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研 究 生：李銘展 指導教授：楊俊彬 博士 中華民國 100 年 05 月 20 日

水平複動化鍛造模組設計與開發運用於自行車零件. A Study on the Design and Development of Horizontal Multi-Action Forging Die Set for the Bicycle Hub. 研 究 生：李銘展 指導教授：楊俊彬 博士 中華民國 100 年 05 月 20 日. 大 綱. 一、前言 二、研究目的 三、研究方法與步驟 四、結果與討論 五、結論. 一、前言 二、研究目的 三、研究方法與步驟 四、結果與討論 五、結論. 前 言.

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研 究 生：李銘展 指導教授：楊俊彬 博士 中華民國 100 年 05 月 20 日

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Presentation Transcript

  1. 水平複動化鍛造模組設計與開發運用於自行車零件水平複動化鍛造模組設計與開發運用於自行車零件 A Study on the Design and Development of Horizontal Multi-Action Forging Die Set for the Bicycle Hub 研 究 生：李銘展 指導教授：楊俊彬 博士 中華民國100年05月20日

  2. 大 綱 一、前言 二、研究目的 三、研究方法與步驟 四、結果與討論 五、結論

  3. 一、前言 二、研究目的 三、研究方法與步驟 四、結果與討論 五、結論

  4. 前 言 • 目前自行車零件之輕量化與製造近淨形化為提升產品價值之主要方向。 • 傳統的鍛造方法大都應用於鍛製實體鍛件，但是若像高壓管件、歧狀閥件等具有單方向或多方向中空孔穴之特點，若應用複動化鍛造成形模具進行複動化鍛造，即可達到減少材料、減少後續加工時間之目的。

  5. 鋁鈧合金（AA 7xxx-Sc） • 本研究所使用之胚料為鋁鈧合金，其材料特性如下表所示。 資料來源：【台灣穗高科技股份有限公司】

  6. 一、前言 二、研究目的 三、研究方法與步驟 四、結果與討論 五、結論

  7. 研究目的 • 本研究以「自行車用花鼓」為載具，進行複動化模組研究開發與製造，以期達到減少材料浪費及減少後續加工時間之目的。 • 主要研究為利用DEFORM軟體進行模擬分析，以得到最佳化之鍛造成形方式與參數，在應用CAD軟體繪製複動化鍛造模組及委外加工製造進行實體模具的開發。 • 進行實際鍛造實驗，以驗證設計成果。

  8. 一、前言 二、研究目的 三、研究方法與步驟 四、結果與討論 五、結論

  9. 研究流程 自行車用花鼓 水平複動化鍛造模組設計分析研究 模具零件設計與 發包製作 文獻蒐集與探討 確認研究載具 組裝測試 成形製程與實驗規劃 鍛造成形實驗 模具修改 鋁鈧合金之 成形性實驗 NO 最佳成形溫度 產品檢測與分析 實驗結果與討論 成形製程參數設計 NO 研究成果 成形模擬分析 OK 水平複動化機構設計

  10. 研究載具 • 本研究選定之載具如下圖所示，由於自行車用花鼓為軸部有中空孔穴之設計，鍛後須進行機械加工，但若採用水平複動化鍛造方式則可以完成花鼓大概形狀與部分軸部中空孔，減少機械加工量，可節省材料、時間，降低生產成本。 產品圖

  11. CAE模擬分析 材料 模型3D建構 三種不同外型設計 模仁、沖頭 鍛胚體積不同 參數設定 拔模角的影響 模擬 NO 分析結果 OK 最佳參數設計 CAE-模擬分析流程圖

  12. CAE-模型3D建構 左側-側向沖頭 胚料 模仁 右側-側向沖頭

  13. 拔模角 = 93° 拔模角 = 95° 拔模角 = 98° 拔模角 = 100° 拔模角 = 103° 拔模角 = 105° CAE-參數設定 不同沖頭拔模角設計 不同體積之鍛胚 不同體積之鍛胚

  14. CAE模擬參數設定

  15. CAE模擬參數設定

  16. 連桿機構模組設計

  17. 連桿機構運動分析 • 公式為連桿的水平夾角與沖頭水平移動距離之關係，可計算連桿在各個不同角度時，側向沖頭在水平方向的位移量，做為模組設計時之參考。 • Ｄ＝Ｌcosθ • Ｌ：連桿旋轉中心點到沖 頭滑塊旋轉中心點之距離 • θ：連桿與水平線之夾角 • Ｄ：沖頭水平位移量

  18. 鍛造成形設備 負荷擷取設備 複動化模組 600 噸油壓成型機 油壓動力單元

  19. 加熱設備 瓦斯噴槍 熱處理爐

  20. 一、前言 二、研究目的 三、研究方法與步驟 四、結果與討論 五、結論

  21. PART 1～ 鍛造成形CAE模擬分析

  22. 沖頭拔模角對成形性之影響 拔模角 = 93° 拔模角 = 95° 拔模角 = 98° 拔模角 = 100° 拔模角 = 103° 拔模角 = 105°

  23. 鍛胚體積對成形負荷與充填性之影響 -2％ -1％ 原體積

  24. 鍛胚體積對成形負荷與充填性之影響 (續) +1％ +2％

  25. 最佳模擬分析參數設定 1. 胚料尺寸：ψ42 mm × L126.3 mm 2. 胚料體積：174911 mm3 3. 胚料網格：40000 4. 胚料溫度：300℃（溫鍛） 5. 模具溫度：150℃ 6. 定剪摩擦係數μ：0.4 7. 側向沖頭速度：10mm/sec

  26. 胚料成形流動與負荷模擬分析（a）

  27. 胚料成形流動與負荷模擬分析（b）

  28. 胚料成形流動與負荷模擬分析（c）

  29. 模具應力與流線分析 模具應力分佈 成形流線圖

  30. PART 3～ 水平複動化鍛造成形實驗

  31. 水平複動化鍛造模組結構

  32. 水平複動化鍛造成形作動程序

  33. 水平複動化鍛造模組安裝

  34. 鋁合金（AA 7xxx-Sc）鍛造實驗 胚料置入 鍛造完成

  35. 實際鍛造影片

  36. 鋁合金鍛造成形負荷 • 合模力約241ton • 最大鍛造負荷約為329ton，扣除合模力後之實際成形負荷約為88ton

  37. 鋁合金鍛造成品

  38. 鋁合金鍛件剖面流線 • 鍛件內部之流線分布左右均勻，材料之流動情形與DEFORM模擬分析相當吻合。

  39. 鍛件成品檢討

  40. 一、前言 二、研究目的 三、研究方法與步驟 四、結果與討論 五、結論

  41. 結 論 • 經由DEFORM模擬分析結果得知，花鼓鍛造製程採用水平複動化鍛造成形模式為可行之方法，本實驗成形模擬過程中鍛胚的流動、應變及模具應力均正常合理。其鍛件最佳化設計為體積為+1%之體積、沖頭拔模角為100º之設計。 • 此產品之開發，預估可減少約10～20%之材料使用量以及後續加工之時間，以達到輕量化及近淨形鍛造之要求。 • 以水平複動化鍛造成形模組溫間鍛造鋁合金花鼓之實際成形負荷約為88噸， 成形負荷與模擬分析結果相近。 • 鍛件內部剖面流線呈現左右均勻分佈，鍛打之成品並無發現表面有裂痕或摺料之缺陷，顯示水平複動化鍛造成形模組為可行之設計。

  42. 簡報完畢 敬請指教

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