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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:何民權
研究生(外文):Ho, Ming-Chung
論文名稱:齒軸成形之冷擠製程研究
論文名稱(外文):Study on the Cold Extrusion Process of Gear Spline Shaft
指導教授:許光城許光城引用關係
指導教授(外文):Hsu, Quang-Cherng
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:機械與精密工程研究所
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:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:121
中文關鍵詞:金屬成形有限元素DEFORM冷擠製齒軸
外文關鍵詞:Metal formingFinite element methodDEFORMCold extrusionGear spline shaft
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齒輪與齒軸的生產製造方法有很多,在傳統機械加工法有銑削、刨削、輪磨等;在金屬成形法有滾齒製法、搓齒法、粉末冶金、齒輪鍛造等。在這些方法中就以滾齒製法應用較廣,但是隨著製造技術的發展,擠製的技術也應用愈來愈廣泛。
本文所要研究探討的是轉向機柱總成系統的齒軸,是應用在汽車的方向控制與傳送軸向的主要機構,在本文將以冷擠製程來完成這個研究,其內容包括電腦模擬分析與試作實驗部分。
本文使用DEFORM 3D來進行模擬分析,經由模擬分析的結果來觀察不同的預材直徑在不同的插齒模具之充填現象,以及觀察預材在成形過程中是否有發生缺陷,並且藉由模具應力分析來探討不同模具的受力情形。
在實驗部分將進行三道次插齒模具的冷擠製成形,並且將由冷擠製成形的半成品試件做量測,觀察是否合乎於尺寸公差範圍內,然後把半成品試件所需要的觀察部位切開,利用金相學方法來觀察齒頂與齒底的材料組織,以及其齒形輪廓和可能產生的一些缺陷。
There are a lot of manufacturing methods for gears and gear spline shafts, such as milling, routing and grinding wheel related to machining processes; and rubbing teeth, powder metallurgy and forging related to metal forming processes. Among these, hobbing method was applied widely. However, with the development of manufacturing technology, extrusion technology is also applied more widely.
This thesis is to study the gear spline shaft of the steering column assembly system. This system is used to control vehicle direction. In this thesis, a cold extrusion process was developed to conduct the study including computer simulation and experiment.
This thesis used DEFORM-3D as a simulation analysis tool, where the different preform diameters in different shaping die filling phenomenon were studied. The material flows and defects during forming processes were discussed. Die stress analysis was also conducted to investigate the forming circumstances of the extrusion dies.
Three steps of gear spline extrusion processes were studied by experiment. The tolerances of part geometry after manufacturing were verified to ensure to meet the design specification. The semi-finished specimen of each step was sectioned to observe the material flow, especially for die cavity areas.
中文摘要..........................................................I
英文摘要.........................................................II
誌謝............................................................III
目錄.............................................................IV
表目錄...........................................................VI
圖目錄..........................................................VII

第一章 緒論.......................................................1
1-1 前言..........................................................1
1-2 文獻回顧......................................................3
1-3 研究動機與目的................................................5
1-4 本文架構......................................................6

第二章 齒輪的簡介.................................................8
2-1 齒輪..........................................................8
2-2 齒輪各部名稱..................................................9
2-3 齒輪表示法...................................................10
2-4 齒輪之齒形...................................................11
2-4-1 漸開線原理.................................................11
2-4-2 擺線原理...................................................13

第三章 塑性加工法與有限元素分析理論..............................14
3-1 塑性加工.....................................................14
3-2 塑性加工的種類...............................................15
3-3 塑性加工系統.................................................17
3-4 有限元素法...................................................19
3-4-1 有限元素法分析?驟.........................................19
3-4-2 塑性加工有限元素分析法.....................................20
3-4-3 四面體元素.................................................20
3-4-4 摩擦效應...................................................22

第四章 實驗分析方法與實驗設備....................................24
4-1 研究架構與流程圖.............................................24
4-2 齒軸之半成品諸元介紹.........................................25
4-3 建立CAD模型..................................................27
4-3-1 插齒模具之模型.............................................27
4-3-2 預材之模型.................................................29
4-4 DEFORM 3D模擬條件規劃........................................31
4-5 冷擠製實驗機台設備...........................................38
4-5-1 預材與插齒模具.............................................40

第五章 結果與討論................................................41
5-1 電腦模擬分析結果.............................................41
5-1-1 預材為直徑18.2mm...........................................52
5-1-2 三道次之插齒模具...........................................59
5-1-3 三道次模擬分析之結果.......................................63
5-1-4 一道次與三道次之模具應力分析...............................81
5-2 實驗結果.....................................................88
5-2-1 套筒軸冶具測試.............................................90
5-2-2 銷徑值之量測...............................................91
5-2-3 大徑與小徑之量測...........................................93
5-3 金相觀察.....................................................95
5-4 微硬度試驗...................................................98
5-4-1 比對模擬分析與維氏微硬度實驗...............................98

第六章 結論與未來建議...........................................106
6-1 結論........................................................106
6-2 未來建議....................................................108

參考文獻........................................................109

附錄............................................................111
A. 剛塑性有限元素分析法.........................................111
B. DEFORM軟體簡介...............................................114
B-1 DEFORM功能介紹..............................................115
B-2 DEFORM使用流程..............................................118
C. 標準碳鋼金相組織圖...........................................121
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