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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:莊明記
研究生(外文):Chuang Ming Chi
論文名稱:應用田口法於冷鍛製程模具之特性分析
論文名稱(外文):Characteristic Analysis of the Cold-Forging Die Based on Taguchi Method
指導教授:黃仁聰黃仁聰引用關係
口試委員:林祺瑋
口試日期:2012-07-10
學位類別:碩士
校院名稱:高苑科技大學
系所名稱:機械與自動化工程研究所
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:73
中文關鍵詞:田口法
外文關鍵詞:Taguchi method
相關次數:
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模具係製造產業於大量製造產品之必備器具,舉凡金屬、玻璃或塑膠等材料,皆需經過高溫、高壓或高衝擊等製程成形產品形狀,其中,冷鍛製程被普遍應用於產業界。本研究係應用田口法(Taguchi Method)之特點,以較少的實驗組合進行冷鍛製程參數設計之最佳化分析,並以有限元素分析軟體DEFORM 3D進行冷鍛製程上模具最大等效應力分析,以上沖模速度、摩擦係數、入模圓角及不同模具材料為因子,找出其影響模具最大等效應力的顯著因子。經由變異數分析結果得知顯著因子為上沖模速度與摩擦係數,降低上沖模速度與減少摩擦係數可有效地降低模具應力。此外,經由信號雜訊比(Signal to Noise Ratio,S/N比)之計算,得知本模擬針對模具最大等效應力的最佳參數組合是上沖模速度1 mm/sec、摩擦係數0.08、入模圓角0.9 mm及模具材料Carbide (15% Cobalt)。
Die is an important apparatus in manufacturing industry. Metal, glass or plastic materials can be formed to specific shapes by high temperature, high pressure, high-impact processes. Cold forging is widely used in industry. In this thesis, Taguchi method was used to conduct the optimal analysis for cold-forging process with less experiment numbers. The DEFORM 3D finite element software was applied to investigate the maximum equivalent stress of cold-forging die. The experimental controlling factors include stamping die speed, coefficient of friction, die-entrance angle and die material. According to the experimental results, the significant factor are stamping die speed and coefficient of friction. Therefore, die stress can be effectively reduced by a lower stamping die speed and coefficient of friction. Moreover, based on the calculations of signal to noise ratio, the optimal parameters combination in this study are as follows: stamping die speed, 1 mm/sec; coefficient of friction, 0.08; die-entrance angle, 0.9; and die material, Carbide (15% Cobalt).
目錄
摘要 I
Abstract II
目錄 III
圖目錄 V
表目錄 VII
數學符號 VIII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 1
1.3 文獻回顧 2
1.4 研究目的 5
1.5 論文架構 6
第二章 鍛造製程與實驗設計法 7
2.1 鍛造製程 7
2.1.1 鍛造分類 7
2.1.2 冷間鍛造之特色 8
2.1.3 鍛造模具種類 9
2.2 實驗設計法 11
2.2.1 田口法 12
2.2.2 S/N比 16
2.2.3 變異數分析 17
第三章 DEFORM 3D軟體介紹 20
3.1 有限元素法 20
3.2 DEFORM理論簡介 23
3.3 DEFORM模組架構 27
第四章 模擬規劃與分析 41
4.1 參數設計 41
4.2 DEFORM 3D模擬與規劃 43
4.3 DEFORM 3D 環境設定 45
第五章 結果與討論 48
5.1 個別因子變化趨勢 48
5.2 顯著因子分析 59
5.3 最佳參數組合 66
第六章 結論與未來展望 67
6.1 結論 67
6.2 建議 68
參考文獻 69



圖目錄
圖1-1 冷鍛製程模具應力分析之研究流程示意圖 5
圖2-1 鍛造模具之開模種類[24] 9
圖2-2 閉模鍛造之研究流程圖[25] 10
圖2-3 閉模鍛造成形負荷之關係圖[26] 11
圖2-4 田口法實驗分析流程圖[29] 15
圖3-1 DEFORM模擬時各模組之互動關係圖[40] 28
圖3-2 DEFORM分析軟體系統架構與功能[41] 28
圖3-3 前處理器窗口 30
圖3-4 求解與疊代設定選單 30
圖3-5 Pro/Engineer之幾何圖形 32
圖3-6 設定摩擦力 32
圖3-7 設定網格數 33
圖3-8 設定沖頭速度 33
圖3-9 應力分佈圖 36
圖3-10 Die Stress Analysis前處理 37
圖3-11 設定對稱面 38
圖3-12 選定模具材料 38
圖3-13 設定求解的上模具或下模具 39
圖3-14 設定模具網格數 39
圖3-15 設定插入力 40
圖4-1 六角頭螺栓成形之第一道次示意圖 47
圖4-2 預成形模之入模圓角示意圖 47
圖5-1 模具等效應力分析圖 (Mesh 10000) 50
圖5-2 最大等效應力之品質特性圖 (Mesh 10000) 51
圖5-3 模具應力分析圖 (Mesh 15000) 53
圖5-4 最大等效應力之品質特性圖 (Mesh 15000) 54
圖5-5 模具應力分析圖 (Mesh 20000) 56
圖5-6 最大等效應力之品質特性圖 (Mesh 20000) 57
圖5-7 因子對S/N比反應圖 61
圖5-8 因子對品質特性之反應圖 63
圖5-9 最佳參數組合之最大等效應力圖 66


表目錄
表2-1 熱、溫、冷間鍛造之用途[22] 8
表2-2 材料再結晶溫度[23] 8
表3-1 有限元素法之優缺點[20] 21
表3-2 有限元素法發展過程[4, 35] 22
表4-1 因子設計與水準配置 42
表4-2 L9(34)直交表 42
表4-3 田口直交表水準之規劃配置 43
表4-4 胚料成形模擬參數設定 46
表4-5 模具應力分析模擬參數設定 46
表5-1 最大等效應力(Mesh 10000) 49
表5-2 最大等效應力之品質特性對照表 (Mesh 10000) 49
表5-3 最大等效應力 (Mesh 15000) 52
表5-4 最大等效應力之品質特性對照表 (Mesh 15000) 52
表5-5 最大等效應力 (Mesh 20000) 55
表5-6 最大等效應力之品質特性對照表 (Mesh 20000) 55
表5-7 各組模擬之平均品質特性及S/N比 60
表5-8 因子對S/N比之反應表 60
表5-9 各組模擬之平均品質特性 62
表5-10 因子對品質特性的反應表 62
表5-11 品質特性之變異數分析結果表 64
表5-12 S/N比之變異數分析結果表 65
表5-13 最佳參數組合及其最大等效應力 66

參考文獻
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