電子開關的制造:壓鑄件的設計以及仿真方案
電子開關的制造:壓鑄件的設計以及仿真方案

 

【Littler Diecast Corporation】電子開關的制造:壓鑄件的設計以及仿真方案

作者:馬克利特(Mark Littler of Littler Diecast Corporation

利特壓鑄集團(Littler Diecast Corporation)為一個航天設備上的電子開關進行設計,并且打算以壓鑄工藝制作。當設計完成交給另外一家制造廠進行量產時,鑄件成品的品質發生了嚴重的問題,鑄件需要重新設計,以減少廢品率。Littler Diecast 以 FLOW-3D 進行仿真方案設計,希望從仿真結果中找出鑄件發生品質不良的原因,協助客戶解決這個棘手的問題。

 

問題點的判斷

這個電子開關的材料為 Al-380,尺寸大約是1 1/4” x 1” x 1/2” 。 Littler Diecast 發現縮孔的位置主要位于兩個區域,分別是中央平板的區域以及圓筒的區域。這個結果經過客戶以 X-Ray 測試驗證確認??s孔形成的主要原因來自于金屬的流動方式。金屬液從圖一的澆口位置進入,噴濺到鑄件的底部再形成回包的現象。減入空氣后,由于金屬固化的速度相當快,該位置發生鑄不滿現象。在圓筒處的問題發生原因與平板位置相同。流體會先充填離澆口位置最遠處再形成回包卷氣,卷入的空氣無法從分模面上排出。

                                X-ray of original part, showing porosity problems.

 

原始設計

原始設計中還有其他的問題,在電子開關的墊圈設計周圍發生了嚴重的泄漏現象,主要原因在于原始設計的溢料井太小,導致夾雜氧化膜的金屬液無法被完全的排出模穴。
利用 FLOW-3D , Littler Diecast 重新分析該鑄件的流動狀況,并且找出問題發生的主要原因。由于鑄件尺寸不大,過快的冷卻速度會造成鑄件太早固化。因此,設計人員希望最后填入模穴的金屬液能夠以較高的溫度進入模穴,讓金屬液可以充分填滿模穴并且進行保壓。在這種考量下, Littler Diecast 測試了多種鑄造方案設計,希望能夠減少問題發生的可能性,加大成形窗口。

                            圖一, 原始設計,采用單一澆口。流體的顏色代表速度的大小

 

最后的設計

在經過三次主要的設計變更后,鑄件的品質得到大幅的改善。首先,澆口以急流道系統重新設計,讓金屬液能夠以三個澆口進入模穴,另外還加大了溢料井,這樣的設計可以改善金屬回包卷氣的現象。讓最熱的金屬液最后進入模穴,并且藉由仿真結果調整了流道以及澆口的位置,大幅度改善了中央圓孔的卷氣現象。
這個新設計同樣減少了模具被金屬液侵蝕的現象。圓孔中心并且采用入子設計,讓模具的維護更加容易,減少了維修的時間以及費用。在新模具制造前,以仿真的結果進行充分的討論并且進行設計修改,這比模具設計錯誤后再解決問題簡單的多,而且節省時間成本以及模具的修改費用。

                        圖二, 最后的設計采用三個澆口,流體的顏色代表速度的大小

 

鑄件品質驗證
在新的量產模具進行試模后, Littler Diecast 以短射件,X-rays 以及破壞性測試重新檢驗鑄件品質。短射件顯示新的充填系統與設計時的仿真結果效果一致,在 X-rays 的檢查下縮孔的問題也解決了,破壞測試也確認了在結晶結構中并沒有發現任何空孔。這個鑄件在 FLOW-3D 的應用下徹底解決問題。

X-rays at different angles of a sample final part that was picked up from the shop floor

 

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