改良之雙軸夾治具機構介紹(第二版)

實際進行雙軸拉伸試驗時發現第一版之夾治具機構在拉伸雙軸試片時有摩 擦力過大以及滑塊旋轉之問題，導致拉伸雙軸試片時造成試片扭曲變形之現象，

因此設計第二版之雙軸夾治具機構，而以下將針對第一版與第二版雙軸夾治具機 構之差異性進行探討，並針對改良後之各部件進行說明。

3.2.1 改良前後雙軸夾治具之差異

由於在雙軸拉伸試驗中第一版所設計之方式為將雙軸拉伸試片鎖付於滑塊 之最上方，而當拉伸桿位移而帶動滑塊機構進行移動時，在滑塊的受力分析可得 知，拉伸桿驅動滑塊之分力 f 與雙軸試片對滑塊的反作用力 P 並未在同一平面 上，且因為滑塊與模座之間在設計上存在容許裕度之問題，造成滑塊成受一順時 針之彎矩 M，使得滑塊對滾珠分別在 Q1 及 Q2 兩點產生一組反向之正壓力 N′ ， 而此組正壓力成為一組反力矩來平衡滑塊之所受之旋轉彎矩 M，如圖 3. 30 所 示。

圖 3. 30 雙軸夾治具機構拉伸力示意圖

由於滑塊產生的旋轉力矩使的產生一組正壓力，此組正壓力造成滑塊與模座 之間產生摩擦力 fr’ ，因此造成拉伸時滑塊與模座之間的摩擦力增加。而當拉伸

力 F 變大的時候，滑塊所受到之旋轉力矩 M 也越大，因此施加在 Q1 與 Q2 上之 正壓力 N′ 也跟著變大，導致滑塊與模座之間的受正壓力所產生的摩擦力 fr’ 也 跟著變大。

在第一版模具中因為滑塊受到旋轉力矩 M 之關係，在試片拉伸相同變形量 的條件下，滑塊所受到的正壓力N′ 將隨鋼種強度的提升而變大，因此將增加滑 塊機構本體損塊之可能，且會增加滑塊作動時的摩擦力。為了解決拉伸桿分力 f 與材料試片對滑塊所施的反作用力 P 未作用在同一平面上而導致滑塊成受順時 針的旋轉力矩 M 的問題，在第二版雙軸夾治具機構的設計上將材料試片對滑塊 所施的反作用力 P 與拉伸桿分力 f 的合力共線，使滑塊作動時不會產生旋轉力 矩，如圖 3. 31 所示。

圖 3. 31 滑塊作動時所受之合力共線

而優化後之雙軸夾治具機構則如圖 3. 32 所示，在圖 3. 32 中試片位於拉伸 桿與滑塊之中間，且與拉伸分力 f 位於同一平面上，可避免滑塊在作動時產生旋 轉效應。

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圖 3. 32 優化後之雙軸夾治具機構(第二版)

3.2.2 改良之雙軸夾治具機構 CAE 分析

為確保改良後之雙軸夾治具機構在實際拉伸試驗中不會有損壞之情形產生，

因此針對夾治具機構進行模擬分析，在分析中依照實際雙軸拉伸試驗時之情況進 行邊界條件設定。在拉伸桿位移 1 mm 之情況下，模具受力如圖 3. 33 所示。

圖 3. 33 優化後之模具受力分析(第二版)

以下將針對夾治具機構的受力狀況進行各別說明。在模座方面有最大受力為 於拉伸端滑塊作動之位置且應力約為 220 MPa，如圖 3. 34 所示。而在拉伸桿方 面，因取消拉伸桿兩段式之接合方式，在模擬中一體化之拉伸桿與滑塊接觸之位 置有最大應力值約為 287 MPa，如圖 3. 35 所示。另外在滑塊部分，為降低拉伸 時模具間接觸時之摩擦力，在滑塊與拉伸桿和模座接觸的位置皆改為線接觸之方 式，因此造成在拉伸過程中滑塊與拉伸桿接觸之接觸線上有較大之應力值約為 1100 MPa 如圖 3. 36 所示，但仍小於 SKD 11 之降伏強度 1400 MPa，因此尚無 損壞之疑慮。

圖 3. 34 優化後之模座受力分析(第二版)

圖 3. 35 優化後之拉伸桿受力分析(第二版)

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圖 3. 36 優化後之滑塊受力分析(第二版)

而在試片受力方面，模擬雙軸夾治具機構拉伸中發現試片在拉伸端知應力值 較大，而在固定端應力值較小，且試片受力對稱於拉伸桿之方向，與期望之結果 相同，如圖 3. 37 所示。

圖 3. 37 優化後之夾治具機構拉伸雙軸試片之受力狀況

另外，在拉伸桿作動後帶動滑塊往兩個 45°方向進行移動，拉伸桿與滑塊之 18142.5 12828.4 12828.9

整體而言，在模擬分析中雙軸夾治具機構在拉伸作動時拉桿及模座方面無破