臺灣博碩士論文加值系統

本論文研究係針對AISI-1010低碳鋼皮帶輪零件，利用有限元素法之金屬成形模擬軟體DEFORM 3D進行低碳鋼皮帶輪近淨形鍛造製程的模擬分析與鍛造模具設計，並結合伺服沖床上的伺服曲線技術應用於皮帶輪齒形鍛造成形，首先模擬皮帶輪預成形鍛件與近淨形鍛件之冷鍛過程，在不同預成形圓角、預成形斜角的參數下，得到預成形鍛件最佳化設計，分析近淨形鍛造的最大成形力、最大等效應力、胚料體積之影響，並模擬脈波伺服曲線與持壓伺服曲線應用於皮帶輪齒形鍛造成形，並與傳統曲線鍛造成形比較，其鍛件其最大成形力、鍛件最大等效應力、齒形沖頭最大等效應力，由模擬結果顯示使用持壓伺服曲線的鍛件等效應力比傳統曲線來的均勻，脈波伺服曲線下的鍛件等效應力分布最差；脈波伺服曲線應用於鍛造下的鍛件最大成形力、沖頭最大等效應力小於傳統曲線，進而延長沖頭模具壽命。本研究利用金屬成形分析軟體鍛造成形分析來進行鍛造模具的設計開發，決定模具尺寸及製程道次與參數後，製作出模具且實際進行鍛造實驗得到成品，最後為量測成品尺寸並確定是否符合產品設計之尺寸。

Aimed at AISI-1010 low carbon steel pulley components, a finite element method-based metal forming simulation software of DEFORM 3D was used to simulate and analyze the near net forging process for the low carbon steel pulley, and to design forging molds.This technology was used in the pulley tooth forging in conjunction with the servo press-based servo motion curve technology. First, the cold forging process of the pulley preform forging and the near net forging were simulated. The parameters of different preformed fillets and preformed bevels were investigated to obtain the optimal design for the preform forging, where the influence of the maximum forming force, the maximum equivalent stress, and the volume of the embryo material in the near net forging process was analyzed. Also, the applications of the pulse wave servo motion curve and the holding pressure servo motion curve in the pulley tooth forging were simulated, which were compared with the traditional motion curve-based forging forming, where the comparisons focused on the maximum forming force and maximum equivalent stress of the forged piece as well as the maximum equivalent stress of the toothed punch. The results indicated that equivalent stress caused by the holding pressure servo motion was more evenly than caused by the traditional curve, that the pulse wave servo motion caused the worst equivalent stress distribution, and that the maximum forming force of the forged piece and the maximum equivalent stress of the punch caused by the pulse wave servo motion curve were smaller than caused by the traditional motion curve. With this, the service life of the punch die was extended. In this study, a metal forming simulation software was employed to analyze the forging forming, whereby a forging die was developed and designed. After determining the die size, process pass and other parameters, we made a die, with which the finished products were forged experimentally. Finally the product size was measured to verify whether it met the design requirement.

中文摘要..........................................i
英文摘要.........................................ii
誌謝............................................iii
目錄.............................................iv
表目錄...........................................vi
圖目錄..........................................vii
符號說明.........................................ix
第一章 緒論.......................................1
1.1前言........................................1
1.2 研究動機及目...............................2
1.3 文獻回顧...................................2
1.4 碳鋼簡介...................................4
1.5 研究方法...................................5
1.6 論文總覽...................................7
第二章 基礎理論與研究原理..........................8
2.1 鍛造的塑性理論[27].........................8
2.2金屬成形有限元素分析.........................9
2.2.1 有限元素法於剛塑性變形之力學模式[28-33]...10
2.2.2 有限元素法於剛塑性變形之應用[34]..........12
2.2.3 應用軟體介紹.............................13
2.3 摩擦理論..................................15
第三章 皮帶輪之鍛件及模具設計......................17
3.1 產品外型設計..............................17
3.2 鍛件設計[27]..............................18
3.2.1 拔模斜度................................18
3.2.2 鍛件圓角................................20
3.2.3 鍛件公差................................20
3.2.4 加工裕留量..............................21
3.3 模具設計[27]..............................23
3.3.1模具結構設計.............................23
第四章 皮帶輪之成形有限元素分析....................26
4.1預成形參數有限元素分析......................27
4.1.1 網格收斂性分析..........................29
4.1.2 胚料尺寸參數探討........................30
4.1.3 預成形圓角參數探討......................34
4.1.4 預成形斜角參數探討......................39
4.2 決定預成形鍛件設計與實驗參數...............46
4.3 伺服鍛造成形有限元素分析..................49
4.3.1脈波伺服曲線鍛造成形有限元素分析..........49
4.3.2持壓伺服曲線鍛造成形有限元素分析..........52
4.3.3傳統鍛造曲線鍛造成形有限元素分析..........57
4.4 伺服曲線與傳統曲線有限元素分析結果比較.....59
第五章 模具製作與鍛造實驗........................68
5.1 模具製作................................68
5.2 實驗設備................................70
5.3 鍛造實驗................................70
5.4 實驗結果與比對...........................71
5.4.1 鍛壓成品與模擬比對.....................71
5.4.2 鍛流線實驗............................73
5.4.3 維克氏硬度試驗.........................73
5.5 成品尺寸量測.............................75
第六章 結論與未來展望...........................79
6.1 結論....................................79
6.2 未來展望................................79
參考文獻.......................................80
Eetended Abstract.............................82
簡歷(CV)......................................87

[1] 蔡志仁，2010，伺服沖床的發展概況淺談，機械工業雜誌，324期，3月。
[2] 蔡志仁，2008，伺服驅動沖床之動向與鍛造加工之應用，鍛造，第十七卷第三期，10月。
[3] 張韶華，2008，皮帶輪的熱精鍛成形，金屬加工熱加工，第23期。
[4] 侯 磊，2010，帶輪旋壓成形新工藝的有限元模擬研究，合肥工業大學，碩士學位論文，4月。
[5] 楊善文，2013，帶輪進淨成形工藝研究，合肥工業大學，碩士學位論文，4月。
[6] 林恆勝、許源泉、楊東昇、楊政峰、歐聖堂，2007，六角螺栓近淨形頂段成形模擬，鍛造，第十六卷第一期，4月。
[7] 黃廣淼，2000，傳動軸組件近淨形鍛造技術，鍛造，第9卷第四期，12月。
[8] 鄭建設、李金梅，2009，螺旋錐齒輪精密模鍛進淨成形技術及製造工藝，機械傳動，第三十三卷第四期。
[9] 高明志，2012，六角華司頭螺栓近淨形頂鐓製程改善，國立高雄應用科技大學模具工程系碩士班，碩士學位論文，7月。
[10] 林東民，2013，汽車發電機用爪極之閉塞鍛造製程開發研究，國立高雄第一科技大學機械與自動化工程系，碩士學位論文，7月。
[11] 王文彥，2006，汽車用冷氣壓縮機滑塊之鋼鐵粉末鍛造製程參數研究，國立高雄第一科技大學機械與自動化工程系，碩士學位論文，6月。
[12] 喬碩、劉國凱，2012，行星齒輪冷閉塞式鍛造工藝數值模擬和試驗研究，精密成形工程，第4卷第6期，11月。
[13] 陳國強，2010，圓柱直齒輪閉式鍛造有限元素分析，金屬加工熱加工，第十五期。
[14] 劉揚、毛華傑，2009，輪轂軸承套圈閉式鍛造成形數值模擬分析，鍛壓裝備與製造技術，第三期，7月，P65-66。
[15] 黃金通，2015，沖壓製程對電磁鋼片加工硬化區之研究，國立臺灣大學工學院機械工程學研究所，碩士學位論文，7月。
[16] 江子欣，2009，先進高強度鋼板沖壓模具設計之有限元素分析，國立臺灣大學工學院機械工程學系，碩士學位論文，7月。
[17] 吳宗彥，2014，伺服沖床沖頭運動曲線之研究，國立清華大學，碩士學位論文，9月。
[18] 劉欣凱，2007，伺服沖床在圓杯引伸加工上之研究，國立清華大學動力機械工程研究所，碩士學位論文，9月。
[19] Kiichiro Kawamotoa, Takeshi Yoneyama, Masato Okada, Satoshi Kitayama, Junpei Chikahisa，2014，"Optimum back-pressure forging using servo die cushion"，Procedia Engineering 81，346 – 351。
[20] Ryo Matsumoto, Jae-Yeol Jeon, Hiroshi Utsunomiya，2013，"Shape accuracy in the forming of deep holes with retreat and advance pulse ram motion on a servo press"，Journal of Materials Processing Technology 213，770 – 778。
[21] Yi Meng, Sumio Sugiyama, Jianbo Tan, Jun Yanagimoto，2014，"Effects of forming conditions on homogeneity of microstructure and mechanical properties of A6061 aluminum alloy manufactured by time-dependent rheo forging on a mechanical servo press"，Journal of Materials Processing Technology 214，3037–3047。
[22] T. Maeno, K. Mori, A. Hori，2014，"Application of load pulsation using servo press to plate forging of stainless steel parts"，Journal of Materials Processing Technology 214， 1379–1387。
[23] Total Materia，http://www.totalmateria.com/articles/Art62.htm。
[24] 炬鋒特殊鋼股份有限公司，https://www.jfs-steel.com/zh-TW/steelDetail/AISI-1010/AISI-1010.html。
[25] 天文貿易股份有限公司，http://www.tienwen.com.tw/download/TW-SC.pdf。
[26]“精密鍛造技術手冊”，2000，金屬工業研究發展中心， 4月，pp.197-272。
[27] 許源泉，1990，“鍛造學：理論與實習”，三民書局股份有限公司，pp45~47，台北，台灣，9月。
[28] 陳俊豪，1992，有限元素法導論，科技圖書股份有限公司，台北，臺灣，pp.155-183，12月。
[29] 蘇品書，1992，材料加工力學解析，復漢出版社，台南，臺灣，pp.36-40，pp.127-147，12月。
[30] Kobayashi S.,Oh S.I., and Altan T.,1989，“Metal Forming and The Finite-element Method.” Oxford University Press, New York, pp.1-377.
[31] 唐志宏，2002，等徑角擠壓過程變形行為的研究，中南大學碩士論文，湖南長沙，中國，pp.15-19，5月。
[32] 李俊賢，2005，具高深寬比深微孔精微零件之擠壓成形研究，國立虎尾科技大學機械與機電工程研究所，碩士論文，7月。
[33] V. M. Drecun and T. A. Dean,1991，A parametric CAD program for die sets for precision forging spur gears, International Journal of Machine Tool manufacturing, Vol. 31, pp.183-191.
[34] 許源泉，鍛造製程分析講義，國立虎尾科技大學機械製造工程系，雲林，臺灣。
[35] DEFORM User’s Guide, “Scientific Forming Technologies Corporation.” Columbus OH, 1999.
[36 ]鄧芳怡，2004，“硬質薄膜之奈米壓痕量測與有限元素分析?，元智大學機械工程學系，碩士論文。
[37] 林文樹，1997，“鍛造技術手冊”，經濟部技術處發行，中華民國鍛造協會出版，1月。