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鈑金液壓引伸成形之電腦模擬分析: 

鈑金液壓引伸成形之電腦模擬分析 口試學生：張昭仁 指導教授：徐澤志 口試委員：邵清安、陳永樹、李旺龍

報告大綱: 

報告大綱 研究目的 文獻回顧 液壓引伸成形簡介與應用 理論與研究方法 實驗 結果與討論 結論

Slide3: 

鈑金成形(sheet forming)： 張伸、引伸、液壓引伸成形

液壓引伸成形簡介與應用: 

液壓引伸成形簡介與應用

Slide5: 

模具構造簡單，可減少製造母模之費用 可提高成形極限，並且有較高的引伸比 產品厚度均勻、表面光滑 可成形出較複雜或較高精度的製品 成形緩慢 仍有破裂、起皺之可能性

Slide6: 

引擎外殼 機車油箱鈑金 水槽 雷達外殼

Slide8: 

市場：Dana公司、Magna公司 ULSAB (Ultra Light Steel Auto Body) 2002北美國際車展，雪福蘭 Bel Air概念車

研究目的: 

比對相關文獻（傳統、液壓引伸）。 完成實驗並與MARC模擬比對。 找出增量、摩擦係數、液體壓力，對液壓引伸成形之影響。 研究目的

文獻回顧: 

（1）引伸成形之數值分析 文獻回顧 1965年Woo為最早使用數值方法，分析鈑金成形的學者，以有限差分法分析鈑金張伸成形。 1989年Kobayashi等人，以有限元素法，分析張伸、引伸及彎曲等鈑金成形之研究。 1994年A. Shirizly學者，採上邊界與下邊界法模擬金屬之塑性變形，並與實驗比較。

Slide11: 

1995年徐澤志、楊東昇，利用有限元素及真實摩潤模式，探討材料及製程因素對鈑金成形性的影響，可預測鈑金成形極限並於實驗中得到驗證。 1997年，Huang學者，應用彈塑性有限元素（elasto-plastic finite element）分析引伸製程，比較兩種潤滑方式差異，並與實驗比較。 2001年Li Ping Lei等學者，使用有限元素軟體MARC，模擬三維體的彎曲(bending)與引伸(drawing)加工製程。

(2)液壓引伸成形: 

1951年，首先由美國Cincinnati Milling Machine公司發表液壓引伸成形法。 1977～1988年Yossifon等人，研究液壓引伸成形，考慮幾何形狀與材料，分析液壓成形，並以能量法預測破裂臨界壓力的起皺臨界壓力，找出容許工作壓力區。 (2)液壓引伸成形 1990年，D. Y .Yang和T. S. Noh兩位學者，以上邊界法探討正多角形衝錘液壓引伸成形之合理工作壓力液壓路徑（1998 年，任意對稱形狀的衝頭）。

Slide13: 

1994年，J. C. Gelin學者，分析影響全周液壓引伸成形的參數，並完成液體壓力和壓鈑壓力的相關方程式，同時分析材料參數的影響性，並與實驗做比較驗證。 1997年，Takeo Nakagana和1988，邱先拿，提出各式已應用的液壓引伸成形的特色，指出液壓引伸成形的成品成形性佳、形狀可更複雜，並且節省成本。 1999年，S. Thiruvarudchelvan學者，研究在固定液體壓力之液壓引伸成形製程，求出鈑材破裂的液壓上限壓力值與起皺下限壓力值。

Slide14: 

(1995～2001年)，S. Thiruvarudchelvan學者，對於新型液助引伸成形製程有完整的研究，研究中包含其理論之液壓路徑圖，更探討不同模具尺寸、潤滑方式、成形極限之影響，並討論破壞和起皺發生的情形。 2000年，S. H. Zhang等學者，以液壓引伸成形技術，引伸拋物線杯狀的成品，以理論預測出破裂或起皺的狀況，並以實驗驗證之。

理論與研究方法: 

理論與研究方法 MARC Mentat Mentat

實驗: 

實驗 一、實驗步驟

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二、設備 (1)拉伸試驗機 (2)電化蝕刻設備

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(3)液壓引伸成形機

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鈑材蝕刻後與成品照片

結果與討論: 

結果與討論

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(1-1)傳統引伸成形比對： Huang 實驗-衝錘力量對衝錘行程比較圖

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Huang 實驗-厚度對相對位置分佈比較圖

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Huang 模擬-厚度對相對位置分佈比較圖

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(1-2) 液壓引伸成形比對： Tirosh 實驗-無因次液壓對衝程路徑圖

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Tirosh 實驗-最大真實主應變與最小真實主應變比較圖

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(2)模擬與實驗比對 邊界條件： 1.Fix Displacement 2.FLOWER FORCE Rigid body:punch、die Deformable body:sheet Friction Coef.=0.4

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MARC 之三維液壓引伸成形模擬圖

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(2-1)定壓實驗與模擬比對： 定液壓下模擬與實驗之最小真實主應變比較圖 C1 ＜ C2

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定液壓下模擬與實驗之最小真實主應變比較圖 C1 ＜ C2

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(2-2)變液壓實驗與模擬比較： 實驗之液壓路徑圖

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變液壓路徑下模擬與實驗之最大真實主應變比較圖 P1＞P2

Slide32: 

變液壓路徑下模擬與實驗之最小真實主應變比較圖 P1＞P2

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(3)各因子對液壓引伸成形的影響 (3-1)定壓成形： 1.衝錘增量： 增量0.22、0.166、0.1 不同衝錘增量之厚度分佈圖

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2.摩擦係數： 鈑材與衝錘=鈑材與模具 0、 0.2、 0.4、 0.6 不同摩擦係數之厚度分佈圖

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不同摩擦狀況下厚度分佈圖 CON7:衝錘間0.2＜模具間0.6 CON8:衝錘間0.6＞模具間0.2 鈑材與衝錘≠鈑材與模具

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3.液體壓力： 不同壓力之厚度分佈圖 4、 8、 12

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單一液壓路徑下不同衝錘增量之厚度分佈圖 1.衝錘增量： 0.2、 0.13、 0.1 (3-2)變壓成形：

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2.摩擦係數： 鈑材與衝錘=鈑材與模具 0、 0.2、 0.4、 0.6 不同摩擦係數之厚度分佈圖

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不同摩擦狀況之厚度分佈圖 PATH7:衝錘間0.2＜模具間0.6 PATH8:衝錘間0.6＞模具間0.2 鈑材與衝錘≠鈑材與模具

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3.液體路徑： 不同斜率液壓路徑下之厚度分佈圖 斜率：PATH1 ＜ PATH9 ＜ PAHT10

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初始壓力：PATH11 ＜PATH12 ＜PATH13 不同初始液壓路徑下之厚度分佈圖

結論: 

結論

Slide43: 

減小鈑材突起效應，可減少厚度分佈的不穩定性，提高產品的成形性。 較低的摩擦係數厚度會較厚，但其厚度較不均勻。 當模具與鈑材間的摩擦係數高時，成品厚度較薄，且較均勻。 定壓下，較高的壓力，成品之厚度會較薄，但較不穩定。液壓路徑下，壓力高成品厚度較薄，但初始壓力太高、或斜率太低，厚度會有不穩定的現象。 變壓路徑引伸成形，有較均勻的厚度分佈。

報告結束: 

報告結束 ～感謝指教～

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定壓 液壓路徑 結論1

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定壓 液壓路徑 結論2

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定壓 液壓路徑 結論3

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定壓 液壓路徑 結論4&5