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聯合大學材料工程學系 聯合大學材料工程學系

許富淵副教授-詳細資料

個人資料

 

  • 姓名:許富淵
  • 職稱:副教授
  • 專長:材料製程、製程電腦模擬、計算流體力學、鋁鎂合金鑄造、非鐵金屬鑄造
  • 辦公室電話:037-382243
  • 電子信箱 :willyhsu@nuu.edu.tw
  • 傳真機:037-382247
  • 學歷:英國伯明罕大學(The University of Birmingham) 冶金暨材料博士 (2003)

學歷

 

  • 伯明罕大學(The University of Birmingham),英國 英格蘭,冶金暨材料博士,2003
  • 奈皮爾大學(Napier University),英國 蘇格蘭,(優異)材料科技碩士,1996
  • 台北工專,材料暨資源工程學系-材料組 五專,1992

經歷

 

  • 中州技術學院 機械與電腦輔助工程系 兼任 助理教授
  • 金屬工業研究發展中心 鎔鑄組 兼任 約聘顧問
  • 國立聯合大學 材料科學工程學系 專任 博士後研究
  • 六和機械股份有限公司 鋁合金輪圈開發部 專任 開發專員

開設課程

 

  • 金屬材料、 工程圖學、 鑄造學、 金屬熱處理、 粉末冶金、 鋼鐵冶金、 材料製程實驗

專長及研究領域

擬研究計畫

 

  • 題目:汽車鋁合金柴油引擎鑄件傾倒式砂模製程開發
  • 介紹:二十一世紀汽車工業的變化,是以系統化、輕量化、小型化、電子化、以及柴油化為主軸。其中,為了求其輕量化,許多的車廠紛紛將汽車柴油引擎本體,由原有的鑄鐵改為鋁合金,可以減輕約30%以上的重量。然而鋁合金鑄造製程中,若沒有針對其氧化膜的鑄造缺陷,如雙膜(Bifilms)的捲入(參閱 John Campbell,Bi-films defects, “Casting Practice – The 10 Rules of Castings”, (2004) 一書),進行避免措施;則所生產出的鋁合金鑄件,會有不穩定性的漏氣(leaking)和鑄件強度弱點(weakest point)的問題。這些問題將會造成使用柴油引擎時,鑄件的失敗,因為柴油引擎的鑄件本體,要能耐高溫、抗高壓、和高氣密性的環境下工作。而鑄件品質的不穩定性,是歸因於鑄件中,含有此雙膜缺陷。避免的方法,除了鋁合金融熔過程中,要執行除氣除渣(degassing)的精煉程序,和傳輸鋁湯(轉湯)時更需要防止產生雙膜捲入的情形外,而最重要的是鑄造製程方法的選擇。
  • 目前,生產鋁合金柴油引擎的鑄造製程方法,一般來說有下列幾種方式:
  • 1. 高壓永久金屬模壓鑄法(High Pressure Die Casting,HPDC):此法因為鋁合金金屬液,於壓力鑄造過程中,受到強大的壓力擠壓,氧化膜捲入的情形很容易產生,是較不建議的方法。
  • 2. 低壓永久金屬模壓鑄法(Low Pressure Die Casting,LPDC):此法比HPDC法,較能避免雙膜缺陷問題,一搬來說很適合生產,需要氣密性高的鋁合金輪圈。然而,鑄造柴油引擎本體和引擎頭(engine head)時,因本身鑄件需要較長的凝固時間,所以應用此LPDC法,會有所謂Burst feeding (噴流補湯)的現象,此鑄造缺陷,是因為LPDC法是底澆法(bottom gating),其所謂的feeder(冒口)位置是剛好位於底部。則熱對流(convection effect)的影響,啟動了Burst feeding的現象。所以,此現象是這種製程的本質問題,對於生產凝固時間長的鋁合金鑄件,是不建議使用。
  • 3. 重力永久金屬模鑄造法(Gravity Die Casting,GDC):此法比起前述的二法,較有淺力生產高品質的鋁合金鑄件。但是,其控制品質的方法,是極度仰賴精確的澆鑄流道方案設計(running system design) (即,沒有任何外加機械力的影響,單純是應用重力促使充填模子)。而且,每一次的澆鑄流道方案設計是適合那特定的鋁合金鑄件。所以,新的鑄件,則需要更改方案。並且,此GDC法,是用所謂永久金屬模(permanent die)鑄造,而金屬模,需要應用複雜的冷卻流路(cooling channel)系統,進行模具的冷卻,進而降低生產時的Cycle time(開模時間),使其產能提高的目的。然而,有效的冷卻流路,需要應用電腦輔助製成軟體(Computer Aid for Engineering, CAE),配合開模時間,做精確的設計。
  • 上述的方法,為目前可以應用於生產汽車鋁合金柴油引擎鑄件。但是,皆有下列的問題:
  • 1.雙膜捲入缺陷;
  • 2.噴流補湯缺陷;
  • 3.開模時間長;
  • 4.冷卻流路設計困難;
  • 5.流道方案設計困難。
  • 為了避免上述的鑄造缺陷的產生,勢必要開發新的鑄造製程。因此,本研究計畫是依據上述目前生產汽車鋁合金柴油引擎鑄件,面臨的問題點,所開發出來。有下列開發重點:
  • 1.應用傾倒旋轉方式(Tilting)鑄造,使鋁合金金屬液,能順序式的注入模穴(mould cavity)內;鋁液充填過程,完全精確地控制旋轉角速度(Angular velocity),以達到防止雙膜缺陷捲入的問題。而旋轉角速度的資料,可以由電腦輔助製成軟體(CAE)實驗取得。
  • 2.本新的鑄造製程,最終傾倒旋轉角度為180°。即,原有鋁合金金屬液之注入口(ingate)位於底部(bottom gate);旋轉最終後,成為冒口(feeder)位置,而且,位於鑄件上方。因熱對流產生的噴流補湯缺陷,則可以避免。凝固時間久的引擎本體鑄件,則適合此法生產。
  • 3.此製程是應用冷式砂模法製造模子(sand mould)和砂心(sand core)。高密度且熱膨脹係數小的鋯砂(Zircon sand)將選用,並與連結用的樹脂(resin binder)混合,於室溫下成形。使成形好的砂模,能有較高的尺寸精度。並且,配合旋轉批次式(Batch)的生產,旋轉澆鑄完成後,便推入冷卻線,進行冷卻。則新的空模子,隨即導入旋轉鑄造機,進行下一批次的鑄造。所以,鑄造生產能力(production yield),不再由開模時間(cycle time)所控制,而是澆鑄時間(filling time) (即:總旋轉時間),所取代。因此,此法的產能,將比永久金屬模鑄造還大,且鑄件尺寸精度較高(因金屬模有較高的熱膨脹係數)。
  • 4.此法是應用一次性冷式砂模,旋轉鑄造生產。而且旋轉後,冒口位置為原始注入口位置。故方向性凝固,可以很自然的維持。更可以應用電腦輔助製成軟體(CAE)實驗,獲得最佳化冒口和流道設計,並且應用於金屬模的複雜冷卻流路設計,則不必要。
  • 5.本新的製程,是應用伺服馬達,控制各時間點的旋轉速度。複雜的流道方案設計,則可以簡化成固定式形狀。新的鑄件無須更改方案,只需要改變旋轉速度即可。

研究計畫

 

  • 1. 高速微米樹脂液滴噴射多孔性矽砂層的滲透性質的研究 (國科會計畫,計畫主持人,102.8 – 103.7)
  • 2. 電腦輔助重力鑄造流道系統設計-鋁合金柴油引擎汽缸蓋為例 (國科會計畫,計畫主持人,97.8 – 98.7)
  • 3. 鋁合金重力鑄造流道研究-擴散器設計 (國科會計畫,計畫主持人,96.8 – 97.7)

重要著作

一、期刊論文

 

  • 1. Huey-Jiuan Lin, Fu-Yuan Hsu, Wei-Kuo Chang, “Design of Trough for Overflow Fusion Process by Numerical Simulation”, Glass Technology: European Journal of Glass Science and Technology Part A, August 2007.
  • 2. Fu-Yuan Hsu, Mark R. Jolly and John Campbell, “The Design of L-Shaped Runners For Gravity Casting”, Shape Casting: The 2nd International Symposium, Procedings of 2007 TMS Annual Meeting, Orlando, Florida, USA, Feb.25-Mar. 1st, (2007), pp 101-108.
  • 3. Hsu, F.Y.; Jolly, M.R.; Campbell, J., “Vortex-Gate Design for Gravity Casting”, International Journal of Cast Metals Research, Volume 19, Number 1, January 2006, pp. 38-44(7) (DOI: 10.1179/136404606225023318)
  • 4. Gebelin, J.C.; Jolly, M.R.; Hsu, F.Y., ““Designing-In” Controlled Filling Using Numerical Simulation for Gravity Sand Casting of Aluminium Alloys”, International Journal of Cast Metals Research, Volume 19, Number 1, January 2006, pp. 18-25(8) (DOI: 10.1179/136404606225023309)
  • 5. F.-Y. Hsu, M.R. Jolly, and J. Campbell, “Vortex-Gate Design for Gravity Casting”, Shape Casting: The John Campbell Symposium, Proceedings of 2005 TMS Annual Meeting, San Francisco , California, USA, Feb.13-17, (2005), pp.73-82.
  • 6. H.-J. Lin, F.-Y. Hsu, W.-K. Chang, “Simulation of Overflow Fusion Process for Flat Glass”, 2005 International Symposium on Glass in Connection with the Annual Meeting of the Internaterional Commission on Glass, Shanhai, China, Apr. 10-14, (2005).
  • 7. J.-C. Gebelin, M.R. Jolly, and F.-Y. Hsu, ““Designing-In” Controlled Filling Using Numerical Simulation for Gravity Sand Casting of Aluminium Alloys”, Shape Casting: The John Campbell Symposium, Proceedings of 2005 TMS Annual Meeting, San Francisco , California, USA, Feb.13-17, (2005), pp.355-364.
  • 8. 胡瑞峰 施忠易 許富淵, “鋅合金壓鑄件之表面冷接和氣孔缺陷之研究”,鑄造工程學刊,第32卷 第1期(第128期),民國95年3月。(本篇核定為當年之論文獎)
  • 9. 胡瑞峰 謝楷模 鄭嘉慶 許富淵,”A390鋁合金煞車蹄片之鑄造模擬分析”, 鑄造工程學刊,第32卷 第1期(第128期),民國95年3月。
  • 10. 許富淵,蔡毓斌,”鑄造工法的最佳解析工具 – ConiferCast”, 台灣鑄造學會第三十三屆年會, 中州技術學院,民國95年11月26日,(2006).
  • 11. 許富淵,J. Campbell,”雙膜(Bifilms)-本世紀最興奮的發現”,鑄造科技,188期,民國94年5月,(2005).
  • 12. 胡瑞峰 施忠易 許富淵, “鋅合金壓鑄件之表面冷接和氣孔缺陷之研究”,台灣鑄造學會第三十二屆年會,國立成功大學,民國94年12月10日,(2005).
  • 13. 胡瑞峰 謝楷模 鄭嘉慶 許富淵,”A390鋁合金煞車蹄片之鑄造模擬分析”, 台灣鑄造學會第三十二屆年會,國立成功大學,民國94年12月10日,(2005).
  • 14. 許富淵,”電腦模擬在金屬鑄造的應用-實例研討”,台灣鑄造學會第三十一屆年會,國立海山高級職業學校,民國93年12月5日,(2004).
  • 15. 許富淵,”鋁合金鑄造方案設計研究”,台灣鑄造學會第三十屆年會,三義西湖渡假村,民國92年12月7日,(2003)

二、研討會發表

 

  • 1. Shape Casting: The 2nd International Symposium, 2007 TMS Annual Meeting, Orlando, Florida, USA, Feb.25-Mar. 1st, (2007).
  • 2. Shape Casting: The John Campbell Symposium, 2005 TMS Annual Meeting, San Francisco , California, USA, Feb.13-17, (2005).
  • 3. 台灣鑄造學會第三十三屆年會, 中州技術學院,民國95年11月26日,(2006)。
  • 4. 台灣鑄造學會第三十二屆年會,國立成功大學,民國94年12月10日,(2005)。
  • 5. 台灣鑄造學會第三十一屆年會,國立海山高級職業學校,民國93年12月5日,(2004)。
  • 6. 台灣鑄造學會第三十屆年會,三義西湖渡假村,民國92年12月7日,(2003)。

三、專業學術會員

 

  • 1. TMS (The Minerals, Metals & Materials Society),會員。

 

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