3.1 實驗目的
透過薄件的砂模澆鑄，觀測出不同澆口位址與不同鑄件厚薄變化的條件 下，對最終鑄件成品變形與殘餘應力的影響。因此設計了三種不同的試片，
分別配合不同澆口位置，得出五種不同的砂模澆鑄條件，觀測各條件下鑄 物於鑄造後隨時間變化的變形量，並分別予以討論。
3.2 實驗流程圖
圖 3-1 實驗流程圖 試片準備
砂模製作
取出鑄物 澆鑄
冷卻
成分分析 變形量測
3.3 試片外形與澆道外形
實驗利用壓克力木型共設計了三種不同外型的鑄物形狀。木型尺寸圖 如圖 3-2。在最初設計實驗時決定這樣的設計有兩個原因。第一、三種試片 有相似的幾何外型、再搭配上中間澆口與左側澆口、右側澆口三種不同的 澆口位址，組合出五組符合實際鑄造情形的不同澆鑄條件，其條件組合表 與示意圖於 3.4 節說明。第二、試片的外形簡單，沒有內部孔洞設計，可 以降低模具對鑄物的拘束效應。
(b)試片 b (a)試片 a
100 ㎜ 8 ㎜
150 ㎜ 300 ㎜
10 ㎜ 4 ㎜
(c)試片 c
五種不同的澆鑄情形採用同樣的澆道尺寸。使用這樣外形的的澆道有 兩個原因：第一、外形簡單，便於使用手工具於砂模上作出澆道。第二、
橫澆道三角形截面設計可將雜質與氧化物留在橫澆道內。下澆道與橫澆道 的尺寸如圖 3-3 所示。
圖 3-3 澆道模型示意圖 3.4 澆鑄使用材料之選定
實驗的進行是在汐止的一間澆鑄場進行。所有使用的設備與原料都由 工場提供。因為算是屬於較為傳統的工廠，對於使用模砂名稱與ㄧ般鑄造 書籍上的並不相同，而且模砂與熔煉金屬的調配並不精確，都憑師傅的經 驗選擇材料的比例。這增加了對於材料量化描述與之後模擬參數選定的困 難。在這裡先假設熔煉的金屬為一般使用技術最簡單也最常見的灰鑄鐵。
30 ㎜
150 ㎜
30 ㎜
6 ㎜
下澆道
橫澆道
3.5 五種澆鑄條件：
三種不同試片配合不同澆口位置，得出條件一、二、三、四和五共五 種不同的砂模澆鑄情形。箭頭代表澆鑄方向。條件組合如表 3-1 所示，示 意圖如圖 3-4 所示：
表 3-1 澆鑄條件組合表
中間澆口 左側澆口 右側澆口
試片 a 條件一 條件三 X
試片 b 條件二 X X
試片 c X 條件四 條件五
(c)澆鑄條件 3 (d)澆鑄條件 4 (b)澆鑄條件 2 (a)澆鑄條件 1
(e)澆鑄條件 5
3.6 澆鑄流程 1.砂模製作：
將試片放入無銷砂箱，置於造模板上，先舖入一層細緻面砂，等到 完全覆蓋試片時，將面砂搗實。再大量倒入裏砂，再次搗實裏砂，並 用刮板刮去多餘的裏砂，使砂面高度與砂箱同高。將砂箱反轉 180 度。
用小刮刀作出一寬約 30 ㎜，深約 6 ㎜之橫澆道。-將另一無銷砂箱置 於造模板上，填滿裏砂並搗實，用半徑約 30 ㎜鐵圓管挖出一下澆道。
將上下模合模。此即完成砂模製作。如圖 3-5。
圖 3-5 砂模圖 2.材料融煉與澆鑄：
沖天爐中將生鐵、焦炭、廢鑄鐵料等熔解，如圖 3-6。等到鐵水開 始流出，用澆桶盛滿鐵水進行澆鑄。每個砂模鑄滿時間約 1~2 秒不等，
澆鑄完成冷卻約五分鐘後，開始破模清砂。
圖 3-6 鐵水熔解圖 3.取出鑄物：
破砂後，先切斷澆道，置於砂地上使之冷卻。並同時用鉗子手動清 砂。
3.7 成分分析
本實驗是在一般的小型鑄造工廠完成，為了模擬出良好的鐵水流動 性，因此使用灰鑄鐵作為實驗原料，配料計算與鐵水成分控制是依照師父 的經驗調配出來。為求實驗的精準，在鑄件完成後仍送交 EDX 分析以確定 各元素成分的含量。
SEM(Scanning Electron Microscope，掃描式電子顯微鏡)的成像原理 是利用一束具有 5～30 KeV 之電子束掃描試片的表面，並將表面產生之訊 號 (包括二次電子、背向反射電子、吸收電子、X 射線等) 加以收集經放 大處理後，輸入到同步掃描之陰極射線管 (CRT)，以顯現試片圖形之影像。
EDX(Energy Dispersive X-ray Analysis，能量散射光譜儀)為其附件設備，
可作化學元素定性、定量和分佈影像分析。本分析使用的是清大工科所內 的電子顯微鏡，型號 JEOL JSM-6330F。如圖 3-7 所示。
圖 3-7 掃描式電子顯微鏡
3.8 鑄造後之薄板變形分析
每個試片長度都為 300 ㎜，以 30 ㎜為一單位，將試片分為 10 等份，
共計有 11 個端點。取中間九點做為量測位置。所有的量測設備皆使用實習 工場設備。高度量測規的最小刻度為 0.01 ㎜。實際量測操作步驟如下：校 正應變規，設定三角椎的最高點為基準零點。在操作平台上用三角椎將試 片撐起，三角錐與試片的接觸點作上計號，每次量測皆使用相同的接觸位 置。使用應變規量測中間九個節點的高度變化與厚度。量測設備如圖 3-8 所示。
圖 3-8 高度量測設備