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研究生: 陳麒翰
Chen, Chi-Hang
論文名稱: 不銹鋼平板搓牙製程有限元素法分析之研究
Investigation on Finite Element Analysis for Flat-Die Thread Rolling of Stainless Steel
指導教授: 李榮顯
Lee, Rong-Shean
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 機械工程學系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2004
畢業學年度: 92
語文別: 中文
論文頁數: 82
中文關鍵詞: 微硬度有限元素法平板搓牙製程
外文關鍵詞: flat-die thread rolling, finite element method, micro-hardness
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  •   從一九七零年代以來,台灣在螺絲螺帽產業上有相當顯著的發展,而在趨於激烈的國際競爭中,端賴現場工程師的實務經驗與試誤法則已無法解決未來技術研發的需求,因此朝向高產值與高等級產品發展的同時,也必須對於螺絲之製程建立科學化的分析。

      螺絲滾牙成形具有卓越的機械性質,且平板搓牙製程已普遍應用於螺絲產業,但是其產品品質、牙板壽命與生產效能受到複雜製程參數的影響。本文便是針對此製程中重要的製程參數及影響,利用有限元素套裝軟體-DEFORM 3D進行二維與三維的製程模擬,研究各參數對於製程的影響,並與實際產品之微硬度試驗結果相互驗證。

      本文歸納出關鍵製程參數主要包括介面摩擦係數、胚料材料性質、生產製程道次以及搓牙壓造量等,並由模擬結果中發現,等效應力、等效應變與金屬流動明顯受到這些製程參數的影響。而經由本文對於平板搓牙製程參數之分析結果,可以提供製程工程師作為參考。

      The screw and nut industry in Taiwan had significant developments since 1970’s. Recently, the industry faces quite severe international competition. Relying on experiences and trial-and-error approach can not meet the future technological requirement of this industry. Therefore, it’s necessary to set up scientific analyses of the process while the development of the high quality screw and nut products for special alloy steel becomes increasingly important.

      Flat-die thread rolling is a kind of cold rolling with superior mechanical properties, but product quality, die life-span and efficiency are influenced by complicated parameters. This thesis investigates the effects of the parameters on effective stress, effective strain, thread height and process load with finite element method software DEFORM 3D,. Moreover, micro-hardness test was used to verify the suitability and accuracy of finite element method for flat die thread rolling process.

      This thesis’s conclusion about the thread rolling process parameters including material properties, flat thread die geometry, friction coefficient of interface, interval between two thread dies and rolling process. According to the analysis result of this thesis, engineers can take it as reference.

    摘要………………………………………………………………………I 英文摘要 ………………………………………………………………II 誌謝……………………………………………………………………III 總目錄 …………………………………………………………………IV 表目錄…………………………………………………………………VII 圖目錄 …………………………………………………………………IX 第一章 前言 ……………………………………………………………1 1-1 緒論…………………………………………………………………1 1-2 台灣螺絲產業發展與特質…………………………………………2 1-2-1 台灣螺絲螺帽產業發展……………………………………2 1-2-2 台灣螺絲螺帽產業特性……………………………………3 1-3 文獻回顧……………………………………………………………5 1-4 本文研究範疇………………………………………………………6 第二章 螺絲生產製程特性 ……………………………………………9 2-1 螺絲生產製程簡介…………………………………………………9 2-1-1 何謂螺紋……………………………………………………9 2-1-2 螺絲生產製程簡介 ………………………………………10 2-1-3 搓牙製程簡介 ……………………………………………11 2-1-4 螺紋表示法-萬國標準(ISO)系統 ………………………14 2-1-5 螺絲用不銹鋼 ……………………………………………17 2-2 平板搓牙製程之優點與限制 ……………………………………17 第三章 電腦模擬分析…………………………………………………19 3-1 數值模擬於塑性加工之目的與應用 ……………………………19 3-2 塑性成形之FEM力學模式分析 …………………………………21 3-3 DEFORM 3D軟體功能簡介…………………………………………25 3-4 模擬條件規劃 ……………………………………………………28 3-4-1 二維平面應變模擬簡化之假設 ………………………… 28 3-4-2 CAD模型之建立與網格佈建………………………………29 3-4-3 模擬之假設模式 …………………………………………39 3-4-4 平板搓牙製程有限元素模式建立與參數設定 …………40 3-4-5 收斂性分析 ………………………………………………43 第四章 平板搓牙製程產品分析………………………………………46 4-1 平板搓牙產品之鍛流線分析 ……………………………………46 4-2 平板搓牙產品之微硬度分析 ……………………………………47 第五章 結果與討論……………………………………………………52 5-1搓牙成形之模擬結果 ……………………………………………52 5-2 摩擦係數對於平板搓牙製程之影響 ……………………………54 5-2-1 等效應力分析 ……………………………………………54 5-2-2 等效應變分析 ……………………………………………56 5-2-3 摩擦係數對於搓牙製程之影響 …………………………58 5-3 三維FEM模擬結果與二維FEM模擬結果比對 …………………61 5-3-1 三維模擬資料 ……………………………………………62 5-3-2 二維模擬與三維模擬比較 ………………………………66 5-4 模具長度設計對平板搓牙製程之分析 …………………………68 5-6 鍛流線與微硬度之分析 …………………………………………72 5-6-1 鍛流線與等效應變分析之比較 …………………………72 5-6-2 微硬度量測結果 …………………………………………73 5-6-3 模擬預測硬度值與實驗微硬度之比較 …………………74 第六章 結論與建議……………………………………………………76 6-1 結論 ………………………………………………………………76 6-2 建議 ………………………………………………………………78 參考文獻 ………………………………………………………………79

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    下載圖示 校內:2006-07-30公開
    校外:2006-07-30公開
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