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研究生： 林志倫
Zh-Lun Lin
論文名稱： 超塑性5083鋁合金背壓狀態之快速率成形分析
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： 77
中文關鍵詞： 超塑性5083鋁合金 、背壓
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    • 本論文之成形實驗採用具有背壓之反向加壓成形程序，在成形前，上下模內均先加入同樣大小之壓力，成形過程中逐步減少下模中之壓力，利用上下模內之壓力差進行板片成形。在此反向之加壓程序中，成形之初期，成形之應變速率較慢且具有背壓之作用，可以減少空孔之生成及成長。在此加壓程序中，對SP-5083鋁合金確實可以達到快速成形的目的。
    實驗結果顯示，採用具有背壓狀態之反加壓成形程序及使用潤滑劑的成形方式，可以在2分鐘內完成柱狀之杯狀零件，其平均應變速率介於
    0.1~0.01/sec之尺度範圍內。在觸底前之自由成形階段中，由於應變數率是隨著時間的增加而增加，成形試件的厚度的變化，在接近觸底階段厚度變薄的速率有增加的趨勢。在觸底後的前期階段，也會有較大的薄化速率。但是在成形的最後階段，由於變形板片與模具的接觸，受到模具表面牽制的影響，因而減緩了薄化效應。由於潤滑劑改變了變形試片觸底後金屬流及變形量的狀態，完全成形之柱狀杯形試件中，底部中心區域會有較大之變形量，厚度最薄的位置位於距離於成形零件底部中心點約為7.5 mm處，而非底部之彎角區域，而且這個區域也是空孔量最大的位置。在觸底前，由於較小之成形應變速率及背壓的作用，不但可以減少空孔的生成及成長，而且因壓應力的作用，還可能使較大空孔收縮而變小，甚至可能產生微小空孔消除的現象因此，成形試件中之空孔量。在觸底後之成形階段，由於加壓程序的關係，應變速率增加，而且背壓的作用也降低，造成空孔的生成與成長快速的增加，因而導致空孔率的急速上升。

    摘要 Ⅰ 目錄 Ⅲ 表目錄 Ⅴ 圖目錄 Ⅵ 第一章 前言 1 1-1 超塑性成形簡介 1 1-2 本文研究目的及範疇 4 第二章 文獻回顧 7 2-1 超塑性之分類 7 2-2 組成方程式(Constitutive Equation) 8 2-3 應變及應變速率的計算理論 9 2-4 空孔形成理論 11 第三章 實驗設備及過程 15 3-1 實驗材料 15 3-2 實驗設備 15 3-3 實驗步驟 18 第四章 結果與討論 22 4-1 成形壓力的控制方法 22 4-2 成形試片厚度分佈之探討 24 4-3 成形過程中試片厚度變化之探討 27 4-4 成形試件應變分佈之探討 29 4-5 成形過程中應變與應變速率變化之探討 30 4-6 空孔狀態之探討 33 4-7 成形過程中中心區域空孔狀態的綜合說明 39 4-8 不同成形條件對快速成形影響之綜合說明 39 第五章 結論 42 參考文獻 44 表3-1 SP-5083鋁鎂合金化學成分表 49 表3-2 SP-5083鋁鎂合金材料性質表 49 表4-1 450℃厚度分佈表 50 表4-2 500℃厚度分佈表 50 表4-3 450℃應變—位置 51 表4-4 500℃應變—位置 51 表4-5 450℃應變速率—位置 52 表4-6 500℃應變速率—位置 52 表4-7 450℃空孔率 53 表4-8 500℃空孔率 53 表4-9 成形溫度450℃時各階段之空孔狀態變化表 54 表4-10 成形溫度500℃時各階段之空孔狀態變化表 54 圖 1-1 超塑性成形吹氣成形製程示意圖 55 圖 2-1 晶界滑移造成空孔形成之示意圖 55 圖 2-2 背壓方式之超塑性成形 56 圖 3-1 熱壓機 56 圖 3-2 光學顯微鏡 57 圖 3-3 拋光機 57 圖 3-4 影像分析相關設備連接圖 58 圖 3-5 氬氣控制管路圖 58 圖 4-1(a) 450℃加壓程序圖 59 圖 4-1(b) 500℃加壓程序圖 59 圖 4-2 450℃各階段之成形外觀圖 60 圖 4-3 500℃各階段之成形外觀圖 61 圖 4-4(a) 450℃完全成形各點之位置 62 圖 4-4(b) 500℃完全成形各點之位置 62 圖 4-5 450℃觸底與完全成形厚度圖 63 圖 4-6 500℃觸底與完全成形厚度圖 63 圖 4-7 450℃厚度—時間圖 64 圖 4-8 500℃厚度—時間圖 64 圖 4-9 450℃入模角處之厚度—時間 65 圖 4-10 500℃入模角處之厚度—時間 65 圖 4-11 450℃中心點與入模角處厚度—時間之比較 66 圖 4-12 500℃中心點與入模角處厚度—時間之比較 66 圖 4-13 450℃完全成形與觸底之網格應變 67 圖 4-14 500℃完全成形與觸底之網格應變 67 圖 4-15 450℃應變—時間之關係圖 68 圖 4-16 500℃應變—時間之關係圖 68 圖 4-17(a) 450℃在中心點及最薄處之應變速率 69 圖 4-17(b) 500℃在中心點及最薄處之應變速率 69 圖 4-18 傳統等應變速率成形之壓力與時間關係圖 70 圖 4-19 450℃距離—應變速率關係圖 70 圖 4-20 500℃距離—應變速率關係圖 71 圖 4-21 450℃完全成形與觸底時之距離—空孔率關係 71 圖 4-22 500℃完全成形與觸底時之距離—空孔率關係 72 圖 4-23 450℃試片在中心點與最薄處之時間對空孔率關係圖72 圖 4-24中心點與最薄點在450℃單位面積空孔數與有效應變 之關係圖 73 圖 4-25 中心點在450℃時空孔直徑對單位面積空孔數關係圖73 圖 4-26 最薄點在450℃時空孔直徑與單位面積空孔數之 關係圖 74 圖 4-27 500℃試片在中心點與最薄處之時間對空孔率關係圖 74 圖 4-28 中心點與最薄點在500℃單位面積空孔數與有效應變 之關係圖 75 圖 4-29 中心點在500℃時空孔直徑對單位面積空孔數關係圖 75 圖 4-30 最薄點在450℃時空孔直徑對單位面積空孔數關係圖 76 圖 4-31 450℃、500℃完全成形之厚度比較圖 76 圖 4-32 450℃與500℃完全成形之空孔率的比較圖 77
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