A Development of Virtual Manufacturing System for High-pressure Die-casting Processes

近年來產品的發展趨勢，有許多塑膠零件由於強度、散熱及環保等考量因素，有許多產品改由金屬件來取代，尤其是輕金屬如鋁合金，甚至是鎂合金。由於壓鑄工法具有高精度、加工量少，適合大量生產形狀複雜之產品等特色並符合3C產業上述之需求，因此，近來在臺灣亦蓬勃發展。由於壓鑄的製程較長，困難度也較射出成型高出許多，為因應3C產業快速、要求降低成本的特性，在傳統的製程中有許多改善的空間值得投入研究。然而由於許多鑄件設計複雜，設計圖往往需修改數十次才能符合要求，故模具圖型的設計與修改，影響廠商競爭力甚大。若前段處理不當，便須耗費量人物力作修補動作，成本極高。 然而，壓鑄技術要達到非常完美的程度是非常困難的事，若考慮熔湯進入模穴中所產生的激烈熱變化，相變化甚至是化學反應等複雜的物理現象要依賴簡化數學模型來預測有實際上的困難。由於電腦速度與電腦輔助工程(CAE)的長足進步，近幾年來利用電腦輔助工程來模擬壓鑄製程中充鎮與凝固的物理現象也逐漸地被各研究機構及壓鑄廠所採用，以進行壓鑄模具流道與流卻系統之最佳化研究外，並做為縮短開發時程及提高良率與鑄件品質的工具。但是導入CAE對於傳統壓鑄廠有實質的困難，主要原因為人員養成不易、產品開發時程短、量產週期短、研發能量不均加上檔案格式交換困難。除此之外，壓鑄問題本身的分析困難度高。由於壓鑄本身即屬於暫態高度非線性及耦合的複雜模型，用數學模型來準確的預測其充填及凝固的行為仍不是件容易的事。若加上薄件的模擬更是困難，由於薄件受模具精度及表面處理、熔湯易凝固以及熔湯溫度變化更大等不利分析因素的影響比一般厚件分析之困難度來得大，也造成CAE的有效運用更是困難。因此目前傳統壓鑄廠仍依賴試誤法的方式開發產品，未能整合模具設計與分析。然而，在產業全球化競爭的潮流下，勞力密集型的產業受到東南亞大陸等地的競爭加上臺灣人工土地取得成本高漲的結果，傳統壓鑄業若不轉型成自動化程度高的技術密集型產業勢必為時代所淘汰。 基於以上幾點原因，在導入同步設計分析的前提必需要能先解決上述幾點困難點才能落實同步設計分析技術的導入並對企業產生實質的效益。本計畫將提出可行之同步設計與製造的觀念，利用資訊技術結合現有之圖形軟體作為產品開發的同步虛擬製造系統。所提供的方案將應用虛擬原型(virtual prototyping)的技術支援跨流程及跨部門的有效工具做為量產前設計方案的可行性、可靠度及製造成本等效率的提昇。