要：鋁合金壓鑄製程中使用真空設備抽氣來對降低壓鑄品氣孔缺陷的發生有絕對的影響，尤其是在使用針對耐壓性防洩漏，材質為ADC10的氣壓閥體產品而言更是重要。一般而言壓鑄製程之射出條件參數為射出壓力、射出速度、低速切換高速位置、離型劑使用等參數與從事生產鋁合金壓鑄產品品質的等級有相當關係。本研究目的在設計壓鑄模具中導入電腦CAE技術來分析流動模式，驗證在真空壓鑄製程下所設計澆流道系統是否合理，以與成本，藉而提高壓鑄產品的良率。

Abstract: The use of vacuum parameters in the aluminum die casting process demonstrates the absolute influence on reducing the die casting defects; especially it is extremely important to air tightness products of solenoid valves that use ADC10 material. The so-called injection condition parameters include injection pressure, injection speed, switch position from low speed to high speed and use of release agent. This research aims to locate the correlation between injection condition parameters and quality of aluminum die casting products in serving as the basis to develop the technique of air tightness aluminum products for solenoid valves. In the design of die casting die, CAE is used to analyze the ration ability of runner and gating system through fluid model verification that replaces the die trial in the real machine, in order to reduce the times of die modification and cost as well as to increase the yield rate of die casting products.

關鍵詞：真空、壓鑄、模流

Keywords：Vacuum, High Pressure Die Casting, Mold Design

前言
鋁合金壓鑄的過程首先將鋁合金錠溶解，然後將熔湯送至壓鑄機內，再將熔湯射入模穴內，待鑄件成形冷卻後，開模，頂出鑄件並取出，然後對模具噴離型劑，合模後等待射出即完成一個循環。而鋁合金壓鑄件的品質與壓鑄技術有所關聯，就現狀而言，鋁合金壓鑄產品均以冷室法壓鑄生產，所考慮為速度與壓力控制。一個完整的壓鑄過程中，柱塞速度的運動可區分為三個步驟：加速（Advance）、充填（Fill die）、減速剎車（Braking），在加速區為了解決氣體捲入射料管的金屬液中而被射入模穴影響鑄品品質，可設定多段加速度來達到此目的（冷室機可設10相）。其中要由2相速度轉變3相速度，考驗著壓鑄機機台的能力。此外減速剎車區通常是在鑄件充填完畢前一刻開始啟動。如何設定速度控制，可以依以下幾個步驟進行；首先以傳統壓鑄製程設定低速與高速兩相速度曲線，此時要注意低速至高速切換點的位置要正確，否則高速速度無法達到所需要的速度。接著下來將減速切換點設定於鑄件充填完畢前，來降低毛邊濺出與延長模具壽命。最後再加速區設定兩段（或多段）相曲線，使得柱塞移動更平穩及排氣更順利。當前段速度控制過程結束時，整個壓鑄製程就進入壓力控制的過程當中，主要的目的是防止升壓過慢，影響結晶組織的細緻化；還有降低不正常的鑄造壓力（突壓）的產生，造成模具被撐開、產生大量的毛邊及影響鑄件的精度。可以依位置與壓力來控制最後壓力的變化（冷室機可設5相）。如何設定壓力控制，可以依以下幾個步驟進行；首先以傳統壓鑄製程設定最大升壓力值，此時要注意鑄件充填完畢時升壓切換點的位置要正確。接著下來降低升壓值，在毛邊產生壓力曲線之下，以避免毛邊濺出與延長模具壽命。最後在加速區設定兩段（或多段）相曲線，使得壓力變化更平穩。

電腦CAE模擬則以金屬液流動充填的波前及平穩性，來預測是否捲氣、充填不滿或冷接，幫助澆流道系統設計與模具設計。同時以模穴內氣體的最後聚集位置，協助逃氣道設計與位置的選擇。以鑄件及模具的凝固溫度分布來幫助改進冷卻系統的設計（水管的擺設位置），且以鑄件的溫度梯度分布來預測縮孔位置，並以水管來加強冷卻。