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研究生:李懿哲
研究生(外文):LI,YI-ZHE
論文名稱:鋁圈擠製成形之有限元素分析
論文名稱(外文):Finite Element Analysis of Aluminum Ring Extrusion on Forming Processes
指導教授:夏紹毅
指導教授(外文):Shao-Yi Hsia
口試委員:夏紹毅黃仁聰周玉端
口試委員(外文):SHAO,YI-HSIAHUANG,REN-CONGCHOU,YU-TUAN
口試日期:2018-01-18
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:2018
畢業學年度:106
語文別:中文
論文頁數:97
中文關鍵詞:鋁圈鋁材擠壓成形網格重建有限元素分析非穩態成形
外文關鍵詞:aluminum ringsaluminum extrusion formingremeshingFinite Element Analysisnon-steady state extrusion
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隨著鋁材產品種類繁多,航空、鐵路、交通等,各行業對鋁材的需求日益迫切。鋁材擠壓成形和模具設計是保障產品的質量、縮短生產時間,和提高模具壽命的重要保證。因此如何改進傳統的模具設計方法,運用數值分析軟體來加快產品的開發速度、減少開發風險、提高產品的品質,已成為當前鋁材擠壓成形工業發展的迫切需求。本研究主要是針對自行車鋁擠製溫鍛製程,因為鋁圈薄層模擬分析過程中所產生的問題進行分析與討論。一般在以CAE軟體進行分析時,因為鋁錠在熱擠製成形過程中由分流孔至焊合室時,會由於軟體的網格重劃功能,將使得網格在重劃時產生穿透的情形,因而導致體積的流失,並使模擬工作無法持續進行,尤其在面對薄層工件時,上述現象尤為嚴重。故本研究將嘗試以兩種方法來解決,第一種是使用預成形的模型帶入有限元素分析軟體DEFORM-3D裡,直接模擬鋁錠焊合情形;第二種係以DEFORM-3D結合NX軟體,對焊合面上相互穿透之網格進行重建的技術。如此便能解決鋁製輪圈在擠製情形時,因為溫度場及在非穩態成形過程中,所面臨的金屬流動問題。當網格重建的問題解決後,便能利用田口法的最佳化方法,針對模擬參數進行修改,並經由出口形狀的分析來避免成形不均勻的問題。分析結果可同時檢視材料內部之應力、應變、速度場及產品的成形性,以了解各個參數與擠製負荷之間的關係,及成品外形是否因為薄層擠製而產生成形缺陷,以期能提供一個具體可行的溫鍛鋁擠製之分析模式。
The varieties of aluminum products have industries, e.g. aviation, railroad, and transport, increase the urgent needs for aluminum. Aluminum extrusion forming and mold design are the guarantee of product quality, to shorten production time, and to enhance mold life. It becomes critical to improve traditional mold design, accelerate product development, reduce development risks, and enhance product quality with DEFORM-3D simulation for the development of current aluminum extrusion forming industry. Aiming at warm-forging aluminum extrusion for bicycles, the problems resulted from the simulation and analysis of thin-layer aluminum rings are analyzed and discussed. In general, when analyzing with CAE, the aluminum ingot going from portholes to the welding chamber in the hot extrusion forming process would appear puncture during remeshing to cause volume loss and stop the simulation; such a situation is especially serious on thin-layer workpieces. As a result, it attempts to solve the melding problems of thin-layer aluminum rings in hot extrusion process by reverse engineering or other alternatives with DEFORM-3D, the Finite Element Analysis software, or other Finite Volume Analysis software in this project. After solving the remeshing problem, the optimization method in Taguchi Method could be utilized for modifying the extrusion mold and analyzing the exist speed to avoid uneven forming. The analysis results could simultaneously examine the stress, strain, velocity field, and mold stress of materials and product formation to understand the relationship between parameters and extrusion load as well as the forming defects of products caused by thin-layer extrusion. It is expected to provide a specifically practicable analysis model for warm-forging aluminum extrusion.
目錄
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
圖目錄 VI
表目錄 IX
第一章 緒論 9
1.1 前言 9
1.2 研究動機與目的 10
1.3 文獻探討 11
1.4 本文架構 19
第二章 擠製成形基本理論與分析方法 24
2.1 塑性力學之基礎 24
2.1.1 塑流應力 24
2.1.2 真實應力與應變 24
2.1.3 金屬降伏條件 25
2.1.4 摩擦種類定義 26
2.2 輪圈製程介紹 26
2.4 模具成形方式 29
2.5 擠製加工 30
2.5.1 擠壓技術的變形方式[41] 31
2.5.2 擠壓技術的特點 32
2.6 鋁型材管狀擠壓加工 33
2.6.1 鋁型材擠壓生產流程及分類 34
2.6.2 鋁型材擠壓成形 35
2.7 DEFORM軟體介紹 38
2.7.1 DEFORM-3D之優點與特色介紹 39
2.7.2 DEFORM模擬程式 41
2.8 Simufact軟體介紹 43
2.9 田口法 44
第三章 研究方法與軟體應用成形 55
3.1 研究步驟 55
3.2 分流組合模擠壓成形 56
3.3 預成形擠製 56
3.4 網格重建軟體-NX 57
3.5 DEFORM擠壓模擬步驟 58
3.6 Simufact擠壓模擬步驟 58
3.7 有限元素參數設定 59
3.8 鋁材料性質 61
第四章 結果與討論 74
4.1 鋁圈擠製成形焊合階段 74
4.2 新舊模具之預成形比較分析 75
4.3 鋁錠與模具全形之模擬 76
4.4 網格重建在預成形分析之應用 77
4.5 Simufact有限體積法分析 77
第五章 結論 92
第六章 未來發展方向 94
參考文獻 95


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