本研究是利用有限元素分析探討鎂合金LZ91小尺寸螺絲打頭及輾牙各製程參數對鍛造力與金屬流動形態之影響。首先在各種不同成形溫度下，以圓柱壓縮試驗探討鎂合金LZ91之塑流應力，並透過DEFORM-2D有限元素套裝軟體進行模擬小尺寸螺絲打頭與輾牙製程技術之可成形性分析與製程參數分析。此研究之打頭製程分為兩道次進行鍛造，並由模擬結果中發現，上模具下壓速度、溫度及摩擦因子會影響到所需荷重以及成品外觀。而輾牙製程進行模擬探討螺紋各部位之影響參數，發現溫度與摩擦因子會影響到等效應力應變分佈、金屬流動以及牙高變化。之後利用萬能試驗機搭配本研究所自行設計之模具機構，且採用二硫化鉬(MoS2)潤滑劑，進行鎂合金螺絲打頭實驗及輾牙實驗，之後將實驗值與解析作比較，驗證其模擬準確性。這些模擬結果分析皆可提供給製程工程師作為參考。

This study investigated effects of the process parameters on the forging load and metal flow pattern during forging and thread-rolling these two process of LZ91 magnesium alloy small size screw by the finite element analysis. At first, Compression tests were carried out under various forming temperatures to study the flow stress. Then, FEM software DEFORM-2D is adopted to simulate forging and thread-rolling processes of small screw to analyze the formability and parameters. In one of this study, there are two stages in forging process, and found out that up-die velocity, temperatures and friction factors will affect the product quality and appearance; on the other part, it investigated the effect of friction factor and temperature under thread-rolling process, and found out that effective stress, effective strain, metal flow and height of thread will be affected.
In addition, conduct forging and thread-rolling experiments by using universal testing machine with the mold self-designed, and MoS2 of lubricant, and comparing the analytical results to verify the suitability and accuracy of FEM for forging process. Finally, according to the analysis result of this study, engineers can take it as reference.

論文審定書 i
誌謝 ii
摘要 iii
Abstract iv
目錄 v
表目錄 xii
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 螺絲製程之簡介 1
1-2-1 螺絲頭部的打頭成形 3
1-2-2 螺紋的滾壓成形 6
1-3 鎂合金之優勢 10
1-4 文獻回顧 12
1-4-1打頭之相關研究 12
1-4-2 輾牙之相關研究 14
第二章 打頭成形之有限元素分析 19
2-1鎂合金LZ91之壓縮試驗 19
2-2 DEFORM軟體介紹 26
2-2-1摩擦效應 27
2-3打頭成形有限元素模組之建立 28
2-4 打頭製程模擬結果與討論 31
2-4-1 打頭製程頭部缺陷之改善 32
2-4-2 上模具下壓速度之影響 34
2-4-3 摩擦因子的影響 37
2-4-4 溫度的影響 42
第三章 輾牙成形之有限元素分析 45
3-1輾牙製程有限元素模組之建立 45
3-2螺紋介紹 46
3-3 輾牙製程模擬結果與討論 47
3-3-1 材料流動分析 49
3-3-2 摩擦因子的影響 50
3-3-2-1 等效應力及等效應變分析 50
3-3-2-2 摩擦因子對輾牙製程之影響 54
3-3-2-3 輾牙成形之3D模擬 57
3-3-3溫度之影響 60
第四章 鎂合金螺絲打頭及輾牙實驗 62
4-1 打頭成形機之設計與製作 62
4-1-1 實驗方法與步驟 67
4-2 打頭實驗結果與解析結果之比較 71
4-2-1 打頭實驗參數設定 71
4-2-2 不同參數值之解析值與實驗值比較 72
4-2-2-1 針對成形溫度之比較 72
4-3 輾牙成形機之設計與製作 74
4-3-1 輾牙實驗方法與步驟 78
4-3-1-1 輾牙實驗步驟 78
4-3-2 輾牙實驗參數設定與結果討論 80
第五章 結論與未來展望 83
5-1 結論 83
5-2 未來展望 86
參考文獻 87

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