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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳賀振
研究生(外文):Ho-Chen Chen
論文名稱:CPU散熱片擠製之模具設計及有限元素分析
論文名稱(外文):Finite element analysis and die design in extrusion processes of heat sinks for CPU
指導教授:黃永茂
指導教授(外文):Yeong-Maw Hwang
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:機械與機電工程學系研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:82
中文關鍵詞:散熱片擠製有限元素分析
外文關鍵詞:extrusionfinite element method
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CPU散熱片型材於擠製製造法當中,主要是靠導流板及主模軸承長度之設計,以直接擠製法做兩次的塑性變形,使得胚料於流動時得到較佳的的控制。而本論文主要是使用有限元素分析之套裝軟體DEFORM 3D,針對CPU散熱片的形式來模擬恆溫熱擠時胚料於模具內之塑性變形行為。固定於相同之加工條件下,改變模具形狀之幾何作為變數,來討論胚料所受的應變及速度分佈和擠製後產品成形性與擠製負荷之間的關係,以期望求得CPU散熱片在擠製時,模具設計方面的依據,做為現場模具設計時的參考。
擠製實驗部份中是以一般黏土作多層顏色區分作為初始胚料,並藉由透明壓克力材料所製作出的模具,以利觀察加入導流板及無導流板設計擠製時胚料的流動特性。並討論盛錠筒內金屬死區的分佈情形。
This paper uses a finite element code〝DEFORM 3D〞to simulate the plastic deformation behavior in extrusion processes of heat sink for CPU. The relationships between the loading, strain, velocity distribution, and formability of the extruded product as well as the extrusion conditions are discussed.
Furthermore, this research will propose a criterion for the die design of heat sink and to prove the validity of this proposed criterion by the experiments.
謝誌………………………………………………………………………………Ⅰ
摘要………………………………………………………………………………Ⅱ
目錄………………………………………………………………………………Ⅲ
圖表目錄…………………………………………………………………………Ⅵ
符號表……………………………………………………………………………Ⅸ
第一章緒論
1-1 前言 ……………………………………………………………………1
1-2 模具設計原則 …………………………………………………………5
1-3 文獻回顧 ………………………………………………………………6
1-4 研究方法 ………………………………………………………………8
1-5 本論文之研究目的 ……………………………………………………9
1-6 本文章節架構介紹 ……………………………………………………9
第二章擠型模具之設計
2-1 導流板的設計…………………………………………………………11
2-1-1 擠製散熱片型材之塑性流動特性………………………………13
2-1-2 導流板形狀之決定………………………………………………14
2-1-3 導流板高度之決定………………………………………………15
2-2 軸承部的設計…………………………………………………………15
第三章 模擬參數之設定
3-1 DEFORM 3D 簡介………………………………………………………17
3-1-1 前處理……………………………………………………………19
3-1-2 模擬引擎…………………………………………………………20
3-1-3 後處理……………………………………………………………20
3-1-4 實用模組…………………………………………………………20
3-2 主要參數之設定………………………………………………………21
3-3 不同模擬情形之設定…………………………………………………22
第四章 模擬結果與討論
4-1 主模中心幾何位置之影響……………………………………………26
4-1-1 成形後外觀之比較………………………………………………27
4-1-2 擠製負荷之比較…………………………………………………29
4-1-3 流速之比較………………………………………………………31
4-1-4 應變之比較………………………………………………………34
4-2 導流板高度的影響……………………………………………………35
4-2-1 流速之比較………………………………………………………35
4-3 改變導流板底部高度之影響…………………………………………36
4-3-1 成形後外觀之比較………………………………………………37
4-3-2 擠製負荷之比較…………………………………………………38
4-3-3 流速之比較………………………………………………………40
4-4-5 應變之比較………………………………………………………42
4-4 非均一軸承部之影響…………………………………………………43
4-4-1 成形後外觀之比較………………………………………………43
4-4-2 擠製負荷之比較…………………………………………………44
4-4-3 流速之比較………………………………………………………45
4-4-5 應變之比較………………………………………………………47
4-5 各例之比較……………………………………………………………48
第五章 黏土實驗
5-1 模具之設計……………………………………………………………50
5-2 模具之製作……………………………………………………………51
5-3 黏土之擠製實驗………………………………………………………54
5-3-1 實驗目的…………………………………………………………54
5-3-2 實驗器材與實驗步驟……………………………………………54
5-3-3 實驗結果與討論…………………………………………………55
5-4 黏土之剪應力實驗……………………………………………………60
5-4-1 實驗原理…………………………………………………………60
5-4-2 模具設計…………………………………………………………61
5-4-3 實驗方法與步驟…………………………………………………62
5-5 黏土之摩擦因子求得 …………………………………………………65
5-5-1 實驗原理…………………………………………………………65
5-5-2實驗方法與步驟 …………………………………………………65
5-6 黏土擠製之模擬 ………………………………………………………66
第六章 結論
6-1 研究成果概要………………………………………………………………68
6-2 未來研究之建議……………………………………………………………69
參考文獻…………………………………………………………………………71
【1】M. Tokizawa and H. Suda. The Effects of Die Angle on the Hot Extrudability of an Aluminium Alloy, Journal of Japan Society for Plasticity of Technology , Vol.17, 1976-12, 951-957.【2】M. Tokizawa, N. Takatsuji, K. Murotani and K. Matsuki, Studies on the Metal Flow and Die Shapes in Extrusion of Al-4% Mg Alloy, Journal of Japan Society for Plasticity of Technology, Vol. 23, 1982-5, 437-443.【3】J. S. Gunasekera and S. Hoshino, Analysis of Extrusion or Drawing of Polygonal Sections Through Straightly Converging Dies, Journal of Engineering for Industry, Vol. 104,1982-2, 38-45.【4】N. Takatsuji, M. Tokizawa, K. Murotani and K. Matsuki, An Experimental Study on Die Shapes for Balancing Metal Flow in Hot Extrusion-Extrusion of Thin Shapes of Aluminum Alloy with a Constant Thickness through a Die Orifice Concentric to the Extrusion Axis-, Journal of Japan Society for Plasticity of Technology, Vol. 25, 1984-11, 1000-1005.【5】J. S. Gunasekera and S. Hoshino. Analysis of Extrusion of Polygonal Sections Through Streamlined Dies, Journal of Engineering for Industry, Vol.107, 1985-8, 229-253.【6】N. Takatsuji, M. Tokizawa, K. Murotani, K. Matsuki and N. Sagawa, An Experimental Study on Die Profiles for Hot Extrusion of Shapes Combined Thin and Thick Plates of Aluminum Alloy,J Journal of Japan Society for Plasticity of Technology, Vol. 27, 1986-5, 620-625.【7】M. Kiuchi, J. Yanagimoto and V, Mendoza, Flow of Solid Metal During Extrusion:Three-Dimensional Simulations by Finite Element Method, 平成6年度 塑性加工春季演講會論文集, 1994-5, 627-630【8】D. Y. Yang and Y. S. Kang, Analysis and Design of Industrial Hot Extrusion Hot Extrusion Process Through Square Dies for Manufacturing Complicated Al Alloy Profiles, CIRP Annals, Vol. 45, 1996-1, 239-243.【9】M. Kiuchi, J. Yanagimoto, and Victor Mendoza, Finite Element Analysis of Velocity Distribution in Bearing Section During Extrusion of Rectangular Shapes(Combination of Numerical Anslysis and Die Design-1), 第46回塑性加工聯合演講會論文集, 1995, 285-286.【10】U. Patrick and E.J. Robert, A Die Design Model for Thin Section Extrusions, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 41,1999-1, 1067-1088.【11】K. Mori, K. Osakada and H. Yamaguchi, Prediction of Curvature of an Extrude Bar with Noncircular Cross-Section by a 3D Rigid-Plastic Finite Element Method, International Journal of Mechanical Science, Vol. 35, 1993-4, 879-887.【12】M. Kiuchi, I.T. Jin and K. Shintani, Prediction of Curvature of Extruded T-Shape Products, Journal of the JSTP, Vol. 37, 1996-7, 711-716.【13】T. Chanda, J. Zhou and J.Duszczyk, Application of Three-Dimensional Numerical Simulation to Analysis of Development of Deformation Zone at beginning of aluminium extrusion process, Materials Science and Technology, Vol. 17, 2001-1, 70-74.【14】黃忠良 編著, 擠壓加工理論與工藝, 復漢出版社, 1994-3, 13-20.【15】黃柏策, CPU散熱片擠型模之應力分析及設計, 大專學生專題研究計畫, 國立中山大學機電與機械工程研究所, 2002.【16】河合望 著, 賴耿陽 譯著, 應用塑性加工學, 復漢出版社, 1998-6.【17】蔡文銘, 行星式三輥輪壓延之實驗探討, 國立中山大學機械工程研究所碩士論文, 1999-6, 9-16.
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