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研究生:黃炬葦
研究生(外文):Ju-Wei-Hwang
論文名稱:5052鋁合金齒輪熱間擠製之模具設計
論文名稱(外文):Die Design for Hot Extrusion of 5052 Aluminum Alloy Gears
指導教授:黃德福黃德福引用關係黃永茂
指導教授(外文):Te-Fu HwangYeong-Maw Hwang
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:模具工程系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:95
中文關鍵詞:AA5052鍛粗試驗環壓試驗熱間擠製有限元素法田口法
外文關鍵詞:AA5052UpsetRingHot extrusionFinite Element AnalysisTaguchi Methods
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本研究利用棒材之熱間擠製成形內齒輪(Internal Gear),不採用鍛造或銑削的傳統成形方式。首先以AA5052鋁合金熱鍛粗與環壓為試驗方法,在不同的溫度、速度的條件下進行熱鍛粗試驗,取得真實應力-真實應變曲線,並輸入有限元素模擬之材料庫。再利用DEFORM 2D進行環壓模擬求得庫倫摩擦校正曲線,進而取得鍛粗的庫倫摩擦係數(μ),最後將摩擦係數(μ)代入進行鍛粗模擬,並與實驗數據比較,以確定材料的可用性。擠製方面提出一套模具的設計準則,並且決定影響擠製結果的加工參數,接著利用DEFORM-3D進行鋁錠擠製模擬,找出分流道長度、進料口半徑大小、銲合室高度、死料區的角度大小與軸承部長度對於齒牙的充填率的影響,將對於齒牙徑向充填率影響較大之參數,搭配田口式L9直交表進行模具最佳化之分析,找尋出充填率最佳之模具因子組合。
This study is to form internal gear without traditional process of Forging or Milling, but with hot extrusion of bars. First, the aim of this research is to test AA5052 aluminum alloy in the method of upset forging of rings and cylinders under conditions of different temperatures and speeds. The purpose is to obtain true stress-strain curves and use these data during the finite element simulations. In addition, ring compression test experiments is conducted to obtain the inner radius ratios after testing, then the inner radius ratios are compared with FE simulations to obtain the friction coefficient.
  In terms of the extrusion, we propose a design criterion of die and decide the forming parameters related to the extrusion effect. Then, the extrusion simulation with DEFORM-3D is used to find out the effect of gear tooth filling ratio by separating channel length, mandrel entrance radius size, welding chamber height, and the angle of dead zone, etc. The most effective gear tooth filling ratio of parameters to enforce die optimization through Taguchi’s Orthogonal Arrays is analyzed to obtain the best filling rate of combination of factors.
摘 要 i
ABSTRACT ii
致謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
符號說明 x
第一章 序論 1
1.1 前言 1
1.2 擠製加工之分類與介紹 2
1.3 文獻回顧 5
1.4 研究動機與論文架構 7
1.4.1 研究動機 7
1.4.2 研究流程 7
1.4.3 論文架構 9
第二章 5052鋁合金材料性質研究與探討 10
2.1 材料性質探討流程 10
2.2 圓柱鍛粗試驗 11
2.2.1 鍛粗試驗參數規劃 11
2.2.2 塑流應力 14
2.3 環壓試驗 18
2.3.1 有限元素分析軟體DEFORM簡介 19
2.3.2 環壓試驗參數規劃 20
2.3.3 摩擦校正曲線 21
2.4 鍛粗模擬解析設定 26
2.5 結果與討論 28
2.5.1 模擬與實驗的負載比對 28
2.5.2 模擬與實驗的鼓脹輪廓比較 30
2.6 本章總結 39
第三章 內正齒輪擠製有限元素分析 40
3.1 齒輪 40
3.1.1 齒輪的歷史[18] 40
3.1.2 齒輪各部名稱[19][20] 42
3.1.3 齒輪公式介紹[22] 44
3.1.4 齒輪輪廓曲線之繪製[23] 45
3.2 鋁合金 AA5052 內齒輪擠製模擬模型之建立 48
3.2.1 內齒輪之幾何尺寸與擠製模型建立 48
3.2.2 分流道、心軸與銲合室之設計 49
3.3 鋁合金 AA5052 內齒輪擠製之製程參數研究 51
3.3.1 齒牙徑向之充填率 52
3.3.2 網格的影響 53
3.4 田口法探討模具最佳化 55
3.4.1 田口法實驗設計方法[26] 55
3.4.2 實驗計算法介紹[1] 56
3.4.3 品質計量方法的選擇 57
第四章 結果與討論 58
4.1 進料口圓半徑的影響 58
4.1.1 不同進料口圓半徑之擠製負載 58
4.1.2不同進料口圓半徑之模具應力分析 59
4.2 心軸軸承部長度的影響 61
4.2.1 心軸軸承部長度之成品彎曲 61
4.2.2 心軸軸承部長度之心軸應力分析 62
4.3 銲合室大小的影響 64
4.3.1不同銲合高度下之銲合壓力 64
4.3.2 不同銲合高度下之成品彎曲 65
4.3.3 不同銲合高度下之衍架受力情形 66
4.4不同分流道長度的影響 68
4.5 擠製成品之溫度分佈 70
4.6 綜合結果比較 70
4.7 田口法之模具最佳化分析 72
4.7.1 直交表之模擬參數規劃 72
4.7.2 模擬結果分析 73
第五章 結論 76
參考文獻 77
作者簡介 80
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