臺灣博碩士論文加值系統

本研究以大型車用之傳動斜齒輪為研究載具，開發斜齒輪之溫間精密鍛造製程，配合冷精整模具，提昇精度。期望減少傳統機械加工之成本及時間，提昇齒面精度，讓齒面不需再經過昂貴之滾齒等機加工，大幅減少製造成本，並配合浮動模組來達到對向成形之效果，使得鍛件成品之成形性及齒面有更好的結果，再由預成形來做胚料定位跟去鏽動作，使得鍛件表面粗糙度得以提昇，增加所要求之研究載具精度。首先使用AMTEC軟體設計齒輪齒面，DEFORM-3D軟體進行各項成形之優缺點比較，結果以兩道次雙向成形做實際鍛造，模仁收縮率採用17/1000做放大，齒面部分再增加0.1mm以利冷精整作業，最後驗證設計成果、產品缺陷等，再進行鍛件成品量測動作，找出未符合規定之尺寸，進行回饋動作，修改設計至目標值。

關鍵字：斜齒輪、精密鍛造、溫間鍛造、AMTEC、DEFORM-3D。

The project of this research is the vehicles helical gear. Through the process of warming forging and cold forging, it is expected to reduce machining time and costs; and the development even can boost the accuracy of tooth flank. Consequently, it is no need to have the gear hobbing process of the tooth, which cost a lot. In addition, with the floating mold, it can reach the goal of two-way multi-action forming; by doing so, the formability and tooth flank of forging products will be better. And through the process of preform forging, fix forging position and remove the rust can make the surface smoother; and advance the accuracy of product. First of all, used AMTEC to design gear tooth flank; and then used DEFORM-3D to analyze the results of forming. Finally, take the results to conduct experiment on preform forging and two-way multi-forging. In the experiment, the mold shrinkage is enlarged by 17/1000, and the tooth surface was offset by 0.1mm to finish cold-forging. The results of the experiment prove the analysis of design; but there is still the shortage. To make measurement of forging product; figure out the products which are substandard; and not stop modifying the negative feedback until get the positive feedback.

Keyword: Precision Forging、Warm forging、AMTEC、DEFORM-3D

目錄
第一章. 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 齒輪加工與原理概論 3
1.3 鍛造技術概論 11
1.4 電腦輔助模擬工程分析 15
1.5 文獻探討 19
1.6 研究目的 21
第二章. 研究方法與步驟 22
2.1 研究方法 22
2.2 研究載具 25
2.3 齒型軟體齒型曲面建立 27
2.3.1. 斜齒模仁縮放 31
2.4 鍛造成形CAE模擬規劃分析 31
2.5 CAE模型建構 33
2.5.1. 單向成形模擬設計 35
2.5.2. 雙向成形模擬設計 37
2.5.3. 預成形高度對成形性之影響分析 39
2.6 斜齒精密鍛造模具設計與製造 44
2.6.1. 浮動模座做動原理 44
2.6.2. 斜齒模組設計與原理 46
2.7 加工製程規劃 54
2.8 成形實驗 54
2.9 製程參數 56
2.10 實驗設備及機台 57
2.10.1. 熱處理爐 65
2.10.2. 感應式加熱爐 66
2.10.3. 鍛造負荷量測設備 67
2.10.4. 瓦斯噴槍 68
2.10.5. 石墨加壓攪拌器 68
第三章. 結果與討論 69
3.1 鍛造成形CAE分析結果 69
3.1.1. 從動輪單、雙向成形對材料充填性的影響 69
3.1.2. 從動輪單、雙向成形對成形負荷的影響 70
3.1.3. 不同預成形高度對成形性的影響 73
3.1.4. 不同預成形高度對成形負荷之影響 76
3.2 鍛造實驗成形結果 80
3.2.1. 鋁合金(AA6061)試打成形性鍛造實驗（一） 80
3.2.2. 鋁合金(AA6061)鍛打成形實驗（二） 82
3.2.3. SCM420從動輪鍛造實驗 88
3.2.4. SCM420修改後鍛造實驗 93
第四章. 結論 98
參考文獻 99


圖目錄
圖 2 1 研究架構 23
圖 2 2 研究步驟 24
圖 2 3齒輪基本參數 27
圖 2 4 齒輪最佳化結果 28
圖 2 5 齒輪輪廓 29
圖 2 6 輸出曲面 29
圖 2 7 齒面建構流程 30
圖 2 8 模擬規劃流程 32
圖 2 9 CAE模型建構 34
圖 2 10 各部件名稱 46
圖 2 11 3D組立圖 47
圖 2 12 斜齒模仁 48
圖 2 13 補強環 49
圖 2 14 浮動模組 53
圖 2 15 實驗流程 55
圖 2 16 春木1600噸油壓機 58
圖 2 17 春木1500噸油壓機 60
圖 2 18 申琪2000噸鍛機 62
圖 2 19 鍛機尺寸 63
圖 2 20熱處理爐 65
圖 2 21感應式加熱爐 66
圖 2 22 Load Monitor外觀 67
圖 2 23 瓦斯噴槍之外觀 68
圖 2 24 石墨加壓攪拌器 68
圖 3 1 車削加工後從動輪成品 90
圖 3 2 定位壓環 91
圖 3 3 冷精整模具 92
圖 3 4 模座組合圖 94


表目錄
表 1 1 單一周節誤差容許值（μm） 3
表 1 2 累積周節誤差容許值（μm） 4
表 1 3 法缐周節誤差容許值（μm） 5
表 1 4 齒形誤差（μm） 5
表 1 5 齒輪偏心誤差（μm） 6
表 1 6 齒筋方向誤差（μm） 6
表 1 7 咬合誤差容許值（μm） 7
表 1 8 齒輪材料熱處理法別分類 9
表 1 9 國內外齒輪設計與生產比較 10
表 1 10 冷間、溫間、熱間鍛造比較表 13
表 2 1 成品加工圖面 25
表 2 2 齒輪參數 26
表 2 3 成品3D圖 26
表 2 4 3D模型剖面 33
表 2 5 單向成形結構 36
表 2 6 雙向成形結構 38
表 2 7 兩道次從動輪 41
表 2 8 兩道次雙練輪 42
表 2 9 作動原理 45
表 2 10 上下沖頭 50
表 2 11 製程參數 56
表 2 12 規格表 59
表 2 13 規格表 61
表 2 14 規格表 64
表 2 15熱處理爐規格表 65
表 2 16 量測設備性能表 67
表 3 1 單、雙向成形分析 70
表 3 2 從動單、雙向成形負荷曲線圖 71
表 3 3 從動單向成形負荷 72
表 3 4從動雙向成形負荷 72
表 3 5 主動輪材料流動性 73
表 3 6主動輪長出毛邊時之高度 75
表 3 7預成形打扁80mm 75
表 3 8從動輪長出毛邊時之高度 76
表 3 9預成形40mm之主成形負荷曲線圖 77
表 3 10主動輪成形負荷 77
表 3 11預成形高度20mm之從動輪成形負荷曲線 78
表 3 12從動輪成形負荷 79
表 3 17 預成形過程 80
表 3 18 主成形過程 81
表 3 19 鋁合金從動輪成形過程 83
表 3 20 一道次成形過程 84
表 3 21 齒輪咬合 85
表 3 22 車削加工後成品 85
表 3 23 量測結果 86
表 3 24 鋁合金主動輪成形 86
表 3 25 成形鍛機 88
表 3 26 從動輪成形過程及成品 89
表 3 27 成品逆向尺寸 90
表 3 28 各項收縮率 90
表 3 29 表層鏽皮 92
表 3 30 鍛造成形結果 94
表 3 31 跨齒量測值 95
表 3 32 平行度量測值 96

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