臺灣博碩士論文加值系統

本論文研究係針對A6061鋁合金機車用鍛造零件，利用有限元素法(Finite element method)分析選擇目前最廣泛使用之商業化軟體DEFORM做為進行鋁合金熱間鍛造製程的模擬與鍛造模具設計之研究。首先以一直徑∮36mm x 115mm長度的A6061鋁合金在假設不同的鍛造速度下，以三種不同的滑塊衝擊秒數3.0、1.5、0.75秒來利用打扁模具將鋁圓棒材由直徑∮36mm打扁至16mm深度，並經由DEFORM鍛造成形分析找出鍛造速度對A6061材料的鍛壓負荷及溫度的變化的影響，以何種鍛造速度方式用於粗鍛及完成鍛最為適當。
在本論文研究方法上係選擇目前已進行量產中某知名品牌之重型機車所使用的鋁合金熱鍛造零件「前腳踏板支撐架」為例，並參考目前傳統的鋁合金鍛造開發模具方式，傳統開模方式需依鍛造經驗並透過不斷地試作及修改模具等製作方式完成，同時也為了驗證有限元素軟體DEFORM鍛造成形分析之可行性，針對A6061鋁合金材質進行熱間鍛造成形模擬分析試驗。從鍛造零件尺寸的設計藉由透過鍛造成形分析來進行設計粗鍛胚的預成形模具及成品的完成鍛模具，並從DEFORM鍛造成形分析過程，藉以早期發現鋁合金在熱鍛過程中所經常可能產生之填料不足、疊料等問題。本研究利用DEFORM鍛造成形分析來進行鍛造模具的輔助開發，藉以縮短開模的時間由傳統的鍛造開模完成時間約4周左右縮短到2~3周完成，本研究除了驗證有限元素分析軟體DEFORM用於鍛造成形分析之可行性外，並可同時修正鍛造模具之設計錯誤能適時提出修正設計參數，為利用DEFORM鍛造成形分析協助開模之最大優點，從本案例之實際的成品中得到驗證。

This study aims at the simulation of the inter-heating forging process of aluminum alloy A6061 for the design of the forging mold (or die) used in the motorbikes, and the commerce software, DEFORM, with finite element method DEFORM is the most extensively utilized (introduction) in current dynamic analysis. Compressing the round rod made of aluminum alloy A6061 with ∮36mm x 115mm by various impulse velocity into the depth of 16mm in 3.0, 1.5, or 0.75 seconds, respectively. This study uses these simulations of forging forming to find the optimal velocity for A6061 concerning the temperature variation and forming effect in material.
This study experienced a support rack (or prop stand) of motorcycle front running-board. This experimented part has been mass produced by a good reputation company. This forging process refers to the design and the performing, which is a traditional method to make the aluminum alloy forging mold. and consider the mold needs a continuous testing and modification. Also, In order to prove the software DEFORM of finite element method forges the feasibility analyzed in simulation of the inter-heating forging process of aluminum alloy A6061.
Using forging forming analysis designs the coarse mold for the forging and the precision mold for the finish parts. To detect the insufficient filling and the stacking issues frequently encountered during the hard forging process by using DEROM to analyze forging and forming processes. Using the DEFORM software could shorten the developing time of a forging mold from four weeks to two to three weeks. Consider the forming effects from different profiles and locations of coarse mold by forging simulation and analysis to find out the optimal forging process. This study had verified not only the feasibility of the finite element analysis software but also revised the design of the forging mold from this practical product.

摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
表目錄 vi
圖目錄 vii
符號說明 xi
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機及目的 4
1.3 文獻回顧 5
1.3.1 熱鍛製程 5
1.3.2 鋁合金鍛造 5
1.3.3 DEFORM CAE 6
1.4 鋁合金的簡介 7
1.5 鋁合金熱鍛造製程的簡介 9
1.6 鋁合金機車零件的應用與產業前景 12
1.7 論文組織及章節 15
第二章 成形理論與研究方法 16
2.1 鍛造的塑性理論 16
2.1.1 金屬塑性成形 16
2.1.2 鍛造的摩擦 19
2.2 鍛造製程道次設計 20
2.2.1 鍛胚的製程分析及探討 26
2.2.2 鍛胚製程道次設計 32
2.3 鍛造模具設計方法 40
2.3.1 預成形模具 46
2.3.2 完成鍛模具 48
2.4 電腦輔助分析 50
2.4.1 DEFORM及CAE流程 50
2.4.2 前處理方法/後處理能力 51
第三章 實驗方法與步驟 53
3.1 實驗設備 53
3.1.1 鍛造機設備 53
3.1.2 量測設備 58
3.2 實驗方法及步驟 60
3.2.1 預成形 60
3.2.2 完成鍛 65
第四章 結果與討論 68
4.1 鍛造製程道次設計結果 68
4.2 鍛造模具設計結果 69
4.3 鍛造製程參數分析結果 75
4.4 預成形粗鍛模擬分析 83
4.5 完成鍛件成形模擬分析 89
4.6 模擬與實驗結果比較 100
第五章 結論與建議 104
5.1 BFT模擬結果 104
5.2研究結論與建議 105
5.3研究效益 106
5.4未來研究建議 108
文獻參考 109
附錄 111
簡歷 124

[01]『鍛造技術手冊』主編：林文樹，經濟部技術處發行，中華民國鍛造協會出版。86年1月。
[02]『鋁合金潛力產品與前景分析』作者：劉文海，執行單位：金屬工業研究發展中心，93年9月。
[03]『鍛造』柯忠和、江益璋編譯，全華科技圖書公司出版。88年5月初版。
[04]『鍛壓手冊』第1卷 鍛造 第3版，中國機械工程學會塑性工程學會編，北京－機械工業出版社。2007.10。
[05]日本工業標準調查會：JIS鍛造加工用語，JIS B0112(1994)，日本規格協會。
[06] S. SANTHANAM, An elastic-viscoplastic constitutive model for the hot-forming of aluminum alloys, Journal of Materials Science 35 (2000) 3647-3654。
[07] W.G. Cho, C.G. Kang，Mechanical properties and their microstructure evaluation in the thixoforming process of semi-solid aluminum alloys, Journal of Materials Processing Technology 105 (2000) 269〜277。
[08] F. Yin, G.X. Wang , S.Z. Hong, Z.P. Zeng，Technological study of liquid die forging for the aluminum alloy connecting rod of an air compressor Journal of Materials Processing Technology 139 (2003) 462-464。
[09] 向四海、連鴻,2004，不同鋁合金系列之可鍛性研究，中國機械工程學會第21屆全國學術研討會。2004.11.26~27 國立中山大學 高雄▪台灣。
[10] C. G. Kang、S. M. Lee,變形鋁合金的流變擠壓技術，鍛造與沖壓 2009.2 p34~p42。
[11] 趙潤華編譯『鋁合金鍛造』2009.2 Forging & Metalforming p69~p72。
[12]『Deform 5.03金屬成形有限元分析實例指導教程』李傳民、王向麗、閨華軍等編著，北京機械工業出版社 2007年1月第1版。
[13] 林家瑋，2005，『熱鍛模具設計之有限元素法分析』，台灣大學機械工程系,碩士論文。
[14] 洪俊銘、陳復國、黃思奮、葉育成，2008，『鋁合金避震器支架之溫間鍛造模具設計』，鍛造 第十七卷第二期 (2008年7月)。
[15]アルミニウム ハンドブック(第5版) 編集：日本財團法人輕金屬協會，1994年5月。
[16]『鍛造模具設計手冊』主編：蔡盛祺，金屬工業研究發展中心出版，91年3月二版。
[17]『鍛造技術現況與趨勢分析』作者：周俊宏，金屬工業研究發展中心出版，2003年5月。