System No. U0002-1501202013425000 應用有限元素法分析沖床剛性之最佳化研究 Study of Optimization of Press Rigidity by Finite Element Analysis 淡江大學 機械與機電工程學系碩士班 Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering 108 1 109 趙紹廷 Shao-Ting Chao 607370169 碩士 Traditional Chinese 2020-01-09 39page advisor - 李宗翰 co-chair - 黃鴻傑 co-chair - 阮朝宗 剛性 沖床 有限元素法 田口法 Rigidity Mechanical Press finite element method Taguchi method ```本研究針對門型沖床剛性之議題進行探討，分別利用有限元素法以及田口法進行研究，首先使用模擬軟體建立出完整的數值模型以及進行模擬力學分析探討，接著再以田口分析實驗法，訂出控制因子並且執行最佳化，求出控制因子之重要性。最後得到與傳統實驗設計法不同的是，由原先需做21組實驗，而本研究使用田口法只需要做16次就能達到效果，降低實驗時間24%，提高整體研究的效率。 本研究使用兩套軟體，3D繪圖軟體SolidWorks與其有限元素法分析軟體SolidWorks Simulation,來進行模型的建立與門型沖床剛性相關模擬,此模擬分析可以了解到沖床在運動過程中，其衝頭之應力、位移等等情形，進而計算剛性值。 本研究在田口參數設計時，使用四項控制因子分別是衝頭之主板厚度、肋板厚度、負載條件、固定條件，接著依照田口法的直交表L9(34)做九組實驗，判斷哪個控制因子比較重要，並求出最佳組合。 本研究內容針對門型沖床剛性設定目標值，再由模擬分析結果以及田口實驗結果進行驗證，最後求得重要性較高的兩者是主板厚度與負載條件，可以讓設計者在未來的設計時，有一個方向可以參考，並且可以根據實驗的結果更有效率的調整參數。``` ```This research discusses the rigidity of press. The finite element method and the Taguchi method are used to conduct the research. Firstly, the simulation software is used to establish a complete numerical model and the simulation of mechanical analysis is discussed. Control factors and perform optimization to find the importance of control factors. This research uses two sets of software, SolidWorks 3D drawing software and SolidWorks Simulation, a finite element method analysis software, to build models and simulate rigidity of gate punches. This simulation analysis can understand the stress and displacement of the punches during the movement , and then calculate the stiffness value. In the design of Taguchi parameters, four control factors were used in this study: the thickness of the main board of the punch, the thickness of the ribs board, the load conditions, and the fixed conditions. Then, nine sets of experiments were performed according to the orthogonal table L9(34) of the Taguchi method to determine which control Factors are important, and find the best combination. The two most important factors in this study are the thickness of the motherboard and the load conditions. This allows the designer to refer to a direction in future design and adjust the parameters more efficiently based on the experimental results.``` ```第一章序論1 1-1前言1 1-2研究背景3 1-3文獻探討3 第二章研究方法5 2-1有限元素法概論6 2-2田口法[9][10]7 第三章研究規劃11 3-1分析架構11 3-2剛性定義12 3-3分析設定說明14 3-4田口實驗配置21 第四章研究設計及研究結果22 4-1模擬結果22 4-2田口組合分析結果24 4-3判斷因子重要性29 4-4結果統整33 4-5依照田口結果做進一步分析34 第五章結論與未來展望36 5-1結論36 5-2未來展望36 參考文獻 38 圖目錄 圖 1-1門型沖床示意圖[2]2 圖 2-1因子圖8 圖 3-1研究規劃圖12 圖 3-2負載條件示意圖13 圖 3-3平板受力變形示意圖13 圖 3-4simulation分析作業流程圖14 圖 3-5衝頭簡化前模型圖16 圖 3-6衝頭簡化後模型圖16 圖 3-7模型網格示意圖18 圖 3-8高壓油室接觸面Y方向設為固定示意圖20 圖 3-9高壓油室接觸面油孔位一圈Y方向設為固定示意圖20 圖 3-10高壓油室接觸面XYZ方向設為固定示意圖20 圖 4-1模擬田口法第一組分析26 圖 4-2模擬田口法第二組分析26 圖 4-3模擬田口法第三組分析26 圖 4-4模擬田口法第四組分析27 圖 4-5模擬田口法第五組分析27 圖 4-6模擬田口法第六組分析27 圖 4-7模擬田口法第七組分析28 圖 4-8模擬田口法第八組分析28 圖 4-9模擬田口法第九組分析28 圖 4 10因子效應S/N值折線圖31 圖 4-11不同板厚與對應剛性值35 表目錄 表 3-1JIS SS400材料機械性質17 表 3-2L9(34)直交表21 表 4-1模擬分析數據22 表 4-2控制因子選擇表24 表 4-3將控制因子填入直交表25 表 4-4田口實驗數據29 表 4-5平均因子效應值30 表 4-6因子效應S/N值30 表 4-7 S/N值31 表 4-8變異分析表32 表 4-9最佳組合33 表 4-10主板板厚變化之剛性分析表34``` ```[1] Miyoshi K., Lecture note in 3rd JSTP International Seminar on Precision Forging, 2004. [2] 門型沖床，協易機械, https://www.seyi.com/zh-tw/product/index/straight_side_me chanical_press_cht/straight_side_crank_press_cht [3] Halpern, M., Pushing the Design Envelope with CAE, Mechanical Engineering, November 1998, pp. 66-71. [4] 王春和（2006 年），『反應六標準差水準之多品質特性製程最佳化』，品質學報，第13 卷，第3 期，pp 289-304。 [5] 林忠欽、艾 健、張衛剛、李淑慧（2004 年8 月），『沖壓穩健設計方法及其應用』，塑性工程學報，第11 卷，第4 期，pp 56-60。 [6] SolidWorks, https://www.solidworks.com/ [7] 維基百科，自由的百科全書, http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E6%9C%89%E9%99%90%E5%85%83 %E5%88%86%E6%9E%90 [8] 維基百科，自由的百科全書, http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E5%86%AF%E5%BA%B7 [9] 宜蘭大學生機系，張明毅，田口法簡介，2003 年10 月。 [10]立林和夫 (2004)。《入門田口方法》。葉琇芳譯。台北：中衛發展中心。 [11] SS400低碳鋼，炬鋒特殊鋼, https://www.jfs-steel.com/zh-TW/product/SS400.html [12] 實威國際 (2011)。《SolidWorks Simulationm原廠教育訓練手冊》。新北：易習圖書。 [13] S. K. Deo, "Reliability-Based Design of Composite Sandwich Plates with Non-Uniform Boundary Conditions." Order No. 1394856, Mississippi State University, Ann Arbor, 1999.``` Within Campus： On-campus access to my hard copy thesis/dissertation is open immediately Release immediately Outside the Campus： I grant the authorization for the public to view/print my electronic full text with royalty fee and I donate the fee to my school library as a development fund.Release immediately