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研究生： 邱國華
Cuo-Hua Ciou
論文名稱： MARC應用於軸對稱擠製加工問題之分析及其驗證
指導教授： 葉維磬
WEI-CHING YEH
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： 91
語文別： 中文
論文頁數： 98
中文關鍵詞： 擠製力 、剪應變 、變形場 、摩擦係數 、縮減率 、模具長度 、擠製 、MARC
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    • 摘要
    本文主要利用有限元素軟體MARC模擬軸對稱擠製問題，並將模擬結果與陳[19]之實驗及吳[22]之上界限理論互作驗證，以驗證MARC之妥適性。文中主要為分析胚料通過不同模具幾何形狀(直線、拋物線與最佳化實驗曲線)之擠製加工比較，分析在不同模具長度、縮減率與摩擦係數等加工參數下，其擠製負荷、模具出口剪應變與金屬流動的變化情形。
    由文中結果可知，MARC對於分析軸對稱擠製問題，在定性與定量上皆與實驗具一致性。且其在模具出口之剪應變預測性，在定性上明顯優於UB法所得之結果。在不同模具幾何形狀之比較上，發現經最佳化之實驗曲線，其所需之擠製成形力最小，但隨著斷面縮減率的增加與模長縮短的狀況下，其將無此優勢存在。

    目錄 頁碼 摘要 Ⅰ 目錄 Ⅱ 圖目錄 Ⅴ 表目錄 ⅩⅡ 符號說明 ⅩⅢ 第一章 緒論 1-1 前言 1 1-2 文獻回顧 2 1-3 研究動機與方法 7 第二章 有限元素法基本理論介紹 2-1 有限元素法基本觀念 9 2-1.1 元素之平衡方程式 10 2-1.2 結構之平衡方程式 11 2-2 Update Lagrangian Formulation(ULF)介紹 12 2-3 元素種類 12 2-4 材料性質定義模式 13 2-5 接觸問題之定義 14 2-5.1 接觸定義 14 2-5.2 接觸問題的處理步驟 15 2-6 非線性代數方程式求解方法 16 第三章 驗證條件與分析方法 3-1 基本假設 18 3-2 模具幾何外形 19 3-2.1 實驗之模具幾何外形 19 3-2.2 理論分析之模具幾何外形 20 3-3 胚料幾何尺寸與材料性質 24 3-4 摩擦條件 25 3-5 MARC之摩擦效應 25 3-6 收斂檢查 26 3-7 MARC建模程序 27 3-8 剪應變計算 30 第四章 實驗驗證與比較分析 4-1 實驗驗證 32 4-1.1 變形場之驗證 32 4-1.2 剪應變之驗證 34 4-1.3 擠製力之驗證 36 4-2 不同模具曲線之比較分析 38 4-2.1 縮減率之影響 39 4-2.2 摩擦條件之影響 41 4-2.3 模具長度之影響 42 第五章 結論與建議 5-1 結論 44 5-2 建議 45 參考文獻 95 圖目錄 頁碼圖1-1 擠製加工法示意圖 46 (a)直接擠製法、(b)間接擠製法 (c)液靜壓擠製法、(d)衝擊擠製法 圖2-1 接觸之定義圖 47 圖3-1 模具外形示意圖 48 圖3-2 橢圓曲線示意圖 49 圖3-3 雙曲線示意圖 50 圖3-4 拋物線示意圖 51 圖3-5 參數b所對應之曲線形狀圖 52 圖3-6 擠製試片 53 (a) 分離式試片尺寸示意圖 (b) 非分離式試片尺寸示意圖 圖3-7 Al6061-O工程應力-工程應變曲線圖 54 圖3-8 Al6061-O真實應力-真實應變曲線圖 54 圖3-9 MARC處理流程圖 55 圖3-10 MARC網格畫分模型圖 56 圖3-11 剪應變與等效半徑示意圖 56 (a) 實驗之變形場圖 (b) FEM之變形場圖 圖4-1 Case 1變形場圖(Ra=30%，m=0.2，L=12mm) 57 (a) 實驗之變形場圖 (b) FEM之變形場圖 圖4-2 Case 2變形場圖(Ra=45%，m=0.2，L=12mm) 58 (a) 實驗之變形場圖 (b) FEM之變形場圖 圖4-3 Case 3變形場圖(Ra=60%，m=0.2，L=12mm) 59 (a) 實驗之變形場圖 (b) FEM之變形場圖 圖4-4 Case 1變形場圖(Ra=30%，m=0.23，L=12mm) 60 (a) 實驗之變形場圖 (b) FEM之變形場圖 圖4-5 Case 2變形場圖(Ra=45%，m=0.23，L=12mm) 61 (a) 實驗之變形場圖 (b) FEM之變形場圖 圖4-6 Case 3變形場圖(Ra=60%，m=0.23，L=12mm) 62 (a) 實驗之變形場圖 (b) FEM之變形場圖 圖4-7 Case4變形場圖(Ra=45%，m=0.2，L=8mm) 63 (a) 實驗之變形場圖 (b) FEM之變形場圖 圖4-8 Case 5變形場圖(Ra=45%，m=0.2，L=16mm) 64 圖4-9 剪應變分佈圖(Case1，Ra=30%，m=0.2，L=12mm) 65 圖4-10 剪應變分佈圖(Case2，Ra=45%，m=0.2，L=12mm) 65 圖4-11 剪應變分佈圖(Case3，Ra=60%，m=0.2，L=12mm) 66 圖4-12 不同摩擦應力所對應之剪應變分佈圖 66 (Case1，Ra=30%，L=12mm) 圖4-13 不同摩擦應力所對應之剪應變分佈圖 67 (Case2，Ra=45%，L=12mm) 圖4-14 不同摩擦應力所對應之剪應變分佈圖 67 (Case3，Ra=60%，L=12mm) 圖4-15 剪應變分佈圖(Case4，Ra=45%，m=0.2，L=8mm) 68 圖4-16 剪應變分佈圖(Case5，Ra=45%，m=0.2，L=16mm) 68 圖4-17 不同模長對應之剪應變分佈圖 69 (Ra=45%，m=0.2)，實驗結果 圖4-18 不同模長對應之剪應變分佈圖 69 (Ra=45%，m=0.2)，FEM解 圖4-19 不同模長對應之剪應變分佈圖 70 (Ra=45%，m=0.2)，UB解 圖4-20 Case1擠製力-擠製行程圖 70 (Ra=30%，m=0.2，L=12mm) 圖4-21 Case2擠製力-擠製行程圖 71 (Ra=45%，m=0.2，L=12mm) 圖4-22 Case3擠製力-擠製行程圖 71 (Ra=60%，m=0.2，L=12mm) 圖4-23 縮減率對擠製壓力比較圖(L=12mm) 72 圖4-24 Case1擠製力-擠製行程圖 72 (Ra=30%，m=0.23，L=12mm) 圖4-25 Case2擠製力-擠製行程圖 73 (Ra=45%，m=0.23，L=12mm) 圖4-26 Case3擠製力-擠製行程圖 73 (Ra=60%，m=0.23，L=12mm) 圖4-27 不同模長對應之擠製力-擠製行程圖 74 (Ra=45%，m=0.2)，實驗結果 圖4-28 不同模長對應之擠製力-擠製行程圖 74 (Ra=45%，m=0.2)，FEM解 圖4-29 模長對擠製壓力比較圖(RA=45%) 75 圖4-30 形狀參數b對擠製力圖 75 圖4-31 通過直線模之變形場圖(Ra=30%，m=0.2，L=12mm) 76 圖4-32 通過拋物線模之變形場圖(Ra=30%，m=0.2，L=12mm) 76 圖4-33 通過直線模之變形場圖(Ra=45%，m=0.2，L=12mm) 77 圖4-34 通過拋物線模之變形場圖(Ra=45%，m=0.2，L=12mm) 77 圖4-35 通過直線模之變形場圖(Ra=60%，m=0.2，L=12mm) 78 圖4-36 通過拋物線模之變形場圖(Ra=60%，m=0.2，L=12mm) 78 圖4-37 通過不同模具曲線之剪應變比較圖 79 (Ra=30%，m=0.2，L=12mm) 圖4-38 通過不同模具曲線之剪應變比較圖 79 (Ra=45%，m=0.2，L=12mm) 圖4-39 通過不同模具曲線之剪應變比較圖 80 (Ra=60%，m=0.2，L=12mm) 圖4-40 通過不同模具曲線之擠製力比較圖 80 (Ra=30%，m=0.2，L=12mm) 圖4-41 通過不同模具曲線之擠製力比較圖 81 (Ra=45%，m=0.2，L=12mm) 圖4-42 通過不同模具曲線之擠製力比較圖 81 (Ra=60%，m=0.2，L=12mm) 圖4-43 實驗曲線之變形場圖(Ra=30%，L=12mm) 82 圖4-44 直線之變形場圖(Ra=30%，L=12mm) 82 圖4-45 拋物線之變形場圖(Ra=30%，L=12mm) 83 圖4-46 通過實驗曲線模之剪應變圖(Ra=30%，L=12mm) 83 圖4-47 通過直線模之剪應變圖(Ra=30%，L=12mm) 84 圖4-48 通過拋物線模之剪應變圖(Ra=30%，L=12mm) 84 圖4-49 通過實驗曲線模之剪應變圖(Ra=45%，L=12mm) 85 圖4-50 通過直線模之剪應變圖(Ra=45%， L=12mm) 85 圖4-51 通過拋物線模之剪應變圖(Ra=45%，L=12mm) 86 圖4-52 通過實驗曲線模之剪應變圖(Ra=60%，L=12mm) 86 圖4-53 通過直線模之剪應變圖(Ra=60%，L=12mm) 87 圖4-54 通過拋物線模之剪應變圖(Ra=60%，L=12mm) 87 圖4-55 通過不同模具曲線之擠製力比較圖(Ra=30%，L=12mm) 88 圖4-56 通過不同模具曲線之擠製力比較圖(Ra=45%，L=12mm) 88 圖4-57 通過不同模具曲線之擠製力比較圖(Ra=60%，L=12mm) 89 圖4-58 直線之變形場圖(Ra=45%，m=0.2，L=8mm) 89 圖4-59 拋物曲線之變形場圖(Ra=45%，m=0.2，L=8mm) 90 圖4-60 直線之變形場圖(Ra=45%，m=0.2，L=16mm) 90 圖4-61 拋物曲線之變形場圖(Ra=45%，m=0.2，L=16mm) 91 圖4-62 通過不同模具曲線之剪應變比較圖 91 (Ra=45%，m=0.2，L=8mm) 圖4-63 通過不同模具曲線之剪應變比較圖 92 (Ra=45%，m=0.2，L=16mm) 圖4-64 通過不同模具曲線之擠製力比較圖 92 (Ra=45%，m=0.2，L=8mm) 圖4-65 通過不同模具曲線之擠製力比較圖 93 (Ra=45%，m=0.2，L=16mm) 表目錄 頁碼 表3-1 實驗模具幾何尺寸相關參數值 94

    參考文獻
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