臺灣博碩士論文加值系統

刀桿適用於工具機切削刀具之高穩定握持，由於受切削力衝擊，需要較高的強度與韌性，又為節省刀桿材料，因此大多以熱鍛製程製造。傳統熱鍛成形會有溢料廢邉，對於後續切削加工及刀具壽命皆甚為不利。面對國際市場競爭，以自動化綜合切削加工中心機作後續切削加工已是必然的趨勢，而為了能順利施行自動化之夾持、定位與切削加工，必需熱鍛出無溢料廢邊之近淨形鍛件。
本文研究進行刀桿近淨形熱鍛之製程設計，包括鍛件設計、熱鍛道次設計、製程模擬分析及鍛模設計等，並探討刀桿熱鍛成形歷程及負荷、徑向與軸向溢料式模具成形對模具應力之影響、壓環沖頭尺度對模具應力之影響、刀桿熱鍛成形實作鍛品特徵等。本文研究結果顯示：近淨形熱鍛之軸向溢料式模具與傳統徑向溢料式模具相較，需要較精準之模具製造與架模技術、較高的成形負荷、較大的模具應力。本文最後實際開發模具鍛打出近淨形熱鍛之刀桿鍛品，獲得幾乎無溢料廢邉之鍛件，對於後續自動化綜合切削加工之夾持、定位以及刀具壽命皆相當有利。

A static tool holder is suitable for high speed tool machine because of its high strength and high toughness. However, in order to obtain the strength and the toughness of the part and to save the volume of the part material, a hot forging method is adopted most. In traditional tool holder forging, a forging with a radial flash will be found. The flash is harmful to the machining work and the tool life of the forging cutting. Under the international competition market, Automatic CNC machine center should be adopted necessarily for the sequential machining work after forging. A net or near net shape forging is needed for a smooth going of the automatic grip, location and cutting.
In this paper, the process design of a near net shape hot forging of a tool holder is studied, including the forging design, the forging stage design, the process simulation and the forging die design. The forging history and load, the influence of the different types of radial flash and axial flash forging on the die stress and material usage percent are also investigated. From this study, a suitable near net shape hot forging die set of a tool holder is obtained. The results in this paper are listed as follows： a higher technology in the die manufacture and the forging die setup is needed; a higher forging load and a higher die stress will be found in a near net shape hot forging comparing a traditional forging. Finally, a qualified forging is obtained and the forging is advantageous for an automatic CNC machine work.

目錄

論文摘要i
Abstractii
誌謝iv
目錄v
圖目錄vii
表目錄ix
符號說明x
第一章 前言1
1-1 研究動機與目的 1
1-2 文獻回顧4
1-3 研究方法及論文架構4
第二章 分析方法6
2-1 有限元素法之原理6
2-2 Deform 3D介紹6
2-3 鍛件設計規範8
2-4 鍛模設計流程12
2-5 鍛模收縮量設計14
第三章 製程設計分析與實作16
3-1 鍛件設計16
3-2 熱鍛道次設計17
3-3 鍛模設計18
3-4 製程模擬分析規劃21
3-5 鍛模施工圖設計24
3-6 現場熱鍛規劃26
第四章 結果與討論31
4-1 刀桿熱鍛成形歷程及負荷31
4-2 徑向與軸向溢料式模具成形對模具應力之影響33
4-3 壓環沖頭尺度對模具應力之影響35
4-4 壓環沖頭尺度對模具材料利用率之影響39
4-5 刀桿熱鍛成形實作40
第五章 結論43
參考文獻44


圖目錄

圖 1 1工具機切削刀具用各式刀桿3
圖 1 2刀桿熱鍛件之溢料廢邉3
圖 2 1 DEFORM分析軟體系統架構與功能[12]7
圖 2 2閉模鍛件各部位之名稱[13]8
圖 2 3機械加工裕度與鍛造公差的關係[13]11
圖 2 4傳統鍛模開發流程[14]12
圖 2 5導入電腦模擬理論分析之設計流程[14]13
圖2 6熱鍛完成至鍛模與鍛件冷卻之尺寸變化關係說明圖[15]15
圖 3 1 SK40(C40A40160)刀桿機件圖16
圖 3 2刀桿機件3D圖(不含冷卻水孔、定位缺口等細部)17
圖 3 3刀桿鍛件設計圖(虛線為鍛件)17
圖 3 4刀桿鍛品熱鍛道次設計(傳統徑向溢料式鍛品)18
圖 3 5本文開發之刀桿鍛品熱鍛道次設計(近淨形軸向溢料式鍛品)18
圖3 6傳統徑向溢料式鍛模與近淨形軸向溢料式鍛模19
圖3 7傳統徑向溢料式鍛模與近淨形軸向溢料式鍛模主要尺寸20
圖 3 8 DEFORM 2D分析模型21
圖 3 9 SCM415H之塑流應力(1000℃)22
圖 3 10機械鍛造機之速度曲線圖22
圖 3 11近淨形軸向溢料式之沖頭壓環幾何23
圖 3 12安裝於鍛機上之鍛造行程預估(傳統徑向溢料式)24
圖 3 13安裝於鍛機上之鍛造行程預估(近淨形軸向溢料式)25
圖 3 14備料26
圖 3 15加熱26
圖3 16放入胚料後鍛打27
圖3 17頂出冷卻27
圖3 18機械加工完成之刀桿28
圖3 19模具架設到試鍛完成之過程30
圖 4 1刀桿熱鍛徑向溢料式模具之成形歷程31
圖 4 2刀桿熱鍛軸向溢料式模具之成形歷程32
圖 4 3刀桿熱鍛徑向與軸向溢料式成形負荷33
圖 4 4刀桿熱鍛徑向溢料式模具之等效應力分佈34
圖 4 5刀桿熱鍛軸向溢料式模具之等效應力分布34


表目錄

表2 1為模穴拔模斜度之ㄧ般標準9
表2 2模穴斷面形狀變化之內外圓角ㄧ般標準9
表2 3模穴平面形狀變化之內外圓角ㄧ般標準10
表2 4機械加工裕留量標準11
表2 5各材料之線膨脹係數14
表3 1近淨形軸向溢料式之沖頭壓環幾何參數23

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