輕量化為當前汽車產業的熱門課題；管件液壓成形技術及鎂合金材料的應用，皆為當前車輛零件輕量化提供了可行的解決方案。本研究首先針對管件液壓鼓脹成形時，成形壓力與鼓脹高度之關係，最大成形壓力及成形極限進行解析。以自行設計之溫間液壓鼓脹成形試驗機及無縫擠製之鎂合金AZ61管材，進行一系列不同溫度下之液壓鼓脹實驗，探討鎂合金管材於不同溫度下之液壓鼓脹成形性。並利用本文提出之數學模式由鼓脹成形實驗結果求出管材之塑流應力曲線。接著由成形壓力及鼓脹高度關係之比較，驗證本文最大成形壓力解析模式之適用性。

Weight reduction is a hot topic in automotive industry. Both the applications of tube hydroforming technique and magnesium alloys offer a large potential for reducing the weight of automotive components. In this research, the relationship between forming pressure and bulge height, the maximum forming pressure and the forming limit during the tube hydraulic bulging process are first analysed. A self-designed warm hydraulic bulge forming equipment and the seamlessly extruted magnesium alloy AZ61 tubes, are used for carrying out a series of warm hydraulic bulge tests, and discussing the formalibility of the magnesium tubes at various temperatures. Furthermore, the flow stress curves are determined by the mathematical model in this paper with the bulge forming test results. Then the validity of the analytical model is verified by comparing the forming pressure and bulge height between analytical and experimental values.

摘要 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••I
Abstract •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••II
目錄 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••III
表目錄 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••VII
圖目錄 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••VIII
符號說明 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••XI
第一章 緒論 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1
1-1前言 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1
1-2管材液壓成形技術簡介 ••••••••••••••••••••••••••••••2
1-2-1管件液壓鼓脹實驗 •••••••••••••••••••••••••••••4
1-2-2溫間管件液壓成形 •••••••••••••••••••••••••••••5
1-3文獻回顧 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••6
1-3-1摩擦及潤滑 •••••••••••••••••••••••••••••••••••7
1-3-2有限元素模擬 •••••••••••••••••••••••••••••••••7
1-3-3塑流應力 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••7
1-3-4鼓脹實驗之其他分析 •••••••••••••••••••••••••••8
1-3-5管件缺陷之影響 •••••••••••••••••••••••••••••••9
1-3-6 THF之成形極限 •••••••••••••••••••••••••••••••9
1-3-7溫間成形 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••9
1-4本文目的與架構 •••••••••••••••••••••••••••••••••••10
第二章 溫間管件液壓成形相關理論 •••••••••••••••••••••••••15
2-1雙軸應力下之塑流應力推導 •••••••••••••••••••••••••15
2-1-1基本假設及座標系定義 ••••••••••••••••••••••••15
2-1-2基本組成之塑性力學方程式 ••••••••••••••••••••16
2-1-3幾何關係 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••17
2-1-4反推塑流應力 ••••••••••••••••••••••••••••••••18
2-1-5管件液壓鼓脹成形之塑流應力計算流程 ••••••••••19
2-2最大鼓脹成形壓力解析 •••••••••••••••••••••••••••••20
2-2-1成形壓力推導 ••••••••••••••••••••••••••••••••21
2-2-2最大成形壓力 ••••••••••••••••••••••••••••••••22
2-2-3鼓脹高度預測 ••••••••••••••••••••••••••••••••23
2-3管件液壓成形極限解析 •••••••••••••••••••••••••••••24
2-3-1管件液壓成形之成形極限 ••••••••••••••••••••••24
2-3-2管件液壓成形極限曲線之推導 ••••••••••••••••••25
2-3-3與板材成形極限曲線之比較 ••••••••••••••••••••28
第三章 溫間液壓鼓脹成形機之設計與實驗 •••••••••••••••••••34
3-1模具主體設計 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••34
3-1-1外嵌管模與內嵌管模 ••••••••••••••••••••••••••35
3-1-2迫緊軸 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••35
3-1-3石墨油封 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••36
3-1-4上下底座 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••36
3-1-5連接桿 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••36
3-1-6模具主體組裝流程 ••••••••••••••••••••••••••••36
3-2增壓系統 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••37
3-3溫度與壓力控制系統 •••••••••••••••••••••••••••••••37
3-4温間液壓鼓脹成形之初步實驗 •••••••••••••••••••••••38
3-4-1鎂合金管材AZ61之成形性實驗 •••••••••••••••••38
3-4-2鎂合金管材AZ61鼓脹成形之塑流應力 •••••••••••39
3-4-3結果討論 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••39
第四章 溫間液壓鼓脹成形實驗 •••••••••••••••••••••••••••••56
4-1使用最小平方法求取鎂合金AZ61塑流應力方程式 ••••••56
4-1-1單軸拉伸實驗 ••••••••••••••••••••••••••••••••56
4-1-2最小均方法之運算 ••••••••••••••••••••••••••••57
4-1-3各溫度下之塑流應力方程式 ••••••••••••••••••••59
4-2鎂合金管材AZ61之成形性實驗 ••••••••••••••••••••••60
4-2-1實驗設定與流程 ••••••••••••••••••••••••••••••60
4-2-2不同溫度股脹破裂之結果 ••••••••••••••••••••••61
4-2-3厚度分佈與破裂位置 ••••••••••••••••••••••••••62
4-2-4增壓速度與鼓脹速度 ••••••••••••••••••••••••••62
4-2-5最大成形壓力預測值與實驗值之比較 ••••••••••••63
4-3鎂合金管材AZ61溫間液壓鼓脹成形之塑流應力 ••••••••64
4-3-1實驗設定與流程 ••••••••••••••••••••••••••••••64
4-3-2實驗結果與討論 ••••••••••••••••••••••••••••••65
4-4鎂合金AZ61管材於升溫條件下之異方向性觀察 ••••••••66
4-5有限元素模擬與實驗值之比較 •••••••••••••••••••••••67
4-5-1模型建構及參數設定•••••••••••••••••••••••••••67
4-3-2模擬結果與實驗之比較•••••••••••••••••••••••••68
第五章 結論 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••86
5-1研究成果概要••••••••••••••••••••••••••••••••••••••86
5-1-1實驗設備 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••86
5-1-2成形性實驗 ••••••••••••••••••••••••••••••••••86
5-1-3溫間鼓脹成形之塑流應力 ••••••••••••••••••••••87
5-1-4最大成形壓力 ••••••••••••••••••••••••••••••••87
5-2今後研究課題 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••88
參考文獻 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••89
附錄 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••95

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