本研究使用有限元素分析來探討鎂合金LZ91進行螺絲打頭及螺絲輾牙之研究。以不同成形溫度及成形速度結合模具設計來了解加工參數對螺絲成形性的影響。接著使用與模擬相同的成形條件進行螺絲打頭及螺絲輾牙實驗。將實驗結果與模擬結果進行比較來確認解析模式的準確性，研究結果將提供給螺絲業界作參考與應用。
在螺絲打頭製程方面，由模擬結果中發現改變強束模具（Shaft extrusion Die）導引圓角的形狀可有效增加材料流動性，降低等效應力與鍛造力。改變沖棒（Punch）前端形狀可有效改善疊料缺陷之發生，隨著溫度的增加，鍛造力會下降，成形速度對成形性無明顯的影響。由實驗結果得知雖然LZ91可以在常溫條件成形，但效果不佳。成形溫度為80℃到100℃時可獲得最好的效果，螺絲打頭良率可達到90%以上。當溫度100℃以上時開始出現六角針與胚料有黏著現象發生，180℃以上時螺絲表面開始有氧化現象。
在螺絲輾牙製程方面，由模擬與實驗結果皆發現傳統牙板容易產生牙板與螺絲間有相對滑動的現象。改變牙板長度與增加摩擦係數後，可有效改善相對滑動情形。降低螺絲輾牙速度也可有效降低裂牙情形。螺絲輾牙與螺絲打頭之適當成形溫度大致相同，溫度控制在80℃到100℃時，可獲得較好的螺絲形狀。

This study investigated the effects of forming temperature and speed with the combination of mold design on the LZ91 magnesium alloy screw heading and Rolling formability by the finite element analysis.. Then use the same conditions were simulated to do experiments. The accuracy of the experimental results with the simulation results are compared to confirm the analytical model, the results will be provided to the screw industry for reference and application.
In Screw Heading process, the simulation results were found by changing the guide shape of Shaft extrusion Die can effectively increase the material flow and reduce the effective stress and forging force. Changing the shape of punch can effectively decreases material defects occur, as the temperature increases, the forging force will decreases, forming speed no significant effect on the formability. The experimental results show that, althouth LZ91 can be formed at room temperature conditions, but ineffective. Forming temperature for better results are obtained 80℃ to 100℃, Screw Heading yield can reach more than 90%. When the temperature above 100℃, hexagonal needle and the billet began to appear adhesion. when the temperature more than 180℃, screws’ surface began to oxidize.
In Screw Rolling process . from the simulation and experimental results were found that. traditional screw thread rolling dies plates and screws have a relative sliding phenomenon. After changing the screw thread rolling dies plates length and increase the friction coefficient, which can effectively improve the relative sliding phenomenon. reduce Rolling speed can effectively reduce tooth crack occur. The temperature of screw thread rolling and screw heading is approximately the same . temperature set from 80℃ to 100℃ will obtain better screw shape.

論文審定書 i
致謝 ii
摘要 iii
圖目錄 vii
表目錄 xi
符號表 xii
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 鎂合金之性能及特性 2
1-3 文獻回顧 3
1-3-1 鎂合金鍛造成形之文獻探討 3
1-3-2 螺絲鍛造成形之文獻探討 7
1-3-3 螺絲輾牙之相關研究 8
1-4 研究動機與目的 10
第二章 模具與製程設計 12
2-1 製程設計 12
2-2 模具與溫度控制系統設計 15
2-2-1 模具設計步驟 16
2-2-2 第一道次的模具設計 18
2-2-3 第二道次的模具設計 20
2-2-4 第三道次的模具設計 21
2-2-5 牙板尺寸之配置與改良 22
第三章 有限元素分析 24
3-1 有限元素模擬分析軟體之簡介 24
3-2 鎂合金LZ91材料性質及塑流應力 25
3-3 螺絲打頭模擬結果 31
3-3-1 等速模式與曲柄滑塊模式的差別 31
3-3-2第一母模導引圓角之改良 33
3-3-4不同速度的差別 36
3-3-5不同溫度與速度模擬結果 40
3-4螺絲輾牙模擬結果 57
3-4-1牙板V溝對螺絲輾牙之影響 59
3-4-2溫度對螺絲輾牙之影響 61
第四章 鎂合金螺絲打頭及螺絲輾牙實驗 63
4-1 螺絲打頭實驗 63
4-2 螺絲輾牙實驗 74
第五章 結論與未來展望 78
5-1 結論 78
5-2 未來展望 79
參考文獻 80

【1】 倪淑貞，“經濟部工業局102年11月份重要施政 ”， 經濟部工業局，2013。
【2】 曾婉如，“日本鎂產業現況分析”，金屬中心IT IS出版品，2011。
【3】 王建義，“超輕量鎂合金開發”，工業材料雜誌184期，2002。
【4】 自動化在線，“鎂合金注射成型工藝”，2014。
【5】 黃圳遙，“鎂合金棒材制熱鍛成形性分析”，碩士論文，國立臺灣科技大學機械工程係，臺北、台灣，2007。
【6】 黃楷能，“鎂合金螺絲打頭及螺絲輾牙成形之研究”，碩士論文，國立中山大學機械與機電工程學系，高雄、台灣，2011。
【7】 張家毓，“鎂合金螺絲抽製及螺絲打頭製程之研究”，碩士論文，國立中山大學機械與機電工程學系，高雄、台灣，2012。
【8】 陳復國、廖建智，“LZ91鎂合金筆記型電腦蓋板之沖壓模具設計”。
【9】 野田雅史，“塑性加工と組織制御による高性能マグネシウム合金の開発”，日本塑性加工學會誌，第50卷第587號，2009。
【10】 H. Palaniswamy, G. Ngaile, T. Altan, “Finite element simulation of magnesium alloy sheet forming at elevated temperatures”, Journal of Materials Processing Technology, vol. 146. pp. 52-60, 2004.
【11】 N. Ogawa, M. Shiomi, ”Forming limit of magnesium alloy at elevated temperatures for precision forging”, International Journal of Machine Tools and Manufacture, vol. 42, pp.607–614, 2002.
【12】 R. Matsumoto and K. Osakada, “Development of Warm Forging Method for Magnesium Alloy”, Graduate School of Engineering Science, Osaka University -June 10， 2004.
【13】 L. Cisar, Y. Yoshida, S. Kamado, Y. Kojima, F. Watanabe, “Microstructures and Tensile Properties of ECAE-Processed and Forged AZ31 Magnesium All“, Materials Transactions, vol. 44, pp. 476–483, 2003.
【14】 李光寶，“雙螺絲骨釘之遲滯螺絲參數化分析與最佳設計”，國立臺灣科技大學機械工程系碩士論文，2007。
【15】 金怡安，“螺絲頭冷鍛之實驗與數值模擬”，私立逢甲大學機械工程研究所碩士論文，1998。
【16】 C.M. Cormack, J. Monaghan, “Failure analysis of cold forging dies using FEA”, Journal of Materials Processing Technology, vol.117, pp.209-215, 2001.
【17】 C.M. Cormack, J. Monaghan, “2D and 3D finite element analysis of a three stage forging sequence”, Journal of Materials Processing Technology, vol.127, pp.48-56, 2002.
【18】 鄒國益、范德泉，“扣件電腦輔助設計與製程動態模擬”，2009精密機械與製造科技研討會論文集－PMMT, 2009。
【19】 賴耿陽，“塑性加工用金屬模”，南台圖書公司。
【20】 Y.C. Kuo, H.Y.Cheng, C.H.She,“Development of an integrated CAD/CAE/CAM system on taper-tipped thread-rolling die-plates”, Journal of Materials Processing Technology, vol.177, pp.98-103, 2006.
【21】 J.P. Domblesky, F Feng,” A parametric study of process parameters in external thread rolling”, Journal of Materials Processing Technology 121, pp.341–349, 2002.
【22】 劉宗倜，“FEM 分析搓牙製程及改善螺絲強度之研究”，國立臺灣大學機械工程學研究所碩士論文，2006。
【23】 A. Gontarz, Z. Pater, W. Weroñski,“Head forging aspects of new forming process of screw spike”,Journal of Materials Processing Technology 153–154, pp.736–740, 2004.
【24】 陳狄成，“應用有限元素法於缺陷板材壓延加工之解析”，國立中山大學博士論文，2003。