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研究生： 張書省
Shu-Sian Chang
論文名稱： 超塑性鋁合金5083快速成形研究
指導教授： 李雄
Shyong Lee
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 機械工程學系
Department of Mechanical Engineering
畢業學年度： 88
語文別： 中文
論文頁數： 178
中文關鍵詞： 超塑成形 、5083 、吹氣成形
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    • 本研究主要為探討5083鋁合金以階梯式增壓吹氣成形的方法做快速成形，實驗過程中，分別以400℃、450 ℃與500℃三種成形溫度來探討超塑性鋁合金快速成形的特性。
    為了尋求最佳的成形條件，分別以成形時間、成形過程中的應變率分佈、厚度分佈均勻度、空孔的分佈等條件相互比較，找出最佳成形條件。
    試片應變率係利用蝕刻點成形後的變化位置與原始鈑片蝕刻位置相互間的變化量來做計算，即可算出各個成形階段的應變率。
    本項實驗利用雙面塗有T50-66潤滑劑的5083鋁鎂合金鈑片，做階梯式增壓吹氣成形，得到令人意外的結果，成形時間遠比傳統參照Supform 2所計算出的操作成形時間少了幾十倍之多，奠定日後量產是可行的態勢。
    一個杯狀盒子ψ40mmx20mm深，在溫度400℃的完全成形時間為2min 16sec，450℃的完全成形時間為1min 25sec，500℃的完全成形時間為1min 10sec，由此可以知道500℃的成形性最佳，因為流動性最好，成形時間最短，且厚度分佈均勻度在為最佳。
    成形過程中的應變率分佈，溫度400℃、450 ℃與500℃在成形的各個階段，其中觸底階段高達10-1 s-1，比傳統的10-3 s-1快了非常多。
    空孔的分佈情形是以單位面積的空孔率做比較，400℃空孔嚴重，其單位面積的空孔率為11.69％，而450 ℃與500℃的空孔明顯減少許多，450 ℃的單位面積的空孔率為2.57％，500℃的單位面積的空孔率為3.54％。
    綜合成形時間、成形過程中的應變率分佈、厚度分佈均勻度、空孔分佈情形等結果的比較我們可以明確的得到，500℃的操作溫度，為最佳的操作條件。
    本研究是重要技術的突破，其成果將可應用到電腦或先進電子產品等民生用品上，諸如：筆記型電腦外殼、錄影機外殼、行動電話外殼及其他零組件外殼或構件等，其要求輕、薄、散熱能力佳、強度高等條件下的產品。

    壹、摘要 (Abstract)：．．．．．．．．．．．．．．．． 1∼2 貳、緒論 (Introduction)：．．．．．．．．．．．．．． 3∼20 ㄧ、文獻回顧：．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3∼16 【1】 超塑性：．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3 【2】 欲加工材料使其具有超塑性組織結構， 結晶的方法有二例：．．．．．．．．．．．．．．．．4 【3】 超塑性材料分為兩大類：．．．．．．．．．．．． 5∼7 【4】 超塑性的實用意義為：．．．．．．．．．．．．．． 8 【5】 超塑成形概述：．．．．．．．．．．．．．．．．． 9 【6】 已知的超塑性成形方法有下列幾種方法：．．．．．9∼10 【7】 超塑性成形與傳統加工方法比較，有以下諸多優點：． 10 【8】 超塑性成形也有一些缺點存在：．．．．．．．．．． 11 【9】 採用超塑性鋁合金5083作為研究材料的考量：． 11∼12 【10】超塑成形組成方程式：．．．．．．．．．．．． 12∼13 【11】力學概念：．．．．．．．．．．．．．．．．． 14∼16 二、研究動機：．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17∼18 三、本文架構：．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19∼20 參、實驗配置 (Experimental Setup)：．．．．．．． 21∼38 一、實驗設備：．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 21∼23 二、高壓吹氣成形模具設計：．．．．．．．．．．．． 24∼28 【1】 模具設計重點：．．．．．．．．．．．．．．．．．24 【2】 模具設計圖如下：．．．．．．．．．．．．．． 25∼28 三、模具之固定：．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 29 四、蝕刻：．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30 五、極點：．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31∼32 【1】 試片之極點選定：．．．．．．．．．．．．．．．．31 【2】 極點的確定：．．．．．．．．．．．．．．．．．．32 六、吹氣成形之壓力：．．．．．．．．．．．．．．．．． 33 七、吹氣系統之配置：．．．．．．．．．．．．．．．．34∼35 【1】 吹氣系統的簡圖：．．．．．．．．．．．．．．．．34 【2】 操作方式：．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35 八、SPF感測器：．．．．．．．．．．．．．．．．．． 36∼37 九、成形後處理步驟：．．．．．．．．．．．．．．．．． 38 肆、實驗結果 (Experimental Results)：．．．．．．39∼111 ㄧ、測試階段：．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40∼93 【1】 2mm超塑5083快速成形測試： ．．．．．．．． 41∼66 【2】 2.5mm超塑5083快速成形測試：．．．．．．．．67∼69 【3】 3mm非超塑5083成形測試：．．．．．．．．．．70∼79 【4】 模子表面粗度對成形的影響測試：．．．．．．． 80∼82 【5】 潤滑劑的影響測試：．．．．．．．．．．．．． 83∼86 【6】 ＳＰＦ感測器測試：．．．．．．．．．．．．． 87∼88 【7】 氣壓管路測試：．．．．．．．．．．．．．．． 89∼91 【8】 摩擦係數μ的測試：．．．．．．．．．．．．． 92∼93 二、正式吹製：．．．．．．．．．．．．．．．．．．．94∼111 【1】 階梯式增壓在400℃之各階段吹製成形：．．．．95∼101 【2】 階梯式增壓在450℃之各階段吹製成形：．．． 102∼107 【3】 階梯式增壓在500℃之各階段吹製成形：．．． 108∼111 伍、討論 (Discussions)：．．．．．．．．．．．．． 112∼172 【1】 成形時間：．．．．．．．．．．．．．．．． 114∼120 【2】 厚度分佈均勻度：．．．．．．．．．．．．．．121∼136 【3】 成形過程中的應變率分佈：．．．．．．．．．．137∼146 【4】 空孔的分佈情形：．．．．．．．．．．．．． 147∼151 【5】 應變速率過程中，產生peak的原因：．．．．．152∼155 【6】 裂口產生的原因：．．．．．．．．．．．．．．．．156 【7】 材料變形位移觀測（蝕刻點座標的變動路徑）：．157∼172 陸、結論 (Conclusions)：．．．．．．．．．．．．． 173∼175 柒、誌謝 (Acknowledgement)：．．．．．．．．．．．．．176 捌、參考文獻 (References)：．．．．．．．．．．．．177∼178

    1．Reger Pearce : ” Superplasticity an overview ” , p1-1∼1-13
    2．Y. Wu and I Baker, AN EXPERIMENTAL SYUDY OF EQUAL CHANNEL ANGULAR EXTRUSION, Scripta Material. Vol. 37, No.4 pp.437-442
    3．J. W. Edington , K. N. Melton and C. P. Cutler : Progress In Mat. Sci. , Vol.21, No.2, 1976 , pp61∼158.
    4．C. H. Hamilton , A. K. Ghosh and J. A. Wert , ” Metals Form ” Vol.8 , No.4 , 1985 , pp172∼190.
    5．材料科學　第2卷　第2號　p128.
    6． A. K. Ghosh and C. H. Hamilton , “ Superplastic Forming and Diffusion Bonding ” , SPF / DB wordshop Taipei Feb.13∼15 , 1990 , pp121∼129.
    7． 國立台灣大學八十四年碩士論文研究生鄭芳松p.3-8
    8． R. Verma, P.A. Friedman, A.K. Ghosh, C. Kim, and S. Kim,
    Superplastic Forming Characteristics of Fine-Grained 5083 Aluminum,Journal of Materials Engineering and Performance,Volume 4(5) October 1995, pp545, Fig. 2
    9． 國立中央大學八十三年碩士論文研究生楊錫昌p.30；國立中央大學八十八年碩士論文研究生呂佳勳p.20
    10．國立中央大學八十八年碩士論文研究生林佳興p.24
    11．Stephen J. Hales Analytical Services and Materials, Inc. 107 Research Drive,Hampton, VA 23666,
    RAPID SUPERPALSTIC FORMING OF AL ALLOY 5083,
    Work performed at Langley Research Center under NASA contract No. NASI-19708
    Paper to be presented at the 28th International SAMPE Technical Conference, Seattle, WA, November 4-7, 1996
    12．Kalpakjian, Manufacturing Engineering and Technology, Third Edition, p.972~975
    13．國立中央大學八十三年碩士論文研究生楊錫昌p.44圖4-3
    14．國立中央大學八十三年碩士論文研究生郭博仁p.47圖4-8
    15．國立中央大學八十三年碩士論文研究生郭博仁p.48圖4-9
    16．T.R.Chen, J.C.Huang, and Y.M.Hwang,
    Fundamental characterisation of hemisphere free bulging
    using superplastic 8090 Al-Li sheets,
    Materials Science and Technology, June 1996 Vol.12
    17．Albert H. Bowker, Gerald J. Lieberman Engineering Statistics Second Edition pp.6~8

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