臺灣博碩士論文加值系統

熱沖壓製程已被廣泛運用在需要高強度的汽車結構零件製造上，但熱沖壓模具表面層長時間反覆加熱和冷卻，模具容易發生冷熱疲勞破壞，使得熱沖壓模具的壽命較一般模具來的短，本研究希望透過表面鍍層的方式探討鍍層的抗高溫氧化性與耐磨性藉此改善模具壽命，為方便本研究之進行，開發一套熱沖壓模具鍍層磨耗測試模組，利用Pam-stamp做為沖壓製品的成形性模擬、Deform-3D進行電阻加熱模擬、成形模擬以及模內淬火過程。建置一套熱沖壓製程設備，加熱方式由電阻式加熱取代傳統高溫爐，經由CompactDAQ模組搭配LabVIEW軟體撰寫程式在電腦端控制相位電力控制器(S.C.R. Power Regulator)進行電壓電流輸出控制，再經變壓器降低電壓產生大電流，連接模具上的銅電極夾持鋼鈑形成一迴路達到電阻加熱功能，搭配伺服沖床與電腦軟體的控制進行完整熱沖壓製程，在設備建置完成後，模具進行鍍層並做熱沖壓實驗，經由光學顯微鏡、表面粗糙度儀、微小維氏硬度儀等儀器探討有鍍層與無鍍層模具表面磨耗的行為，熱沖壓製品則透過洛氏硬度試驗檢驗硬度與強度，光學顯微鏡觀測微觀金相組織的變化等。研究結果顯示電阻加熱系統可以將鈑件在一分鐘之內加熱到1000°C進行熱沖壓製程，模具冷卻系統能提供38.8°C/s的冷卻速率將鈑件快速降溫使鈑件內部產生麻田散鐵組織，使CSC-15B22高強度錳硼鋼可以達到2000MPa以上強度；透過鍍層方式將熱沖壓模具進行鍍層後，實驗結果顯示不僅提升模具表面硬度，經過數次熱沖壓製程後可以防止模具表面產生氧化物附著以及刮痕的產生。

The hot stamping process is widely used in the manufacture of automotive structural parts that require high strength. However, the surface layer of the hot stamping die is heated and cooled for a long time, so the die is prone to thermal fatigue damage and the hot stamping die has a shorter life than a general die. This study increases the life of the die by using surface plating to increase the high temperature oxidation resistance and wear resistance of the coating. A set of hot stamping die coating wear test modules is developed, using Pam-stamp for a Formability simulation of the stamped products and Deform-3D for resistance heating simulation, forming simulation and in-die quenching process. The hot stamping heating method replaces a traditional furnace and uses resistive heating. The voltage and current output are controlled by the SCR Power Regulator on the computer using the CompactDAQ module and the LabVIEW program. The transformer reduces the voltage to generate a large current and the copper electrode on the connecting die is clamped to the steel plate to form a loop that allows resistance heating. The complete hot stamping process uses a servo stamping press and computer software control. The surface wear for coated and uncoated dies is determined using an optical microscope, a surface roughness meter and a micro Vickers hardness tester. A hardness test is used to test the hardness and strength and the change in the microscopic metallographic structure is observed using an optical microscope. The results show that the resistance heating system heats the plate to 1000 ° C in one minute for the hot stamping process. The die cooling system allows a cooling rate of 38.8 ° C / s to quickly cool the plate and convert the microstructure to Martensite. The CSC-15B22 boron steel has a strength of more than 2000 MPa. When the hot stamping die is plated by coating, the experimental results show that the surface hardness of the die is increased and the surface of the die is intact after several hot stamping processes. Oxide adhesion and scratch formation are not observed.

摘要……i
Abstract……ii
誌謝……iii
目錄……iv
表目錄……vii
圖目錄……viii
第一章緒論……1
1.1前言……1
1.2研究動機與目的……1
1.3研究方法與步驟……2
1.4文獻回顧……4
1.4.1高強度鋼鈑熱沖壓……4
1.4.2電阻加熱……5
1.4.3鍍層……5
1.5論文總覽……6
第二章理論基礎……7
2.1熱沖壓基本原理……7
2.1.1熱沖壓介紹……7
2.1.2熱沖壓方式……8
2.2電阻加熱……9
2.3高強度鋼鈑CSC-15B22材料基本性質……13
2.3.1應力應變性質曲線……13
2.3.2熱傳數值……14
2.3.3磨擦係數……16
2.3.4連續冷卻變態相圖(CCT) ……17
2.4有限元素基本理論……18
2.5陰極電弧蒸鍍系統……21
第三章研究方法……23
3.1有限元素模擬分析……23
3.1.1電阻加熱模擬參數規劃……23
3.1.2熱沖壓成形模擬規劃……24
3.2電阻加熱與熱沖壓成形實驗與分析……26
3.2.1實驗鈑件配置……26
3.2.2實驗設備……26
3.2.3電阻加熱設備……28
3.2.4熱沖壓實驗流程……29
3.2.5熱沖壓成形鈑件熱鑲埋……29
3.2.6熱沖壓成形鈑件硬度試驗……30
3.2.7熱沖壓成形鈑件金相腐蝕……31
3.3模具與鈑件溫度量測……31
3.4模具鍍層與分析……32
3.4.1鍍層設備……33
3.4.2鍍層模厚分析……34
3.4.3工具顯微鏡分析……35
3.4.4鍍層微小硬度試驗……35
3.4.5鍍層附著力測試……36
3.4.6表面粗糙度分析……37
第四章電阻式模內加熱熱沖壓設備建置……39
4.1沖壓製品與模具設計……39
4.1.1加熱系統……41
4.1.2成形系統……42
4.1.3冷卻系統……42
4.1.4做動順序……44
4.2沖床設備……45
4.3電阻加熱設備……47
第五章結果與討論……53
5.1鈑材溫度對引伸加工之影響……53
5.2電阻加熱模擬結果……55
5.3電阻加熱實驗結果……57
5.3.1電阻加熱實驗與模擬比較……57
5.3.2表面品質對電阻加熱影響……60
5.4熱沖壓成形模擬結果……61
5.4.1熱沖壓成形性模擬結果……61
5.4.2熱沖壓成形冷卻模擬分析……61
5.5熱沖壓成形實驗結果……63
5.5.1熱沖壓成形模擬與實驗比對……63
5.5.2熱沖壓成形鈑件冷卻實驗……64
5.5.3熱沖壓成形鈑件強度分析……65
5.6鍍層對模具影響……66
5.6.1鍍層膜厚分析結果……67
5.6.2鍍層附著力測試結果……68
5.6.3模具鍍層前後比較……68
5.6.4熱沖壓製程對於模具鍍層的影響……70
第六章結論與建議……75
6.1結論……75
6.2建議……76
參考文獻……77
Extended Abstract……79

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