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研究生:顏志展
研究生(外文):YEN, ZHIH-ZHAN
論文名稱:傘齒輪閉模熱鍛製程模擬與實驗
論文名稱(外文):Simulation Analysis and Experiment of Hot Forging Forming for a Bevel Gear
指導教授:黃德福黃德福引用關係
指導教授(外文):HWANG, TE-FU
口試委員:張朝誠郭承憲鄭錦文
口試委員(外文):CHANG, CHAO-CHENGGUO, CHENG-SIANJHENG, JIN-WUN
口試日期:2017-08-31
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
論文出版年:2017
畢業學年度:106
語文別:中文
論文頁數:143
中文關鍵詞:傘齒輪模具應力疊料鍛流線熱間鍛造
外文關鍵詞:Bevel GearDie StressFolding defectForging Stream LineHot Forging Forming
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本研究之傘齒輪熱間鍛造製程以DEFORM-3D模擬以及實際鍛造實驗,鍛造製程設計3種模式分別為:溢料式閉模鍛、沖頭單動式閉模鍛與沖頭雙動式閉模鍛等3種。首先探討圓柱狀鋁合金A6061置放於溢料式閉模鍛充填情形,胚料直徑設計以胚料端面與齒形模塊平坦端面之距離成比例關係,發現在胚料與齒形模塊距離之比值大於0.08有充填疊料現象,接著利用沖頭單動式閉模鍛探討圓柱胚料的充填情形,發現同樣在胚料與齒形模塊距離之比值大於0.08有充填疊料現象,接著利用沖頭雙動式閉模鍛,胚料因傘齒輪尺寸與鍛造成形流動的限制而使用圓錐狀胚料,發現成形充填沒有缺陷產生;在鍛造成形負荷與模具應力方面,溢料式閉模鍛鍛造負荷較沖頭單動式閉模鍛少17%左右,沖頭雙動式閉模鍛較單動式的成形負荷少33%左右,不過模具應力以溢料式閉模鍛最小,單動式閉模鍛最大;接著,為改善單動式閉模鍛模具應力較大的問題,以增加胚料在模穴內流動空間的方式,於有齒形的模塊平坦端面位置設計凹槽幾何,結果顯示成形負荷下降6%左右,模具應力則下降34%左右。實驗利用鋁材A6061與塑性黏土進行傘齒輪鍛造,探討鍛造之材料充填情形、鍛造負荷和材料成形流線等,結果顯示鋁材與塑性黏土的齒形有充填未飽滿狀況,塑性黏土的充填飽滿度則小於鋁材;鋁材的鍛造負荷較模擬多36%,成形之材料流線則與模擬相似。
In the study, Hot Forging Forming for a bevel gear was based on DEFORM-3D simulation and experiments. Forging design was divided into three modes : Flash design closed-die forging, Single-action closed-die forging and Double-action closed-die forging. First, to investigate the 6061 Aluminum Alloy of cylindrical shape placed in Flash design closed-die forging. In the filling process, the diameter of billet design was proportional to the distance between the end face for the billet and the tooth shape mold. In addition, found that the ratio of their distance which had the folding effect was more than 0.08. Next, to make use of Single-action closed-die forging. Similarly, it also had the identical performance. Finally, taking advantage of Double-action closed-die forging. The billet was used as cone because of dimensions and forming flow of a bevel gear. It found that didn’t come about a defect; In terms of forming load and die stress, the difference of forming load between Flash design closed-die forging compared to Single-action closed-die forging load less than 17% or so. Whereas Double-action closed-die forging compared to Single-action closed-die forging forming load less than 33% or so. However, the die stress was the smallest for Flash design closed-die forging, but Single-action closed-die forging was the largest. In order to improve the larger stress of Single-action closed-die forging, increasing the billet in the mold flow space. After Designing the groove on the end face of the tooth shape mold, it found that the forming load was reduced 6% or so, and the mold stress was reduced 34% or so. The experiment was using 6061 Aluminum Alloy and clay for bevel bear forging. To discuss the filling process of Material、forging load and the forging stream line. The results show the tooth shape position was not fully filled for forging on 6061 Aluminum and clay; The forging load was more than the simulation 36% or so. The forging stream line are similar to the simulation.
摘 要 i
Abstract ii
致謝 iv
圖目錄 viii
表目錄 xiii
符號說明 xv
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 齒輪製造法 2
1.3 鍛造概論 5
1.3.1 依鍛造溫度分類 7
1.3.2 熱間鍛造成形優缺點 8
1.3.3 鍛造之潤滑劑 10
1.4 複動式鍛造技術 11
1.4.1 複動式鍛造原理 11
1.4.2 複動式鍛造分類[22] 14
1.4.3 複動式鍛造應用[23] 15
1.5 鋁合金之特性與種類 17
1.5.1 鋁合金特性 17
1.5.2 鍛造用鋁合金 18
1.6 文獻回顧 19
1.7 研究動機與目的 21
1.8 論文架構 22
第二章 研究方法與模型建立 23
2.1有限元素軟體DEFORM介紹 23
2.2材料性質設定模式 24
2.3傘齒輪定義與尺寸設計 27
2.3.1 傘齒輪種類 27
2.3.2 傘齒輪參數記號與設計 30
2.4模擬模型規劃與參數設定 32
2.4.1 傘齒輪鍛造模式 33
第三章 傘齒輪鍛造成形模擬結果 35
3.1傘齒輪鍛造模擬參數設計與網格劃分 35
3.1.1 網格收斂性分析 35
3.1.2 溢料式閉模鍛(Model-1)、沖頭單動式閉模鍛(Model-2)之模擬參數 39
3.1.3 溢料式閉模鍛(Model-1)、沖頭單動式閉模鍛(Model-2)之圓柱胚料尺寸 40
3.2齒形模為作動模之溢料式閉模鍛(Model-1)成形模擬結果 42
3.2.1 不同圓柱胚料直徑鍛造之成形負荷 43
3.2.2 不同圓柱胚料直徑鍛造之胚料成形流動 47
3.2.3 溢料式閉模鍛(Model-1)之胚料成形流線 51
3.2.4 不同圓柱胚料直徑鍛造成形之模具應力 55
3.3沖頭單向作動式閉模鍛造(Model-2)成形模擬結果 58
3.3.1 不同圓柱胚料直徑鍛造之成形負荷 58
3.3.2 不同圓柱胚料直徑鍛造之成形充填狀況 62
3.3.3 單動式閉模鍛(Model-2)之胚料成形流線 67
3.3.4 不同圓柱胚料直徑鍛造成形之模具應力 70
3.4沖頭單向作動式閉模鍛造之凹槽設計(Model-2s) 73
3.4.1 沖頭單向作動式閉模鍛造之凹槽設計(Model-2s)之模擬結果 76
3.4.1.1 凹槽設計對鍛造成形負荷的影響 76
3.4.1.2 凹槽設計之成形速度場 78
3.4.1.3 凹槽設計之單動式閉模鍛(Model-2s)之胚料成形流線 79
3.4.1.4 凹槽幾何設計對模具應力的影響 80
3.5沖頭雙向作動式閉模鍛(Model-3) 82
3.5.1 沖頭雙向作動式閉模鍛造(Model-3)成形模擬結果 85
3.5.1.1 沖頭雙向作動式閉模鍛造(Model-3)之成形負荷 85
3.5.1.2 沖頭雙向作動式閉模鍛造(Model-3)成形速度場 86
3.5.1.3沖頭雙向作動式閉模鍛造(Model-3)之胚料成形流線 87
3.5.1.4沖頭雙向作動式閉模鍛造(Model-3)鍛造成形之模具應力 88
3.6 閉模式鍛造模擬結果 89
第四章 傘齒輪鍛造成形實驗結果 90
4.1傘齒輪鍛造實驗流程 90
4.2傘齒輪鍛造實驗之參數規劃 91
4.2.1 塑性黏土製作 93
4.2.2 實驗設備與模具安裝 94
4.3傘齒輪鍛造實驗結果 102
4.3.1 傘齒輪鍛造成形負荷與成品外觀缺陷 102
4.3.2 鋁材A6061鍛流線觀察步驟 106
4.3.3 鍛造實驗成形流線結果 108
4.4模擬與實驗之結果比較 113
第五章 結論 116
參考文獻 117
附錄A 模具工程設計圖 120


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[40]飛機齒輪 螺旋槳傳動齒輪 可變槳齒輪,常州寶新冶金,公司阿里巴巴商品,https://detail.1688.com/offer/36658778257.html
[41]STIHL FS-250 引擎式40.2cc 肩背 硬管 割草機,欣瑋五金,YAHOO奇摩拍賣商品
[42]割草機頭段剖面切削,http://blog.xuite.net/shong6656/twblog1/141134059-%E5%89%B2%E8%8D%89%E6%A9%9F%E9%A0%AD%E6%AE%B5%E5%89%96%E9%9D%A2%E5%88%87%E5%89%8A
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[44]金豐KT系列產品型錄

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