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系統識別號 U0002-2908201215063100
中文論文名稱 金屬箔片外緣內曲摺邊微成形與回彈之研究
英文論文名稱 Study on Stretch Flange Micro Forming and Springback of Metal Foil
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 100
學期 2
出版年 101
研究生中文姓名 邱信翔
研究生英文姓名 Sin-Siang Ciou
學號 699370523
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2012-06-29
論文頁數 74頁
口試委員 指導教授-葉豐輝
委員-盧永華
委員-蔡國忠
委員-蔡慧駿
委員-李經綸
中文關鍵字 外緣內曲摺邊  精微成形  有限元素法  回彈 
英文關鍵字 Stretch Flange  Micro Forming  Finite Element Method  Springback 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本文係探討金屬箔片外緣內曲摺邊精微成形與回彈之研究,研究中首先使用顯性動態有限元素法模擬金屬箔片外緣內曲摺邊精微成形分析,然後接續使用隱性靜態有限元素法模擬回彈分析。為驗證數值模擬之正確性,本文設計一組外緣內曲精微摺邊模具進行實驗,探討有限元素法數值模擬分析對外緣內曲摺邊精微成形之各項結果的準確性。
本研究選用壓延銅箔與SUS304不銹鋼作為分析與實驗的材料,比較數值分析與實驗之成形最大沖頭負荷、成形後回彈角度和工件外形輪廓。研究中所探討成形最大沖頭負荷,壓延銅箔的數值模擬為0.7153N,實驗為0.6815N,SUS304不銹鋼的數值模擬為1.6495N,實驗為1.7340N。本研究之成形後回彈角度有二種,分別為底邊回彈角度與側邊回彈角度,壓延銅箔的底邊回彈角度數值模擬為102.93°,實驗為103.26°,側邊回彈角度的數值模擬為101.92°,實驗為102.44°;SUS304不銹鋼底邊回彈角度數的值模擬為114.34°,實驗為112.32°,側邊回彈角度的數值模擬為113.43°,實驗為110.86°。當成形且回彈後,壓延銅箔與SUS304不銹鋼的數值模擬與實驗工件外形輪廓套疊結果亦皆一致。經由數值模擬與實驗比較,各項結果誤差皆在合理範圍內,顯示本文成果可作為相關精微成形之研究參考。
英文摘要 This study aims to explore stretch flange micro-forming and springback of metal foil. In this study, first the explicit dynamic finite element method is applied to simulate the stretch flange micro-forming of metal foil. And then the implicit static finite element method is applied to analyze the stretch flange springback. In order to verify the accuracy of the numerical simulation, a set of dies is designed for the experiments of stretch flange micro-forming to explore the accuracy of the various results using the finite element method.
In this study, the rolled copper foil and SUS304 stainless steel are used for analyses and experiments. The maximum punch load, the springback angles, and the workpiece profile of the numerical simulation are compared with those of the experiment. The maximum punch load for rolled copper foil from the numerical simulation was 0.7153N and 0.6815N from the experiment. The maximum punch load for SUS304 stainless steel from the numerical simulation was 1.6495N and 1.7340N from the experiment. In this study, there were two types of springback angles after forming, including springback angle from bottom edge and that from side edge. For rolled copper foil, the springback angle from bottom edge from the numerical simulation was 102.93°, and 103.26° from the experiment, and the springback angle from side edge from the numerical simulation was 101.92°, and 102.44° from the experiment. For SUS304 stainless steel, the springback angle from bottom edge from the numerical simulation was 114.34°, and 112.32° from the experiment, and the springback angle from side edge from the numerical simulation was 113.43°, and 110.86° from the experiment. After forming and springback, the workpiece profiles from both the simulation and the experiment are also consistent. After the comparison between numerical simulation and experimental results, all the errors are within reasonable ranges. It shows that the results of this study can be used as a reference for future research regarding micro-forming.
論文目次 目 錄
中文摘要 I
英文摘要 III
目 錄 V
圖表索引 VIII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究動機 7
1.4 論文之構成 9
第二章 基本理論 10
2.1顯性動態有限元素法 10
2.2隱性靜態有限元素法 16
2.3 材料降伏方程式 16
第三章 有限元素分析與實驗 21
3.1 拉伸試驗 21
3.1.1 拉伸試驗規範 21
3.1.2 拉伸試驗之原理 22
3.1.3 拉伸試驗之材料準備 23
3.1.4 拉伸試驗之實驗步驟 24
3.1.5 拉伸試驗結果 26
3.2 摩擦試驗 27
3.2.1 摩擦試驗之設備與流程 27
3.2.2 摩擦試驗原理 28
3.2.3 摩擦試驗之實驗步驟 28
3.2.4 摩擦試驗之實驗結果 29
3.3 金屬箔片外緣內曲摺邊精微成形數值模擬 30
3.3.1 元素種類 30
3.3.2 接觸與負載設定 31
3.3.3 模具幾何尺寸 32
3.3.4 金屬箔片外緣內曲摺邊電腦輔助分析步驟 36
3.4 金屬箔片外緣內曲摺邊實驗 38
第四章 數值分析與實驗結果探討 41
4.1 沖頭負荷與衝程關係 41
4.1.1 壓延銅箔沖頭負荷與衝程關係 41
4.1.2 SUS304不銹鋼沖頭負荷與衝程關係 41
4.2 成形歷程 43
4.2.1 壓延銅箔成形歷程 43
4.2.2 SUS304成形歷程 43
4.3 外緣內曲摺邊精微成形應力與塑性應變分佈 45
4.3.1 壓延銅箔外緣內曲摺邊精微成形應力與塑性應變分佈 45
4.3.2 SUS304外緣內曲摺邊精微成形應力與塑性應變分佈 46
4.4 外緣內曲摺邊精微成形厚度分佈 46
4.4.1 壓延銅箔外緣內曲摺邊精微成形厚度分佈 46
4.4.2 SUS304外緣內曲摺邊精微成形厚度分佈 46
4.5 回彈角度 49
4.5.1 回彈後成形角度量測參考點 50
4.5.2 壓延銅箔回彈後成形角度 51
4.5.3 SUS304回彈後成形角度 54
4.6 外緣內曲摺邊精微成形輪廓外形比較 57
4.6.1 壓延銅箔外緣內曲摺邊精微成形輪廓外形比較 57
4.6.2 SUS304外緣內曲摺邊精微成形輪廓外形比較 60
第五章 結論與未來展望 64
5.1 結論 64
5.2 未來展望 65
參考文獻 68
符號索引 71

圖表索引
圖1-1 摺邊種類 2
圖2-1 連續物體於卡氏座標系變形示意圖 11
圖2-2 殼元素特徵長度 15
圖3-1 拉伸實驗試片相關尺寸 22
圖3-2 拉伸實驗試片 24
圖3-3 拉伸試片破裂圖 25
圖3-4 三方向拉伸試片真實應力-應變曲線 26
圖3-5 SUS304真實應力-應變曲線 27
圖3-6 摩擦試驗滑塊受力示意圖 30
圖3-7 殼元素示意圖 31
圖3-8 罰函數修正節點穿透示意圖 32
圖3-9 模具組立圖 33
圖3-10 沖頭網格分佈圖 34
圖3-11 沖模網格分佈圖 34
圖3-12 壓料板網格分佈圖 ...35
圖3-13 料片網格分佈圖(料片尺寸:3×1mm) 35
圖3-14 料片邊界條件設定 36
圖3-15 以導柱輔助校正模具 39
圖4-1 壓延銅箔沖頭負荷與衝程關係圖 42
圖4-2 SUS304沖頭負荷與衝程關係圖 42
圖4-3 壓延銅箔外緣內曲摺邊精微成形模擬成形歷程 44
圖4-4 SUS304外緣內曲摺邊精微成形模擬成形歷程 45
圖4-5 壓延銅箔回彈後料片應力與應變圖 47
圖4-6 SUS304回彈後料片應力與應變圖 48
圖4-7 壓延銅箔回彈後工件厚度分佈圖 49
圖4-8 SUS304回彈後工件厚度分佈圖 49
圖4-9 底邊回彈角度與側邊回彈角度 50
圖4-10 成形後回彈角度量測參考點 51
圖4-11 壓延銅箔實驗工件底邊回彈角度 52
圖4-12 壓延銅箔實驗工件側邊回彈角度 52
圖4-13 壓延銅箔模擬工件底邊回彈角度 53
圖4-14 壓延銅箔模擬工件側邊回彈角度 53
圖4-15 壓延銅箔外緣內曲摺邊成形最終工件 54
圖4-16 SUS304實驗工件底邊回彈角度 55
圖4-17 SUS304實驗工件側邊回彈角度 55
圖4-18 SUS304模擬工件底邊回彈角度 56
圖4-19 SUS304模擬工件側邊回彈角度 56
圖4-20 SUS304外緣內曲摺邊成形最終工件 57
圖4-21 壓延銅箔實驗工件各部位長度分佈 58
圖4-22 壓延銅箔模擬工件各部位長度分佈 58
圖4-23 壓延銅箔實驗工件各部位寬度分佈 59
圖4-24 壓延銅箔模擬工件各部位寬度分佈 59
圖4-25 壓延銅箔外緣內曲摺邊精微成形工件與套疊圖,前視圖 60
圖4-26 壓延銅箔外緣內曲摺邊精微成形工件套疊圖,左側視圖 60
圖4-27 SUS304實驗工件各部位長度分佈 61
圖4-28 SUS304模擬工件各部位長度分佈 61
圖4-29 SUS304實驗工件各部位寬度分佈 62
圖4-30 SUS304模擬工件各部位寬度分佈 62
圖4-31 SUS304外緣內曲摺邊精微成形工件套疊圖,前視圖 63
圖4-32 SUS304外緣內曲摺邊精微成形工件套疊圖,左側視圖 63
圖5-1 樣本一(A截面),表面粗糙度 66
圖5-2 樣本一(B截面),表面粗糙度 66
圖5-3 樣本二(A截面),表面粗糙度 67
圖5-4 樣本二(B截面),表面粗糙度 67

表3-1 SUS304與工具鋼之間的摩擦係數 29
表3-2 材料參數 .36
參考文獻 參考文獻
1. P. Hu, D. Y. Li, and Y. X. Li, “Analytical models of stretch and shrink flanging”, International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 43, pp. 1367–1373, 2003.
2. R. Hill, The Mathematical Theory of Plasticity, Oxford : Clarendon Press, 1950.
3. M. Seth, V. J. Vohnout, and G. S. Daehn, “Formability of steel sheet in high velocity impact”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 168, pp. 390-400, 2005.
4. O. Keles and M. Dundar, “Aluminum foil : Its typical quality problems and their causes”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 186, pp. 125-137, 2007.
5.蘇弘軒,〝不銹鋼薄板圓筒精微引伸成形分析〞,碩士論文,台灣大學機械工程學系,2009年。
6. W. F. Hosford and R. M. Caddell, Metal forming mechanics and metallurgy, Prentice Hall, 1983.
7. D. K. Leu, “A simplified approach for evaluating bendability and springback in plastic bending of anisotropic metals”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 66, pp. 9-17, 1997.
8. O. Tekaslan, U. Kunio, and N. Keisukei, “Determining springback amount of steel sheet metal has 0.5 mm thickness in bending dies”, Materials and Design, Vol. 27, pp. 251-258, 2006.
9. 施文傑,〝不銹鋼薄板精微彎曲成形之研究〞,碩士論文,台灣大學機械工程學系,2008年。
10. H. Li, G. Sun, G. Li, Z. Gong, D. Liu, and Q. Li, “On twist springback in advanced high-strength steels”, Materials and Design, Vol. 32, pp. 3272-3279, 2011.
11. J. G. Liu, M. W. Fu, J. Lu, and W. L. Chan, “Influence of size effect on the springback of sheet metal foils in micro-bending”, Computational Materials Science, Vol. 50, pp. 2604-2614, 2011.
12. F. H. Yeh, M. T. Wu, and C. L. Li, “Accurate optimization of blank design in stretch flange based on a forward–inverse prediction scheme”, International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 47, pp. 1854-1863, 2007.
13. 吳銘宗,〝預估修正法於金屬板金成形最佳化料片設計之研究〞,博士論文,淡江大學機械與機電工程學系,2007年。
14. 張致緯,〝應用適應性糊模推論系統於板金彎曲成形模具形狀最佳化設計〞,碩士論文,淡江大學機械與機電工程學系,2008年。
15. 丁永健,〝金屬精微成形實驗規範之建立與尺寸效應機制之研究〞,碩士論文,台灣大學機械工程學系,2005年。
16. 施文傑,〝不銹鋼薄板精微彎曲成形之研究〞,碩士論文,台灣大學機械工程學系,2008年。
17. T. Kuwabara, K. Hashimoto, E. Iizuka, and J. Whan, “Effect of anisotropic yield functions on the accuracy of hole expansion simulations”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 211, pp. 475-481, 2011.
18. J. H. Deng, M. W. Fu, and W. L. Chan, “Size effect on material surface deformation behavior in micro-forming process”, Materials Science and Engineering: A, Vol. 528, pp. 4799-4806, 2011.
19. Y. S. Kim, M. K. Jain, and D. R. Metzger, “Determination of pressure-dependent friction coefficient from draw-bend test and its application to cup drawing”, International Journal of Machine Tools& Manufacture, Vol. 56, pp. 69-78, 2012.
20. J. O. Hallquist, LS-DYNA Theoretical Manual, V971, 2006.
21. ASTM D 1984-01, “Standard test method for static and kinetic coefficients of friction of plastic film and sheeting”, Annual Book of ASTM Standards.
22. 蔡坤男,〝金屬箔片方杯微深引伸成形極限與破裂之研究〞,博士論文,淡江大學機械與機電工程學系,2012年。
23. 陳世傑,〝微小圓杯引伸成形分析與料片最佳化之研究〞,碩士論文,淡江大學機械與機電工程學系,2006年。
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