内六角凸缘螺栓之胚料剪断面及成形分析.PDFVIP

工程科技與教育學刊 第 12 卷 第 1 期 第014～028 頁 民國104 年6 月 內六角凸緣螺栓之胚料剪斷面及成形分析 許昭和 、朱倉宏 國立高雄應用科技大學 模具工程系 通訊作者電子郵件：qsef-0712@ 摘 要 扣件的成形中胚料的剪切斷面品質往往影響到後續的成形階段，因此本研究重點在減少剪切胚料時所產生 的毛邊、變形及斷面傾斜。文中採用 FMEA 來針對剪切時可能發生之風險來進行評估，並找出應該優先避免 之風險，以及使用 3D 繪圖軟體進行幾何形狀繪製及有限元素軟體模擬驗證，由於大多數的研究都集中在針對 平板剪切，因此研究棒材剪切將是一個很嚴峻的挑戰。本文應用有限元素軟體 DEFORM 來模擬分析剪切時胚 料的變形狀況，並且針對剪切後的幾何外形進行後續的成形模擬，發現其成形負荷在第一道次約增加了 68% ， 並加上田口方法設計最適當的剪切條件，其剪斷時剪切負荷差異達 18% 。 關鍵字：剪斷，毛邊，CAE 1.前 言 在高強度扣件冷鍛成形的研究中，為了減少分析複雜度和提升分析效率，以往都將線材視為理想狀況 （非 等向性、均值性與無缺陷等）進行討論。針對成形分析前加入線材剪斷之分析，探討線材剪斷面之品質對高強 度扣件產品品質的影響，對線材剪斷模具作優化設計。本研究將剪切條件與剪斷模具的設計進行修正，如適當 的剪刀速度、剪刀與眼模之間隙以及剪刀設計等等，對於後續成形的品質影響做整理。本文使用田口直交表對 所選之製程條件做適當的水準規畫，透過S/N 比及變異數分析得到最佳參數之組合為目標。 為了因應全球所追求之扣件材料逐漸趨向環保、質量輕以及減少能源耗損等等，然而在扣件成形中，因為 胚料進行剪斷後所產生的問題，進而影響後續道次的成形。Mahdi Bahrami[1]等人，介紹失效模式與影響分析 （FMEA ，Failure Modes and Effects Analysis ）的技術功能以及使用方式跟目的 ，並舉出使用實例，並成功的達 到優化系統流程與降低開發成本的目的。鈴木順二郎[2]等人，提出 FMEA 是一種預防可靠度設計分析之技 術，主要分為失效模式與效應，前者為失效的表現形式，例如毛邊、斷面不平以及變形等等，然而後者指的是 失效模式所造成的可用度、維護度、安全性等等之影響。D.M. Barends[3]等人應用 FMEA ，將發生率、偵測率 以及發生度根據嚴重的程度分類，計算風險優先數（R.P.N ）然後進行修正，舉相關例子並對每個單獨的故障 模式可以進行分析單獨排解。趙立隆[4] ，提出失效模式與效應分析在生產管理之初期管理應用，用來事先評新 產品、新技術或新設備之失效模式，對往後整個系統之影響，並列出可改善之方法，提供事先預防措施，確實 後續關鍵因素能掌握，有效改善並成長。 胚料剪切之研究要進行實屬不易，不同胚料會有不同的剪切參數以及剪切方法，主要還是根據現場較有經 驗的師傅去進行調整。Woei-Shyan Lee[5]等人，說明不同鋼種下的剪切行為，透過實際剪切下來的樣品進行金 相觀察，發現剪切的流動應力和剪切帶的形成，主要取決於含碳量以及應變率。然而在剪切時也是要講求生產 率，Jochen Breitling[6]等人，提出模擬特殊的設備來提高生產率，利用電腦系統來控制胚料剪切時的體積，並 找出主要會影響過程的變數，例如刀片間隙、材料性質和模具的幾何結構進行模擬，找出最佳的參數組合將生 產率提高。傳統的圓棒剪切技術有許多缺點，例如表面質量不均、生產率低以及浪費材料等等，J. L. Song[7] 等人，根據這些缺點進行改善，提出一種精度高的精密切削技術，在不同的工作條件下，藉由有限元素模擬進 Journal of Engineering Technology and Education , ISSN 1813-3851 內六角凸緣螺栓之胚料剪斷面及成形分析