陳復國臺灣大學:機械工程學研究所張兆志Chang, Chao-ChihChao-ChihChang2010-06-302018-06-282010-06-302018-06-282008U0001-2907200813264400http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/187356鎂合金由於具有密度低、比強度高之特點，目前因輕量化方面之運用而快速成長。本論文利用有限元素分析軟體DEFORM研究鎂合金L形型材與無縫圓管之擠製製程。針對L形型材擠製製程研究方面，一般在生產L形實心產品時，有些製程是運用口袋模具(Pocket die)進行生產，而擠製出的產品常常會有彎曲的情形，因此首先針對L形型材之變形機制進行模擬研究，由模擬結果發現型材變形主要是因材料流速不均所造成，導致型材有彎曲之情形發生。接著再針對可能影響材料流動模式之各項參數(孔穴位置、初始溫度、擠壓速度、定剪摩擦因子、口袋角度)進行分析後，可知口袋角度(Pocket angle) 之影響甚鉅。 對最佳化模具設計研究方面，利用不同口袋角度具有對型材彎曲程度有不同影響的特性，循序漸進地規劃一系列口袋角度組合之模具設計進行模擬研究，成功地改善型材彎曲的情形。最後針對最佳化模具設計進行實際擠製驗證工作，擠製出來之型材變形狀況、擠製噸數及出口溫度與模擬結果趨勢相近，故可暸解DEFORM對於鎂合金L形型材擠製製程之模擬具有相當高的準確性。對無縫圓管擠製製程研究方面，探討各製程參數(初始溫度、擠壓速度、定剪摩擦因子、口袋角度)對擠製壓力及出口溫度的影響，以暸解圓管擠製的製程特性，並建立一套防止擠製鎂合金時會燃燒之對策，而本論文之研究成果可供鎂合金擠製成形業者進行製程規劃以及模具設計時的參考。The superior properties of magnesium-alloy draw attention from the light-trend industry recently. In this thesis, the finite element code, DEFORM, is employed to simulate the extrusion processes of L-shape solid profile and hollow tubes of AZ31 magnesium-alloy. The extrusion of L-shape solid profiles was examined first and the pocket die design was applied to the extrusion study. In the extrusion of the L-shape solid profiles, the unbalanced material flow that causes the extruded part being curved usually occurs. The finite element simulation results show that the unbalanced material flow is affected by the process parameters such as the location of L-shape profile, initial temperature, extrusion speed, friction factor (m), and pocket angle. And the pocket angle is found to be the major process parameter that causes the unbalanced material flow. The finite element analysis was performed to examine the effect of pocket angle on the material flow in details and an optimum pocket die design that renders a straight extruded part was determined. The actual extrusion experiments were conducted to validate the finite element analysis and the good agreement between the experimental data and the simulation results confirm the validity of the finite element analysis on the pocket die design.he extrusion of seamless AZ31 magnesium-alloy circular tubes was also studied in the present study with the use of the finite element analysis. The effects of the process parameters such as initial extrusion temperature, extrusion speed, and m value on the formability of the extruded circular tube were examined. The limited values of the process parameters that yield a temperature at the exit far below the ignition point of the magnesium-alloy were determined. The proposed design values for the process parameters could be used as design guidelines for the extrusion of AZ31 magnesium-alloy circular tubes.目錄 I目錄 III目錄 VII一章 緒論 1.1 前言 1.2 研究動機與目的 3.3 文獻回顧 4.4 研究方法及步驟 10.4.1 選擇具代表性之L形型材與無縫圓管做為研究載具 11.4.2 建立鎂合金L形型材與無縫圓管之3-D模擬分析模式 12.4.3 探討鎂合金AZ31L形型材與無縫圓管擠製之塑性變形機制 12.4.4 分析各製程參數對於擠製成形之影響，並找尋出關鍵參數與建立防止擠製鎂合金時會燃燒的對策 13.4.5 針對L形型材提出擠製製程最佳化設計方案 13.4.6 L形型材擠製製程之實驗驗證與建立一套完整的AZ31L形型材與無縫圓管擠製製程設計準則 13.5 論文總覽 14二章 鎂合金L形實心型材擠製製程初步研究 16.1 有限元素法DEFORM簡介 16.2 L形型材擠製製程之載具選擇及模具與擠製方式介紹 19.2.1擠製製程及模具介紹 20.3 鎂合金L形實心型材擠製製程之三維模擬模型建立 21.4 鎂合金L形實心型材擠製製程初步分析 23.4.1 鎂合金L形實心型材擠製製程模擬設定 24.4.2 鎂合金L形實心型材擠製之缺陷探討 26.4.3 擠錠長度分析 29.4.4 收斂性分析 32.5 結果討論 33三章 L形實心型材擠製製程參數分析 34.1孔穴位置分析 34.2初始溫度分析 36.3 擠壓速度分析 38.4 定剪摩擦因子(m)分析 40.5 口袋角度(Pocket angle)分析 42.5.1 口袋角度a與b分析 44.5.2 口袋角度c與d分析 47.5.3 口袋角度e分析 50.5.4 口袋角度影響之結果討論 52.6 結果討論 52四章 L形實心型材擠製模具之最佳化設計研究 54.1 模具最佳化設計之研究 54.2 DESIGN2口袋角度組合之最佳化設計研究 60.2.1 初始溫度對DESIGN2的最佳化模具設計之影響 63.3 結果討論 64五章 實驗驗證 65.1實驗設備及擠製流程介紹 65.1.1 擠壓機台簡介 65.1.2 L形型材擠製流程 66.1.3 模具材料之選擇 67.2 L形型材擠製模擬之驗證 68.2.1 材料選擇 68.2.2 驗證擠製壓力 69.2.3 型材出口溫度驗證 69.2.4 型材變形情形驗證 71.3結果討論 73六章 鎂合金無縫管件擠製製程之有限元素法研究 74.1 鎂合金無縫圓管擠製模擬模型之建立 75.2 鎂合金AZ31無縫圓管擠製製程研究 78.2.1 鎂合金AZ31無縫圓管擠製模擬設定 78.2.2 擠錠長度之影響 80.2.3 初始溫度之影響 86.2.4 擠壓速度之影響 90.2.5 定剪摩擦因子(m)之影響 96.3結果討論 97七章 結論 99考文獻 1022019895 bytesapplication/pdfen-USAZ31鎂合金擠製有限元素法圓管L形型材口袋模具彎曲變形AZ31 magnesium-alloyextrusionL-shapecircular tubepocket dieprocess parametersfinite element analysisexperimental validationthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/187356/1/ntu-97-R95522527-1.pdf