應用有限元素法於擠製分析與可加工性預測

Abstract

在擠製加工成形時，影響加工成品性質變數相當多。所以工程設計人員必須先具備擠 製加工過程中各種擠製變數對加工元件性質影響的具體瞭解，才能夠針對各種不同性 質的材料在不同的要求下設計出最佳的擠製加工程序。由在金屬的成形過程中產生相 當大的塑性變形量，而一般金屬的彈性變形量都非常小。二者相互比較之下可以將彈 性變形部份忽略不計，而只考慮塑性變形的部份。另外在電腦計算能力日益擴大的幫 助下，有限元素法成為實際而又準確性高的數值分析工具。因此在本論文中採用有限 元素法中的剛塑性模式來研究擠製工件在加工成形中各種性質與擠製加工變數之間的 關係。本文討論以在常溫下擠製加工中的穩定成形階段為範圍，並且採用完全不具加 工硬化性質的理想材料與具加工硬化性質的實際鋼材SAE １１１２加以模擬，並比較 在完全無磨擦力的理想情況下加工元件材料性質的變化。在磨擦力的模擬方面是本論 文研究的重點。由於一般擠製加工過程中均預先作潤滑，石墨是最常用作潤滑材料， 而石墨在常溫下為片狀形態存在，因此本論文中另外研究於庫倫磨擦法則（Coulomb frict-ion law ）的假設下對以上二種材料作擠製加工的模擬，並評估磨擦力對擠製 元件性質的影響性。此外，鋁合金材料（A １２０２４－T ３５１）也用有限元素法 對於各種擠製比值下的擠製加工性質加以研究，並將這些結果配合Cockcroft 所提出 的破壞理論來預測加工成品的工成品的中心破裂（Center bursting ）情況是否發生 。最後再與Hoffmanner所得到的實驗結果相互應證。