111學年度學生個人校外優良事蹟
海大機械研究生馬英傑論文改善機車鋁合金輪圈壓鑄製程獲企業肯定
(本校訊)國立臺灣海洋大學機械與機電工程學系莊水旺教授指導碩二學生馬英傑論文「鋁合金壓鑄模具失效之對策實務」,逐一分析壓鑄流程並針對一副機車輪圈壓鑄模具分析失效的原因,改善製程並且增加生產線產能,獲得台灣模具工業同業公會「模具暨應用產業技術論文發表會」第10屆模具論文獎-企業特別獎,其研究應用價值受到業界肯定。馬同學未來希望協助廠商優化壓鑄參數,除了可以提升鑄件的品質,也能增加模具的使用壽命。

汽機車零組件除要追求輕量化,亦需要具有強度佳、韌性好的特性,基於此發展趨勢,近年來機車輪圈多使用鋁合金材料, 並以壓鑄生產居多。壓鑄模具的使用壽命與其使用的模具鋼材、表面硬度、熱處理相態組織、表面處理方式、鑄件的造型、壓鑄方案設計、冷卻系統設計、壓鑄條件選擇、模具的應力分布等多項要素相關,且模具的流動平衡與熱平衡,也是影響模具壽命的重要因素。

馬英傑同學表示,本論文使用的研究案例在壓鑄生產少於2000模次時,模具內凹角的谷底即出現嚴重的網狀裂紋,是一種典型的模具熱疲勞失效機制,同時也有空蝕、沖蝕及侵蝕等不同失效機制。另在模具生產約10,000模次時,輪幅與輪緣交接之R角處開始出現燒付 soldering)現象,且在第32,476模次時,該處發生嚴重的裂痕,接近不堪使用的狀態,此狀態並不符合廠商預期的產能。

依據機械性質測試,本論文的輪圈案例分析結果顯示,導致模具失效的主要原因是熱處理過程不當,金相組織出現不同程度的變韌鐵組織析出,影響鋼材的衝擊吸收能量,其衝擊功11-14J遠低於NADCA壓鑄模具的規範值22-26J。
馬同學並強調,一副優質模具的製作流程每一步驟均須審慎處理,尤其是模具鋼的熱處理最好能有完整的施作過程,即機械加工應力消除回火、三階段升溫加熱、階段式淬火、相變態應力消除回火、主要回火、殘留沃氏體轉變為麻田散體回火和穩定麻田散體回火等,以確保模具鋼材的熱處理品質。另外,鈷(Co)和鎳(Ni)可提高模具抗高溫熱熔蝕性質的能力,含有鈷和鎳的熱作優質工具鋼材可以提升壓鑄模具抗熱龜裂的能力。

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