臺灣博碩士論文加值系統

摘要
複動化模組鍛造製程為鍛造技術發展方向之一，本研究即探討複動化模具機構設計與其鍛造製程分析，首先使用DEFORM成形模擬軟體分析成形中模具所承受之應力與應變及成形時材料流動之情形，找尋複動化鍛造之最佳成形參數，再嘗試以螺桿組之運動機構進行複動化鍛造模組設計，以塑性黏土為素材進行萬向接頭為鍛件之鍛造實驗，探討模具設計之可行性。根據DEFORM模擬結果顯示，傳統鍛造成形負荷高，單動式複動化鍛造胚料成形的流線不均，雙動式複動化鍛造製程當其上衝頭與模具之速度比為2：1時，所需負荷最低，鍛件材料流定均勻，沒有缺陷產生，此為最佳之結果。依此條件之要求，以螺桿組機構作為複動化機構進行複動化鍛造模組設計，當螺桿組設計參數為上螺桿直徑為30mm螺旋角為60。，下螺桿之外徑60mm與螺旋角23.4。，可以得到上衝頭與模具速度比為2：1之最佳成形條件，所鍛出之塑性黏土鍛件，其材料流動均勻，沒有缺陷，與DEFORM成形軟體模擬結果相符合。故本實驗利用螺桿組機構控制鍛造時上衝頭與模具之相對速度，以達到期望之複動化鍛造成形條件是極為可行。
關鍵詞：複動化、螺桿、塑性黏土。

Abstract
The multi-action forging process is one of the developing directions of forging technology. In this study, the mechanism design of multi-action on the forging die set will be discussed. At first, using simulation software “DEFORM” is used to analyze the stress, strain and material flow of the billet. The optimum conditions of the multi-action forging process will be investigated and established by the simulation results. According to the optimum conditions, the multi-action mechanism will be tried by a screw set. Finally, the feasibility of multi-action die set design is investigated by forging the spider with plasticine.
According to the results of DEFORM simulation , the conventional forging process needs the highest load and the material flow in the single direction of multi-action forging process is non-uniform. When the velocity ratio of the upper punch relative that of to die in double directions of multi action forging process is two to one the material flow is uniform with no defect and the lowest load, that is the optimum condition. According to the condition, the design variables of the multi-action forging die set are as follow: The diameter of upper screw bar is 30mm and the angle fo upper screw is 60°. The outer diameter is 60mm ,inner diameter is 30mm for the lower screw tube and its screw angle is 23.4°.Then, the forging experiment with plasticine are proceeded and the shows that the results is confirm with the DEFORM simulation data. Therefore, it is practicable to control the relative velocity between the upper punch and die by using screw set design for multi-action forging process to obtain the expected forming condition.
keyword：multi-action , screw , plastic

目 錄
中文摘要……………………………………………………………………………I
英文摘要……………………………………………………………………………II
目錄…………………………………………………………………………………III
圖目錄………………………………………………………………………………VIII
表目錄………………………………………………………………………………XIV
第一章緒論 …………………………………………………………………… 1
1.1 研究背景…………………………………………………………1
1.1.1 鍛造技術概論 ………………………………………………… 3
1.1.2 複動化鍛造技術原理…………………………………………… 6
1.1.3 複動化鍛造的分類……………………………………………… 8
1.1.4 複動化鍛造技術與傳統鍛造技術的特點比較………………… 9
1.1.5 材料之塑性變形…………………………………………………12
1.2 CAE技術應用 …………………………………………………13
1.3 研究動機與目的 ………………………………………………17
第二章 文獻回顧……………………………………………………18
第三章 實驗步驟與方法……………………………………………25
3.1 實驗步驟………………………………………………………25
3.2 傳統(閉模)鍛造之CAE模擬設計……………………………27
3.2.1 傳統鍛造模型、胚料建構與模擬參數設定…………………27
3.3 複動化鍛造之CAE模擬設計 …………………………………35
3.3.1 單動式複動化模組模型、胚料建構與模擬參數設定………35
3.3.2 雙動式複動化模組模型、胚料建構與模擬參數設定………40
3.4 塑性黏土製作 …………………………………………………47
3.5 實驗設備及分析儀器 …………………………………………48
3.6 複動化機構設計 ………………………………………………51
第四章 結果與討論………………………………………………… 62
4.1 傳統鍛造CAE分析 ……………………………………52
4.1.1 胚料體積對鍛胚成形結果的影響…………………………… 52
4.1.1.1 胚料體積對充填模穴的影響 ………………………………52
4.1.1.2 胚料體積對成形負荷的影響 ………………………………55
4.1.1.3 胚料體積對鍛胚成形時所產生應力的影響 ………………56
4.1.3.4 胚料體積對鍛胚成形時所產生應變的影響 ………………59
4.1.1.5 不同胚料體積成形對模具之應力影響 ……………………61
4.1.2 胚料形狀對鍛胚成形結果的影響…………………………… 64
4.1.2.1 胚料形狀對充填模穴的影響 ………………………………65
4.1.2.2 胚料形狀對成形負荷的影響 ………………………………68
4.1.2.3 胚料形狀對鍛胚成形時所產生應力的影響 ………………68
4.1.2.4 胚料形狀對鍛胚成形時所產生應變的影響 ………………71
4.1.2.5 不同胚料形狀成形對模具之應力影響 ……………………73
4.1.3 衝頭拔模角對鍛胚成形結果的影響………………………… 76
4.1.3.1 衝頭拔模角對鍛胚充填模穴的影響 ………………………76
4.1.3.2 衝頭拔模角對鍛胚成形負荷的影響 ………………………79
4.1.3.3 衝頭拔模角對鍛胚成形時所產生應力的影響 ……………80
4.1.3.4 衝頭拔模角對鍛胚成形時所產生應變的影響………………83
4.1.3.5 衝頭拔模角對模具之應力影響………………………………85
4.1.4 速度變化對鍛胚形結果的影響 ……………………………… 88
4.1.4.1 速度變化對鍛胚充填模穴的影響……………………………88
4.1.4.2 速度變化對胚料成形負荷的影響……………………………90
4.1.4.3 速度變化對鍛胚成形時所產生應力的影響…………………91
4.1.4.4 速度變化對鍛胚成形時所產生應變的影響…………………93
4.1.4.5 速度變化對模具之應力影響…………………………………95
4.2 複動化鍛造CAE分析 …………………………………………97
4.2.1 單動式複動化鍛造衝頭拔模角對鍛胚成形結果的影響 …… 97
4.2.1.1 衝頭拔模角對胚料成形負荷的影響…………………………97
4.2.1.2 衝頭拔模角對胚料成形時所產生應力的影響………………98
4.2.1.3 衝頭拔模角對胚料成形時所產生應變的影響………………102
4.2.1.4 衝頭拔模角對材料流動的影響………………………………106
4.2.1.5 衝頭拔模角變化對模具之應力影響…………………………109
4.2.2 單動式複動化鍛造之上衝頭速度變化對鍛胚成形結果的影響 ………………………………………………………………111
4.2.2.1 上衝頭速度變化對胚料成形負荷的影響……………………112
4.2.2.2 上衝頭速度對鍛胚成形時所產生應力的影響………………113
4.2.2.3 上衝頭速度對鍛胚成形時所產生應變的影響………………115
4.2.2.4 上衝頭速度對材料流動的影響………………………………117
4.2.2.5 上衝頭速度對模具之應力影響………………………………118
4.2.3 雙動式複動化鍛造之上衝頭與模組的相對速度變化對鍛胚成形結果的影響 ……………………………………………………120
4.2.4 雙動式複動化鍛造之衝頭拔模角變化對鍛胚成形結果的影響 ………………………………………………………………121
4.2.4.1 衝頭拔模角變化對胚料成形負荷的影響……………………121
4.2.4.2 衝頭拔模角變化對鍛胚成形時所產生應力的影響…………122
4.2.4.3 衝頭拔模角變化對鍛胚成形時所產生應變的影響…………126
4.2.4.4 衝頭拔模角變化對材料流動的影響…………………………130
4.2.4.5 衝頭拔模角變化對模具之應力影響…………………………133
4.3 傳統鍛造法、單動式複動化鍛造與單動式複動化鍛造之負荷比較………………………………………………………………… 135
4.4 傳統鍛造法、單動式複動化鍛造與雙動式複動化鍛造之鍛胚成形流線分佈比較 ………………………………………………………136
4.5 鍛造模組設計…………………………………………………… 138
4.5.1 傳統鍛造模具設計………………………………………………138
4.5.2 單動式複動化模具設計…………………………………………140
4.5.3 雙動式複動化模具設計…………………………………………141
4.6 雙動式複動化螺桿組各機構元件之螺旋角設計準則………… 152
4.7 螺桿組運動機構實測結果……………………………………… 154
4.8 鍛造實驗模組設計組立圖與運動流程圖……………………… 155
4.8.1 傳統鍛造模具設計組立圖與模組運動流程圖 ………………155
4.8.2 單動式複動化模具設計組立圖與模組運動流程圖 …………155
4.8.3 雙動式複動化模具設計組立圖與模組運動流程圖 …………156
4.9 鍛造實驗………………………………………………………… 157
4.9.1 傳統(閉模)鍛造實驗……………………………………………157
4.9.2 複動化單動式鍛造實驗 ………………………………………159
4.9.3 雙動式複動化鍛造實驗 ………………………………………162
4.10 鍛胚成形分析 ………………………………………………… 165
4.11 鍛胚成形結果之流線分佈 …………………………………… 167
4.12 實際鋼鐵製品之外觀與流線分佈比較 ……………………… 169
第五章 結論與建議 …………………………………………………172
參考文獻 ………………………………………………………………174

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