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博碩士論文 etd-0728114-113647 詳細資訊
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論文名稱
Title
壁厚具硬度梯度之管材擠製模具設計
Extrusion Die Design for Tubes with Hardness Gradient
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
93
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2014-07-22
繳交日期
Date of Submission
2014-08-31
關鍵字
Keywords
鎂合金、硬度梯度、有限元素解析、熱間擠製
Magnesium alloy, Gradient hardness, Finite element analysis, Hot extrusion
統計
Statistics
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中文摘要
本研究透過設計斜角窗型模,在心軸和模具建立不同斜角,並選用鎂合金AZ31為材料進行熱間擠製,期望能在此設計下的管材具有V形的等效應變分布,使得內外壁因應變硬化較為堅硬,而中間區域則是韌性較高的壁厚具硬度梯度管材。
主要採用有限元素分析解析對不同心軸斜角窗型模進行擠製模擬,分析管材的負載、一般面與接合面的材料流動和等效應變分布,並從中選出較佳的參數製成模具進行實驗,擠製出成品後,為了探討應變硬化而產生相應的性質,藉著觀察微觀組織和硬度試驗檢測該材料的晶粒尺寸和硬度梯度分布,並與等效應變分布比較。
Abstract
This study is focused on the analysis and experiment of hot extrusion of magnesium alloy. Porthole dies with an inclination angle leads to non-uniform velocity distributions. This kind of design can make a gradient hardness tube that grain sizes at the material surface are smaller and harder than those at the center zone. Then it can have superior hardness on surface and good toughness in internal structure.
This study aims to design porthole dies and mandrel with different inclination angles and use magnesium alloy AZ31 to conduct hot extrusion. Mainly in analyze extrusion load, normal plane and bonding plane’s effective strain distributions and material flow by the finite element method. Choose best parameter to manufacture a porthole die to conduct magnesium hot extrusion experiments. Microstructures of the materials are observed to understand the effects of the die inclination angles.
目次 Table of Contents
論文審定書 i
誌謝 ii
摘要 iii
Abstract vi
圖目錄 viii
表目錄 xi
符號表 xiii
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 鎂合金特性及微觀組織 2
1-2-1 鎂合金之特性與製備 2
1-2-2 鎂合金之微觀組織與變形機制 3
1-3 功能梯度材料之介紹 5
1-3-1 功能梯度材料簡介與製備法 5
1-3-2 功能梯度材料之應用 8
1-4擠製加工製程之簡介 10
1-4-1 直接擠製法 10
1-4-2 間接擠製法 10
1-4-3 擠製模具之簡介 12
1-4-4 鎂合金擠製加工技術的參數影響 12
1-5 文獻回顧 13
1-5-1 擠製製程參數及模具設計對成形和機械性質之影響 13
1-6 研究動機與論文架構 14
第二章 壁厚具硬度梯度管材擠製之有限元素分析 16
2-1 壁厚具硬度梯度管材擠製參數與模型 16
2-1-1 有限元素分析軟體DEFORM簡介 16
2-1-2 壁厚具硬度梯度管材擠製模型 17
2-2 不同心軸斜角模具之等效應變分析 19
2-2-1 以DEFORM-2D建模與模擬參數 19
2-2-2 不同心軸斜角模具位於各截面之等效應變分布 21
2-2-3 斜角模具和斜角模具負載與等效應變分布之比較 25
2-3 斜角窗型模αi=10之3D分析模擬 28
2-3-1 以DEFORM-3D建模與模擬參數 28
2-3-2 負載分析與模具尺寸修改 30
2-3-3 一般面與接合面位於各截面之等效應變分布 31
2-3-4 成品一般面與接合面之等效應變分布 33
2-3-5 材料於窗型模中之流動分析 35
第三章 壁厚具硬度梯度管材擠製加工實驗與分析 38
3-1 鎂合金熱間擠製實驗 38
3-1-1 鎂合金之成份 38
3-1-2 擠製機台簡介 39
3-1-3 擠製實驗步驟簡介 43
3-1-4 模具之設計與製作 45
3-1-5 擠製實驗參數之設定 48
3-2 解析值與實驗值之比較 50
3-2-1 擠製荷重 50
3-2-2 成品外觀 51
3-3 小結 52
第四章 壁厚具硬度梯度管材微觀組織觀察與機械性質分析 53
4-1金相試驗與硬度試驗試片規劃與製備 53
4-1-1 試片規劃 53
4-1-2 試片鑲埋製備 54
4-2金相試驗與硬度試驗實驗步驟 55
4-2-1 金相試驗實驗步驟 55
4-2-2 硬度試驗實驗步驟 58
4-3金相試驗與硬度試驗數據整理 59
4-3-1 晶粒尺寸量測 59
4-3-2 硬度試驗量測結果 68
第五章 結論 75
5-1 壁厚具硬度梯度管材之有限元素分析 75
5-2 壁厚具硬度梯度管材之擠製實驗分析 75
5-3 壁厚具硬度梯度管材機械性質分析 76
5-4 未來展望 76
參考文獻 77
參考文獻 References
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