臺灣博碩士論文加值系統

在冷鍛中，鍛造用模具在成形過程中常需承受高應力及高負載，進而容易造成模具壽命減短及破壞。本文將分析成形內六角螺絲沖頭用之模仁應力，應用FEM套裝軟體DEFORM-3D進行模仁應力分析，並配合使用田口式方法，分析模仁的各個參數對模仁應力的影響，以改善模仁產生破壞的問題及延長其使用壽命。由DEFORM-3D分析結果可得知，應力最大的區域亦是模仁最容易發生破裂的地方，此結果與實務中模仁產生破裂的位置相符合，而田口分析結果則顯示，模仁外徑及其高度的改變，均會影響模仁此區域的應力，於模具設計中適時調整此兩參數，應可避免模仁破裂，此外，模仁圓角的增大，補強環與模仁干涉角度的變化，均有助於使模仁應力最大區域的應力減小，且受力較為均勻，對延長其壽命亦有幫助。

本文進一步的研究發現，在利用理論將模仁外徑最佳化後，其分析結果顯示出，不管是模仁高度、模仁圓角或嵌入角的改變，對模仁高應力區的影響有趨緩的現象，因此，決定模仁外徑及選擇適當的模仁參數配合對模仁強度而言是非常重要的課題，總結所有分析，本文將找出建議的模仁參數並於最終以模具圖的型式顯示其建議。

In cold forging, the forging die would be fractured easily and the life of the forging die would be reduced on high stress and high load in the forming process. In this paper, the stress of die applied on forming hexagonal head screw punch will be researched. The FEM package software DEFORM-3D is applied to analyze stress of die. By utilizing Taguchi Method, the each parameter which affects the stress in die can be analyzed to avoid die cracks and extend it’s life. The results of DEFORM-3D analysis demonstrate the maximum stress region of die is the easiest failure region in die. It also matches the failure location of practical case. In the other hand, the results of Taguchi method’s analysis demonstrate the outside diameter and the height of die are changed will affect the stress in the maximum stress region of die. To adjust the two parameters on design should avoid the die crack. Furthermore, as the round of die is larger and the angle between die and die-ring is changed, it would not only make stress uniform of the maximum stress region but also could improve die life.

Advance, by using theory to design optimum outside diameter of die. The results of analysis show whatever the round of lower die, the angle between die and die-ring and height of die are changed. The parameters which affects the maximum stress region of die would be slow. Therefore, to design optimum outside diameter of die and cooperate with other parameters of die is very important. Summarizing all results of analysis, the conclusion will recommend the parameters of die and show that for a drawing in the end.

摘 要 i
Abstract ii
誌 謝 iii
表 目 錄 vi
圖 目 錄 vii
符號說明 ix
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3. 研究動機及目的 4
第二章 基本理論 6
2.1 鍛造分析基本理論 6
2.1.1 鍛造的分類 6
2.1.2 塑性理論基本假設 8
2.1.3 常用力學解析法 8
2.1.4 塑性理論常用之力學方程式 10
2.2 DEFORM模擬軟體簡介 15
2.2.1 DEFORM模組 16
2.2.2 DEFORM材料模式 16
2.2.3 摩擦模式 17
2.3 田口理論簡介 18
2.3.1 品質損失函數 18
2.3.2 直交表 19
2.3.3 信號雜音比(S/N比) 20
第三章 改善模具設計流程 21
3.1模仁分析及改善設計流程 22
3.2 成形分析 24
3.2.1 原始模具設計 24
3.2.2 DEFORM環境設定 27
3.2.3 胚料形狀分析 29
3.3 田口分析 30
3.4最佳化模具外徑 33
3.5 模仁參數決定 40
第四章 結果與討論 43
4.1 不同胚料形狀對模仁應力的影響 43
4.2不同干涉量對模仁參數的影響 48
4.3比較最佳模仁外徑與原始設計模仁應力 53
4.4模仁高度的對應力的影響 61
4.5其它尺寸模仁與原始設計的比較 63
第五章 結論與建議 65
5.1結論 65
5.2建議 66
參考文獻 70
作者簡介 72

[1] H. Ou, R. Balendra, “Preform design for forging of aerofoil sections using FE simulation,” J. Mater. Process. Technol. 80-81 (1998) 144-148.

[2] Nader Asnafi, “On tool stresses in cold heading of fasteners, Engineering Failure Analysis6”(1999)321-335

[3] Peder Skov-Hansena,*, Niels Bayb, Jens Grønbækc, Povl Brøndstedd, Fatigue in cold-forging dies:tool life analysis1, Journal of Materials Processing Technology 95(1999)40-48

[4] Conoor MacCormack, John Monaghan, A finite element analysis of cold-forging dies using two-and three-dimensional models, Journal of Materials Processing Technology 118(2001)286-292

[5] Conoor MacCormack, John Monaghan, Failure analysis of cold forging dies using FEM, Journal of Materials Processing Technology 117(2001)209-215

[6] Youngseon Leea,*, Junghwan Leea, T. Ishikawab, Analysis of the elastic chatacteristics at forging die for the cold forged dimensional accuracy, Journal of Materials Processing Technology 130-131(2002)532-539

[7] S.W.Lee*, Study on the forming parameters of the metal bellows, Journal of Materials Processing Technology 130-131(2002)47-53

[8] 官愛蓮，MARC應用於翼片鍛造之模具最佳化設計，國立中央大學機械工程研究所，2004

[9] 何維宏，渦輪葉片鍛造之模具最佳化設計，國立中央大學機械工程研究所，2005

[10] K.Wagner*, A.Putz, U.Engel, Improvement of tool life in cold forging by locally optimized surfaces, Journal of Materials Processing Technology 177(2006)206-209

[11] C.A. Santos, M.T.P. Aguilar, H.B. Campos, A.E.M. Pertence, P.R. Cetlin * ,Failure analysis of the die in the third hot forging stage of a gear blank, Engineering Failure Analysis 13(2006)886-897
[12] MADHAV S. PHADKE原著，黎正中 編譯，穩健設計之品質工程，台北圖書有限公司。

[13] 李輝煌，2000，田口方法—品質設計的原理與實務，高立圖書公司。

[14] 黎正中，1993，穩健設計之品質工程，台北圖書有限公司。

[15] 榮鋼鋼種技術手冊。

[16] R.C.Hibbeler，民國91年，材料力學 第四版，蔣祥第，張振龍，楊至誠，沈孝邦譯，培生教育出版集團，滄海書局 合作出版。

[17] 李榮顯，民75年，塑性加工學，三民書局股份有限公司。

[18] 鍛造模具設計手冊，1998，金屬工業研究發展中心。

[19] 許源泉，民國79年，鍛造學理論與實習，台北，三民書局。

[20] 賴耿陽，民國88年，冷間鍛造基礎與應用，復漢書局。

[21] 賴耿陽，壓縮加工用金屬模，南台出版社 。

[22] 模具處理手冊，1998，金屬工業研究發展中心。

[23] 李志剛，2003，中國模具設計大典，江西科學技術，南昌市。

[24] Timoshenko and Goodier, 1986, THEORY OF ELASTICITY Third Edition，McGraw-Hill

[25] Mendelson, Alexander，1968，Plasticity : theory and application, Macmillan，New York

[26] DEFORMTM3D Version 5.03 User’s Manual.

[27]徐秉业，刘信声，1995，應用彈塑性力學，清華大學出版社。

[28]M.F.SPOTTS，T.E.SHOUP，民國87年，機械元件設計第七版，林震，陳源豐，簡守謙，張振龍，劉興華譯，美商普林欺難爾國際出版有限公司 台灣分公司。