總目錄　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　頁 次 中文摘要.........................................Ⅰ 英文摘要.........................................Ⅱ 誌謝.............................................Ⅲ 總目錄...........................................Ⅵ 表目錄...........................................Ⅶ 圖目錄...........................................Ⅷ 符號說明.........................................Ⅹ 第一章 前言.......................................1 1-1 緒論..........................................1 1-2 文獻回顧......................................2 1-3 本文研究範疇.................................10 第二章 鋁擠製製程與模具失效模式..................12 2-1 鋁擠製製程簡介...............................12 2-1-1 直接擠製與間接擠製.........................13 2-1-2 鋁擠製製程中之材料流動方式.................16 2-2 窗形擠製模具簡介.............................19 2-2-1 模具之組成.................................19 2-2-2 窗形模具細部功能簡介.......................21 2-3 擠型製品之缺陷...............................23 2-4 模具損壞之原因...............................25 第三章 有限元素法與實驗設計法....................28 3-1 有限元素法於塑性加工之分析與應用.............28 3-1-1 有限元素法於塑性加工之應用.................28 3-1-2 塑性成形之FEM力學模式分析..................30 3-1-3 DEFORM-3D軟體簡介..........................33 3-2 田口式實驗設計法.............................36 3-2-1 品質設計之概念.............................37 3-2-2 品質損失函數...............................38 3-2-3 訊號雜訊比.................................41 3-2-4 參數之設計.................................43 3-2-5 參數最佳化實驗.............................46 第四章 模擬分析條件規劃..........................47 4-1 3D CAD模型之建立.............................47 4-2 模擬之假設模式...............................58 4-3 模擬之製程條件規劃...........................60 4-4 收斂性分析...................................62 4-5 模具幾何設計之參數規劃.......................63 第五章 結果與討論................................67 5-1 模擬實驗分析模具之等效應力分佈情況...........67 5-2 田品式直交表之模擬實驗結果分析...............71 5-3 模具幾何設計最佳化分析.......................74 5-4 原設計與最佳化設計之充模流動情形比較.........76 5-5 原設計與最佳化設計之擠製成形負荷比較.........80 5-6 原設計與最佳化設計之擠製成品比較.............81 第六章 結論與建議................................83 6-1 結論.........................................83 6-2 建議.........................................84 參考文獻.........................................85 附錄A............................................87 自述.............................................88 表目錄　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　頁 次 表1-1 與模具幾何設計之相關研究....................3 表1-2 田口式應用於金屬成形方面之研究..............7 表1-3 本文與相關文獻之研究方向比較................8 表2-1 直接擠製與間接擠製之優缺點比較.............15 表2-2 四種金屬流動型式的比較與應用...............18 表3-1 L18(21×37)直交表...........................45 表4-1 於DEFORM-3D中物件間之關係設定..............49 表4-2 胚料與模具材料及其材料模擬之模式...........61 表4-3 模擬參數規劃表.............................61 表4-4 模擬擠製製程之收斂分析的精度差異表.........62 表4-5 幾何設計參數對模具之影響及其水準配置.......65 表4-6 模擬實驗之控制因子及水準表.................66 表5-1 SecC-C及SecD-D上7個區域內之最大等效應力值..69 表5-2 模具設計因子之各組電腦模擬實驗之S/N比......72 表5-3 模具之設計參數因子對S/N比的反應表..........73 表5-4 原模具之設計與最佳化組合參數之比較.........75 圖目錄　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　頁 次 圖1-1 本文研究流程圖.............................11 圖2-1 常用於中空產品製造之擠型模具...............13 圖2-2 (a)直接擠製法 (b)間接擠製法................14 圖2-3 擠錠在盛錠筒內四種基本流動型式.............16 圖2-4 胚料在擠製過程中於盛錠筒內材料流動情形.....19 圖2-5 成品外型及幾何尺寸.........................20 圖2-6 窗形模具細部構造及材料流動路徑.............20 圖2-7 內部裂縫缺陷...............................24 圖2-8 窗形模具之實體及易發生破裂之位置...........25 圖3-1 金屬成形製程中製程參數之關係流程圖.........29 圖3-2 DEFORM-3D分析流程圖........................35 圖3-3 參數圖（P-Diagram）........................36 圖3-4 品質損失函數...............................37 圖3-5 兩種不同設計之品質性能分佈情...............38 圖3-6 兩階段最佳化過程...........................38 圖3-7 望目形之品質損失函數.......................40 圖3-8 望小形品質損失函數.........................40 圖3-9 望大型品質損失函數.........................41 圖4-1 原型胚料之三維幾何模型和網格模型...........47 圖4-2 (a)已充模之原型胚料 (b)預成型胚料之三維幾何模型...............................................48 圖4-3 (a)實際模具................................50 圖4-3 (b)公模之三維幾何模型......................51 圖4-4 母模之三維幾何模型.........................52 圖4-5 盛錠筒之三維幾何模型.......................52 圖4-6 擠壓桿之三維幾何模型.......................53 圖4-7 胚料網格細密化之網格佈建情形...............54 圖4-8 細化之後網格元素的平均邊長.................54 圖4-9 公模網格細密化後之網格佈建情形.............55 圖4-10 模具細密化之後網格元素之平均邊長..........56 圖4-11 擠製成形時模具與胚料之相互位置配置........57 圖4-12 公模上視圖................................64 圖4-13 (a)Sec A-A剖面及幾何參數設定..............64 圖4-13 (b)Sec B-B剖面及幾何參數設定..............65 圖5-1 Sec C-C上四個高等效應力區..................68 圖5-2 Sec D-D上三個高等效應力區..................68 圖5-3 (a)模具之設計參數因子對S/N比的反應圖.......73 圖5-3 (b)模具之設計參數因子對S/N比的反應圖.......73 圖5-4 模具最佳化組合設計之等效應力變動...........75 圖5-5 原設計之材料充模情形.......................76 圖5-6 最佳化設計之材料充模情形...................78 圖5-7 原設計於擠製製程中之成形負荷...............80 圖5-8 最佳化設計於擠製製程中之成形負荷...........81 圖5-9 原設計之擠製品模擬.........................82 圖5-10 最佳化設計之擠製品模擬....................82