分析流程

本計畫針對管件液壓成形製程之研究流程如圖 4.1 所示，首先對 欲分析之載具進行截面分析，以決定適當的管件材料與尺寸大小，並 利用液壓壓力與成品最小圓角之關係推算所需的成形壓力。由於實際 生產過程必須利用油封將管件兩端封住以避免高壓液體洩出，因此無 法在單一製程中成形出所需的產品外形，必須在最後的工程利用機械 式加工或是雷射切割將不需要的材料去除，所以餘料造型在液壓成形 製程亦是一個很重要的參數，在模具設計方面，本計畫將探討不同的 預成形模具設計方式對管件成形的影響，並建立液壓成形模具設計準 則，最後藉由實際成品驗證 CAE 模擬的結果。

圖 4.1 管件液壓成形製程規劃之研究流程 管件液壓成形製程規劃

截面分析

成形壓力之決定

管件餘料造型 管件材料與尺寸之決定

預成形及液壓成形模具設計 預成形模具設計

進行模擬

模擬結果分析

建立液壓成形模具設計方式 修改模型 液壓成形模具設計

彎管半徑對 成形之影響

CAE模擬之驗證

預成形模具設計 對成形之影響

4.1.1 載具之選擇

本計畫所欲分析之載具為一汽車結構件，如圖 4.2 所示，此結構 件具有許多特徵造型，如不規則形狀之 a 處、長寬比較大之 b 處、以 及管件開口之 c 處。且此結構件有兩處彎折，因此在製程規劃時必須 加入彎管製程，藉由分析此載具的成形過程可以探討完整的管件液壓 成形製程，包括彎管、預成形、及液壓成形。因此本計畫選取此汽車 結構件作為分析載具相當具有代表性。

圖 4.2 分析載具之特徵形狀

4.1.2 產品截面分析

在規劃液壓成形製程時，首先必須針對成品的幾何形狀進行截面 分析。截面分析的重點主要是在產品的各截面周長以及最小的圓角半 徑，截面周長的分析結果可用來決定一開始下料的管件尺寸以及管件 材質，若選取太小的管材，管材在成形中可能會產生破裂；若選取尺

a c

b

寸太大的管材，成形最後可能會產生無法脹出之凹陷。

載具的 CAD 圖檔是由廠商提供，由於此結構件是與其他結構件組 裝的一部份，因此表面有許多搭接用的孔洞。在進行截面分析之前，

必須先將孔洞補平，如圖 4.3。此結構件除了中間的特徵造型外，其 餘部份皆為左右對稱，因此本計畫選定進行截面分析的管件範圍如圖 4.4 所示。

圖 4.3 補平後之管件造型

圖 4.4 進行截面分析之管件範圍

截面分析的結果如圖 4.5 所示，由圖中可發現管件在尾端開口處

用來搭接之孔洞 捕平之表面

進行截面分析之部分 X 軸

的截面周長較大，因此此處的管材在成形過程中會有較大的膨脹率， 237.7mm，若換算成管件外徑約為 75.6mm。為了配合鋼管廠商實際所 生產的管件尺寸，所決定之管件下料尺寸外徑為 75.3mm、厚度為

具中五個具有代表性的截面進行分析來決定製程所需的成形壓力，如 圖 4-6，分析之結果如表 4-1。

由文獻中的公式得知當圓角半徑在 10mm 時，所需的成形壓力約 在 120MPa，而此管件在 A 及 C 截面處最小圓角半徑為 2，若要完全成 形至此圓角半徑，所需的液壓會相當大，可能會超過沖床所能提供之 壓模力，因此本計畫將先探討液壓壓力在 110MPa 時管件成形後的外 形。

圖 4.6 各截面之外形

A B C D

E

截面 A 截面 B 截面 C 截面 D 截面 E

表 4.1 各截面之相關尺寸

A B C D E

截面周長(mm) 249.9 237.7 241.4 246.3 273.6 最小圓角半徑(mm) 6.7 2.0 10 12 2