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

[1]財團法人工業技術研究院著作，1996，“齒輪專題研究”，工研院機械所出版
[2]直觀學機械報導，2016，“圖解6種齒輪加工方式”
[3]賴耿陽，“齒輪計算手冊”，復文書局
[4]戴宜傑，民國75年，“塑性加工學”，新陸書局，臺北市
[5]李榮顯，民國85年，“塑性加工學”，三民書局，臺北市
[6]許源泉，民國94年，“塑性加工學”，全華科技圖書股份有限公司，臺北市
[7]http://www.winchance.tw/cht/aboutus.htm，鈞成金屬股份有限公司，產品介紹
[8]http://peace543.pixnet.net/blog/post/26900417-18%22-light-weight-wheels，歐多百機車精品，產品資訊
[9]http://www.llyitzma.com/zh/product/125820.html，永岦鍛造工業股份有限公司，產品資訊
[10]http://www.ban-jing.com/tw/products/?method=detail&aid=54，板井企業有限公司，產品介紹
[11]http://qyzgvalves.com/?ChanPinZhanShi/Index.html，廣州啟雲機械有限公司，產品展示
[12]http://www.edpt.com.tw/big5/index.php，東礱有限公司，產品介紹
[13]林篁，2010，“肩形螺帽熱間鍛造成形之研究”，高苑科技大學機械與自動化工程系，碩士論文
[14]https://www.kot.tw/cold-formed-par，金萬股份有限公司，產品介紹
[15]http://www.myfengying.com/product/277811445，豐盈電聲配件有限公司，產品介紹
[16]https://detail.1688.com/offer/45662341170.html?spm=a261b.8768355.0.0.XALsKT，張家港豪特五金工具有限公司，阿里巴巴刊登產品介紹
[17]黃柏堯，2006，“鎂合金鍛造成形性之研究”，國立台灣科技大學機械工程系所，碩士論文
[18]中華民國鍛造協會編審委員會，1997，鍛造技術手冊
[19]許源泉，1990，“鍛造學理與實習”，三民書局
[20]李冠宗，1991，“潤滑學”，高立圖書有限公司
[21]楊俊彬，2005，“多軸雙向複動化鍛造模組專利報導”
[22]鄭炳國，2000，“溫間無毛邊鍛造技術手冊”，金屬工業研究發展中心
[23]李少濠，蔡盛祺，“複動化鍛造成形模組之開發及於銅接頭完全密閉鍛造製程之應用”，金屬工業研究發展中心
[24]創新綠色鍛造製程，https://www.youtube.com/watch?v=q8NLQYH_lZc，Youtube介紹影片
[25]楊俊彬，2016，“精密鍛壓製程技術研發中心簡介”，國立高雄第一科技大學
[26]2012“飛機起落架著陸試驗仿真和設計優化”，有限元分析交流之家
[27]鋁合金，維基百科
[28]J.L. Frater, 1989, Application of finite element methods to the design of prestressed tooling, Journal of Material Shaping Technology, Vol. 7, pp. 49-55.
[29]H. Ou and R. Balendra, 1998, Preform Design for Forging of Aerofoil Sections Using FE Simulation, Fournal of Material Processing Technology, Vol. 80-81, pp. 144-148.
[30]Y.K. Lee, S.R. Lee, C.H. Lee and D.Y. Yang, 2001, Process modification of bevel gear forging using three-dimensional finite element analysis, Journal of Materials Processing Technology 113. pp.59-63.
[31]余宗昀，2006，“車用傘齒輪精密鍛造模具設計分析研究”，國立高雄第一科技大學機械與自動化工程系，碩士論文
[32]蘇裕翔，2007，“微齒輪鍛造預形之設計與實驗”，國立高雄應用科技大學模具工程系，碩士論文
[33]Y. Zhang, D. Shan and F. Xu, 2009, Flow line control of disk structure with complex shape in isothermal precision forging, Journal of Materials Process Technology, Vol. 209, pp. 745-753
[34]鄒國益、夏紹毅、林篁，2010，“肩形螺帽熱鍛成形有限元素分析”，2010精密機械與製造科技研討會論文集-PMMT2010，E09-01~E09-010
[35]Q.S. Li, J.G. Eom, Y.S. Kim and E.Z. Joun, 2010, Causes of Die Fracture in Automatic Multistage Cold-Forging of High-Strength ball-Studs, steel research int. Vol.81, No. 9, pp. 266-269.
[36]K. Dehghani and A. Jafari, 2010, Finite element stress analysis of forging dies to improve their fatigue life, Materials Science-Poland, Vol.28, No. 1.
[37]李傳民，2007，“DEFORM5.03金屬成形有限元素分析”，機械工業出版社
[38]張定平，2011，“中空薄凸緣扣件之冷鍛成形分析”，高雄應用科技大學，碩士論文
[39]E34 520後差速器，http://blog.xuite.net/thruste30/twblog/132835410-E34+520%E5%BE%8C%E5%B7%AE%E9%80%9F%E5%99%A8
[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
[43]余煥騰、陳適範，1983，“金屬塑性變形基礎”，第三卷第一期，pp.34
[44]金豐KT系列產品型錄