電子開關(guān)的制造：壓鑄件的設(shè)計(jì)以及仿真方案

simould_tec

2009年11月18日 13:46

作者：馬克利特（Mark Littler of Littler Diecast Corporation）
利特壓鑄集團(tuán)（Littler Diecast Corporation）為一個(gè)航天設(shè)備上的電子開關(guān)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且打算以壓鑄制程制作。當(dāng)設(shè)計(jì)完成交給另外一家制造廠進(jìn)行量產(chǎn)時(shí)，鑄件成品的品質(zhì)發(fā)生了嚴(yán)重的問題，鑄件需要重新設(shè)計(jì)，以減少?gòu)U品率。Littler Diecast 以 FLOW-3D 進(jìn)行仿真方案設(shè)計(jì)，希望從仿真結(jié)果中找出鑄件發(fā)生品質(zhì)不良的原因，協(xié)助客戶解決這個(gè)棘手的問題。

X-ray of original part, showing porosity problems.
問題點(diǎn)的判斷判斷
這個(gè)電子開關(guān)的材料為 Al-380，尺寸大約是1 ?” x 1” x 1/2” 。 Littler Diecast 發(fā)現(xiàn)縮孔的位置主要位于兩個(gè)區(qū)域，分別是中央平板的區(qū)域以及圓筒的區(qū)域。這個(gè)結(jié)果經(jīng)過客戶以 X-Ray 測(cè)試驗(yàn)證確認(rèn)。縮孔形成的主要原因來自于金屬的流動(dòng)方式。金屬融湯從圖一的澆口位置進(jìn)入，噴濺到鑄件的底部再形成回包的現(xiàn)象。減入空氣后，由于金屬固化的速度相當(dāng)快，該位置發(fā)生鑄不滿現(xiàn)象。在圓筒處的問題發(fā)生原因與平板位置相同。流體會(huì)先充填離澆口位置最遠(yuǎn)處再形成回包卷氣，卷入的空氣無法從分模面上排出。

圖一, 原始設(shè)計(jì)，采用單一澆口。流體的顏色代表速度的大小

圖二, 最后的設(shè)計(jì)采用三個(gè)澆口，流體的顏色代表速度的大小

原始設(shè)計(jì)
原始設(shè)計(jì)中還有其他的問題，在電子開關(guān)的墊圈設(shè)計(jì)周圍發(fā)生了嚴(yán)重的泄漏現(xiàn)象，主要原因在于原始設(shè)計(jì)的溢料井太小，導(dǎo)致夾雜氧化膜的金屬融湯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(dòng)狀況，并且找出問題發(fā)生的主要原因。由于鑄件尺寸不大，過快的冷卻速度會(huì)造成鑄件太早固化。因此，設(shè)計(jì)人員希望最后填入模穴的金屬融湯能夠以較高的溫度進(jìn)入模穴，讓金屬融湯可以充分填滿模穴并且進(jìn)行保壓。在這種考量下， Littler Diecast 測(cè)試了多種鑄造方案設(shè)計(jì)，希望能夠減少問題發(fā)生的可能性，加大成形窗口。
最后的設(shè)計(jì)
在經(jīng)過三次主要的設(shè)計(jì)變更后，鑄件的品質(zhì)得到大幅的改善。首先，澆口以急流道系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)，讓金屬融湯能夠以三個(gè)澆口進(jìn)入模穴，另外還加大了溢料井，這樣的設(shè)計(jì)可以改善金屬回包卷氣的現(xiàn)象。讓最熱的金屬融湯最后進(jìn)入模穴，并且藉由仿真結(jié)果調(diào)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(xiàn)象。
這個(gè)新設(shè)計(jì)同樣減少了模具被金屬融湯侵蝕的現(xiàn)象。圓孔中心并且采用入子設(shè)計(jì)，讓模具的維護(hù)更加容易，減少了維修的時(shí)間以及費(fèi)用。在新模具制造前，以仿真的結(jié)果進(jìn)行充分的討論并且進(jìn)行設(shè)計(jì)修改，這比模具設(shè)計(jì)錯(cuò)誤后再解決問題簡(jiǎn)單的多，而且節(jié)省時(shí)間成本以及模具的修改費(fèi)用。
鑄件品質(zhì)驗(yàn)證
在新的量產(chǎn)模具進(jìn)行試模后， Littler Diecast 以短射件，X-rays 以及破壞性測(cè)試重新檢驗(yàn)鑄件品質(zhì)。短射件顯示新的充填系統(tǒng)與設(shè)計(jì)時(shí)的仿真結(jié)果效果一致，在 X-rays 的檢查下縮孔的問題也解決了，破壞測(cè)試也確認(rèn)了在結(jié)晶結(jié)構(gòu)中并沒有發(fā)現(xiàn)任何空孔。這個(gè)鑄件在FLOW-3D 的應(yīng)用下徹底解決問題。

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