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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:許齡鈺
論文名稱:壓電材料在扣件鍛造力量測之應用
論文名稱(外文):Application of Piezoelectric Material on Measurement of Fastening Forging Force
指導教授:夏紹毅 教授
口試委員:周玉端 博士夏紹毅 博士黃仁聰 博士
口試日期:2017-07-14
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:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:78
中文關鍵詞:DEFORM-3D有限元素分析冷鍛成形壓電力傳感測器圓盤型壓電單元特殊螺帽
外文關鍵詞:DEFORM-3DFinite Element Analysis cold forgingpiezoelectric force sensordisc piezoelectric unitspecial nuts
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冷鍛成形在扣件領域中扮演著密不可分的角色,從汽車業、機械業、金屬製品業、精密器械業、休閒運動器材業到太空梭使用的零件都可以被鍛造出來。由於工業4.0的到來,未來工廠會是以智慧化的方式,生產各式各樣有關智慧的產品,藉由電腦與感測器運用在網路連線技術以緊密連結各種設備、機器及數位系統,通過它們彼此的互聯性,可達到機器的智能化,形成智慧化的革新。
本研究使用SolidWorks電腦繪圖軟體與DEFORM-3D有限元素分析軟體,將特殊螺帽依照實際生產條件進行軟體繪製與模擬分析,如此可以得到現場鍛造機所無法得到的成形訊息,來作為模具設計參考用。接著安裝圓盤型壓電單元在鍛造機的斜銷上,透過壓電力傳感測器的實際鍛造,可進一步了解成形過程中鍛造力的改變情形。研究結果顯示,經由壓電力傳感測器配合動態衝擊實驗的實際鍛造工作,可找出近似圓盤型壓電片所承受的負荷。未來除了可用於模具成形之智慧監測方面,也可用於預估新開發成品所需之鍛造力。如此可以降低扣件產業之生產成本與減短模具開發的時效,並進而提升整體產業之國際競爭力。

Cold forging plays a critical role in the field of fasteners, from automobile industry, machinery industry, metal product industry, precise instrument industry, leisure and sports equipment industry to parts used for space shuttles. The approach of Industry 4.0 has future factories produce various intelligent products with intelligence. With the application of computers and sensors to network connection technology to closely connect various equipments, machines, and digital systems, the interconnectivity could reach the intellectualization of machines to form the intelligent innovation.
SolidWorks, the computer drafting software, and DEFORM-3D Finite Element Analysis software are utilized in this study for software drafting, simulation and analyses of special nuts, according to actual production conditions. In this case, the forming information which could not be acquired from on-site forging machines could be acquired for the reference for the mold design. Furthermore, a disc piezoelectric unit is installed on the taper pin of the forging machine to further understand the changes of forging force in the forming process through the calibration of the piezoelectric force sensor. It could be used for not only the intelligent monitoring of mold forming but also the estimation of forging force required for new product development in the future. As a result, it could reduce the production cost for fastener industry and shorten the time for mold development as well as further enhance the international competitiveness of the entire industry.

目錄
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
圖目錄 VI
表目錄 VIII
第一章緒論 1
1.1前言 1
1.2研究動機與目的 3
1.3文獻探討 4
1.4本文架構介紹 12
第二章 基本理論 13
2.1 螺帽介紹 13
2.2 冷鍛成形 13
2.3 有限元素DEFORM-3D軟體介紹 15
2.3.1 DEFORM-3D概論 16
2.3.2DEFORM-3D 特色介紹 16
2.3.3DEFORM-3D軟體程式 18
2.4壓電單元 19
2.4.1壓電感測器種類介紹 20
2.4.2壓電材料 21
2.4.3壓電基本理論公式 23
第三章 研究方法與實驗架構 32
3.1研究方法 32
3.2 DEFORM-3D軟體模擬參數與步驟規劃 32
3.2.1材料機械性質 33
3.2.2材料收斂性分析 34
3.3壓電特性分析 34
3.3.1靜態實驗 34
3.3.2動態實驗 35
第四章 結果與討論 45
4.1各道次模擬分析 45
4-2現場各道次鍛造力量測結果 46
第五章 結論 63
第六章 未來發展方向 64
參考文獻 65


圖目錄
圖2-1 聲波產生器構造圖 30
圖2-2 壓電式壓力傳感器 30
圖2-3 壓電式加速度傳感器 30
圖2-4 壓電式力傳感器 31
圖2-5 薄長片壓電陶瓷振子 31
圖2-6 壓電陶瓷製作流程圖 31
圖3-1 螺帽實體照片 37
圖3-2 特殊螺帽各道次設計圖 37
圖3-3 研究流程圖 38
圖3-4 SolidWorks繪製的模具圖形匯入成形分析軟體DEFORMD-3D的結果 38
圖3-5 圓盤型壓電片置於調整棒內 39
圖3-6 四組圓盤壓電片置於鍛造模具內,分別是第二道次道第五道次 39
圖3-7 自行輸入材料特性之收斂性分析 39
圖3-8 資料庫材料特性之收斂性分析 40
圖3-9 實驗量測工具 40
圖3-10 第一種靜態實驗量測設備與架構 40
圖3-10 第一種靜態實驗量測設備與架構(續) 41
圖3-11 第二種靜態實驗量測設備與架構 41
圖3-11 第二種靜態實驗量測設備與架構(續) 42
圖3-11 第二種靜態實驗量測設備與架構(續) 43
圖3-12 第一種動態實驗設備與架構 44
圖3-13 第二種動態實驗設備與架構 44
圖4-1 各道次之冷鍛模擬成形負荷圖 51
圖4-2 特殊螺帽第1道次:(a)等效應力(b)等效應變(c)速度場 52
圖4-3 特殊螺帽第2道次:(a)等效應力(b)等效應變(c)速度場 53
圖4-4 特殊螺帽第3道次:(a)等效應力(b)等效應變(c)速度場 54
圖4-5 特殊螺帽第4道次:(a)等效應力(b)等效應變(c)速度場 55
圖4-6 特殊螺帽第5道次:(a)等效應力(b)等效應變(c)速度場 56
圖4-7 第2道次脈衝波圖形 57
圖4-8 現場量測第3道次至第5道次鍛打波形訊號的放大圖 58
圖4-9 試片1與試片2的量測波形 59
圖4-10 不同重量下壓電力傳感測器之靜態負荷情形 59
圖4-11 試片3及試片5在不同重量下壓電力傳感測器現場量測波形 60
圖4-12 不同角度下壓電力傳感器之動態電壓關係曲線 60
圖4-13 現場10°及30°壓電力傳感器的現場量測波形 61
圖4-14 不同角度下壓電力傳感器及圓盤型壓電感測器之角度-壓電關係曲線 61
圖4-15 衝擊角度 10°及30°時壓電力傳感器與壓電片的現場量測波形 62


表目錄
表2-1 四類不同的壓電方程式 29
表2-2 壓電陶瓷的機電耦合係數 29
表3-1 DEFORM-3D軟體模擬參數 36
表3-2 AISI-1010化學成份 36
表4-1 相同重量的試片與壓電力傳感器之靜態反應情形 49
表4-2 不同負荷時壓電力傳感器之靜態反應情形 49
表4-3 不同角度時壓電力傳感器之動態反應情形 50
表4-4 不同角度時壓電力傳感器與圓盤型壓電片之動態反應情形 50
表4-5 壓電力傳感器與圓盤型壓電片之電壓與理論負荷反應情形 51


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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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