臺灣博碩士論文加值系統

本研究利用鍛造分析軟體DEFORM 3D與田口實驗法，以螺絲夾尾模具阻料溝對模穴充填影響為研究對象，進行三維的製程模擬分析，同時配合田口實驗計畫法針對主要控制因子進行模擬分析規劃，由田口式反應分析可反應出各控制因子在不同水準間的差異，進而得知各控制因子對於阻料溝增加模穴充填完整性有何影響，並獲得一組最佳化設計的水準組合。
運用田口方法分析阻料溝及其斷面形狀在鍛壓過程中對於成品成型的關係，結果發現：(1)受到阻料溝參數的影響的有：(a)成品填充體積、(b)成品最大主應力及(c)等效應力。(2)對於充填體積及應力的影響程度由大至小分別為：(a)阻料溝中心至模穴邊線距離、(b)阻料溝斷面形狀、(c)阻料溝深度、(d)模具側邊斜角。
由阻料溝的模擬結果顯示，在加上阻料溝設計後，對於成品體積增加、降低成品成型應力及等效應力及減少溢料表面積有顯著的效果。經過田口實驗方法分析可發現：(1)減少溢料表面積40.89%，(2)有效提高胚料充填效果，(3)降低胚料成型應力10.27%、等效應力0.87%，降低模具等效應力24.6%。
最佳阻料溝斷面為半圓形深度0.25mm，且填料效果與阻料溝中心至模穴邊線距離有關。此結果可提供模具阻料溝設計作為參考，更可藉此提高生產良率。

The study aims to explore how the retaining grooves of screw tail point dies influence the mold-filling by means of the forging analysis software DEFORM-3D and the Taguchi experimental method. In this study, a 3D manufacture process is simulated, and all the major control factors are analyzed and planned through the Taguchi experimental method. The results reflect the variations of each individual control factor at different standards, from which we can derive the influence of these factors on how retaining grooves increase the completeness of mold-filling and a combination of major factors at specific standards which can result in an optimum design.
The Taguchi method is utilized to analyze how retaining grooves and their cross-sectional forms affect the shaping of the finished items in the forging process. The discoveries are as follows:
(1) The parameters of retaining grooves have substantial influence on the finished items in respect of (a) the packing volume, (b) the maximum principal stress, and (c) the effective stress;
(2) In terms of the influence on the packing volume and the stresses, the top four parameters are: (a) the distance from the retaining groove to the cavity edge (b) the cross-sectional form of the retaining grooves, (c) the depth of the retaining groove, and (d) the side angle of the die.
The outcomes drawn from the simulation indicate that adding the design of the retaining grooves have significant effects on (1) increasing the volume of the finished items, (2) reducing the maximum principal stress and the effective stress, and (3) decreasing the surface area of flashes. Based on the analytical results, the design leads to the following improvements:
(1) decrease the surface area of the flashes by 40.89%;
(2) enhance the effects of blank-filling remarkably;
(3) reduce the maximum principal stress by 10.27% and the effective stress by 0.87% (of the finished items) as well as the effective stress by 24.6% (of the die).
As for the optimum design, the most desirable performance comes with the retaining groove whose cross-sectional form is semicircle with the depth of 0.25mm. It is also suggested that the filling effect is related to the distance from the retaining groove to the cavity edge. These findings can be applied as a reference in respect of designing the retaining grooves of the dies, hence the increase of the yield rate.

摘要-------------------------------------------------------------------------------------------- i
ABSTRACT----------------------------------------------------------------------------------- ii
誌謝-------------------------------------------------------------------------------------------- iv
目錄-------------------------------------------------------------------------------------------- v
表目錄----------------------------------------------------------------------------------------- viii
圖目錄----------------------------------------------------------------------------------------- x
符號說明-------------------------------------------------------------------------------------- xiii

第一章 緒論-------------------------------------------------------------------------------- 1
1.1 前言-------------------------------------------------------------------------------- 1
1.2 文獻回顧-------------------------------------------------------------------------- 2
1.3 研究動機與目的----------------------------------------------------------------- 6
1.4 論文架構-------------------------------------------------------------------------- 7

第二章 螺絲成型相關理論 8
2.1 塑性加工定義 8
2.1.1 塑性加工優缺點 8
2.1.2 塑性加工分類 9
2.1.3 塑性變形理論 11
2.1.4 塑性力學原理 13
2.1.5 降伏準則 13
2.2 鍛造概述 17
2.2.1 鍛造的分類--------------------------------------------------------------- 18
2.2.2 螺絲、螺帽產品的定義 20
2.2.3 螺絲製程簡介 21

第三章 田口實驗計劃法 26
3.1 實驗計劃法介紹---------------------------------------------------------------- 26
3.2 田口實驗步驟------------------------------------------------------------------- 29
3.2.1 實驗因子的定義與選擇------------------------------------------------ 29
3.2.2 直交表之選用------------------------------------------------------------ 30
3.2.3 損失函數------------------------------------------------------------------ 32
3.2.4 信號／雜訊比------------------------------------------------------------ 35
3.2.5 要因效果分析------------------------------------------------------------ 37
3.2.6 變異數分析--------------------------------------------------------------- 38

第四章 夾尾模具阻料溝解析 --------------------------------------------------------- 39
4.1 研究方法及步驟 --------------------------------------------------------------- 39
4.2 控制因子、水準、及直交表選擇 ------------------------------------------ 41
4.3 模擬模具之建立與軟體模擬 ------------------------------------------------- 49
4.3.1 模擬模型之建立--------------------------------------------------------- 49
4.3.2 網格布建 ----------------------------------------------------------------- 50
4.3.3 DEFORM-3D網格穩定度分析 51
4.3.4 Solid Works STL穩定度分析 --------------------------------------- 52
4.3.5 DEFORM-3D 環境設定 56
4.3.6 原始設計初步分析 57

第五章 結果與討論 -------------------------------------------------------------------- 64
5.1 初步模擬分析結果 ------------------------------------------------------------- 64
5.2 S/N因子反應分析 ------------------------------------------------------------- 66
5.3 更新最佳化設計 ---------------------------------------------------------------- 69
5.4 改善前後比較 ------------------------------------------------------------------ 73
5.4.1 溢料表面積比較 --------------------------------------------------------- 73
5.4.2料件成品最大成型應力與等效應力比較 --------------------------- 74
5.4.3 體積比較 ----------------------------------------------------------------- 76
5.4.4 填料效果比較 ----------------------------------------------------------- 76
5.4.5阻料溝效果比較 -------------------------------------------------------- 77
5.4.6 原始模具與最佳化模具等效應力比較 ----------------------------- 82
5.5 不同阻料溝截斷面比較 -------------------------------------------------------- 83
5.5.1 成品充填體積比較 ----------------------------------------------------- 84
5.5.2 不同阻料溝截斷面溢料表面積比較 -------------------------------- 85
5.5.3 胚件等效應力與最大成型主應力比較 ----------------------------- 85

第六章 結論與建議 ---------------------------------------------------------------------- 89
6.1 結論-------------------------------------------------------------------------------- 89
6.2 建議-------------------------------------------------------------------------------- 91

參考文獻 ------------------------------------------------------------------------------------- 92
簡歷 ------------------------------------------------------------------------------------------- 94
 

1.S.I.Oh, W.T.Wu, and J.P. Tang, 1992, “Simulations of cold forging processes by the DEFORM system”, Journal of Materials Processing Technology, Vol.35, pp.357-370.
2.D.C., Ko, D.H. Kim, B.M. Kim and J.C. Choi,1998, “Methodology of Preform Design Considering Workability in Metal Forming by the Artificial Neural Network and Taguchi Method”, Journal of Materials Processing Technology, Vol.80-81,pp.487-492.
3.D.C., Ko, D.H. Kim and B.M. Kim, 1999, “Application of Artificial Neural Network and Taguchi Method to Preform Design in Metal Forming Considering Workability”, Int. J. Mach. Tools Manufact., Vol.39, pp.771-785.
4.H. Ou, R. Balendra,1998, “Preform design for forging of aerofoil sections using FE simulation,＂J. Mater. Process. Technol. Vol.80-81,pp.144-148.
5.Lee, R.S., J.L. Jou and Y.C. Ho,1999, “Optimization of Parameters Affecting Die Life in Warm Forging”, 32nd ICFG Plenary Meeting, Slovenia.
6.Youngseon Leea,*, Junghwan Leea, T. Ishikawab,2002, “Analysis of the elastic chatacteristics at forging die for the cold forged dimensional accuracy”, Journal of MaterialsProcessing Technology ,Vol.130-131,pp.532-539.
7.張喬齡，2003，“TDC式扣件生產系統之模擬實例分析”，國立成功大學， 碩士論文。
8.陳麒翰，2003，“不銹鋼平板搓牙製程有限元素分析之研究”，國立成功大學，碩士論文。
9.張芳慈，2005，台灣扣件產業國際競爭力重要因素之研究，國立高雄第一科技大學，碩士論文。
10.K.Wagner*, 2006, “A.Putz, U.Engel, Improvement of tool life in cold forging by locally optimized surfaces”, Journal of Materials Processing Technology Vol.177,pp.205-209.
11.鄭朝友，2007，“應用田口方法改善成型模具之應力”，國立高雄應用科技大學，碩士論文。
12.馮世達，2007，“台灣螺絲螺帽產業競爭力分析”，國立成功大學，碩士論文。
13.謝合法，2008，“圓形螺帽成型分析”，國立高雄應用科技大學，碩士論文。
14.林彥儒，2009，“六角頭剪模設計分析”，國立高雄應用科技大學，碩士論文。
15.洪振又，2010，“螺絲夾尾模具最佳化設計”，國立高雄應用科技大學，碩士論文
16.魏福助，2010，“螺絲夾尾胚料預成型設計”，國立高雄應用科技大學，碩士論文
17.黃元傑，2010，“螺絲快速開發參數化研究”，國立高雄應用科技大學，碩士論文
18.潘建良，2011，“應用田口方法於螺絲夾尾模具阻料溝最佳化設計”，國立高雄應用科技大學，碩士論文
19.薛褔男，1989，塑性加工學，全華圖書。
20.李榮顯，1986，塑性加工學，三民書局。
21.金重勳，1996，工程材料，復文書局，台北。
22.周俊宏，2003，金屬二次加工 Techology roadmap 專題研究：沖壓、鍛造，經濟部-金屬工業研究發展中心。
23.經濟部-金屬工業研究發展中心，1998，鍛造模具設計手册，金屬工業研究發展中心。
24.許源泉，1993，鍛造學：理論與實習，三民圖書。
25.經濟部，2006，「經濟部工業產品分類」。
26.經濟部，2005，「扣件產品高質化的發展方向與策略」。
27.顏玉山，2003，螺絲製造技術，全華圖書。
28.Ferdinand P. Beer, E. Russell Johnston Jr. ，1996，材料力學，二版，朱紹鎔，蘇金佳譯，東華書局，台北。
29.中國鋼鐵股份有限公司http://www.csc.com.tw/index.asp
30.Hosford，W.F. and Caddel，R.M.，1983，“Metel forming-mechanics and metallurgy＂，Prentice-Hall，Inc.，N..
31.陳正宗、洪宏基，1992，邊界元素法，台北新世界出版社，第 374-377 頁。
32.Fluhrer,J. ，2003， DEFORM 3D Version 5.0 User Manual，Scientific Forming Technologies Corporation。
33.李傳民，2006，DEFORM 5.03 金屬成型有限元數分析實例指導教程，機械工業出版社。
34.李輝煌，2010，田口方法-品質設計的原理與實務，高立圖書有限公司。