考虑定剪摩擦下已结合双层复合圆环旋转压缩成形之有限元素模拟最佳化.PDFVIP

2012 彰雲嘉大學校院聯盟學術研討會 101.12.07 考慮定剪摩擦下已結合雙層複合圓環旋轉壓縮成形之有限元素模擬最佳化 1* 2 2 鄒國益 姜庭隆 邱中毓 1高苑科技大學機械與自動化工程系 （82151 高雄市路竹區中山路 1821 號） 2 國立屏東科技大學機械工程系 （91201 屏東縣內埔鄉老埤村學府路 1 號） * E-mail:gowyitzou@cc.kyu.edu.tw 摘要 4 本研究使用田口法來探討已結合雙層複合圓環旋轉壓縮成形 ，以田口法L (3 )直交表進行實驗規劃， 9 包含有4種不同的實驗參數旋轉角速度、複合圓環高度比、摩擦因子比及幾何外觀比之實驗參數，加以探 討已結合雙層複合圓環旋轉壓縮特性之影響，並求得已結合雙層複合圓環外表面自由表面均勻變形之最 佳化的實驗參數。對於已結合雙層複合圓環旋轉壓縮成形最佳化，本研究以DEFORM-3D軟體進行有限元 素模擬，模具與雙層複合圓環之間的摩擦假設為定剪摩擦，上下模具之摩擦可不同。雙層複合圓環成形 後外表面形狀、等效應力、等效應變、速度場 、壓縮負荷及旋轉扭矩可由有限元素模擬求得 。有效的調 整各種壓縮條件以控制雙層複合圓環表面之均勻變形以易於雙層複合圓環之二次加工。所得結果可提供 鍛造工業之參考。 關鍵字 ：田口法、已結合雙層複合圓環、旋轉角速度 、複合圓環高度比 、摩擦因子比 。 1. 前言 壓縮成形係將圓柱、圓環、板材胚料放置於工具與模具中，施加負荷使工件產生塑性變形，是一種 鍛件預成形之常用技術。旋轉壓縮成形與壓縮成形的不同，則是將工件或模具旋轉，模具向下施加負荷 做壓縮成形，是一種新興之塑性成形技術，可大量減少壓縮負荷。然而今日為了解決在圓盤及圓柱或圓 環壓縮成形製程中所產生的問題，例如在材料內外部會有不平坦之變形及裂縫，側表面會有鼓起變形 (Bulging Deformation) ，已經有許多位專家進行了相關之研究，分析壓縮成形製程中所產生的壓縮成形負 荷、材料流動、應力及應變分佈等問題。Douglas 和Altan (1975)利用圓環壓縮試驗來預測不同壓下率及 溫度下之塑流應力。Sofuoglu 和Rasty (1996)利用圓環壓縮試驗來量測摩擦係數，可求得摩擦係數校正曲 線，並且利用彈塑性有限元素法的ABAQUS 軟體來模擬。Xua 等(1997)則利用剛塑性有限元素法加以分 析圓柱旋轉壓縮成形，文中指出此法可大量降低壓縮負荷，尤其較薄之工件，並指出利用旋轉壓縮成形 可減少不均勻之變形。Kim 等(2001)考慮在定剪摩擦及圓柱旋轉下，利用上界限法建立3D 之動可容速度 場，探討圓柱旋轉鍛粗成形之塑性行為，文中亦顯現此成形法可大量減少鍛粗負荷及鼓起變形。Kim 等 (1999, September)利用雙流線函數法(Dual Stream Function)建立3D 之動可容速度場探討圓柱旋轉鍛粗成 形之塑性行為，此分析模式比較準確，且Kim 等(2000, September)亦利用雙流線函數法探討工具旋轉與圓 柱不旋轉之塑性行為。Huang 與Tzou 等 (2002 ，2004 ，2002, January) 利用切片法分別建立三種分析模式， 定剪摩擦、庫侖摩擦和混合摩擦，在圓柱旋轉壓縮成形下，探討不同之應力分佈和壓縮負荷，然而降伏 準則並沒有考慮周向摩擦剪應力。Tzou 等(2006)進行圓柱旋轉壓縮成形之分析與實驗驗證，主要提出切 片法與上界限法在定剪摩擦下之壓縮負荷之比較，對於上界限法而言，是使用三維動可容速度場以求得 整體能量之消耗功率，最後再與實驗相互驗證。鄒國益等(2010)以Superform 軟體探討定剪摩擦下雙層複